三維人體測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

叢曉丹，姜 洋

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三維人體測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

叢曉丹，姜 洋

人體測量是正確把握人體特征的必要手段，它可以掌握人體有關(guān)部位的具體數(shù)據(jù)，進(jìn)而對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析研究。三維人體掃描系統(tǒng)的非接觸光學(xué)測量技術(shù)是多學(xué)科范疇，涉及光學(xué)測量技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、圖形處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等，與傳統(tǒng)的測量方法相比，具有測量時間短、數(shù)據(jù)精確度高且全面等特點，多數(shù)軟件可以對獲得的數(shù)字化人體進(jìn)行互動測量。

三維人體掃描技術(shù)研究在歐美日等國家起步比較早，技術(shù)成熟，早已商業(yè)化，尤其是在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。具有代表性的如美國的TC2(Textile /Clothing Technology Corporation)分層輪廓測量系統(tǒng)、英國的Cyberware全身掃描儀及德國的TechMath人體掃描系統(tǒng)等。美國紡織服裝技術(shù)中心(TC2分層輪廓測量方法)研發(fā)的人體測量系統(tǒng)，采用白光相位測量技術(shù)(Phase Measurement Profilometry)，10 s完成對人體45 000個點的掃描，迅速獲得人體80多個數(shù)據(jù)尺寸，其精度誤差在0.6 mm內(nèi)，可以全面精確地反映人體體型情況。Cyberware于1995年研制出了商品化的全身掃描儀WB2和WB4，該掃描儀器用激光掃描三維技術(shù)來獲取三維影像，工作站的軟件控制整個掃描及移動過程，只需幾秒便完成一次掃描，然后使用者便可以用工作站上的圖像工具查看掃描結(jié)果，多個視角的掃描數(shù)據(jù)可以融合成一個完整的人體模型。德國的TechMath人體掃描系統(tǒng)可以在20 s內(nèi)完成掃描過程，能夠捕捉人體的80 000個數(shù)據(jù)點，其精確度到0.2 mm范圍內(nèi)。目前，世界上已建立有90多個大規(guī)模的人體測量數(shù)據(jù)庫，其中歐美國家占了大部分，亞洲國家約有10個，這其中日本占了一半以上。如CASER人體測量研究計劃，在美國、荷蘭、意大利等得到了廣泛應(yīng)用。日本HQLD提出了人體測量和增進(jìn)人類福祉計劃。英國3D電子商務(wù)中心(The center for 3D Electronic Commerce)在網(wǎng)上開展了三維人體數(shù)據(jù)方面的商務(wù)活動。外國公司的三維人體測量系統(tǒng)設(shè)備雖然性能好，所測量的數(shù)據(jù)精確度高，但價格昂貴。

由于三維人體測量技術(shù)具有極大的商業(yè)價值，獲取空間數(shù)據(jù)的能力、精度和速度和其他設(shè)備集成形成智能化系統(tǒng)等核心技術(shù)仍作為各公司的機(jī)密嚴(yán)格保密。

我國在該領(lǐng)域的研究相對落后，目前一些高校和研究所正在進(jìn)行這方面的積極探索。

在1983—1988年，我國先后頒布了幾項國家標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一了人體測量儀器和方法，為正確開展人體測量工作奠定了基礎(chǔ)。近年，非接觸式三維掃描技術(shù)日趨成熟，人體測量技術(shù)由原來的手工測量轉(zhuǎn)向三維掃描人體模型自動測量。由于不同的三維掃描系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)不同，對同一個體的尺寸測量會存在明顯差異，所以中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2009年頒布了《三維掃描人體測量方法的一般要求》，對三維人體測量中25個人體表面關(guān)鍵特征點及36個人體表面關(guān)鍵特征尺寸給出明確標(biāo)準(zhǔn)。

總后軍需裝備研究所、北京服裝學(xué)院研制了雙視點投影光柵體型掃描儀；西安交通大學(xué)激光與紅外應(yīng)用研究所研發(fā)了光電人體尺寸測量系統(tǒng)；中山大學(xué)基于立體攝像測量方法所開發(fā)了“2000服裝CAD系統(tǒng)”。廣州大學(xué)紡織服裝學(xué)院賽博服裝科研中心投入2 400多萬元開展的“中國三維人體數(shù)據(jù)庫”項目服裝研究實體仍在研究當(dāng)中。東華大學(xué)、西安工程大學(xué)建立的人體數(shù)據(jù)庫研究，用于開展人體測量和服裝號型標(biāo)準(zhǔn)修訂的相關(guān)工作，成為國內(nèi)規(guī)模最大、專業(yè)技術(shù)水平最高的三維人體掃描研究實體。

國內(nèi)外三維掃描人體表面點云數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用對于人體測量學(xué)研究、人體形態(tài)學(xué)、服裝三維設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、人體工程、工程設(shè)計、數(shù)字醫(yī)學(xué)診斷、三維影視制作、動漫游戲廣告開發(fā)等領(lǐng)域都極具價值。隨著三維人體特征提取技術(shù)準(zhǔn)確度的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂?/p>