青年女體前臂細(xì)部尺寸測(cè)量方法研究

王 旭， 馮向偉， 任雨佳， 趙 慧

(河南工程學(xué)院 a.服裝學(xué)院; b.紡織學(xué)院， 河南 鄭州 451191)

服裝和人體有著密不可分的關(guān)系，人體測(cè)量在服裝行業(yè)具有極為重要的地位。人體測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了由接觸式到非接觸式，由一維到三維的發(fā)展變化。傳統(tǒng)手工測(cè)量原理簡(jiǎn)單、便于操作，幾乎可以獲得所有的人體特征數(shù)據(jù)，因此得到了廣泛而長(zhǎng)期的使用。但是手工測(cè)量數(shù)據(jù)通常是測(cè)量者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)獲得，不夠客觀，并且測(cè)量速度較慢，效率低下，也會(huì)產(chǎn)生許多人為測(cè)量誤差，如疲勞測(cè)量、裸體測(cè)量、異性測(cè)量等[1]。三維測(cè)量技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足，具有高效、高精度、高自動(dòng)化的特點(diǎn)[2]。然而在掃描和重建過程中，由于人體自身遮擋及掃描死角等問題，獲取的人體三維點(diǎn)云往往存在大量孔洞，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]，尤其是人體四肢內(nèi)側(cè)的數(shù)據(jù)漏洞比較明顯，對(duì)人體四肢的細(xì)部尺寸測(cè)量存在一定的困難。

目前人體測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)[4]僅規(guī)定了服裝用人體測(cè)量中主要的圍度和長(zhǎng)度指標(biāo)，并未規(guī)定人體細(xì)部尺寸的測(cè)量方法。自1988年我國(guó)頒布了GB10000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》[5]標(biāo)準(zhǔn)之后，一直沒有進(jìn)行大范圍的人體測(cè)量。近年來，一些學(xué)者利用三維掃描技術(shù)對(duì)各個(gè)地區(qū)的人體體型進(jìn)行劃分[6-9]，測(cè)量了頸部[10]、肩部[11]、胸部[12]、臀部[12,14]等細(xì)部尺寸，而關(guān)于人體四肢細(xì)部尺寸測(cè)量的研究工作較少，一定程度上影響了人臺(tái)制作、成衣設(shè)計(jì)、人體建模等工作。本文以前臂細(xì)部尺寸測(cè)量為目的，邀請(qǐng)100名青年女性志愿者參與實(shí)驗(yàn)，對(duì)比手工測(cè)量和三維人體掃描測(cè)量方法的差異，探索減少實(shí)驗(yàn)誤差的有效測(cè)量方式，以便獲取更加詳細(xì)、準(zhǔn)確的女體前臂尺寸數(shù)據(jù)，為人體細(xì)部尺寸測(cè)量提供一定參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣本選擇

實(shí)驗(yàn)選擇100名18～25歲之間的健康女大學(xué)生作為志愿者，體型接近160/84A，身高為160 cm±5 cm，體重為52.5 kg±5 kg，BMI分布在18.5～22.9 kg/cm2之間。

1.2 測(cè)量項(xiàng)目

為了對(duì)女體前臂的細(xì)部尺寸進(jìn)行具體測(cè)量，根據(jù)人體手臂的結(jié)構(gòu)和生理特征，根據(jù)骨骼點(diǎn)對(duì)測(cè)量項(xiàng)目進(jìn)行定位、標(biāo)記和測(cè)量，確定前臂長(zhǎng)、腕圍、肘圍三個(gè)基準(zhǔn)測(cè)量項(xiàng)目，并對(duì)前臂(肘圍和腕圍之間的部分)進(jìn)行五等分，由下到上依次標(biāo)記為A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)，分別測(cè)量前臂A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)處的圍度值(圖1)。

圖1 手工定位測(cè)量圖

1.3 測(cè)量方法

本文選擇手工測(cè)量和三維人體測(cè)量?jī)煞N方式。手工測(cè)量主要使用馬丁測(cè)量?jī)x、軟尺和激光投線儀等工具，其中激光投線儀可用于標(biāo)定測(cè)量位置，防止測(cè)量時(shí)尺子發(fā)生歪斜，確保測(cè)試精度。三維人體測(cè)量使用Human Solutions三維人體掃描儀對(duì)人體進(jìn)行全面掃描，利用ScanWorX軟件測(cè)量出前臂長(zhǎng)、肘圍和腕圍，然后將前臂五等分，分別創(chuàng)建并抽取垂直于前臂軸線的A、B、C和D 4個(gè)平行截面，圈選截面上的前臂點(diǎn)云，計(jì)算出各自的圍度值。

