長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征及分類

袁詩婷，王朝暉，2，3

（1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051；2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室，上海 200051；3.上海市紡織智能制造與工程一帶一路國際聯(lián)合實驗室，上海 200051）

0 引 言

人體體型特征是服裝設(shè)計與生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。不少國內(nèi)外學(xué)者從不同角度使用不同方法對各類人群的體型特征及分類展開了研究。如，人體各部位測量項目［1-2］、由關(guān)鍵人體測量項目派生的體型特征參數(shù)［3-4］、人體正側(cè)面體表角度［5］與人體部位截面面積、截面曲線形態(tài)特征［6-7］等各群體的整體軀干或某特征部位的體型特征分析與分類。分類方法方面，有運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計分析的k-means聚類法［8-9］、兩步聚類法［10-11］，以及基于腰腹差等人體特征部位的檔差劃分分類方法［12-13］。同時，加權(quán)快速搜索、發(fā)現(xiàn)密度峰值算法［14］也被應(yīng)用于體型分類中。以上研究大多以某地區(qū)一般體型的中青年男女群體為研究對象，缺乏對特殊體型人群的關(guān)注。根據(jù)國家衛(wèi)生健康委報告，目前我國成年人超重與肥胖率已超過50%，胖體人群的增長成為我國乃至世界人口特征的變化趨勢之一［15］。體內(nèi)脂肪聚積使人體體型發(fā)生變化，胖體服裝人臺構(gòu)建與服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計需以胖體尺寸及形態(tài)特征為基礎(chǔ)，以滿足其著裝合體性需求。

國外有關(guān)胖體女性的體型研究比較完善。一些學(xué)者采集不同國家或地區(qū)的胖體女性人體數(shù)據(jù)，進(jìn)行體型特征分析，根據(jù)不同的胖體體型特征指標(biāo)進(jìn)行體型分類［16-18］，并建立了相應(yīng)體型類別的胖體女性人體尺寸系統(tǒng)［19-21］。國內(nèi)對胖體女性體型特征及分類的研究相對不足。韓思琪等采集北京中年胖體女性人體數(shù)據(jù)，經(jīng)過各部位描述統(tǒng)計分析及與青年女性體型的比較，總結(jié)北京中年胖體女性體型特征，按照臀胸圍度差分類體型［13］。張蕊等測量了110名上海胖體女性的身高、體質(zhì)量與6項人體圍度，使用身高與三圍確定3項體型指標(biāo)并聚類分析為3類體型［22］；董赫男采集江西中年胖體女性尺寸數(shù)據(jù)，分析體型特征并確定其中間體關(guān)鍵部位尺寸［23］。依據(jù)人體形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)［20］，簡單的身高與圍度不能精確定義胖體體型，而我國大多胖體女性體型研究僅使用圍度差或圍度比進(jìn)行體型劃分，分類指標(biāo)選取在綜合反映胖體女性形態(tài)的寬度、厚度、扁圓程度等體型特征上具有一定局限。

因此，本文以長三角地區(qū)18～55 歲的成年女性為研究對象，測量人體體質(zhì)量、圍度、高度、寬度、厚度、體表實長等42個項目，并從中篩選成年胖體女性樣本，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，探討長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征，基于因子分析，運(yùn)用系統(tǒng)聚類法、kmeans 聚類法進(jìn)行體型分類研究。本文在人體測量維度及測量項目上進(jìn)一步豐富了胖體女性體型特征分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，所分類的各體型類別更綜合反映了長三角地區(qū)成年胖體女性在人體圍度、寬度、厚度及扁圓程度等方面的體型特征。

1 胖體女性數(shù)據(jù)采集

1.1 實驗對象與實驗樣本量

依據(jù)WS/T 428—2013《成人體重判定》及相關(guān)人體體質(zhì)研究［24］，我國使用BMI 體質(zhì)指數(shù)（Body Mass Index）、腰圍等作為判定成年人超重/肥胖的指標(biāo)：成年人18.5 kg/m2≤BMI＜24 kg/m2為正常體型，BMI≥24 kg/m2為超重/肥胖，腰圍≥80 cm的成年女性為中心性肥胖前期。本文以上海、江蘇、浙江、安徽4省、直轄市，18～55歲、BMI≥24 kg/m2或腰圍≥80 cm的長三角地區(qū)成年胖體女性為研究對象。根據(jù)GB/T 22187—2008《建立人體測量數(shù)據(jù)庫的一般要求》，大多數(shù)人體測量的置信水平1－α=95%，最小樣本量計算公式為

