基于乳房運(yùn)動學(xué)參數(shù)的運(yùn)動文胸舒適性研究

余越云 吳志明

摘要： 為了探究運(yùn)動中乳房舒適性與乳房位移、速度、加速度之間的關(guān)系，文章選擇了5款不同款式和面料成分的運(yùn)動文胸。運(yùn)用Matlab R2020a軟件建立相對位移坐標(biāo)系統(tǒng)，將乳房位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相對軀干的位移數(shù)據(jù)，并通過一階、二階求導(dǎo)分別計算出速度、加速度。運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行非參數(shù)檢驗分析，發(fā)現(xiàn)不同款式運(yùn)動文胸對乳房位移和速度有顯著影響，對加速度無顯著影響。運(yùn)動文胸主體面料中的氨綸含量較高，則運(yùn)動時乳房震動的位移、速度和加速度也越大，對乳房的保護(hù)效果越弱。結(jié)合主觀舒適性評價分析與斯皮爾曼分析發(fā)現(xiàn)，乳房舒適性與加速度沒有相關(guān)性，而與位移和速度相關(guān)，且與速度的相關(guān)性略大于位移。

關(guān)鍵詞： 運(yùn)動文胸;舒適性;位移;速度;加速度;三維運(yùn)動捕捉

中圖分類號： TS941.17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）09-0060-07

引用頁碼： 091110

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.09.010（篇序）

Research on the comfort of sports bras based on breast kinematics parameters

YU Yueyuna， WU Zhimingb

（a.School of Textile Science and Engineering; b.School of Design， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Abstract： To investigate the relationship between breast comfort and breast displacement， velocity and acceleration during exercise， five sports bras with different styles and different fabric compositions were selected. A relative displacement coordinate system was established using Matlab R2020a software to firstly convert the breast displacement data into relative torso displacement data. Then， the velocity and acceleration were calculated by the firstorder and secondorder derivation. It was found through nonparametric test analysis on SPSS software that different styles of sports bras significantly affected breast displacement and speed， with no significant impact on acceleration. The higher the content of spandex in the main fabric of the sports bra， the greater the displacement range， velocity and acceleration of the breast vibration during exercise， and the slighter protective effect on the breast. It is found through subjective comfort evaluation and Spearman analysis that there exists no correlation between breast comfort and acceleration， but it is correlated with displacement and velocity， and it is more correlate with velocity than displacement.

Key words： sports bra; comfort; breast displacement; velocity; acceleration; threedimensional motion capture

收稿日期： 20210302

修回日期： 20210824

基金項目： 教育部人文社會科學(xué)研究青年基金項目（20YJCZH063）

作者簡介： 余越云（1995），女，碩士研究生，研究方向為現(xiàn)代服裝設(shè)計。通信作者：吳志明，教授，wxwuzm@163.com。

隨著體育運(yùn)動的普及，熱愛運(yùn)動健身的女性與日俱增。有研究表明，在運(yùn)動過程中超過72%的女性運(yùn)動員會感受到乳房疼痛[1]。穿著運(yùn)動文胸對乳房在垂直方向上的位移限制是不穿文胸的50%[2]，穿著運(yùn)動文胸跑步能最大減少乳房6 cm位移[3]，可以有效控制保護(hù)乳房，減輕乳房疼痛。因此，運(yùn)動文胸的舒適性受到了越來越多人的關(guān)注。

目前關(guān)于舒適性的研究，一方面圍繞壓力舒適性和熱濕舒適性研究[4-6];另一方面研究運(yùn)動舒適性，以乳房位移作為運(yùn)動文胸舒適性的參考依據(jù)，研究乳房運(yùn)動規(guī)律[7-9]。研究顯示，乳房運(yùn)動舒適性與乳房位移呈負(fù)相關(guān)，垂直軸向上的波幅是影響舒適性的主要因素[8-9]，且乳房的疼痛隨乳房運(yùn)動速度減小而減弱[10]。運(yùn)動中乳房的運(yùn)動規(guī)律，除了研究位移變化規(guī)律，還應(yīng)該對速度和加速度作為乳房運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析[11-13]。

