基于三維人體掃描的枕型研究現(xiàn)狀分析

侯夢(mèng)婕，王 瑄，戴 鴻(. CAD， 35；. ， 70048)

1 引言

健康問(wèn)題已經(jīng)隨著人們健康意識(shí)和生活水平的不斷提高成為當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。人在睡眠中度過(guò)一生時(shí)間的三分之一，睡眠作為健康的重要影響因素之一[2]，是一種重要的生理需求，是機(jī)體免疫系統(tǒng)自我修復(fù)、內(nèi)臟器官排毒的重要時(shí)段，睡眠健康直接關(guān)系著人們的身心健康。

長(zhǎng)久以來(lái)人們一直認(rèn)為睡眠是機(jī)體消除疲勞所需要的一種休息過(guò)程，但在睡眠階段人體的腦電波并非出于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)機(jī)體的各種生理功能，如運(yùn)動(dòng)功能、感覺功能、自主神經(jīng)功能，也隨著睡眠深度的變化，在不同程度上進(jìn)行著有規(guī)律的活動(dòng)[3]。大量失眠流行病學(xué)調(diào)查顯示，失眠人群數(shù)量在不斷增長(zhǎng)，不同年齡、不同職業(yè)的人群都存在不同程度的睡眠障礙，而睡眠障礙將嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)界已經(jīng)認(rèn)識(shí)到健康對(duì)睡眠的重要性[4]，睡眠醫(yī)學(xué)也取得一定成果，但是真正意義上的睡眠醫(yī)學(xué)學(xué)科還沒有建立[5]。枕頭作為一種睡眠工具，在睡眠健康產(chǎn)業(yè)中具有重要地位。

目前在枕頭的實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，仍主要以經(jīng)驗(yàn)為主，其規(guī)格分類則僅以頸部彎曲弧度為控制參數(shù)，這使睡枕很難滿足消費(fèi)人群的實(shí)際需求，造成枕頭生產(chǎn)者與市場(chǎng)需求一定程度上脫節(jié)，因而迫切需要對(duì)枕型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，而枕型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于人體測(cè)量技術(shù)。人體測(cè)量技術(shù)在交互教學(xué)、仿真、醫(yī)學(xué)訓(xùn)練、外科手術(shù)、人體建模、三維動(dòng)畫及服裝領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。以往的人體測(cè)量方法效率低，而且會(huì)有許多因素影響測(cè)量的精確性。隨著三維人體掃描技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，枕頭的量身定制、三維虛擬設(shè)計(jì)等都成為現(xiàn)實(shí)。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 人體測(cè)量相關(guān)研究

傳統(tǒng)的人體測(cè)量技術(shù)以軟尺、人體測(cè)高儀、角度計(jì)、測(cè)距計(jì)、可變式人體截面測(cè)量?jī)x等為主要工具，可以直接測(cè)量出人體各部位的體表長(zhǎng)度和橫截面形狀，使用工具簡(jiǎn)單，操作方便，因此在服裝業(yè)中長(zhǎng)期被采用。但由于這些方法都是接觸式的測(cè)量，往往會(huì)使被測(cè)者感到窘迫或疲勞，或因測(cè)量者技術(shù)不夠熟練造成測(cè)量誤差。盡管傳統(tǒng)的測(cè)量方法目前仍廣泛使用，但其不足之處顯而易見。

隨著接觸式及非接觸式三維人體掃描儀技術(shù)的成熟，三維人體掃描技術(shù)彌補(bǔ)了常規(guī)接觸式人體測(cè)量的不足，在科研和服裝工業(yè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣，主要研究領(lǐng)域包括：建立人體數(shù)據(jù)庫(kù)、體型研究、制訂并修改服裝號(hào)型系統(tǒng)、建立標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)和人體模型；服裝工業(yè)的批量定制系統(tǒng)；成衣展示的數(shù)字化和虛擬試衣；建立服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)。使用三維人體掃描技術(shù)不僅可以快捷地獲得人體數(shù)據(jù)，建立人體體型的數(shù)據(jù)庫(kù)，更有助于修改和制訂各行業(yè)相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，改變我國(guó)服裝號(hào)型標(biāo)準(zhǔn)陳舊滯后的狀況，使人體測(cè)量變得高效、準(zhǔn)確、科學(xué)[6]。

2.2 枕頭結(jié)構(gòu)相關(guān)研究

枕頭是長(zhǎng)期生活經(jīng)驗(yàn)積累的產(chǎn)物，是睡眠所需的工具。枕頭包括枕芯和枕套，枕芯是指枕頭內(nèi)部的填充物，枕套是指包裹枕芯并直接接觸人體皮膚的枕頭最外層面料。

