【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衣服の設計工程、
製造工程の生産性を向上するための着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置に関し、特に、
実際に衣服を作製したり試着することなく、衣服圧を予測する着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置に関するものである。

【０００２】本発明は、アパレル産業やファッション産業の他に、スポーツウェアに関するスポーツ用品分野、
布地が用いられた構造物を設計対象とするインテリア分野、さらには、アニメーション等にコンピュータグラフィックスを利用する分野などで利用されうる。

【０００３】

【従来の技術】従来のアパレル産業などでは、衣服の製造は概ね図６に示される作業工程（Ｐ１〜Ｐ１２）にしたがって行われている。 このうち作業工程Ｐ３〜Ｐ６は必要に応じて繰り返される。 しかしながら、作業工程Ｐ
３〜Ｐ６を１サイクル行うためには数日オーダーの時間が必要であり、作業工程Ｐ３〜Ｐ６の繰り返しは衣服製造工程におけるボトルネックになっている。 そのため、
衣服の設計者は過密なスケジュールに追われるあまり、
本来の創造性を発揮することができないという問題があった。 そこで近年、作業工程Ｐ３〜Ｐ６を着装シミュレーションに置き換えることにより、衣服製造工程の期間を短縮しようとする試みがなされている。 衣服は、人体形状や生地特性、縫製条件などの他に、着せ付け方によっても、その形状が変化する。 着やすく動きやすい衣服をつくるためには、着装時の衣服の前面側と背面側とで、重量分布や衣服と人体との接触状況のバランスがとれていることが重要である。 また、「衣服圧」を適切に保つ必要がある。 ここで、「衣服圧」とは、衣服と人体との接触圧のことである。 衣服圧は、着装時の衣服の重量分布や、衣服と人体との接触状況の影響を受ける。 このため、衣服圧を正確に計算することは、難しいことではあるが、着装シュミレーションにおいて非常に重要なことである。

【０００４】また、ウエスト部分などのように意図的に衣服圧を高め、衣服シルェットを整形する場合がある。
この場合にも、予め衣服圧を正確に知ることが重要になる。 従来の衣服圧の計算方法の例として、「庭屋晴夫、
今岡春樹、渋谷惇夫、相坂登：布の接触圧の予測，繊維学会，Vol.46，No.6（1990）」がある。 庭屋らは、力の釣合を考えて、衣服が人体を押す力と接触抗力とが同じ大きさであるとして接触抗力の計算を行い、その接触抗力を単位面積当たりの値に換算することで衣服圧を求めている。 前記例は、布の力学特性（自重、曲げ特性、引張り特性）に基づく応力と歪みとの関係からポテンシャルエネルギを定式化し、このポテンシャルエネルギが極小値をとるときの布形状を予測するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記例の計算において、定式化されたポテンシャルエネルギの曲線の傾きは、布の伸び歪みにより生じる伸び回復力に強く依存する。 ところで、実際の布では、大きな応力が加えられても、縦糸方向、横糸方向には小さな歪みしか生じない。
しかし、従来の方法では、布の伸び歪みが小さくても、
計算上は大きな伸び回復力が発生することになり、この大きな伸び回復力が衣服圧の計算誤差の原因となるため、正確な衣服圧を予測することが困難であった。

【０００６】また、従来の方法では、計算誤差によって発生した小さな歪みが大きな伸び回復力を与えてしまうために、計算誤差が大きく増幅されるという問題があった。 したがって、ポテンシャルエネルギの極小値を安定的に求めることが困難であった。

【０００７】以上のように、従来の方法は、正しい衣服圧が得られなくなるばかりか、本来ならば無視できる程度の計算誤差を大きく増幅してしまって、計算の安定性をも損なうという大きな問題を抱え込んでいた。

【０００８】上記の問題は、作用している応力と曲げ回復力とが釣り合うと仮定したことに起因する。 実際の布では、図７に示すように、応力は、伸び回復力、布中に生じる摩擦による抵抗力、塑性による抵抗力、などと釣り合っており、伸び回復力は従来の方法で考えられているほど大きくはない。

