方超逸，何佳臻

(苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215006)

2021年3月结束的全国两会中，发布了“十四五”规划和2035年远景目标纲要，纲要中通过的一系列指标、方案、举措指明了中国未来经济社会发展的大方向。纲要指出，未来5年值得关注的行业包括数字经济的重点产业——虚拟现实(Virtual reality,VR)和增强现实(Augumented reality,AR)[1]。VR技术是指通过计算机生成一种虚拟环境，用户通过头戴式设备以自然的方式(如头部转动、眼睛转动、手势等)与该环境交互，多种感官得到刺激，从而让用户产生仿佛置身在真实环境中的感觉。其具有的核心特性可归纳为“3I”，即Immersion(沉浸性)，Interaction(交互性)，Imagination(想象性)[2]。AR技术是指通过计算机生成虚拟对象，运用三维注册技术将其“放置”于现实世界中，进而借助显示技术和交互技术，让用户感知到虚拟对象的存在同时能与之产生交流互动[3]。

作为新兴科技的代表，VR/AR技术在生产工作、室内设计、教育、游戏娱乐以及服装等领域已经有了一些应用，比如利用VR技术实现虚拟仿真课堂，互动游戏以及虚拟观影等[4-6]；利用AR技术实现智能可视化工厂、AR导航以及AR试衣等[7-8]。2020年新冠疫情期间，VR给时尚界带来了前所未有的展现形式以及革命性的沉浸式视觉体验；AR将用户带入虚实结合的场景中，大大提高了整个购物环节的体验感；业内一致认为基于AR增强现实技术的眼镜形态产品在未来会取代手机，其不仅外观轻巧、佩戴方便，同时可实现比手机更多的功能，让人们真正置身数字世界之中。同时VR/AR技术与服装结合的应用研究也已开展了许久，比如基于VR/AR技术实现的服装设计形式，借助VR虚拟仿真技术实现的服装试验场景模拟以及AR服装试穿应用等。

本文简述了VR/AR技术的基本概况，系统综述了VR/AR在服装设计、性能评价、营销策划环节的研究进展和相关应用，并基于现状展望了该领域未来的研究方向，以期为VR/AR技术在服装领域的应用推广提供思路。

1 VR/AR基本概况

1.1 发展进程

由于VR技术主要借助头戴式设备(一般是VR头戴式显示器，以下简称VR头显)来实现，因此VR技术的进步与VR头显的发展紧密相连。1957年，Morton Heiling发明了一台名为Sensorama的设备，通过这台仿真模拟设备，人们可以看到3D物体，听到环绕立体声，同时感受到震动、风吹，甚至可以闻到不同味道[9]。接下来的几十年因为硬件、算法进步缓慢，以及相关生态尚不健全等原因导致整个VR行业发展迟缓。在沉寂了许久之后，近些年VR又重新引起了人们的关注。美国Oculus工作室发布的Oculus Rift VR头显在2012年登录美国众筹平台KickStarter，该产品总共募资近250万美元；2014年7月Meta(原Facebook)以20亿美元的价格收购Oculus工作室[10]；2020年，Meta推出的Oculus quest 2 VR头显拥有出色的性能以及亲民的价格。相信在未来具备强劲性能、低价的VR设备将成为主流，从而吸引更多用户消费体验，更多企业与资本入场，使得技术与制造成本降低，进而形成正向循环，推动整个行业向前发展。

1990年美国波音公司的研究员Thomas Caudell创造了增强现实(Augumented Eeality)这一词汇[11]。1992年，Louis Rosenberg为美国空军研发了眼镜形态虚拟修理系统Virtual Fixtures。随后几年，AR相关应用大多集中在专业领域发展。但受到当时光学成像技术不成熟、计算芯片性能不足以及算法进步缓慢等软硬件条件限制，AR行业总体没有得到太大的关注。直到1999年，日本奈良先端科学技术学院的加藤弘一教授主导推出了世界上第一个用于增强现实软件开发的软件开发工具包(Software development kit,SDK)ARToolKit[12]，使得普通用户也能使用AR技术。随后诸如Apple公司ARKit与Google公司ARCore等SDK的发布进一步方便人们通过智能手机实现AR功能。2016年手机AR游戏Pokemon go的出现，真正让增强现实技术走入了大众视野中。随着软硬件水平的提高，AR眼镜也得到了快速发展。2013年Google推出Google Glass，虽然只能实现不太清晰的成像以及简单的功能，但为AR眼镜的进步做出了贡献[13]。2015年，微软推出HoloLens系列AR眼镜，其中2019年发布的HoloLens 2更是成为截至2021年末世界性能最优异的AR眼镜[14]。表1对比了VR/AR的典型产品信息。