1.4 測(cè)量姿勢(shì)

手工測(cè)量方式對(duì)測(cè)量姿勢(shì)沒有太高的要求，人體自然站立，前臂垂直向下即可。利用三維人體掃描儀進(jìn)行人體測(cè)量時(shí)，需按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量姿勢(shì)進(jìn)行測(cè)量。該測(cè)量方式可保證身高、臂長(zhǎng)等長(zhǎng)度和胸圍、腰圍等圍度尺寸基本準(zhǔn)確，盡可能地消除因身體遮擋產(chǎn)生的陰影(數(shù)據(jù)漏洞)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。但對(duì)于細(xì)部尺寸(如手臂圍度、大腿圍度等)，其測(cè)試項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)精度無法保證。因軀干遮擋，使得上下肢體的內(nèi)側(cè)陰影面積較大，見圖2中的黑色區(qū)域，因而標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量姿勢(shì)并不適于肢體細(xì)部尺寸的測(cè)量。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量姿勢(shì)掃描圖

為了減少三維測(cè)量中女體前臂上的數(shù)據(jù)漏洞量，獲取女體前臂更多更準(zhǔn)確的細(xì)部尺寸數(shù)據(jù)，本文對(duì)女體的測(cè)量姿勢(shì)進(jìn)行探究，嘗試了各種姿勢(shì)，見圖3。其中手臂前伸姿勢(shì)由于肩頸部位的遮擋，CCD攝像頭不能完全捕捉到所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，掃描后漏洞面積較大；手臂垂直上舉的姿勢(shì)因頭部遮擋，肘部周圍易產(chǎn)生大面積漏洞，且不便于尋找肘點(diǎn)；蹲坐時(shí)前臂豎直姿勢(shì)難以穩(wěn)定保持，不利于掃描測(cè)量。經(jīng)過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，站姿前臂上舉、站姿前臂下折、坐姿前臂上舉和坐姿前臂下折4個(gè)姿勢(shì)的前臂測(cè)試區(qū)域正對(duì)著地臺(tái)中心點(diǎn)， CCD攝像頭可最大限度地采集到盡可能多的點(diǎn)云信息，因而掃描出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)漏洞較少。此外這些姿勢(shì)容易保持，肘點(diǎn)突出，便于掃描及后期數(shù)據(jù)處理。

為了進(jìn)一步對(duì)比這4種姿勢(shì)的漏洞大小，本文采用Imageware 13.2軟件截取肘點(diǎn)和腕點(diǎn)之間的前臂點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)點(diǎn)云缺失部分進(jìn)行修補(bǔ)，測(cè)量并統(tǒng)計(jì)出各種姿勢(shì)的前臂漏洞面積，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同測(cè)量姿勢(shì)的前臂漏洞面積統(tǒng)計(jì)表

由表1可以看出，站立手臂下折姿勢(shì)的漏洞面積最小，而且該姿勢(shì)的肘點(diǎn)比較突出，便于后期數(shù)據(jù)處理，因此可選擇站立手臂下折的姿勢(shì)對(duì)志愿者的手臂進(jìn)行掃描測(cè)量。該姿勢(shì)要求志愿者站立在地臺(tái)對(duì)角線底端(圖3(e))，雙腳并攏，身體直立靜止，肌肉處于自然放松狀態(tài)，雙目平視前方，右側(cè)肘部自然彎曲，保證前臂垂直向下，且前臂正對(duì)著測(cè)試臺(tái)中心位置，手掌微微握拳，掃描過程中身體不要晃動(dòng)，呼吸均勻。

2 對(duì)比分析

對(duì)比兩種方法的100名志愿者的測(cè)試數(shù)據(jù)(圖4)發(fā)現(xiàn)，手工測(cè)量值普遍比三維測(cè)量值大，而且手工測(cè)量的數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。分析認(rèn)為，在三維測(cè)量過程中，由于人體自身遮擋及掃描死角等原因，掃描結(jié)果存在數(shù)據(jù)漏洞，尤其是邊緣部分較為明顯，使得由ScanWorX軟件計(jì)算得到的各項(xiàng)數(shù)值偏小。手工測(cè)量過程中存在一些標(biāo)記點(diǎn)不精確、尺子歪斜或松弛、讀數(shù)誤差等人為因素，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍偏大。

(a)手臂前伸 (b)手臂上舉 (c)蹲坐前臂下折

(d)站姿前臂上舉 (e)站姿前臂下折 (f)坐姿前臂上舉 (g)坐姿前臂下折圖3 三維人體掃描姿勢(shì)