本文比較了不同款式和不同面料成分的運(yùn)動文胸對乳房運(yùn)動學(xué)的影響，分析了在三維方向上乳房的位移、速度和加速度等運(yùn)動學(xué)參數(shù)，研究了乳房運(yùn)動舒適性與乳房運(yùn)動學(xué)參數(shù)的相關(guān)性，對運(yùn)動文胸的舒適性研究有著非常重要的意義，并對未來文胸的設(shè)計改良提供了參考依據(jù)。

1實驗

1.1樣衣分析

人體皮膚延伸度為30%～40%，運(yùn)動文胸面料需要有良好的彈力，且面料彈力程度要高于皮膚延伸度，否則會有牽引、僵硬感[14]。此外，運(yùn)動文胸還需要有良好的耐磨性、吸濕透氣性，才能給予乳房有效的支撐和保護(hù)，以及良好的穿著舒適性。目前主要使用聚酯纖維、錦綸、氨綸等化纖材料。

在選取實驗樣衣前，調(diào)研了淘寶旗艦店熱搜的50款主體面料由聚酯纖維和氨綸組成的運(yùn)動文胸，發(fā)現(xiàn)聚酯纖維/氨綸成分主要在80/20～90/10，如圖1所示。

根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果，本文選取了5款熱銷款（迪卡儂體育用品有限公司）運(yùn)動文胸，尺碼為M碼，款式和面料成分如表1所示。

款式對比實驗中，3款文胸11#、21#、3#使用的面料成分及裝飾工藝不完全一致，經(jīng)查閱文獻(xiàn)[7]得出運(yùn)動文胸的保護(hù)效果主要受胸部包裹部分和肩帶部分的影響，因此，保證主體面料成分及組織結(jié)構(gòu)接近，可視為影響防震效果的面料不變。這3款運(yùn)動文胸所采用的主體面料聚酯纖維/氨綸成分接近，分別為82/18、84/16、84/16，均為平紋組織。

面料對比實驗中，11#、12#文胸的主體面料聚酯纖維/氨綸差異較大，分別為82/18和90/10;21#、22#文胸主體面料聚酯纖維/氨綸差異不大，分別為84/16和90/10。

1.2實驗對象

實驗選擇6名體型基本在GB/T 1335.2—2008《服裝號型女子》中165/88A范圍內(nèi)，平時穿著文胸尺寸為80B的女性健身愛好者，上下胸圍差在12.5～15 cm，身體健康，無乳房手術(shù)史，并且有一定健身蹦床使用經(jīng)驗。實驗對象基本數(shù)據(jù)的平均值如表3所示。

1.3三維運(yùn)動捕捉實驗

實驗要求志愿者穿著運(yùn)動鞋和緊身健身長褲，依次換上運(yùn)動文胸，使用Opti Track三維運(yùn)動捕捉系統(tǒng)（美國Natural Point公司）。為捕捉志愿者運(yùn)動時的乳房位移，需在關(guān)鍵部位粘貼反光標(biāo)記點，共8個，依次為：左側(cè)乳頭點（B1）;乳房內(nèi)側(cè)水平4 cm處（B2）;乳房外側(cè)水平4 cm處（B3）;乳房下側(cè)垂直4 cm處（B4）;乳房上側(cè)垂直4 cm處（B5）;胸骨角上切跡（O1）;右側(cè)第十根肋骨下緣與右乳頭點對齊處（O2）;左側(cè)第十根肋骨下緣與左乳頭點對齊處（O3），如圖2所示。