1.2 核心技术

VR/AR技术作为新时代科技革命的技术代表[15]，其背后的原理以及实现方法等一直是研究者关注的重点。

VR/AR涉及到3D显示技术(低延迟渲染管道、注视点渲染、光场显示等)[16]、跟踪与定位技术(针对VR的外向内和内向外追踪，以及针对AR的即时定位与建模等)[17]、识别交互技术(手势识别、姿态识别以及触觉反馈等)[18]，在应用层面则涉及到基于3D引擎(开发3D游戏的工具)内容开发、视频制作以及网络原理等技术[19]。可以看到在技术大方向上VR与AR基本相同，但由于双方具体实现效果不同(VR是完全虚拟的，而AR是基于现实环境的)，导致侧重点不尽相同。VR侧重3D显示与手势识别[20]，而AR在跟踪定位(即三维注册技术：对数字物体在现实中的位置进行精准的标定，使得计算机生成的数字信息与现实完全匹配，以提升现实世界的视觉效果[21-22])方面要求更高。

表1 VR/AR典型产品对比Tab.1 VR/AR typical product comparison

1.3 VR/AR应用领域

VR/AR技术借助VR头显、AR眼镜与相应的配套软件在生产、交通、教育及军事等领域展开了相关应用。

在生产和工作场景方面，冯智超等[23]进行了VR虚拟现实技术与汽车系统结合的应用研究，通过VR头显在虚拟环境下进行汽车装配、内饰设计等工作，研究发现VR技术能有效提高整车工作的效率；李世强等[24]运用VR技术进行了数字化工厂仿真工作，实现工厂数据云端存储、智能调整、实时监控，有效提高了工厂整体工作效率；Li等[25]通过VR技术打造的飞机客舱管理与培训系统，对机组人员起到了很好的培训效果。

在交通方面，Sayapogu等[26]成功开发了一款AR室内导航应用，帮助人们在无法使用GPS的室内依然可以轻松到达目的地；刘清岗[27]通过AR技术解决了复杂场景即时导航定位的问题；刘彬等[28]探究了AR技术与智慧交通的可结合性，得出AR在行车导航，道路协同执法管理等方面都可以发挥较大作用。

在军事方面，Rathnayake[32]对VR/AR技术在军事领域的应用进行了研究，借助VR虚拟作战系统可以让士兵无需去室外即可实现野外作战，同时在AR技术的帮助下，士兵可以在战场上实时识别物体，从而协助作战。

2 VR/AR在服装领域的应用现状

2.1 在服装设计方面的应用

VR/AR技术在服装设计方面的应用大致可分为3个方面：在服装款式设计中的应用、在服装结构设计中的应用以及在服装面料设计中的应用。

首先在服装款式设计方面，通过VR技术创建出360°虚拟数字空间，设计师借助VR设备进入该空间中并绘制出三维立体服装，呈现出来的立体服装可以从任意角度观看，同时可以进行即时修改。在此过程中，还可以设定织物的色彩、图案以及物理特性等元素[33]。借助AR技术，使用者只需通过AR设备即可将三维人体模型和设计的服装展现在现实环境中，甚至在5G以及云计算等技术帮助下，可以实现多方实时交流和修改设计图等工作[34]。其次在服装结构设计方面，通过VR/AR技术进行三维建模和实时显示，可以实现平面二维服装样板与三维样衣自由切换，样板师可以随时修改服装样板，并查看实际款式立体效果，直至得到满意的服装样板[35]。最后在服装面料设计方面，以印染图案设计为例，通过VR技术对图案纹样、色彩、构图进行设计，能够产生传统印染无法表达的图案效果，同时对印染图案的肌理效果进行预先模拟，并对图案进行准确定位和构图，方便面料生产工后续的操作[36-37]。

与传统的服装设计方式相比，在VR/AR技术加持下的服装设计从技术方面看提高了精确度，可以自由精准地调控各个参数；就表现形式而言，VR/AR技术使得服装变得立体生动，设计师能获得更多灵感、更自由地进行创作，样板师可以得出效果更佳的样板，以及面料生产的工作变得更轻松；就节约环保而言，基于VR/AR技术的虚拟服装设计无需做出实体样衣，极大节省了人力物力、提高了设计工作的效率，对企业成本控制以及全球环境保护都产生了很大的贡献[38-39]。虽然VR/AR技术对于服装设计具有重要作用，但仍有以下几个方面的问题需要解决：首先VR/AR技术在服装设计领域出现较晚，行业内对该技术整体应用经验还不够丰富；其次所需技术对于人员专业要求较高，相关设备价格高昂；再者目前受限于设备性能以及带宽等因素，无法满足多人实时在线设计，不利于提高设计工作效率；最后在服装图案样式、色彩纹理以及物理特性的模拟和展示等方面还有待提高。

