人體上半身體表變化對軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

劉鵬林， 王永進*，2

(1. 北京服裝學(xué)院 服裝藝術(shù)與工程學(xué)院，北京 100029；2. 361°-北京服裝學(xué)院 高性能運動服裝設(shè)計研發(fā)中心，北京 100029)

軟殼沖鋒衣是戶外陸地運動項目(如登山、徒步、攀巖等)通常選用的服裝，因其具有柔軟舒適、防風(fēng)防潑水的特點，近年來備受推崇。結(jié)構(gòu)設(shè)計是研發(fā)軟殼沖鋒衣的關(guān)鍵，直接影響其穿著舒適性和功能表現(xiàn)[1]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)市場上軟殼沖鋒衣產(chǎn)品結(jié)構(gòu)過于單一，裝袖款式居多。戶外服裝對運動舒適性要求較高，相關(guān)的學(xué)術(shù)研究大多集中在對軟殼面料的研發(fā)[1]，對其結(jié)構(gòu)進行針對性的研究較少。戶外運動過程中人體關(guān)節(jié)隨著動作發(fā)生變化，導(dǎo)致體表形狀和尺寸相應(yīng)改變[2-3]。因此，文中從人體工學(xué)的角度出發(fā)，采用體表網(wǎng)格畫線法，對靜態(tài)人體體表尺寸以及模擬戶外登山類運動姿勢下的動態(tài)體表尺寸數(shù)據(jù)進行采集，從量變和形變兩方面分析體表變化對軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響，為科學(xué)合理構(gòu)建軟殼沖鋒衣的樣板提供參考依據(jù)。

1 實驗方案

1.1 實驗?zāi)康?/h3>

通過體表測量法分析不同姿勢下人體體表尺寸變化量與變化率，以及對軟殼沖鋒衣松量設(shè)置的影響；采用體表觀測法對動態(tài)姿勢下體表形變趨勢、方向進行分析，討論其對分割線設(shè)計的影響。

1.2 研究對象

招募6名年齡在22～35歲、身高160±3 cm、胸圍84±3 cm、身體質(zhì)量指數(shù)(Body Mass Index,BMI)在19～23范圍且經(jīng)常進行戶外登山運動的女子作為研究對象，具體信息見表1。

表1 6名研究對象信息統(tǒng)計

注：BMI是衡量肥胖和標準體質(zhì)量的重要指標，BMI為體質(zhì)量(kg)與身高(m)平方之比。

1.3 實驗方法

1.3.1體表測量法確定測量標記線。依據(jù)ISO 8559—1989《服裝結(jié)構(gòu)和人體測量：人體尺寸》中的相關(guān)標準[4-5]，結(jié)合服裝與人體的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，在體表確定前中線、后中線、胸峰線、肩胛線、體側(cè)線、肩線、前胸寬線、后背寬線、胸圍線等測量基準線以及根據(jù)等分點繪制的部分標記線，前身自上而下分別記作前橫1～前橫9、自中至側(cè)記作前縱1～前縱5。后身自上而下分別記作后橫1～后橫9，自中至側(cè)記作后縱1～后縱5。手臂確定臂根圍線、臂圍線、肘圍線、腕圍線等測量基準線以及根據(jù)等分點繪制的部分標記線，自上而下記作臂橫1～臂橫8，手臂以下縱線、前縱線、峰縱線、后縱線作為縱向測量標記線，所有標記線形成體表網(wǎng)格，用于采集每個局部在不同動作下的尺寸數(shù)據(jù)。上半身體表畫線示意如圖1所示。

②確定測量姿態(tài)。通過對戶外登山類運動動作的分析，將運動時的姿態(tài)提取為以關(guān)節(jié)為軸的不同方向和角度的11個動作姿態(tài)，具體結(jié)果見表2。表2中基本包含了登山類運動過程中肢體的活動范圍。

圖1 上半身體表畫線示意Fig.1 Schemic of the upper part of the body described line

動作編號運動部位身體姿態(tài)說明姿態(tài)1姿態(tài)2姿態(tài)3姿態(tài)4姿態(tài)5肩部肘部共同參與運動雙臂抱胸兩臂后交叉30°～45°兩手叉腰雙手抱頭(戴帽子動作)手臂前擺90°時屈肘150°姿態(tài)6姿態(tài)7姿態(tài)8姿態(tài)9肩部運動上肢外擺135°上肢上舉180°上肢前擺90°兩臂前交叉30°～45°姿態(tài)10姿態(tài)11肘部運動手臂自然下垂時屈肘90°手臂自然下垂時屈肘150°