【０００９】また、従来の方法では、伸び歪みの大きさが衣服圧の大きさに関係しているが、実際には衣服圧の大きさは伸び歪みとは関係がない。

【００１０】例えば、図８に示すように、１ｋｇの重り５０３、５０６をそれぞれ秤５０１、５０４の下に吊るしたとする。 （Ａ）では、重り５０３と秤５０１の間にバネ５０２がつながっているとする。 （Ｂ）では、重り５０６と秤５０４の間に伸びない糸５０５がつながっているとする。 バネ５０２、糸５０５は共にその重さが無視できるとする。 ここで、重り５０３に作用する重力は、布に作用する応力に相当し、バネ５０２の伸びは、
布の伸び歪みに相当する。 バネ５０２は歪みと応力の関係により、Δｌ＝Ｆ／ｋだけ伸びる。 ここで、ｋはバネ５０２のバネ定数であり、Ｆは重り５０３によりバネに作用する力である。 バネ定数がどのような値であろうとも、秤５０１の目盛は１ｋｇを指し示す。 また、バネ５
０２がどれだけ伸びていようとも、秤５０１の目盛は秤５０４と同じ値（１ｋｇ）を指し示す。 ここで、バネ定数は、布の歪みと応力の関係から求まる弾性率に相当し、秤が指し示す目盛の値は衣服圧に相当する。 このような簡単な思考実験によっても明らかであるように、布の伸び歪みと衣服圧とは無関係である。

【００１１】従来の方法では、布形状が保持された状態で人体に作用している応力を求めるために、歪みと応力の関係から、伸び回復力を算出する必要がある。 また、
従来の方法では、安定な計算を行うためには、実測の歪みと応力の関係から求められる弾性率よりも、計算に用いる弾性率を小さくしなければならない。 しかしながら、その結果、伸び回復力が同一だとすれば、計算される布の伸び歪みは大きくなる。 したがって、計算結果は実際の布よりも伸びた形状を与えることになる。 その結果、過大に計算された伸び歪みが衣服圧の値を不正確にしてしまうという課題があった。

【００１２】また、従来の方法では、人体は弾性体と仮定されているが、実際には、下着のようなものは別にして、一般的な衣服をまとう程度では人体形状はほとんど変化しない。 また、たとえ弾性体近似をするにしても、
人体の弾性率を測定することは実際上困難であり、従来の方法は現実には使用しにくいという課題があった。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、衣服圧を予測する計算の計算速度、計算精度、計算安定性を向上させるシミュレーション方法およびシミュレーション装置を提供することである。 このシミュレーション方法またはシミュレーション装置を用いることで衣服製造工程を短縮し、製造コストを削減する衣服製造方法を提供することが可能になる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の着装シミュレーション方法は、予め与えられた衣服形状モデルおよび人体形状モデルから、衣服と人体との接触の有無を判断するステップと、該衣服の重力を計算するステップと、繰り返し計算によって該衣服に作用する接触力を計算して衣服圧を求めるステップとを包含しており、そのことにより上記目的が達成される。

【００１４】前記着装シミュレーション方法は、計算結果を表示するステップを更に包含していてもよい。

【００１５】前記着装シミュレーション方法は、操作者の所望する表示方法で計算結果を表示するように該計算結果を加工するステップと、該加工された計算結果を表示するステップとを更に包含していてもよい。

【００１６】本発明の着装シミュレーション装置は、予め与えられた衣服形状モデルおよび人体形状モデルから、衣服と人体との接触の有無を判断し、該衣服に作用する重力を計算し、繰り返し計算によって該衣服に作用する接触力を計算して衣服圧を求める手段を備えており、そのことにより上記目的が達成される。

【００１７】前記着装シミュレーション装置は、計算結果を表示する手段を更に備えていてもよい。

【００１８】前記着装シミュレーション装置は、操作者の所望する表示方法で計算結果を表示するように該計算結果を加工する手段と、該加工された計算結果を表示する手段とを更に備えていてもよい。

【００１９】前記着装シミュレーション装置は、操作入力手段を更に備えていてもよい。

【００２０】前記着装シミュレーション装置は、データ記憶手段を更に備えていてもよい。 前記着装シミュレーション装置は、計算結果を印刷する印刷手段を更に備えていてもよい。

【００２１】本発明の着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置では、予め与えられた衣服形状モデルおよび人体形状モデルから、衣服と人体との接触の有無を判断するので、衣服と人体との接触の有無を判断することが可能になる。 また、衣服に作用する重力を計算するので、衣服に働く力と人体に働く力との詳細な力の釣り合いを考慮することができる。 その結果、伸び回復力を実際よりも大きく計算してしまうことがない。 さらに、衣服圧に無関係な歪みと応力の関係を使わず、衣服と人体との接触の事実から衣服圧を計算するので、衣服圧の予測計算を高速かつ高精度で安定的に行うことができる。