式中：1.534為常數(shù)；變異系數(shù)σ/μ為樣本總體標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比，可用前人相關(guān)研究的最大變異系數(shù)值代替［25］，本文采用文獻(xiàn)［22］測量上海胖體女性人體各部位所得的最大變異系數(shù)值0.083 9。查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表得uα=1.96。一般相對誤差限a取3%［25］。為減少無效測量樣本的影響，調(diào)整相對誤差限為2.5%。最終算得長三角地區(qū)成年胖體女性體型研究所需最小樣本量102人。

根據(jù)人體測量的最小樣本量要求與隨機(jī)抽樣原則，采集了長三角地區(qū)18～55 歲共462 人的各體型成年女性人體數(shù)據(jù)，其中包含符合上述胖體女性研究樣本篩選條件的151人，滿足本實驗的最小樣本量要求。

1.2 測量項目

測量以盡可能綜合反映胖體女性體型特征為原則，依據(jù)GB/T 16160—2017《服裝用人體測量的尺寸定義與方法》以及人體形態(tài)學(xué)、服裝造型學(xué)原理［26］，確定42 項測量項目，包括體質(zhì)量以及頸根圍、胸圍等14個圍度項目，身高、后頸椎點高等9個高度項目，背寬、胸寬等8個寬度項目，BP點位厚、腰圍厚等6個厚度項目，背長、背肩寬等4個體表實長項目，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 胖體女性人體測量項目Tab.1 Items of body measurements for obese female

1.3 測量方法

室溫環(huán)境下，受試者穿著合體文胸與內(nèi)褲，由專業(yè)人體測量實驗員依據(jù)測量項目要求，使用馬丁測量儀測量，并采用3 次測量的平均值作為最終獲取數(shù)據(jù)；使用TC2三維人體掃描儀獲取三維人體點云數(shù)據(jù)。

1.4 實驗數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS對151個成年胖體女性人體測量樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)離群值、異常值的檢驗與剔除，最終獲得有效樣本151個。使用非參數(shù)K-S檢驗、正態(tài)概率P-P 圖對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗，結(jié)果顯示各項目數(shù)據(jù)均服從或近似服從正態(tài)分布。使用逆向工程軟件Geomagic Wrap 2017對樣本的三維人體點云數(shù)據(jù)進(jìn)行異常點過濾、降噪處理，并封裝為三維人體曲面模型，便于在體型分類中結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，總結(jié)各類體型的三維特征。

2 長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征

2.1 體型測量項目的描述統(tǒng)計與比較分析

為了進(jìn)一步探究長三角地區(qū)胖體女性的肥胖體型特征，使用462個成年女性總樣本與151個胖體女性樣本的42 項人體測量項目進(jìn)行描述統(tǒng)計與比較。摘取其中23項體現(xiàn)長三角地區(qū)女性總樣本與胖體女性樣本的軀干體型差異的關(guān)鍵測量項目描述統(tǒng)計比較，結(jié)果如表2所示。

表2 長三角地區(qū)成年女性與成年胖體女性各測量項目的描述統(tǒng)計比較Tab.2 Descriptive statistics comparison between adult women and obese women in the Yangtze River Delta單位：cm

表2（續(xù)）

可以看出，長三角地區(qū)成年胖體女性樣本明顯比成年女性總樣本在圍度、寬度、厚度上的平均值大，而該兩組樣本的背長、前中心長等垂直測量的體表實長項目及身高、下襠高等高度項目的平均值比較相近。說明長三角地區(qū)胖體女性的肥胖體型特征主要體現(xiàn)在人體圍度、寬度、厚度上。長三角地區(qū)成年胖體女性在胸部、下胸圍處、腰部、腹部、臀部等軀干部位的圍度、寬度、厚度項目上的標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)較大，且上述部位厚度項目明顯比相應(yīng)部位圍度、寬度項目的變異系數(shù)大，尤其腰圍位厚的變異系數(shù)為0.093，在所有人體部位測量項目中的變異系數(shù)最高，說明長三角地區(qū)成年胖體女性在胸部至臀部的軀干部位個體體型差異大，且軀干部位厚度上的個體體型差異大于圍度與寬度，體現(xiàn)在腰圍位厚的個體體型差異明顯。

2.2 胖體女性體型因子分析

對42 個測量項目數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，提取影響長三角地區(qū)成年胖體女性體型的主要因素。因子分析的Bartlett 球形檢驗的顯著性為0.000，小于0.05，說明參與因子分析的42個測量項目間具有一定相關(guān)性。KMO 值為0.897，大于0.7，說明42 個測量項目間偏相關(guān)性較強(qiáng)；此結(jié)果說明該因子分析有效，公因子提取效果較好。