③測量方法。測量人員在測量前進行統(tǒng)一培訓(xùn)，按照統(tǒng)一測量標準，確保測量誤差控制在允許的范圍之內(nèi)，采用手工皮尺測量，讀數(shù)時采取連續(xù)讀數(shù)的方法，相減得到每一段網(wǎng)格線長度。

被測試者穿著淺色內(nèi)褲，胸部貼胸貼，先進入實驗室休息20 min，確保放松狀態(tài)，再由專業(yè)人員按要求畫標記線，并依次對表2中每一個動作下的各線段尺寸進行測量，記錄數(shù)據(jù)。

④收集實驗數(shù)據(jù)。所有收集到的數(shù)據(jù)中，通過變化量除以靜態(tài)長度得到變化率，對體表網(wǎng)格線段在不同動作姿態(tài)下的變化率進行分析。根據(jù)體表皮膚變化情況和對應(yīng)位置對體表進行分區(qū)，應(yīng)用于軟殼沖鋒衣的結(jié)構(gòu)松量設(shè)置。人體體表皮膚拉伸變化率△L的計算公式為

△L=(LM-L0)/L0

其中：LM,L0分別為運動姿態(tài)下與靜止狀態(tài)下體表網(wǎng)格線段長度。

由于軟殼沖鋒衣為合體的設(shè)計，體表的伸長對服裝結(jié)構(gòu)影響較大，因此數(shù)據(jù)分析中著重考慮變化率為正值的情況。

1.3.2體表觀測法 6名實驗對象依次完成體表測量實驗設(shè)計的11種動態(tài)姿勢，通過觀察體表網(wǎng)格線與拍照記錄，了解在不同姿態(tài)下各部位皮膚的滑移與伸展方向，具體如圖2所示。

圖2 皮膚變化走向與分區(qū)設(shè)置 Fig.2 Change trend and partition settings of skin

圖2對各運動姿態(tài)下皮膚的運動伸展方向與體表曲面之間的轉(zhuǎn)折位置進行了標記，分析體表形變方向與曲面轉(zhuǎn)折位置，據(jù)此可對體表進行分區(qū)，為軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計提供可參考依據(jù)。

2 實驗結(jié)果

2.1 人體在動態(tài)姿勢中體表量變特征分析

2.1.1整體數(shù)據(jù)分析 根據(jù)測量數(shù)據(jù)，提取出每名被測者體表各橫向、縱向標記線的最大變化率△Lmax，6名被測者體表網(wǎng)格線的△Lmax均值范圍見表3。由于體表伸長對服裝結(jié)構(gòu)影響比較大，因此在數(shù)據(jù)分析時著重考慮變化率為正值的情況。

表3被測者體表皮膚整線最大變化率情況

Tab.3Maximumchangerateofthewholelineintheskinsuefaceofsubjects

△Lmax/%體表皮膚標記線位置軀干手臂<5肩線、前橫1、前橫4、前橫5(前胸圍)、前橫6、前橫7、前橫9、后頸圍、后橫1、后橫9、后臂根臂縱2(手臂前縱線)、臂縱3(手臂外縱線)5～10前縱1、前縱2、前縱3、前橫2、前橫8(腰圍)、后縱1、后縱3、后縱4、后橫8(腰圍)臂橫4、臂橫5、臂橫8(腕圍)11～20前頸圍、前縱4、前橫3(前胸寬)、后縱2、后橫2、后橫5、后橫6、后橫7臂縱1(手臂下縱線)、臂縱4(手臂后縱線)、臂橫1、臂橫7>20前縱5、體測線、后縱5、后橫3(后背寬)臂橫2、臂橫3、臂橫6(肘圍)

在實驗中各標記線△Lmax均值超過20%的部位為背寬橫向區(qū)域、袖窿底部縱向區(qū)域和袖山頭、袖肘部分，分別影響服裝的背寬部位松量、袖窿形狀及松量、袖山與袖肥、袖子與袖窿的配伍效果以及袖肘的松量與自由度。因此，在研究軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)時，需要重點考慮這些變化，作為設(shè)置松量及衣身和袖子造型的參考。其他部位受動作影響相對較小，相對應(yīng)的服裝部位松量可以參考日常生活著裝的松量設(shè)置。

2.1.2局部體表尺寸受運動影響變化規(guī)律分析 由于皮膚拉伸形變較大的部位對服裝版型設(shè)計影響較大，因此針對變化率較大的局部部位單獨分析，表4列出了前身體表變化率極大值與均值大于20%的部位。由表4可以看出，運動姿態(tài)下前身變化率較大部位集中在從前腋點到腋底的體表區(qū)域，這些變化表明在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計時需重點考慮前袖窿尤其是腋底部分的松量需求。