【００２２】本発明の着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置では、このように衣服圧の予測計算を高速かつ高精度で安定的に行うことができるため、着装シミュレーションを高速かつ高精度で安定的に行うことができる。 さらに、表示部や印刷部に操作者の所望する表示方法で計算結果を表示できるので、高速かつ高精度な着装シミュレーションが可能になる。 このことにより、衣服製造工程の期間を短縮することが可能になるので、製造コストの低減が図れる。 また、衣服製作者がより多くの時間を創造性に富んだ製作に費やすことが可能になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説明する。

【００２４】図１は、本発明によるシミュレーション装置１００の概略構成例を示す図である。 シミュレーション装置１００は、操作入力装置１（例えばキーボード、
マウスなど）、表示装置２（例えばカラーディスプレー）、主演算ユニット３、並列演算ユニット４、外部記憶装置５、印刷装置６（例えばカラープリンタ）を備えている。

【００２５】シミュレーション装置１００では、表示装置２に、操作者が所望する方法でシミュレーション結果の表示を行うことが可能である。 例えば、表示装置２に表示された３次元衣服形状および３次元人体形状に対して、回転や移動などの座標変換を行うことである。 これらの表示は、操作者により、操作入力装置１を介して行われる。 また、シミュレーション装置１００では、高性能な主演算ユニット３および並列演算ユニット４により、操作者の入力操作に対する応答は、ほぼリアルタイムで行われる。 さらに、本発明による方法で演算処理された衣服圧を、疑似カラー表示によるレンダリングを施して表示装置２に表示するとともに、カラープリンタなどの印刷装置６からハードコピーとして出力することも可能である。

【００２６】図２は、シミュレーション装置１００の構成を機能ブロックに分けて示す図である。 操作入力装置１は入力装置１０１に、表示装置２は表示部１０８に、
主演算ユニット３と並列演算ユニット４は演算手段２０
０、形状モデル部３００および表示制御手段１０７に、
外部記憶装置５はデータ記憶部１０６に、印刷装置６は印刷部１０９に、それぞれ相当する。

【００２７】図３は、本発明による着装シミュレーション方法を示すフローチャートである。 図４は、衣服圧を計算するステップＳ８の内容を詳細に示すフローチャートである。 以下、図２〜４を参照しながら、本発明の一実施例を詳述する。

【００２８】まず、３次元衣服形状データ部１１０から３次元の数値データからなる３次元衣服形状データが、
３次元人体形状データ部１１１から３次元の数値データからなる３次元人体形状データが、形状モデル構成手段１１２に送られる。 このとき、操作者の操作によって、
入力装置１０１から、３次元衣服形状データ制御部１１
０ａを介して信号Ｉ６が送られ、３次元衣服形状データの選択、加工、変更などが行われてもよい。 また、同様にして、３次元人体形状データ制御部１１１ａを介して信号Ｉ７が送られ、３次元人体形状データの選択、加工、変更などが行われてもよい。 以上がステップＳ１である。

【００２９】ステップＳ１によって送られてきたデータから、形状モデル構成手段１１２によって、３次元衣服形状モデルと３次元人体形状モデルとが構成される。 操作者が信号Ｉ８を送ることによって、モデルの加工、変更を行うことも可能である。 以上がステップＳ２である。

【００３０】本実施例では、３次元衣服形状データおよび３次元人体形状データから３次元衣服形状モデルおよび３次元人体形状モデルを構成するステップが含まれているが、本発明の着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置では予め前記モデルが与えられていてもよい。

【００３１】次に、形状モデル部３００から送られてきたデータに基づいて、演算手段２００で衣服圧その他の計算が行われる。 まず、接触判断手段１０２で、以下に述べるような方法で、衣服と人体との接触の有無が判断される。 始めに、３次元衣服形状モデルを構成する格子点から、衣服モデルの法線に沿って人体形状モデルの探索を行い、衣服と人体との距離が求められる（ステップＳ３）。 衣服と人体との距離が十分小さい場合、つまり、予め定めておいた判定基準としての基準距離（例えば１ｃｍ）以下である場合は、衣服と人体とが接触していると判断する。 また、衣服と人体との距離が前記の基準距離よりも大きい場合は、接触していないと判断する（ステップＳ４と、Ｓ５ａ又はＳ５ｂ）。