手工測(cè)量與三維測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的差異，為了對(duì)比差異的顯著性，進(jìn)行了T檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。由表2可知，在95%的置信水平下，除了B點(diǎn)和C點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果沒有顯著性差異，其余測(cè)試結(jié)果均存在顯著性差異。分析認(rèn)為，A點(diǎn)和D點(diǎn)因接近腕點(diǎn)和肘點(diǎn)位置，所以該區(qū)域數(shù)據(jù)漏洞較大，因而存在明顯差異，而B點(diǎn)和C點(diǎn)位于前臂中間位置，點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失較少，因而差異不大。

綜上可知，雖然三維人體測(cè)量的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好，但由于測(cè)量過程中存在一定的數(shù)據(jù)漏洞，人體點(diǎn)云模型有所失真，使得手工測(cè)量與三維測(cè)量?jī)煞N方法存在一定的差異。為了提高測(cè)量精度，建議對(duì)三維掃描過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)漏洞進(jìn)行修補(bǔ)或模型重建，還原模型原始形貌，然后再進(jìn)行細(xì)部尺寸測(cè)量。

圖4 手工測(cè)量與三維測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比箱圖

表2 T檢驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

(1)為獲取更多的前臂尺寸數(shù)據(jù)，利用馬丁測(cè)量?jī)x和軟尺進(jìn)行手工測(cè)量時(shí)，可采用分節(jié)點(diǎn)的方式多點(diǎn)測(cè)量圍度尺寸，并配合激光投線儀進(jìn)行測(cè)量，確保數(shù)據(jù)精度，減少實(shí)驗(yàn)誤差。

(2)利用Human Solutions三維人體掃描儀進(jìn)行前臂尺寸測(cè)量時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量姿勢(shì)測(cè)得的前臂數(shù)據(jù)漏洞較多。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用站立前臂下折姿勢(shì)測(cè)得的數(shù)據(jù)漏洞最少，測(cè)試過程中要求前臂垂直向下，且前臂指向地臺(tái)中心點(diǎn)。

(3)由于三維掃描方法會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)漏洞，所以利用該方法測(cè)量的前臂各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)均比手工測(cè)量的數(shù)據(jù)小，手工測(cè)量存在的誤差增大了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)性，除中間B點(diǎn)和C點(diǎn)的圍度值之外，兩種方法的其余指標(biāo)均存在顯著性差異。為此，建議采用三維掃描測(cè)量方式獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)修補(bǔ)或重建后的模型進(jìn)行具體的尺寸測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王玉秀. 非接觸式人體測(cè)量系統(tǒng)的研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2003.

[2] 王云龍. 基于三維掃描的人體尺寸測(cè)量方法研究[J].行業(yè)應(yīng)用與交流 2015，34(11)：115-118.

[3] 甘應(yīng)進(jìn)，孟爽，王強(qiáng). 人體計(jì)測(cè)的發(fā)展[J].天津紡織科技，2005(3)：45-48.

[4] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GBT16160-2008 服裝用人體測(cè)量的部位與方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[5] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB10000-1988 中國(guó)成年人人體尺寸[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[6] 李詠蘭，鄭連斌，張助問．浙江城市漢族體型研究[J]．南京師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，37( 3)：84-88．

[7] 潘力，王軍，沙莎，等．東北地區(qū)青年女子體型分類與服裝檔差研究[J]．紡織學(xué)報(bào)，2013，34( 11)：131-135．

[8] 梁素貞.基于三維人體測(cè)量的福建地區(qū)男性大學(xué)生體型特征[J].服裝學(xué)報(bào)，2016，1(2)：152-156.

[9] 于曉坤，胡帆，朱達(dá)輝，等. 上海地區(qū)中老年女性體型研究[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，36(4)：9-16.

[10] 張金花，王宏付．基于三維人體測(cè)量的女性肩部研究[J]． 紡織學(xué)報(bào)，2011，32( 5)：95 -97．

[11] 黃燦藝，崔麗娜．基于三維人體測(cè)量的男性頸部形態(tài)細(xì)分[J]．紡織導(dǎo)報(bào)，2008(2)：94 -95．

[12] 陳慧蓉，張欣，陶娜. 基于三維人體測(cè)量的青年女性胸部形態(tài)特征分析[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，22(2)：146-152.

[13] 金娟鳳，孫潔，倪世明，等. 基于三維人體測(cè)量的青年女性臀部體型細(xì)分[J].紡織學(xué)報(bào)，2013，34(9)：108-112.

[14] 姚怡，俞靜. 基于三維測(cè)量的女性凸臀體評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].服裝學(xué)報(bào)，2016，1(2)：148-151.