粘貼完標(biāo)記點后，需要在每次測試前均進(jìn)行標(biāo)定。先將健身蹦床放置于攝像機(jī)的最佳捕捉區(qū)域，志愿者站立于蹦床中央，做Tpose，確定測試捕捉點。然后根據(jù)節(jié)拍器（0.5 s/拍），進(jìn)行勻速高抬腿運(yùn)動，雙腿保持交替至水平，在穩(wěn)定狀態(tài)后采集數(shù)據(jù)并保存。

1.4主觀評價實驗

本文采用Mason等[15]提出的十級量表來評估實志愿者在運(yùn)動時的乳房舒適性，0表示運(yùn)動時乳房“最舒適”，5表示“沒感覺”，10表示“最不舒適”，如圖3所示。實驗對象分別穿著4款運(yùn)動文胸，測試結(jié)束后，立刻進(jìn)行主觀評價，從個人感官角度對運(yùn)動文胸進(jìn)行評分，并記錄結(jié)果。

2實驗結(jié)果分析

2.1三維捕捉實驗分析

2.1.1數(shù)據(jù)處理

對各標(biāo)記點的所有實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，修復(fù)缺失數(shù)據(jù)，刪除無效和異常數(shù)據(jù)，將標(biāo)記點三個方向的原始位移與時間數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel。志愿者在高抬腿運(yùn)動時，軀干會有六個自由度的運(yùn)動，為準(zhǔn)確研究乳房的運(yùn)功規(guī)律，需要排除軀干的運(yùn)動[16]。本文以胸骨上切跡（O1）和左右側(cè)第十跟肋骨下緣對齊乳頭點處（O2、O3）建立相對位移參考坐標(biāo)系，如圖4所示。運(yùn)用Matlab R2020a軟件將在大地坐標(biāo)系統(tǒng)下的乳房上標(biāo)記點的位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為新坐標(biāo)系下的相對位移數(shù)據(jù)。

以O(shè)1、O2、O3建立相對位移坐標(biāo)系i，O1點為坐標(biāo)系原點，確定Y軸方向，Y軸為左右方向，向左為正;三點確定的平面的法向量x→=O1O2×O2O3作為X軸，為前后方向，向前為正;XOY面的法向量z→=O2O3×x→作為Z軸，為垂直方向，向上為正。

在運(yùn)動中某一時刻，設(shè)O1、O2、O3的坐標(biāo)分別為（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）、（X3，Y3，Z3），以乳頭點B1（X0，Y0，Z0）為例，則：

O2O3=（X3-X2，Y3-Y2，Z3-Z2）（1）

XZ面的方程為：

（X3-X2）（X-X1）+（Y3-Y2）（Y-Y1）+（Z3-Z2）（Z-Z1）=0（2）

則在坐標(biāo)系i中，B1點的相對坐標(biāo)為：

Yi=（X3-X2）（X0-X1）+（Y3-Y2）（Y0-Y1）+（Z3-Z2）（Z0-Z1）（X3-X2）（X3-X2）+（Y3-Y2）（Y3-Y2）+（Z3-Z2）（Z3-Z2）（3）

Xi、Zi計算方法同上，每個時刻都要計算。

2.1.2乳房各方向的位移比較

經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，隨機(jī)選擇有效數(shù)據(jù)中3段穩(wěn)定周期（一個周期為4 s），計算每個周期的相對位移，即乳房的相對位移最大值與最小值之差。

根據(jù)5款運(yùn)動文胸的相對位移（每款運(yùn)動文胸的樣本數(shù)為18），使用SPSS軟件檢驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不符合正態(tài)性（P<005），故使用斯皮爾曼相關(guān)性檢測5款運(yùn)動文胸的乳頭點（B1）、乳房內(nèi)側(cè)（B2）、乳房外側(cè)（B3）、乳房下側(cè)（B4）、乳房上側(cè)（B5），此5點在前后（X軸）、左右（Y軸）和垂直（Z軸）3個方向上是否存在顯著性差異，結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明：乳頭點（B1）與乳房上其余4點在0.01級別（雙尾）相關(guān)性顯著（P<0.01），因此，為了簡化分析，本文選用乳頭點的運(yùn)動代表乳房的運(yùn)動，分析6名志愿者穿著此5款運(yùn)動文胸時乳房的位移、速度、加速度規(guī)律。