【００３２】次に、重力計算手段１０４において、衣服モデルの格子点が代表する体積と布の質量密度とから、
格子点が受ける重力が計算される（ステップＳ７）。

【００３３】ところで、過去の研究などから、曲げ回復力が衣服圧の計算に与える影響は実質的に少ないことが分かっているので、衣服圧を求める計算において曲げ回復力は無視する。

【００３４】接触判断手段１０２および重力計算手段１
０４で計算された結果は衣服圧計算手段１０５に送られる。 衣服圧計算手段１０５では、格子点間の応力と接触力とが反復法にて計算される（ステップＳ８）。

【００３５】次に、ステップＳ８での、詳細な計算方法の例を説明する。 図４に、衣服圧の計算方法を示す詳細なフローチャートを示す。 本計算方法はポテンシャルエネルギ最小化の原理を利用した方法である。 なお、下記の説明において、スカラー量とベクトル量とを区別するために、ベクトル量については記号の後ろに「［ベクトル］」と表記することにする。

【００３６】まず、格子点に働く力について説明する。
格子点間の力ｐｉｊ［ベクトル］は、格子点ｉと格子点ｊとの間の軸力である。 今、格子点ｉの実効的な変形力をＦｍ［ベクトル］とし、格子点ｉと格子点ａとの間の軸力をｐａ［ベクトル］、格子点ｉにかかる外力をＦｅ
ｘｔ［ベクトル］、接触力をＦｃｏｌ［ベクトル］とすると、

【００３７】

【数１】

【００３８】となる。 図９にこの関係を示す。 ｐａ［ベクトル］は、スカラー成分ｐａと単位方向ベクトルｄａ
［ベクトル］との積である。 ｄａ［ベクトル］は格子点の配置で決まり、ｐａの値は未知である。 また、Ｆｃｏ
ｌ［ベクトル］は、スカラー成分ｆｃｏｌと単位法線ベクトルｎｉ［ベクトル］との積である。 布が人体に吸い込まれることはないので、ｆｃｏｌ≧０である。 布と人体との接触がないところでは、ｆｃｏｌ＝０である。

【００３９】格子点がＭＮ個ある場合、（１）式はＭＮ
個の連立方程式となる。 Ｆｅｘｔ［ベクトル］、ｄａ
［ベクトル］、ｎｉ［ベクトル］は既知であるが、ｐａ
とＦｍ［ベクトル］、ｆｃｏｌは未知変数である。 このため、前記連立方程式を一意に解くことはできない。 ところで、布は自ら進んで変形するのではなく、外部力によって仕方なく変形するのであるから、静止状態では（１）式右辺は零となる。 ゆえに、自然の法則（ポテンシャルエネルギ最小化の原理）により、下記（２）式の関数は常に最小になっていると考えられる。

【００４０】

【数２】

【００４１】Ｅｃを最小化するには、

【００４２】

【数３】

【００４３】になるｐａを最急降下法により求めればよい。 最初に、初期値ｐａ（０）、ｆｃｏｌ（０）を与え（ステップＳ８１）、関数Ｅｃを計算する（ステップＳ
８２）。 すべてのｉに対して、

【００４４】

【数４】

【００４５】となるかどうか判定し（ステップＳ８
３）、（３）式が成り立つ場合は接触力の計算を終了し、次のステップであるステップＳ８５に進む。 ここで、εｃは収束判定に用いる閾値である。 一方、（３）
式が成り立たない場合は、ステップＳ８４に進み、ｐａ
（ｍ）、ｆｃｏｌ（ｍ）を以下の（４）、（５）式によって、それぞれｐａ（ｍ＋１）、ｆｃｏｌ（ｍ＋１）に更新する。

【００４６】

【数５】

【００４７】ここで、γは更新のステップ値である。 その後、ｐａ（ｍ＋１）、ｆｃｏｌ（ｍ＋１）を用いて、
Ｅｃの変化が閾値εｃ以下となるまで、ステップＳ８
２、Ｓ８３の繰り返し計算を行う。

【００４８】次に、前記の繰り返し計算により求められた格子点における接触力を、格子点が代表する面積で割ることにより、衣服圧が求められる（ステップＳ８
５）。

【００４９】なお、ここでは、Ｅｃの最小化計算に最急降下法を用いたが、他の最適化技法も利用可能であることはいうまでもない。 以上がステップＳ８の衣服圧の計算方法である。

