非接觸式三維人體掃描技術的應用分析

郭 娟,羿 瑩

(1.大連工業(yè)大學，遼寧 大連 116034；2.河南科技大學，河南 洛陽 471023)

進入21世紀后，服裝行業(yè)也進入了快速發(fā)展的階段，服裝快速化反應是市場競爭的基礎，如何在最快的時間做出讓消費者滿意的服裝是占領市場的重要途徑。三維人體掃描技術以掃描時間短、掃描數(shù)據(jù)多、掃描結果精確的特點被服裝企業(yè)所認可，如何讓三維人體掃描技術更好更快地與服裝產(chǎn)業(yè)結合是目前亟待解決的問題。

1 非接觸式三維掃描的概述

三維人體掃描的過程是通過光發(fā)生器產(chǎn)生的某種特殊光線，投射到被掃描物體上，然后利用傳感器接收反射光線，并通過光電轉換器形成所需的數(shù)字信號，再由模擬軟件處理轉換為空間點坐標來呈現(xiàn)物體的特征[1]。在掃描過程中需要利用時間差測量法、三角測量法和相位測量法來獲取數(shù)據(jù)。

時間差測量法是利用光束的傳播時間來測量被測點與參考平面的距離，由于激光的偏向性好，所以采用激光效果會比白光好；三角法輪廓測量技術以三角測量原理為基礎，通過照射在被測物體上的光的出射點、投影點和成像點三者之間的幾何關系確定物體各點的高度；相位測量法是利用光柵條紋受投影物體高度影響的現(xiàn)象來測量三維物體的表面輪廓。當均勻光柵垂直投影到平整表面，將得到均勻分布的光柵條紋；當光柵投影到高度有變化的物體上時，光柵條紋則要發(fā)生變形，并且呈非均勻分布，這是由于投影光柵被物體的高度所調制造成的[2]。

2 三維人體掃描技術在服裝領域的應用

目前三維人體掃描技術在服裝領域已經(jīng)有廣泛的應用，具體應用可分為在個性化服裝定制上的應用、工效學上的應用、特殊部位服裝款式的設計。

2.1 三維人體掃描技術在個性化定制上的應用

服裝個性化定制是未來的一個發(fā)展趨勢，為了促進個性化定制的快速發(fā)展，人們利用三維掃描技術來提高效率和準確率。目前的應用主要體現(xiàn)在量身定做和虛擬試衣兩個方面。

2.1.1量身定做

隨著生活水平的不斷提高，人們對個性化服裝的需求不斷增長。大批量生產(chǎn)的服裝已經(jīng)無法滿足人們的追求，而傳統(tǒng)的定制服裝不僅生產(chǎn)周期長、量身麻煩，尺寸數(shù)據(jù)也會因裁縫的手藝和習慣不同，導致定制服裝的效果沒有預期的好，這是個性化服裝定制的一個瓶頸。而通過非接觸式三維人體掃描系統(tǒng)，短短幾十秒甚至幾秒的時間，就可得出能夠精確反映人體特征的100多個數(shù)據(jù)點，建立相應的數(shù)據(jù)庫，為顧客挑選出最適合的服裝尺寸，滿足消費者對個性化服裝定制的需求，這種方法既可以在傳統(tǒng)的定制服裝上使用，也適合網(wǎng)上定制[3]。

2.1.2虛擬試衣

虛擬試衣是消費者借助虛擬的，和自己身體特征相同的模特，通過軟件實現(xiàn)換裝。這些服裝可從虛擬人臺上脫下，展開成更加直觀的二維平面板型，既可為CAD制板提供修改的依據(jù)，也為服裝設計師修改服裝樣板提供了更加快捷方便的方法，使服裝的設計和修改避免主觀想象[4]。對于消費者來講，可以根據(jù)虛擬試衣的結果表達對款式造型、服裝松量的意見和建議。對于服裝生產(chǎn)銷售企業(yè)來講，可以提高市場反應速度，縮短定制周期，降低庫存和成本，進而提高經(jīng)濟效益。

2.2 工效學上的應用

三維人體掃描技術在工效學上的應用主要可以歸納為服裝合體性、人體體型分析與號型的制定等領域。

2.2.1服裝合體性

服裝合體性是影響消費者購買服裝的一個非常重要的因素，它涉及到服裝與人體、環(huán)境等多重關系，所以服裝合體度評估是非常重要的一個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的主觀評價主要有3步：首先找到一個理想狀態(tài)的試衣模特，然后對號型進行合理適當?shù)目s放，最后根據(jù)選擇好的模特的試衣穿著情況進行評估，通過比較穿著者與服裝之間的松量、貼合程度、人體動靜運動狀態(tài)等，最終分析該服裝合體性情況。傳統(tǒng)評價方法的缺點在于不夠準確，非常依賴評估者的主觀判斷。通過三維人體掃描技術，可以將裸體和著裝后的三維圖像實時輸出，然后借助二者的三維圖像比較掃描之前設定的關鍵點和關鍵部位，從而以三維直觀的方式呈現(xiàn)出人體皮膚與服裝表面之間的空間分布形態(tài)，并得到服裝與人體之間的空隙、厚度、體積等物理量，用具體的數(shù)據(jù)和圖像證明來評價服裝的合體性[5]。這種評價方法測量部位多，精確高效，為服裝合體性的評估提供了有效的依據(jù)。

