基于三維人體測(cè)量的福建地區(qū)青年男性腰臀區(qū)間形態(tài)分析

鄭 瑋

(三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕紡工業(yè)系，福建 三明 365000)

基于三維人體測(cè)量的福建地區(qū)青年男性腰臀區(qū)間形態(tài)分析

鄭 瑋

(三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕紡工業(yè)系，福建 三明 365000)

為提高男性褲裝合體度與舒適度，本文著重探討與人體褲裝密切相關(guān)的腰臀區(qū)間形態(tài)特征。隨機(jī)抽取福建地區(qū)182名18～22歲青年男性為樣本，通過(guò)三維人體測(cè)量方式采集人體腰臀區(qū)間的相關(guān)數(shù)據(jù)，分別對(duì)腰臀區(qū)間截面形態(tài)、圍度形態(tài)、立體形態(tài)進(jìn)行分析。結(jié)果表明臀橫矢比與腰橫矢比離散程度較小，橫矢比較腰橫矢比略大；腰圍與臀圍存在較強(qiáng)的線性關(guān)系；通過(guò)主成分分析提取8項(xiàng)典型指標(biāo)，運(yùn)用K-均值聚類(lèi)法和方差分析，最終將腰臀區(qū)間曲面形態(tài)分為6類(lèi)，為福建地區(qū)男性褲裝設(shè)計(jì)提供理論參考。

青年男性；三維人體測(cè)量；腰臀區(qū)間；典型指標(biāo)；形態(tài)分類(lèi)

追求著裝合體舒適已成為現(xiàn)代消費(fèi)者選購(gòu)服裝首要考慮的因素。尺碼相同而體型不同的人，穿著同款服裝，也可能出現(xiàn)適體度截然不同的現(xiàn)象，因此，對(duì)體型進(jìn)行分析和分類(lèi)很重要。隨著三維掃描技術(shù)的成熟，三維人體掃描作為一種非接觸式測(cè)量技術(shù)，因其高精度、高效率、易輕松獲取人體復(fù)雜曲面尺寸的特點(diǎn)，逐漸成為人體數(shù)據(jù)采集的主要工具之一[1]。近幾年，對(duì)人體體型的測(cè)量和分析主要集中在女子體型的研究上，相比較而言，對(duì)男性體型的分析研究較少，少量的研究還主要集中在肩部、頸部和軀干部位[2-4]，而對(duì)腰臀區(qū)間的局部形態(tài)特征描繪尤其欠缺。

隨著時(shí)尚潮流的變化，男性的著裝風(fēng)格也悄然發(fā)生改變，尤其年輕男性追求服裝美觀適體漸成趨勢(shì)，與以往的大肚裝寬松褲相區(qū)別，上衣趨向瘦身收腰，褲子合體。褲子結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部位主要集中在腰部至襠部之間，而褲襠的深度和寬度是由腰圍、腹圍、臀圍的圍度尺寸及其形態(tài)決定，褲子的合體性及舒適度也主要體現(xiàn)在腰腹臀部位的適體度上。因此本文著重針對(duì)男性腰臀區(qū)間部位截面形態(tài)進(jìn)行探討，借助三維人體測(cè)量技術(shù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)男性腰臀區(qū)間體型特征進(jìn)行細(xì)分歸類(lèi)，為男性褲裝設(shè)計(jì)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

以福建地區(qū)青年男性為研究對(duì)象，隨機(jī)抽取年齡在18～22歲的青年男子182人為實(shí)驗(yàn)樣本。

1.2 儀器與條件

采用德國(guó)的TechMath非接觸式三維人體掃描儀對(duì)人體進(jìn)行掃描。實(shí)驗(yàn)前，對(duì)測(cè)量?jī)x器先進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)量精準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要求無(wú)光照，完全封閉，測(cè)量溫度控制在24～29°C，相對(duì)濕度控制在50%～70%，符合實(shí)驗(yàn)的環(huán)境要求。