表4前身體表皮膚變化率≥20%的部位

Tab.4 Parts of the former body girth skin deformation rate greater than or equal to 20% %

后身體表皮膚總體拉伸變化情況與前身相反，橫向拉伸較縱向明顯，具體見表5。

表5后身體表皮膚變化率≥20%的部位

由表5可以看出,靠近肩胛骨內(nèi)側(cè)與下部的區(qū)域、肩胛骨部位與靠近后腋點和腋底的部位縱向拉伸明顯，并呈現(xiàn)出距離腋窩越近變化率越大的趨勢。后身背寬部分，特別是肩胛骨及其靠近腋點的區(qū)域變化率較大，這就要求設(shè)計后身樣板時應(yīng)著重考慮后背寬的松量。正如前身體表皮膚一樣，后身體變化率較大部位同樣集中在從后腋點到腋底的體表區(qū)域，這也要求在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計時同樣需重點考慮后袖窿部分的松量需求。

在運動姿態(tài)下手臂橫向線整體呈伸長趨勢，縱向線中前縱線和峰縱線總體呈收縮趨勢，具體見表6。

表6手臂皮膚變化率≥20%的部位

Tab.6 Parts of the arm girth skin deformation rate greater than or equal to 20% %

由表6可以看出，手臂下縱線和后縱線呈拉伸趨勢。橫向線中臂根圍線以上部分拉伸較為明顯，尤其是靠近腋窩附近的區(qū)域，部分線段變化率達20%以上；其次是臂根線以下峰縱線經(jīng)前縱線至下縱線之間的部分變化率在10%～20%之間?？v向線之間變化差別較為明顯，后縱線靠近肘部區(qū)域伸長明顯，下縱線腋下區(qū)域稍有伸長，其余均呈收縮趨勢。

2.1.3體表皮膚基于拉伸量變的分區(qū)分析 對人體體表皮膚變化率的分析可知，人體上半身各部位在運動過程中的變化差異較大。根據(jù)變化率的差別可將體表進行分區(qū)，人體上半身體表皮膚變化率的分布如圖3所示。

圖3 人體上半身體表皮膚變化率的分布Fig.3 Distribution of skin deformation rate on the upper part of body

由圖3可知，軀干前身變化率主要指縱向伸長率，變化率最大的部位集中在前腋底，其次是靠近前腋點與下肋的位置，前中區(qū)域變化較??；軀干后身變化分區(qū)圖在后背區(qū)域主要指橫向伸長率，后背寬線靠近后腋點的區(qū)域變化率最大，向后中逐漸減??；腋下區(qū)域縱向伸長率最大，向下側(cè)逐漸減小。手臂部分在臂根、腋底以及肘部橫向與縱向變化均較為明顯。在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計尤其是設(shè)置松量時應(yīng)著重考慮松量與人體拉伸變化的關(guān)系。

2.2 人體在動態(tài)姿勢中體表形變特征分析

2.2.1體表形態(tài)變化 由圖2～圖3可以看出，人體在進行肩關(guān)節(jié)與肘關(guān)節(jié)運動時，腋底周圍的網(wǎng)格線拉伸變化明顯，手臂上抬時，腋底部位皮膚沿著體側(cè)線與手臂下縱線向兩個方向延伸，上抬角度越大，伸長量越大，同時腰部兩側(cè)網(wǎng)格線有一定的拉伸變形；后片肩胛骨周圍的網(wǎng)格線也有明顯拉伸；當手臂前擺、后擺或做叉腰動作時，形變同樣集中在上述區(qū)域，形變量減小。圖4為不同姿態(tài)下人體體表區(qū)域的分割狀況，顯示了人體在運動時手臂皮膚的延展方向與適合的結(jié)構(gòu)線位置。圖4中手臂前縱線明顯呈現(xiàn)收縮狀態(tài)，手臂后縱線明顯呈現(xiàn)伸長狀態(tài)；另外，在肘關(guān)節(jié)運動時，肘部變形量較大，肘部網(wǎng)格線在長度和圍度方向均有延伸，肘彎區(qū)域呈現(xiàn)收縮狀態(tài)。

圖4 不同姿態(tài)下人體體表區(qū)域分割線 Fig.4 Segmentation of human body surface regions under different postures

2.2.2人體上半身體表皮膚基于拉伸形變的分區(qū)

