飲食行為指導(dǎo)與3D體型模擬分析儀有機(jī)結(jié)合機(jī)制

張曉娜，劉保鵬，和耘鋒，孫夢(mèng)月，張明飛

新鄉(xiāng)工程學(xué)院（新鄉(xiāng) 453003）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人民生活水平不斷提高、生活方式的變化和生活環(huán)境的惡化，肥胖和慢性病的發(fā)病率也在不斷增加[1]，因此營(yíng)養(yǎng)知識(shí)和膳食行為對(duì)健康與壽命的影響也逐漸被人們所重視[2]。如何提高居民的心理重視程度、指導(dǎo)居民合理營(yíng)養(yǎng)安排膳食、幫助居民建立正確的營(yíng)養(yǎng)觀念、培養(yǎng)良好的飲食習(xí)慣、提高居民健康體質(zhì)，成為人們關(guān)注的重要問(wèn)題。

為有效預(yù)防和控制肥胖、慢性病，國(guó)內(nèi)外研究人員在軟硬件等方面進(jìn)行不同層次的研究。撖濤等[3]通過(guò)將生物電阻抗與人體成分測(cè)試儀有機(jī)結(jié)合，收集測(cè)試者信息，計(jì)算出體質(zhì)指數(shù)等多項(xiàng)人體成分參數(shù)，對(duì)測(cè)試者的身體狀況進(jìn)行有效評(píng)估，通過(guò)定期監(jiān)測(cè)脂肪含量，以更直觀的方式指導(dǎo)測(cè)試者進(jìn)行健美和減肥；肖曉明等[4]運(yùn)用計(jì)算機(jī)原理設(shè)計(jì)人體成分分析儀，通過(guò)收集監(jiān)測(cè)體重和阻抗參數(shù)，可以精確監(jiān)測(cè)人體健康狀況；李釗等[5]通過(guò)Android平臺(tái)的數(shù)據(jù)解析技術(shù)，采用分節(jié)段測(cè)量方法能夠更準(zhǔn)確地分析人體成分指標(biāo)，在疾病評(píng)估和運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)等方面都具有指導(dǎo)作用；張勇等[6]通過(guò)3D建模技術(shù)構(gòu)建虛擬試衣鏡App，用幾何與物理建模相結(jié)合的方式將人體模型與服裝造型統(tǒng)一，為顧客選購(gòu)服裝提供有效參考；閆丹等[7]通過(guò)文獻(xiàn)檢索總結(jié)體成分的不同測(cè)定方法，提出體成分比例失調(diào)是各類(lèi)疾病發(fā)生的根源，體成分測(cè)量將在疾病的監(jiān)測(cè)和預(yù)防上具有相當(dāng)大的潛力等。國(guó)內(nèi)外關(guān)于人體成分分析儀的研究也比較多，但是關(guān)于飲食行為指導(dǎo)與3D體型模擬分析有機(jī)結(jié)合的研究比較少。

因此，利用紅外線掃描人體體型、測(cè)量體脂指數(shù)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和3D建模等近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，對(duì)測(cè)試者真實(shí)體型進(jìn)行3D建模，并根據(jù)測(cè)試者具體身體情況為其量身定制完美體型，并根據(jù)每個(gè)人的具體狀況進(jìn)行膳食、心理及運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)，最終幫助測(cè)試者擺脫亞健康狀態(tài)，達(dá)到身體健康、身心合一，大幅降低各種慢性病的比率，提高全民身體素質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)良性健康發(fā)展。

1 構(gòu)建3D體型模擬分析儀

1.1 3D體型模擬分析儀模型

隨著社會(huì)的快速發(fā)展、人們生活水平提高，健康問(wèn)題更加受到人們重視。結(jié)合3D建模技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）技術(shù)，提出3D體型模擬分析儀構(gòu)建思路。

圖1 3D體型模擬分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 3D體型模擬分析儀關(guān)鍵點(diǎn)

1.2.1 體脂稱(chēng)