1.3 測(cè)量方法與指標(biāo)

要求測(cè)試者穿著緊身內(nèi)褲，按照測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，自然站立在掃描臺(tái)上，雙腳放在腳位標(biāo)識(shí)處，手臂下垂，肘部略微向外張開(kāi)，肘點(diǎn)朝外，雙手離大腿距離約9 cm左右。測(cè)量時(shí)，要求測(cè)試者呼吸自然，兩眼目視前方，盡量避免晃動(dòng)造成測(cè)量誤差。對(duì)同一測(cè)試者至少重復(fù)進(jìn)行3次測(cè)量，取平均值為最終測(cè)量結(jié)果，以減少儀器造成的測(cè)量誤差[5]。參考GB/T 5703-2010人體測(cè)量基礎(chǔ)項(xiàng)目，提取包括身高、腰高、臀高、腰圍、腹圍、臀圍、腰寬、臀寬、腰厚、臀厚、臀突、腹突、后臀起翹角共13個(gè)測(cè)量指標(biāo)，并根據(jù)需要衍生出臀橫矢比、腰橫矢比、腰臀距、臀腰圍度差、臀腰圍度比、腹腰圍度差、腹腰圍度比7個(gè)指標(biāo)。

2 測(cè)量結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理與正態(tài)檢驗(yàn)

為減少誤差，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，在做統(tǒng)計(jì)分析之前，借用盒型圖對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，排除由于人為誤差導(dǎo)致的離群點(diǎn)或極端數(shù)據(jù)等奇異值，最終得到有效樣本173個(gè)，采樣有效率95%。經(jīng)Q-Q圖檢驗(yàn)，得出各測(cè)量部位主要指標(biāo)均服從或近似服從正態(tài)分布。

2.2 腰臀區(qū)間截面形態(tài)

采用腰橫矢比和臀橫矢比分析腰臀區(qū)間截面形態(tài)。橫矢比為截面橫向長(zhǎng)度與縱向長(zhǎng)度的比值，運(yùn)用橫矢比能有效反映曲面柱體截面形態(tài)。圖1為腰橫矢比頻率分布圖，頻率是各段腰橫矢比頻數(shù)與樣本容量的比值。圖中顯示腰橫矢比頻率分布呈現(xiàn)較平緩且基本對(duì)稱(chēng)的正態(tài)分布， 54.3%的腰部寬度約為其厚度的1.33～1.43倍，腰橫矢比均值為1.39，標(biāo)準(zhǔn)差是0.073，說(shuō)明所測(cè)量的樣本數(shù)據(jù)離散程度較小。

圖1 腰橫矢比頻率分布圖Fig.1 the frequency distribution of waist transverse vector ratio

圖2 臀橫矢比頻率分布圖Fig.2 The frequency distribution of hip transverse vector ratio

圖2為臀橫矢比頻率分布圖。圖中顯示臀橫矢比頻率分布呈現(xiàn)較平緩且略向右偏的正態(tài)分布， 57.8%的臀部寬度約為其厚度的1.44～1.54倍，臀橫矢比均值為1.50，標(biāo)準(zhǔn)差是0.068，說(shuō)明所測(cè)量的樣本數(shù)據(jù)離散程度較小。比較而言，臀橫矢比較腰橫矢比略大，說(shuō)明腰部比臀部略扁。

2.3 腰臀區(qū)間圍度相關(guān)分析

通過(guò)腰臀區(qū)間圍度比值相關(guān)分析，可以反映人體腰臀區(qū)間圍度形態(tài)。臀圍與腰圍圍度比均值為1.21，57.8%的臀部寬度約為其厚度的1.44～1.54倍，標(biāo)準(zhǔn)差為0.032，最小比值為1.13，最大比值為1.29，數(shù)據(jù)離散程度較小。