圖4中根據(jù)對軀干及手臂變化特征的分析，在體表兩曲面之間設(shè)置分割線，對體表進行分區(qū)，得出了軀干與手臂的分區(qū)位置標記線。這些標記線可作為服裝版型設(shè)計時分片設(shè)計的參考，同時也為松量加放位置與加放方法提供了科學(xué)合理的依據(jù)。

3 分析與討論

3.1 體表形變對軟殼沖鋒衣分割線設(shè)計的影響

在模擬戶外運動動作姿態(tài)時，發(fā)現(xiàn)體表皮膚變化量較大的部位集中在前腋點、腋底至后腋點區(qū)域以及袖肘周圍，對應(yīng)服裝的衣袖結(jié)構(gòu)部位。因此對于軟殼沖鋒衣的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要體現(xiàn)在衣袖結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，使衣袖結(jié)構(gòu)能更好地滿足運動舒適性的需要。結(jié)合圖4不同姿態(tài)下體表區(qū)域分割線位置，可以更加科學(xué)合理地設(shè)計軟殼沖鋒衣的結(jié)構(gòu)線。圖5為設(shè)計的4款分割袖結(jié)構(gòu)軟殼沖鋒衣。

圖5 基于體表皮膚分區(qū)的軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計 Fig.5 Structure design of soft shell jacket based on skin area division

圖5中的插肩袖與腋下連袖設(shè)計，在結(jié)構(gòu)制版時可方便在腋下增加橫向松量和縱向松量，在保持衣身合體性的同時滿足腋底周圍需要的活動量，從而提高人體穿著時的運動自由度，這種設(shè)計相對裝袖款式的舒適性更好。在袖肘部位設(shè)計時可加入橫向分割線并運用切展的方式，在肘部加量達到運動舒適性的效果。

3.2 體表拉伸對軟殼沖鋒衣松量設(shè)置的影響

分割線位置的合理確定有助于準確合理地加放松量[5]。軟殼沖鋒衣一般為合體收腰型款式，合體型服裝的松量一般包括靜態(tài)松量、動態(tài)松量、造型松量與視覺松量[6]。根據(jù)上述測量結(jié)果分析，針對軟殼沖鋒衣的樣板設(shè)計，首先應(yīng)考慮滿足動態(tài)松量的參考值，保證背寬線、袖窿弧長、袖肘圍度、袖肥大小不小于凈體尺寸的20%，其他結(jié)構(gòu)參數(shù)可參考日常生活著裝的尺寸設(shè)置；其次還要考慮穿著過程中體表與服裝之間的滑移因素[7-8]以及局部的松量設(shè)置；通過增加不同程度的松量實驗完成成衣制作，并進行試穿評價綜合分析，得到合理的松量配置，達到功能性與美觀性的最佳平衡。

3.3 體表拉伸對軟殼沖鋒衣面料選擇的影響

軟殼沖鋒衣面料是微彈功能性面料，拉伸變形率較小。依據(jù)上述實驗結(jié)果，可選擇在體表變化率較大的衣身側(cè)面與袖底部位采用針織彈性面料設(shè)計，結(jié)合運動前后體表尺寸的變化率，決定設(shè)計中所采用的面料在橫、縱方向的彈性，保證軟殼沖鋒衣在合體美觀的前提下有較好的運動舒適性，滿足人體在運動中的皮膚擴展和形態(tài)變化。

4 結(jié)語

不同的服裝品類對服裝的結(jié)構(gòu)形態(tài)與松量的需求不同，按照人體工學(xué)規(guī)律研究服裝結(jié)構(gòu)是非常有必要的。掌握人體在戶外運動姿態(tài)下體表變化特征以及各細節(jié)部位的變化量，是科學(xué)研究戶外服裝結(jié)構(gòu)的必要條件，可以為結(jié)構(gòu)設(shè)計中分割線的位置確定與松量設(shè)計提供一定的可參考依據(jù)。通過本次研究，發(fā)現(xiàn)人體在穿著軟殼沖鋒衣活動時各部位變化率差異很大，前、后腋點與腋底周圍皮膚的縱向變化率較大，同時后身尤其是后腋點周圍皮膚橫向變化率明顯大于前身。通過實例分析了適合軟殼沖鋒衣的結(jié)構(gòu)線分割設(shè)計，并且提出了人體體表變化對軟殼沖鋒衣松量設(shè)置的影響以及參照動態(tài)松量完成軟殼沖鋒衣的結(jié)構(gòu)樣板構(gòu)建方法。

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