2.2不同款式的運(yùn)動文胸比較

2.2.1乳房各方向的相對比較

如表5所示，采用非參數(shù)檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，實驗選用的3款不同款式的運(yùn)動文胸對乳房位移有顯著差異（P<0.05）。如圖5所示，乳頭點在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上的位移表明：前后（X）和左右（Y）方向的位移相近，垂直方向上的相對位移明顯大于前后和左右方向上的;在3個方向上，3款運(yùn)動文胸的乳房位移，從大到小依次為21#>3#>11#。乳房的位移越大，說明運(yùn)動文胸的防震效果越差，對乳房的保護(hù)效果越差，所以3款運(yùn)動文胸對乳房的保護(hù)效果從強(qiáng)到弱依次為11#、3#、21#。

2.2.2乳房各方向的相對速度比較

運(yùn)用Matlab R2020a軟件，計算每個樣本在相對位移坐標(biāo)系統(tǒng)下的乳房位移數(shù)據(jù)的一階導(dǎo)數(shù)，表示乳頭點的運(yùn)動速度。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，選擇與位移比較時相同的運(yùn)動周期，計算出每個周期中的相對速度（每款運(yùn)動文胸的樣本數(shù)為18）。如表6所示，采用非參數(shù)檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，不同款式的運(yùn)動文胸對乳頭點各方向的速度有顯著差異（P<0.05）。如圖6所示，垂直（Z）方向上的速度顯著大于前后（X）和左右（Y）方向;在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，各款運(yùn)動文胸速度從大到小依次為#21#>3#>11#，與位移比較結(jié)果相同。

2.2.3乳房各方向的加速度比較

運(yùn)用Matlab R2020a軟件，計算每個樣本在相對位移坐標(biāo)系統(tǒng)下的乳房位移數(shù)據(jù)的二階導(dǎo)數(shù)，表示乳頭點的加速度。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，選擇與位移比較時相同的運(yùn)動周期，計算出每個周期中的相對加速度（每款運(yùn)動文胸的樣本數(shù)為18）。如表7所示，采用非參數(shù)檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)僅在垂直（Z）方向上，不同款式的運(yùn)動文胸對乳房的速度有顯著差異（P<0.05），在前后（X）與左右（Y）方向上，無顯著差異（P>0.05）。如圖7所示，前后（X）方向上的加速度大于左右（Y）和垂直（Z）方向;左右（Y）和垂直（Z）方向上的加速度相近;各款運(yùn)動文胸加速度從大到小依次為3#>21#>11#，與位移和速度的比較結(jié)果不同。

2.3不同面料成分的運(yùn)動文胸比較

圖8、圖9分別為工字形（主體面料聚酯纖維/氨綸分別為82/18和90/10）和T字形（主體面料聚酯纖維/氨綸分別為84/16和90/10）的運(yùn)動文胸，使用與上文相同的分析方法，比較高抬腿運(yùn)動時的乳房運(yùn)動學(xué)參數(shù)。

研究表明，垂直（Z）方向上的相對位移和速度大于其他兩個方向;前后（X）方向上的加速度大于其余兩個方向。在3個運(yùn)動方向上，因工字形的款式穩(wěn)定性較強(qiáng)，11#和12#的相對位移的差異不顯著，T字形的21#的相對位移均大于22#;且3個方向上的速度和加速度，11#和21#均分別大于12#和22#。綜合工字形和T字形的研究結(jié)果，可得運(yùn)動文胸主體面料氨綸含量越高，面料彈力越大，穿著時乳房運(yùn)動位移、速度和加速度越大，對乳房的保護(hù)效果越差。