2.2.2人體體型分析與號型的制定

人體測量過程復雜，需大量數(shù)據(jù)支撐，當測量的人群多、體型復雜時，傳統(tǒng)的人體測量就會變得費時費力，而且準確程度也會降低，而三維人體掃描技術可以快速高效地測量人體數(shù)據(jù)，對于體型的分析和號型的劃分有著不可代替的優(yōu)勢。目前研究人員已經(jīng)利用這項技術對青年女性站立姿勢的體型進行分析研究，并且取得了很好的成果。隨著三維人體掃描技術以及三維數(shù)據(jù)分析技術的日趨成熟，應將研究方向拓寬至各年齡段以及動靜態(tài)姿勢的分析，進一步幫助企業(yè)了解各年齡層、不同運動狀態(tài)下人體體型的變化[5]。還可以對不同地域、國家的人體進行測量，獲得有效數(shù)據(jù)，建立客觀、精確反映人體特征、使用方便的人體數(shù)據(jù)庫，為服裝號型的修訂、更新及人體體型的細分提供理論依據(jù)[6]。

2.3 特殊部位服裝款式的設計

2.3.1女性文胸的設計

文胸作為女性的貼體服裝，在設計時不僅要具有普通服裝應有的時尚感，還要滿足女性胸部造型和舒適的要求。隨著女性自我意識的增強與著裝理念、社會地位及消費心理的變化，對文胸的設計提出了更高的要求。女性文胸正向著功能性、舒適性以及保健性方向發(fā)展，各類文胸層出不窮。但目前國內內衣生產(chǎn)企業(yè)大多采用平面裁剪的方法，制作出樣衣后，再根據(jù)樣衣選出模特進行試衣，這種方法導致文胸難以貼合大多數(shù)女性的身形，不利于女性健康。隨著人體非接觸測量技術的發(fā)展，利用三維人體掃描儀能夠快捷地獲取特定人體的表面數(shù)據(jù)，并可以此數(shù)據(jù)為基礎建立個性化特征人體的表面模型，根據(jù)建模和數(shù)據(jù)設計出符合女性胸腹結構的立體型文胸，既可以滿足女性對個性和審美的要求，又能符合人體工效學[7]，為實現(xiàn)內衣個性化三維設計與快速加工奠定良好的基礎。

2.3.2男士內褲的設計

男士內褲是生活的必需品，內褲的合體性會直接影響服裝的舒適性和功能性，因此改進男式內褲的款式、面料以及功能性的結構設計至關重要。現(xiàn)在市場上銷售的男士內褲大多是通過對其他成品內褲進行剖樣或者對模特直接測量，得到腰圍數(shù)據(jù)、全檔長、大腿圍等基本數(shù)據(jù)來進行設計的，這種方法得到的人體數(shù)據(jù)較少，既不利于反映男性的人體結構特征，也會影響內褲的舒適性、合體性。利用三維人體掃描技術可以更加準確地對男士關鍵部位尺寸進行深入分析，試驗表明：男式內褲在腰帶處，不能只使用自然腰圍尺寸來制圖，不同高度有著不同的尺寸設計，可以直接測量或通過回歸方程計算平均值；在褲口處，不同邊緣的設計，其尺寸有著較大的差異，因此需要按照設計款式測量或計算；男式內褲可實現(xiàn)男性生殖器與臀部軟組織的提拉效果。通過三維人體掃描得到的實驗結果為男士內褲設計提供了具體的數(shù)據(jù)參考，使男士內褲結構設計能更好地滿足人體工效學[8]。

3 結語

三維人體掃描技術具有直接性、真實性，能夠很好地反映出人體與服裝之間的關系，在服裝行業(yè)有很好的應用前景。但是，目前的三維人體掃描技術并不成熟，還有很多問題需要解決。比如大部分三維人體掃描儀基于光學原理，且只能水平投射光線，所以容易發(fā)生部位缺失，特別是頭部、腋窩、大腿分叉處等；利用白光光柵干涉原理的三維人體掃描儀，無法掃描深色人種的人體情況；三維掃描儀的價位過高無法滿足市場的需求。所以解決三維人體掃描技術目前所存在的問題是今后的重點。目前，服裝行業(yè)正向智能化、信息化、數(shù)據(jù)化發(fā)展，傳統(tǒng)的測量方式勢必會被取代，三維人體掃描技術的優(yōu)越性將會進一步得到體現(xiàn)。

[1] 徐繼紅,張文斌.非接觸式三維人體掃描技術的綜述[J].揚州職業(yè)大學學報，2006，10(3):49—53.

[2] 楊密.人體三維掃描技術研究[J].機電一體化，2011，(9):45—47.

[3] 黃燦藝,崔麗娜.非接觸式三維人體掃描技術在服裝eMTM中的應用[J].科技資訊，2008，(6):30—32.

[4] 周慧平.基于三維掃描技術的網(wǎng)絡服裝設計體系開發(fā)[J].紡織科技進展,2013,(3):79—83.

[5] 張昭華，應思藝，郭云昕，等.三維人體掃描技術在服裝工效學中的應用[J].上海紡織科技，2015，43(8)：40—44.

[6] 夏蕾.服裝工業(yè)中的三維人體測量技術[J].上海紡織科技，2006，34(6)：76—77.

[7] 李燕.基于三維人體掃描數(shù)據(jù)的女性文胸立體設計研究[J].針織工業(yè)，2008,(6):35—37.

[8] 程哲，李曉喆，庫茨米切夫·維克多.基于三維人體測量技術的男式內褲設計分析[J].江蘇工程職業(yè)技術學院學報，2016，16(2):8—10.