2.2 在服装性能评价方面的应用

服装性能评价对于试验设备、环境以及人员有时要求较高，可能导致试验成本过高。借助VR虚拟现实技术，可以模拟真实感极高的试验场景，使用户体会到与真实场景类似的感受，进而减少环境对于这类试验的影响。

王申婉[40]基于上述思想，研究将虚拟场景试验评价法应用到评价运动服装舒适性实验中的可能性。通过对比分析虚拟场景试验与实际场景试验下受试者主、客观数据差别，比较了各项生理及心理数据，获取虚拟场景试验评价方法能够较为有效地替换实际场景评价方法。通过VR技术能够将过去的服装舒适性五级评价系统(包括皮肤模拟试验、暖体假人试验、人体穿着试验、有限现场穿着试验、大规模现场穿着试验)中的第三级与第四级一定程度上组合为虚拟场景试验评价方法，由此把过去的服装五级评价系统调整优化，转变为操作更简便的四级评价系统，拥有经济、方便、可替代性强等明显优势。系统转换详情如图1所示。

图1 服装舒适性评价系统五级转换为四级Fig.1 The five-level conversion of clothing comfort evaluation system to four-level

目前受CPU中央处理器、GPU图形处理器、内存、图像算法等硬软件发展的影响，VR/AR技术在服装性能评价方面的研究进展缓慢，具体可总结为以下三点：首先试验物体建模复杂度和难度均较大，同时难以达到高仿真性；其次在试验场景的构建上，涉及到物理、化学等多种参数设计，如何准备模拟环境的动态变化并实时显示出来是相关研究中的重要课题；最后对于实验应用的功能设计、交互设计以及内容设计方面不够完善，造成实验整体可交互性较弱，从而可能对实验结果产生不良影响。

2.3 在服装营销策划方面的应用

VR/AR技术在服装营销策划方面的应用大致可分为两个环节：在服装宣传推广中的应用以及在服装销售环节的应用。

服装的宣传推广与科技的关系向来密不可分，目前迅速兴起的VR技术和AR技术已经为服装的宣传推广起到了很大的帮助[41]，尤其在服装时装秀方面有较多的应用[42]。表2总结了基于VR/AR技术的时装秀相关信息。

在VR方面，2011年在VR/AR概念还没普及之时，以超前视野著称的Burberry就举办了3D全息走秀；2017年，借助虚拟现实技术，观众可以360°观看到维密秀场后台[43]，但整体内容较为单一，同时无法自由切换观看视角；2018年奢侈品服装B2B电商Ordre获得阿里巴巴战略投资，借助Ordre的VR和3D激光扫描技术，买手和零售商们可以实现在线订货[44]，但受限于设备性能无法很好地模拟场景；2020年受新冠疫情影响，Prada把早春时装秀搬到了线上，让全球的观众都可以通过网络观赏到这一场VR时尚盛宴[45]。在AR方面，2018年Magic Leap、Moschino、Warpin Media与国外某服装品牌合作，通过Magic Leap AR眼镜不仅使得用户观看到传统的T台秀，同时在长达8 min时间里体验到沉浸式时尚大片的感觉[46]，但整个秀场制作起来复杂性与难度较大，难以大规模普及；2020年3月的一场淘宝直播在全球范围内首次运用了绿幕AR技术展示了云上时装周，让广大消费者真正切身体验到了AR技术赋能时装秀所带来的震撼视觉体验[47]。

表2 VR/AR时装秀对比Tab.2 VR/AR fashion show comparison

在服装销售环节的应用主要是AR虚拟试衣为主。虚拟试衣是通过计算机技术，用户无需脱去衣物即可完成换装，同时看到试穿效。依据技术类型的差异性，虚拟试衣大抵能够分为两类：第一类是对2D或3D人体模型虚拟地换衣服、试衣服；第二类是以AR增强现实技术为核心，通过摄像头捕捉人体，计算机处理相关数据之后在屏幕上呈现实时人体并可对其进行换衣操作[48]。表3总结了国内外利用VR/AR技术进行虚拟试衣的相关应用。