2.4主觀運(yùn)動舒適性分析

實驗選擇6名志愿者對5款運(yùn)動文胸的主觀運(yùn)動舒適性進(jìn)行評分。如表8所示，分值越小，說明乳房疼痛越小，運(yùn)動文胸的舒適性越高。3款不同款式的運(yùn)動文胸，志愿者表示款式11#的文胸最舒適，為（2.67±1.63）;款式21#的文胸最不舒適，為（6.00±0.63）;3#為（5.50±1.05）。主觀評價結(jié)果與客觀的數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致，即運(yùn)動文胸的運(yùn)動舒適性從高到低依次為11#、3#、21#。

工字形的兩款運(yùn)動文胸（11#和12#）比較，以及T字形的兩款運(yùn)動文胸（21#和22#）比較，主觀評價結(jié)果均為主體面料氨綸含量較低的舒適性較高，與客觀的數(shù)據(jù)分析結(jié)果一致。

采用斯皮爾曼相關(guān)性分析運(yùn)動舒適性與乳房位移、速度和加速度的關(guān)系，如表9所示。相關(guān)系數(shù)r=0.1～0.29為低度相關(guān)，0.3～0.49為中度相關(guān)，0.5～1為高度相關(guān)[17]。結(jié)果顯示：乳房運(yùn)動舒適度與乳房位移和速度相關(guān)性顯著（P<001），為高度相關(guān)（r>0.5），且與速度的相關(guān)性略大于位移;與乳房加速度無關(guān)（P>0.05）。圖10為穿著5款實驗樣衣時的主觀舒適性評價與客觀運(yùn)動學(xué)參數(shù)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)乳房的位移和速度，在不同方向上由大到小依次為垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上由大到小依次為前后>左右>垂直，與位移和速度規(guī)律不同，并且相關(guān)性分析結(jié)果也顯示乳房運(yùn)動舒適度與乳房加速度無關(guān)（P>0.05）。因此，認(rèn)為乳房的

舒適度主要受運(yùn)動時持續(xù)的運(yùn)動位移和速度影響，而非短暫的加速度大小影響，在運(yùn)動文胸設(shè)計中，降低乳房速度和位移對提高乳房舒適更為重要。

3結(jié)論

本文研究了5款運(yùn)動文胸，在健身蹦床上進(jìn)行高抬腿運(yùn)動時，探究了不同款式和不同面料的運(yùn)動文胸對乳房震動的影響，分析了在三維方向上乳房的位移、速度和加速度等乳房運(yùn)動學(xué)參數(shù)，以及運(yùn)動學(xué)參數(shù)與乳房舒適性的相關(guān)性，得出以下結(jié)論。

1） 穿著不同款式的運(yùn)動文胸運(yùn)動時，乳房位移和速度大小均有顯著差異，乳房加速度的大小無顯著差異。根據(jù)位移和速度的比較結(jié)果，以及主觀運(yùn)動舒適性評價，從優(yōu)至劣依次為工字形、交叉形、T字形。

2） 比較不同面料成分，后背款式分別為工字形、T字形的運(yùn)動文胸，發(fā)現(xiàn)主體面料的氨綸含量較高則面料彈力越大，乳房震動時的位移、速度和加速度均較大，故對乳房的保護(hù)效果越弱。

3） 乳房的位移和速度，在不同方向上依次為垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上依次為前后>左右>垂直，與位移和速度規(guī)律不一致。在前后、左右和垂直方向上，乳房舒適性與乳房位移和速度均有顯著相關(guān)，而與加速度無顯著相關(guān)性，說明運(yùn)動時主要由乳房垂直和左右方向的運(yùn)動影響乳房舒適度，受持續(xù)的運(yùn)動位移和速度影響，而非短暫的加速度大小影響。在運(yùn)動文胸設(shè)計中，降低乳房位移和速度對提高乳房舒適更有意義。

4） 未來可以通過乳房位移和速度大小來評價運(yùn)動文胸的保護(hù)效果。

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