圖3 腰臀圍度回歸模型擬合曲線Fig.3 Regression model fitting Curve of Waist and hip girth

y=66.566x-64.931

經(jīng)回歸系數(shù)的顯著性t檢驗(yàn)，得出自變量x系數(shù)t統(tǒng)計(jì)量所對(duì)應(yīng)的概率值為0，驗(yàn)證回歸系數(shù)的檢驗(yàn)是通過(guò)的。

2.4 腰臀區(qū)間曲面形態(tài)分析

2.4.1 主成分分析

為了能夠清晰反映腰臀區(qū)間的三維立體形態(tài)，找出各項(xiàng)測(cè)量指標(biāo)之間的相關(guān)性，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。選取所測(cè)腰臀區(qū)間13項(xiàng)數(shù)據(jù)和由此衍生的臀橫矢比、腰橫矢比、腰臀距、臀腰圍度差、臀腰圍度比共18項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，以壓縮找出特征參數(shù)。

表1為主成分分析結(jié)果，給出了主成分分析各個(gè)階段的特征根與方差貢獻(xiàn)率。以提取特征值大于1的因子為界，可得前6個(gè)主成分特征根都大于1。從碎石圖(限于篇幅，圖不列出)也可看出在第6主成分處出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，第7～18主成分貢獻(xiàn)率均較小，變化幅度平緩。依據(jù)主成分的貢獻(xiàn)率，前6個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.815%，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)對(duì)主成分因子累計(jì)貢獻(xiàn)率的要求，故提取前6個(gè)主成分進(jìn)行分析。

表1 因子特征值和方差貢獻(xiàn)率(部分)

參考正交旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣(數(shù)據(jù)過(guò)多，表不列出)，得到以下6個(gè)主成分因子:第一為高度因子，包括腰高、臀高、身高、后臀起翹角；第二為寬度和圍度因子，包括臀寬、臀圍、腰寬、腹圍、腰圍；第三為圍度形態(tài)因子，包括臀腰圍度比、臀腰圍度差、腰臀距；第四為臀部截面形態(tài)因子，包括臀橫矢比、臀厚；第五為腹臀曲度因子，包括臀突、腹突；第六為腰部截面形態(tài)因子，包括腰橫矢比、腰厚。

2.4.2 典型指標(biāo)提取與形態(tài)分類(lèi)

確定了主成分個(gè)數(shù)，還需要進(jìn)一步明確主成分與各個(gè)測(cè)量指標(biāo)之間的關(guān)系。依據(jù)旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣載荷值，指標(biāo)載荷值越大說(shuō)明與主成分相關(guān)度越高，同時(shí)結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)及所選測(cè)量指標(biāo)的代表性，在各類(lèi)主成分變量中提取典型指標(biāo)，作為腰臀區(qū)間三維形態(tài)分類(lèi)的依據(jù)。通過(guò)分析對(duì)比，選取腰高、臀圍、臀腰圍度差、腰臀距、臀橫矢比、臀突、腹突、腰橫矢比8個(gè)指標(biāo)為典型指標(biāo)。

為了獲取腰臀區(qū)間曲面形態(tài)的種類(lèi)和特點(diǎn)，運(yùn)用聚類(lèi)分析K-均值(K-means)聚類(lèi)法，對(duì)上述確立的8項(xiàng)典型指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析。K-均值聚類(lèi)是一種快速聚類(lèi)方法，采用迭代計(jì)算方法，不斷更新各聚類(lèi)中心位置，直至每個(gè)聚類(lèi)不再發(fā)生變化[7]。經(jīng)過(guò)7次迭代，得到最后收斂結(jié)果，此時(shí)分類(lèi)終止聚類(lèi)中心及樣本所占比例如表2所示。

表3是依據(jù)8個(gè)典型指標(biāo)聚類(lèi)成6類(lèi)時(shí)獲得的方差分析結(jié)果，該表說(shuō)明將測(cè)量樣本分為6類(lèi)時(shí)，8個(gè)聚類(lèi)典型指標(biāo)F檢驗(yàn)的顯著性水平均小于0.05，得出快速聚類(lèi)分析結(jié)果是比較顯著的，可以判定將樣本分成6類(lèi)是有意義的。