在国际方面，早在2001年11月德国科学家就开始了关于AR虚拟试衣的相关研究。2011年美国的VR/AR公司Zugara开发了一款名为“Webcam Social Shopper”(网络摄像头在线社交导购)的工具，但由于当时网络延迟较高，相关技术尚不成熟，导致实际使用效果较差。接下来，有四家公司分别发布了AR试衣间的应用：2011年5月，俄罗斯VR工作室推出的基于微软Kinect的“AR Door”；2012年，优衣库在其美国门店尝试了AR试衣镜“Uniqlo Magic Mirror”；2015年1月6日东芝在CES国际电子产品展上推出自主研发的Virtual Fitting Room(虚拟试衣间)；2017年正在谋求数字化转型的休闲服饰品牌Gap推出应用谷歌ARCore技术的“Dressing Room”[49]，但从整体效果来说，虚拟服装与人体贴合度不高、局部细节无法很好模拟，整体体验感不佳。在国内方面，2011年7月，杭州森动数码科技公司打造了亚洲首款虚拟3D试衣镜；2012年3月天猫发布AR虚拟试衣应用，推动未来网购新模式发展。

表3 虚拟试衣应用发展情况Tab.3 Development of virtual fitting applications

3 VR/AR在服装领域的展望

3.1 全感官VR/AR集成化服装

现在的VR/AR技术已经可以模拟人们的视觉和听觉，未来在线上线下一体化的大背景下，触觉、嗅觉甚至味觉都可以被模拟出来，这时候就需要一些外部设备来帮助我们实现这些功能，真正做到全感官VR实现。在电影《头号玩家》中，男主角穿上体感设备X1套装可以感受到女主角贴近其身体的触碰感以及被敌人击打的疼痛感。2019年位于英国的Teslasuit工作室发明了一款名为“Teslasuit”的紧身衣裤，作为“世界上第一款完全集成的智能服装”，它内置了一系列的动作捕捉系统和传感器，能够给到用户全身触觉反馈，生理特征反馈甚至气候控制(用于在长时间工作或游戏环境下保持身体舒适)。不仅可以给用户提供更加完整的VR/AR游戏体验，甚至可以作为远程培训工具来应用到其他场景中[50]。

3.2 基于VR/AR技术的新型服装产品研发

服装时尚行业历来与科技有着紧密联系，从服装设计到营销策划都有新科技的身影。VR/AR技术对于服装新产品研发起到了关键作用，其中数字时装作为VR/AR技术与服装时尚业结合的典型代表，正在推动服装行业走向未来的新阶段[51]。例如数字服装是一种利用3D设计软件和数字化合成技术所制作成的服装，没有实体产品，只存在于“线上”的数字文件中，并且主要的展示方式是通过图像处理，AR增强现实等技术来实现穿着效果。

2019年，总部位于荷兰阿姆斯特丹的数字时尚品牌The Fabricant设计并出售了世界上第一款交易成功的纯数字连衣裙[52]。The Fabricant一举成名后自此掀起一场前所未有的数字时尚革命。2021年2月，台湾省服装品牌oqLiq决定首次用全3D虚拟数字秀的形式参加纽约时装周和伦敦时装周。2021年法美数字运动鞋品牌RTFKT和The Fabricant合作推出了多款数字产品[53]。身处数字时代的“Z时代”们，共同特点是个性鲜明且喜爱装扮自己，并活跃在各种数字平台上，对于他们来说现实与网络早早融合在一起。OOTD(Outfit of the day今日穿搭)在社交媒体上的流行很好地体现了这一人群对于数字时尚的热衷与向往，这也给数字时尚的发展提供了无限的潜力[54, 55]。

3.3 算法计算速度提升及应用生态构建

VR/AR技术从虚拟试衣阶段到VR设计阶段，再到数字服装阶段，既给服装行业带来了产品应用上的创新，甚至能带动整个服装产业的升级换代。从硬件层面来看，VR/AR技术对于硬件设备计算能力与续航能力要求很高，但相信随着高端芯片的普及以及电池储量技术的提升，硬件方面的问题可以得到很大的改善。从软件层面来看，VR/AR技术作为人工智能技术的分支，对于相关算法要求极高[56]；目前VR/AR技术与服装结合的应用数量不多，品质上也很难有保障，因此科研人员应从算法计算速度与精度以及构建应用生态角度，重点发展相关算法以及不断探索VR/AR服装两者结合的机会点。新兴的计算机技术发展迅速，这是对服装行业的挑战更是机遇，作为一个拥有几百上千年历史的行业，应在保有自身优良特性的基础上，向着数字化、智能化大方向积极迈进。