枕頭最早的雛形是古人類墊于首下的石頭、木頭、獸皮等；夏商周時(shí)期盛行玉石制作虎頭枕；秦漢時(shí)期出現(xiàn)雞鳴枕，兩端起、中間凹的造型符合人體工學(xué)；隋唐時(shí)期以凹面枕和倒梯形枕為主；宋代的軟枕多為繡枕，也稱“金縷枕”；明代的枕頭頂部通常繡鴛鴦圖案；清代開始盛行茶枕、藥枕，把茶葉及中草藥裝入枕中以起保健作用；近代以來(lái)，既有中國(guó)傳統(tǒng)的花卉、山水等繡花裝飾枕，也有西式的荷葉邊小洋枕。直至現(xiàn)代，人們對(duì)枕頭的要求日益提高，既需要滿足人們的生理需求，又需要滿足人們的心理需求。現(xiàn)代枕頭根據(jù)造型可分為扁平形、立方形、凹形、凸形、S形，根據(jù)材料可分為羽絨、天然乳膠、記憶棉、中草藥等。

枕頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮人體工程學(xué)中人體頭部及頸部曲線的變化，頸部是人體最狹窄的部位，其上撐頭顱，下連軀干，在小范圍內(nèi)集中通過(guò)人體最重要的主干神經(jīng)和血管。枕頭即要起到支撐、保護(hù)人體頸椎的正常生理曲線的功能，又要促進(jìn)人體睡眠，枕頭的設(shè)計(jì)合理與否直接影響著人體健康。

2.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究

1996年，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)對(duì)男性和女性建立76個(gè)維度的人體測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，使用了1988年美國(guó)陸軍人體測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匹配。SJ Park等人[7]采用三維掃描儀測(cè)量韓國(guó)人的頭部形狀，將韓國(guó)人的頭部形狀分為4種類型，根據(jù)分類開發(fā)舒適性枕頭；Pei-Te Huang等人[8]采用了人工測(cè)量、三維人體掃描系統(tǒng)和壓力成像系統(tǒng)，建立了成年人人體測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，研究了適合舒適睡眠的最佳枕頭高度。

楊建輝等人[9]根據(jù)我國(guó)南方14個(gè)少數(shù)民族群體三項(xiàng)頭型指數(shù)的構(gòu)成比數(shù)據(jù)，對(duì)其頭型特征進(jìn)行聚類分析；我國(guó)在2006年對(duì)3000位工人進(jìn)行頭面部測(cè)量，通過(guò)非接觸的三維人體掃描系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)，將頭型分為小型、中型、大型，長(zhǎng)窄型和短寬型5類[10]；黃燦藝[11]通過(guò)三維人體測(cè)量提取了人體頸部相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了頸部截面形態(tài)、前后頸根比例、立體形態(tài)分類；李靖等人[12]利用光柵投影圖像測(cè)量技術(shù)構(gòu)建飛行員頭部三維模型，通過(guò)數(shù)值擬合方法分析并獲得飛行員的頭部特征外形參數(shù)，按照統(tǒng)計(jì)學(xué)原理根據(jù)頭高、頭寬、頭長(zhǎng)尺寸對(duì)飛行員的頭型進(jìn)行了科學(xué)的分類；牟旭等人[13]采用非接觸式三維人體掃描系統(tǒng)對(duì)青年女性進(jìn)行人體測(cè)量，提取女性頸部的頸根圍和頸中圍尺寸數(shù)據(jù)，總結(jié)人體頸部特征并劃分人體頸部形態(tài)。

以上研究為枕頭設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。枕頭的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合人體工程學(xué)，從枕頭的材料和結(jié)構(gòu)出發(fā)為消費(fèi)者提供舒適性和科學(xué)化的產(chǎn)品。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，未來(lái)枕頭的發(fā)展將呈現(xiàn)健康、舒適、環(huán)保的趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)睡眠健康產(chǎn)業(yè)剛剛興起，市面上枕頭的產(chǎn)品存在技術(shù)含量低、制作工藝粗糙、價(jià)格高昂、消費(fèi)者使用效果不佳等問(wèn)題。結(jié)合三維人體掃描技術(shù)，提高枕頭的舒適性和功能性，才能為枕頭行業(yè)提供新的機(jī)遇，帶動(dòng)枕頭行業(yè)市場(chǎng)的健康發(fā)展。

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