在3D體型模擬分析儀的下方嵌入智能體脂稱(chēng)，錄入用戶(hù)身體的相關(guān)數(shù)據(jù)。體脂秤是基于生物電阻抗分析法（bioelectrical impedance analysis，BIA）測(cè)量人體組成成分，獲取測(cè)試者的相關(guān)數(shù)據(jù)。該方法的原理是將安全的微弱交流電信號(hào)導(dǎo)入人體，利用人體組分導(dǎo)電率的不同來(lái)判斷人體成分組成，收集測(cè)試者水分、蛋白質(zhì)和脂肪等數(shù)據(jù)，傳輸?shù)酵ㄐ拍K進(jìn)行綜合分析，根據(jù)測(cè)試者的年齡、性別和最終分析結(jié)果，對(duì)其身體健康狀況進(jìn)行評(píng)估[8]，讓測(cè)試者對(duì)身體成分、脂肪分布、體型特點(diǎn)等有一個(gè)全面了解[9]。

1.2.2 紅外線傳感裝置

紅外線傳感裝置是利用紅外線掃描測(cè)試者體型，測(cè)量胸圍、腰圍、臀圍等尺寸，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析，形成人體三維形狀，建立真實(shí)體型和最佳模擬體型，并通過(guò)互相比對(duì)，讓測(cè)試者更加客觀全面地認(rèn)識(shí)自身體型，能夠積極主動(dòng)實(shí)施營(yíng)養(yǎng)、健康和運(yùn)動(dòng)計(jì)劃[10]。

1.2.3 3 D體型建模

結(jié)合體脂秤和紅外線傳感裝置收集到的人體數(shù)據(jù)，利用MM3D（一款3D建模與仿真的動(dòng)畫(huà)制作軟件），進(jìn)行NURBS（Non-Uniform Rational B-Splires）曲面建模，應(yīng)用曲面建模技術(shù)中的參數(shù)建模技術(shù)、物理建模技術(shù)等，通過(guò)繪制體型表面信息構(gòu)建測(cè)試者的三維人體模型，從而將人體信息視覺(jué)化顯示出來(lái)[6,11]。

AR技術(shù)是可以將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的技術(shù)，通過(guò)運(yùn)算和圖像技術(shù)可以使二維平面變?yōu)槿S界面，將實(shí)時(shí)影像全方位與虛擬世界信息進(jìn)行疊加，在顯示屏上顯示出來(lái)[12]。建立各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)體型模型庫(kù)和營(yíng)養(yǎng)健康指導(dǎo)模型，設(shè)置特定的虛擬場(chǎng)景，如不同標(biāo)準(zhǔn)體型的婚紗、職業(yè)裝、休閑裝等，與測(cè)試者實(shí)際測(cè)定體型相結(jié)合，并將測(cè)試者實(shí)際體型和標(biāo)準(zhǔn)體型模型相比對(duì)，讓測(cè)試者更加直觀地體驗(yàn)自己持有健康身材后的最佳狀態(tài)，更加堅(jiān)定他們追求健康的意志和決心。根據(jù)測(cè)試者當(dāng)下體型狀況和體成分組成，從營(yíng)養(yǎng)健康指導(dǎo)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中選出最適合測(cè)試者的指導(dǎo)模型，進(jìn)行膳食、心理及運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)，幫助測(cè)試者建立信心，有計(jì)劃地開(kāi)展?fàn)I養(yǎng)膳食和健康運(yùn)動(dòng)。

2 結(jié)論

利用生物電阻抗分析法測(cè)量人體組成成分、紅外線掃描人體體型、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、3D人體建模等近年來(lái)新興技術(shù)，以測(cè)試者體型為基礎(chǔ)進(jìn)行3D人體建模，通過(guò)將測(cè)試者真實(shí)體型和標(biāo)準(zhǔn)體型數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)最佳體型在虛擬場(chǎng)景中進(jìn)行比對(duì)，為測(cè)試者量身定制完美體型，給他們直觀沖擊，并根據(jù)每個(gè)人的當(dāng)下身體狀況進(jìn)行膳食指導(dǎo)和運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)，幫助測(cè)試者下定決心制定營(yíng)養(yǎng)健康計(jì)劃，最終實(shí)現(xiàn)心中的完美體型。此次研究對(duì)于消除亞健康狀態(tài)、預(yù)防各種慢性疾病、提高全民身體健康素質(zhì)、促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。