【００５０】衣服圧計算手段１０５で計算された衣服圧のデータは、データ記憶部１０６および表示制御手段１
０７に送られ、疑似カラー表示やベクトル表示のような所望の画像表示が得られるように制御されて、表示部１
０８に送られる。 図５は、疑似カラー表示によりレンダリングを施された、衣服圧の分布を示す３次元描画であり、前面図、側面図、後面図を並べて表示したものである（ステップＳ９）。 また、表示制御手段１０７に送られた衣服圧のデータは、印刷部１０９で印刷されてもよい。 このような表示により、衣服の試作をせずとも衣服圧についての検討が可能になり、着心地のよい衣服の設計を短期間に行うことができるようになる。

【００５１】本発明による着装シミュレーションは以上のようなステップで行われうる。 本発明による着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置では、衣服に作用する重力の計算が行われるので、布に作用している力の計算を詳細に行うことが可能になった。
これにより、接触力をより正確に求めることができるようになったため、衣服圧の計算精度が向上した。 また、
接触力を正確に求めることができるようになったので、
計算の安定性が向上した。 これにより、従来の方法では約１５分かかっていた計算を、約３分に短縮することが可能になるなど、計算速度がはやくなった。

【００５２】また、従来の方法では人体を弾性体と近似していたため、計算が面倒であった。 しかしながら、本発明による着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置では、ウエスト部分などのように意図的に衣服圧を高める部分については、人体を弾性体近似せずに、接触処理よりも衣服形状保持の処理を優先させることで、計算を容易に行うことができる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明の着装シミュレーション方法および着装シミュレーション装置を利用すれば、衣服圧の予測計算を高速かつ高精度で安定的に行うことができる。 このことにより、衣服の着心地感を高速、高精度で予測することが可能になった。

【００５４】また、利用する人体形状データを変更することにより、どのような体型の人までがその衣服を快適に着用することができるかが判断できる。 さらに、布の内力分布が計算できるので、与えられた衣服形状にするための布特性を逆算することが可能になる。 したがって、想定した衣服の形状を保持するための生地の選定や、補助素材を入れるべきかどうかの判断も可能になる。 また、衣服形状計算と衣服圧の計算とを組み合わせることにより、設定した素材を用いることで想定した衣服形状がどのように変化するかを知ることができる。

【００５５】このように、実際に衣服を試作しなくても、シミュレーションによって種々の検討が可能になるので、型紙の作製、縫製、試作、検討、修正のサイクルを削減することができる。 これにより、製作者は試作に費やす時間や費用を大幅に削減することができ、創作的な試行回数をより多くとることができるため、従来よりも、洗練されたデザインの衣服を生み出すことができる。 さらに、設計コストの削減も達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による着装シミュレーション装置の概略構成例を示す図である。

【図２】上記着装シミュレーション装置の構成を機能ブロックに分けて示す図である。

【図３】上記着装シミュレーション装置による衣服圧計算方法のフローチャートである。

【図４】ステップＳ８の内容を詳細に示すフローチャートである。

【図５】本実施例におけるシミュレーション結果（衣服圧の分布）を示す、ディスプレー上に表示した中間調画像を表す写真である。

【図６】従来の衣服製造工程を示すフローチャートである。

【図７】衣服の布に作用する力の釣り合いを説明する図である。

【図８】衣服圧と布の伸び歪みとは関係がないことを示すために、例として用いられた重りと秤の図である。

【図９】格子点に作用する力を示す図である。

【符号の説明】

１ 操作入力装置 ２ 表示装置 ３ 主演算ユニット ４ 並列演算ユニット ５ 外部記憶装置 ６ 印刷装置 １００ 着装シミュレーション装置 １０１ 入力装置 １０２ 接触判断手段 １０４ 重力計算手段 １０５ 衣服圧計算手段 １０６ データ記憶部 １０７ 表示制御手段 １０８ 表示部 １０９ 印刷部 １１０ ３次元衣服形状データ部 １１１ ３次元人体形状データ部 １１０ａ、１１１ａ データ選択部 １１２ 形状モデル構成手段 ２００ 演算手段 ３００ 形状モデル部 ４００ 表示手段 ５０１ 秤 ５０２ バネ ５０３ 重り ５０４ 秤 ５０５ 糸 ５０６ 重り