因子分析所得的總方差解釋如表3 所示。結(jié)果中的前7個因子特征根大于1，總方差累計貢獻(xiàn)率為82.107%，能解釋本文胖體女性42個測量項目的大部分信息。故提取該7 個公因子以進(jìn)一步分析長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征。

表3 因子分析總方差解釋Tab.3 Factor analysis total variance interpretation

使用最大方差法對7 個公因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到因子旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣。由因子旋轉(zhuǎn)結(jié)果可得，第1 公因子在腰圍、下胸圍位厚等上肢圍度、厚度、寬度項目與體質(zhì)量上的載荷系數(shù)較大，旋轉(zhuǎn)后因子方差貢獻(xiàn)率為27.012%，故命名為上肢豐滿度因子。第2 公因子在下襠高、腰圍高等高度項目上有較大載荷，旋轉(zhuǎn)后因子方差貢獻(xiàn)率為21.936%，命名為高度因子。第3 公因子中，大腿最大圍、臀圍等人體下半身圍度、寬度、厚度項目的載荷系數(shù)較大，旋轉(zhuǎn)后因子方差貢獻(xiàn)率為15.672%，命名為下肢豐滿度因子。第4 公因子、第5 公因子、第6 公因子、第7 公因子分別在前后中心長、手臂根部圍度、肩背水平寬度、手臂腿部最細(xì)處有較大載荷，旋轉(zhuǎn)后因子方差貢獻(xiàn)率分別為4.720%、4.568%、4.497%、3.702%，故命名第4 公因子為前后中心長因子，第5公因子為手臂根部圍度因子，第6 公因子為肩背寬度因子，第7 公因子為手臂腿部最細(xì)圍度因子。摘取每個公因子中載荷系數(shù)較大的人體測量項目如表4 所示。由此可見，影響長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征的主要公因子有上肢豐滿度因子、高度因子與下肢豐滿度因子，而前后中心長因子、手臂根部圍度因子、肩背寬度因子、手臂腿部最細(xì)圍度因子對長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征也有一定影響。

表4 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Tab.4 The selected component matrix

3 長三角地區(qū)成年胖體女性體型分類

3.1 特征變量的提取與分類指標(biāo)的確定

分析因子旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣，結(jié)合42 個測量項目的雙變量相關(guān)性分析結(jié)果，從前3個公因子中提取載荷系數(shù)較大且具有一定代表性的變量，含腰圍、腰圍高、腰圍位寬、腰圍位厚、下胸圍位厚、腹部前突點位厚、胸圍、臀圍共8 個變量。后4 個公因子的方差貢獻(xiàn)率相對較低，提取變量并參與聚類分析的結(jié)果欠佳，故從中不提取特征變量。

依據(jù)人體形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)［20］，將8 個特征變量整合為能夠代表胖體女性大部分體型信息的指標(biāo)，包括腰圍腰高比、腰圍處橫矢徑比、腹部與下胸圍厚度差、臀胸差等4 項。各指標(biāo)具體計算公式如表5所示。

表5 體型分類指標(biāo)及其具體公式Tab.5 Body type classification index and formulars

腰圍腰高比，能表征人體腰部豐滿程度與高度的關(guān)系，其比值也是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中成人肥胖程度的判定標(biāo)準(zhǔn)之一［24］。腰圍處橫矢徑比體現(xiàn)腰部位置的扁圓程度。腹部與下胸圍厚度差體現(xiàn)腹部相對下胸圍處的厚度差，是一項衡量腹突程度的指標(biāo)。臀胸差體現(xiàn)人體胸部至臀部的大致輪廓特點。

3.2 聚類數(shù)的確定

將151個樣本的4項體型指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行Z得分標(biāo)準(zhǔn)化，以消除各指標(biāo)在量綱上的差異，并使用系統(tǒng)聚類法對樣本進(jìn)行聚類分析，得到聚類系數(shù)表并可視化為折線圖，如圖1所示。圖中折線第4點為拐點，拐點后相鄰聚類系數(shù)間的變化遠(yuǎn)小于拐點前各相鄰聚類系數(shù)間的變化，說明本研究樣本分類的最佳聚類數(shù)為4。

圖1 系統(tǒng)聚類系數(shù)折線圖Fig.1 Line chart of systematic clustering coefficient

3.3 胖體女性體型聚類分析

以Z得分標(biāo)準(zhǔn)化的4項體型指標(biāo)為聚類指標(biāo)，設(shè)定聚類數(shù)為4，使用k-means 聚類法對151 個樣本進(jìn)行分類，得到長三角地區(qū)成年胖體女性體型分類結(jié)果如下：第1 類別樣本數(shù)為41 人，占比27.15%；第2類別樣本數(shù)為46人，占比30.46%；第3類別樣本數(shù)為45 人，占比29.80%；第4 類別樣本數(shù)為19 人，占比12.58%。