由表2分類(lèi)最終聚類(lèi)中心數(shù)值可知：第一類(lèi)臀部偏小，腰臀圍度差較小，腰臀部略顯扁平，腰臀差距較大，臀后曲線凹凸較明顯但臀凸部偏低；第二類(lèi)臀部相對(duì)偏大，腰臀圍度差較大，腰臀部較圓厚，臀后曲線凹凸較明顯，腰臀差距相對(duì)適中；第三類(lèi)臀部偏大，腰臀圍度差較大，腰臀部較圓厚，臀后曲線凹凸較平緩，腰臀差距較大；第四類(lèi)臀部較大，腰臀圍度差較小，腰臀部寬窄適中，臀后曲線凹凸適中；第五類(lèi)臀部大小適中，腰臀圍度差較小，腰臀部較扁平，臀后曲線凹凸明顯，腰臀差距相對(duì)適中；第六類(lèi)臀部相對(duì)偏大，腰臀圍度差較大，腰臀部寬窄適中，臀后曲線凹凸較明顯，腰臀差距較小。從分類(lèi)結(jié)果看，臀圍差距對(duì)分類(lèi)有較大影響，總體樣本腰腹前部曲線平緩，腹部凹凸不明顯，第二類(lèi)和第四類(lèi)樣本占總體樣本比例較大。

表2 分類(lèi)終止聚類(lèi)中心和樣本所占比例

表3 典型指標(biāo)方差法分析結(jié)果

3 結(jié)論

本文以福建地區(qū)18～22歲的青年男性為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用三維人體掃描儀提取腰臀區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1)54.3%的腰橫矢比分布在1.33～1.43之間，57.8%的臀橫矢比分布在1.44～1.54之間，顯示臀橫矢比較腰橫矢比略大，說(shuō)明腰部相比臀部略扁。腰臀圍度比與腰臀圍度差呈較為明顯的一元線性關(guān)系，二者的計(jì)算關(guān)系為

y=66.566x-64.931。

(2)依據(jù)主成分分析提取的8個(gè)典型指標(biāo)，運(yùn)用K-均值聚類(lèi)法和方差分析，最終將腰臀區(qū)間曲面形態(tài)分為6類(lèi)，得出典型指標(biāo)分類(lèi)聚類(lèi)中心及各類(lèi)樣本所占比例;通過(guò)分類(lèi)后方差分析結(jié)果，F(xiàn)檢驗(yàn)的顯著性水平均小于0.05，說(shuō)明腰臀區(qū)間形態(tài)劃分的合理性。

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(責(zé)任編輯：李華云)

The Analysis of Waist-hip Interval Form of Young Males in Fujian Area Based on 3D Body Measurement

ZHENG Wei

(Light Industry and Textile Department， Sanming Vocational Technical College， Sanming Fujian 365000， China)

This article mainly discusses about the form and character between the area of waist-hip for human trousers so as to improve the well-fitting and comfort of male’s trousers. We randomly selected 182 young males in Fujian area between 18 to 22 as samples， The relevant data of human bocly's waist-hip interval were acquined by the method of 3D human body mcasurement. And we respectively analyzed the section form，the girth form as well as the stereo form. And the result shows that the ratio of vertebral and vector of buttocks and the ratio of vertebral and vector of waist are less in discretion. And the ratio of vertebral and vector of buttock is larger than that of waist. There is a strong linear relationship between waist cumferent and hip circumference. We selected 8 typical specifications, and analyzed the main sectors. By using K-means clustering method and analysis of variance, the waist-hip interval surface morphology is divided into six categories finally.

Young Males； 3D body measurement； Waist-hip interval； Typical index; Morphological classification

10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.201504014

2015-08-21

鄭瑋(1971-)，女，福建三明人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)榉b數(shù)字化與舒適性。

TS941.17

A

1671-5322(2015)04-0061-05