同時，以4 項聚類指標(biāo)為因變量，使用單因素方差分析對樣本分類結(jié)果進(jìn)行驗證，結(jié)果如表6 所示?？梢钥闯觯骶垲愔笜?biāo)的顯著性均小于0.05，即認(rèn)為分類有效且結(jié)果顯著。

表6 各聚類指標(biāo)的單因素方差分析Tab.6 ANOVA analysis of each clustering index

由k-means 聚類分析得出各類別的4 項體型聚類指標(biāo)數(shù)值范圍，并計算各類別的體型指標(biāo)與關(guān)鍵部位尺寸的平均值，如表7所示。結(jié)合k-means聚類分析的數(shù)值結(jié)果與各類別樣本的三維人體模型，對各類體型進(jìn)行體型特征分析與命名?？紤]實際分類的可操作性，將各體型聚類指標(biāo)數(shù)值范圍的極值精確到0.1 cm，調(diào)整得到體型分類規(guī)則。

表7 4種體型類別的分類指標(biāo)與關(guān)鍵部位平均值比較Tab.8 Average comparison of classification indexes and key part of four body types

第1 類體型的腰圍腰高比平均值在所有體型中最小，而腰圍處橫矢徑比平均值最大，說明該類體型的腰圍相對較細(xì)且腰部形態(tài)較扁平。腹部前突點位厚相對下胸圍位厚較大，腹部突出，臀圍較大且比胸圍突出。整體體型的胸、腰圍度較小，而臀圍圍度較大，似上窄下寬的A 字，故命名為A 型。其分類規(guī)則為腰圍腰高比為0.7～0.8，腰圍處橫矢徑比為1.1～1.4，腹部與下胸圍厚度差0.3～5.2 cm，臀胸差－3.4～14.4 cm。

第2 類體型的腰圍處橫矢徑比接近1，腰部形態(tài)圓潤，腹部前突點圍以及腹部與下胸圍厚度差的平均值在所有體型中最小，腹部突出不明顯，胸圍與臀圍圍度較相近。整體軀干體型較勻稱，似直筒狀的H字，故命名為H 型。其分類規(guī)則為腰圍腰高比為0.7～0.9，腰圍處橫矢徑比為1.0～1.2，腹部與下胸圍厚度差－1.7～3.2 cm，臀胸差－8.1～6.9 cm。

第3類體型的腰圍、腹部與下胸圍厚度差平均值較大，腰部、腹部突出明顯，整體軀干的胸、臀圍度相近且腰、腹圍度較大，命名為O型。其分類規(guī)則為腰圍腰高比為0.7～0.9，腰圍處橫矢徑比為1.1～1.3，腹部與下胸圍厚度差2.8～6.7 cm，臀胸差－4.5～9.1 cm。

第4 類體型的腰圍腰高比平均值在所有體型中最大且腰橫矢徑比平均值接近1，各軀干圍度平均值最大，說明該體型肥胖程度明顯，腰圍較粗且腰部形態(tài)圓潤。臀胸差平均值在4 類體型中最小且為負(fù)值，胸圍明顯比臀圍大，胸部至臀部的整體形態(tài)似上寬下窄的V 字，故命名為V 型。其分類規(guī)則為腰圍腰高比為0.9～1.1，腰圍處橫矢徑比為1.1～1.2，腹部與下胸圍厚度差－0.3～4.7 cm，臀胸差－14.2～0.1 cm。

從長三角地區(qū)成年胖體女性樣本的三維人體數(shù)據(jù)中選取對應(yīng)4 類體型的三維人體模型，其正、側(cè)面輪廓如圖2所示。

圖2 4類體型的正、側(cè)面輪廓Fig.2 The front and side profiles of four body types

4 結(jié) 論

1）長三角地區(qū)成年胖體女性的肥胖程度主要體現(xiàn)在圍度、寬度、厚度上，且體現(xiàn)在胸部、下胸圍處、腰部、腹部、臀部等軀干部位的圍度、寬度、厚度上的個體體型差異較明顯。

2）影響長三角地區(qū)成年胖體女性體型特征的公因子包括上肢豐滿度因子、高度因子、下肢豐滿度因子、前后中心長因子、手臂根部圍度因子、肩背寬度因子、手臂腿部最細(xì)圍度因子等7個。

3）提取公因子中的體型特征變量，整合為腰圍腰高比、腰圍處橫矢徑比、腹部與下胸圍厚度差、臀胸差共4個體型分類指標(biāo)，依此將長三角地區(qū)成年胖體女性體型分為A型、H型、O型、V型共4類，各類別的樣本占比分別為27.15%、30.46%、29.80%、12.58%。