基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的義乳文胸結(jié)構(gòu)個(gè)性化定制

陳弈菲，劉 馳

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安 710048)

據(jù)國際癌癥研究中心(IARC)統(tǒng)計(jì)，乳腺癌已成為全球女性惡性腫瘤發(fā)病率最高的疾病。2020年中國乳腺癌新發(fā)病例高達(dá)416 371例，位居女性惡性腫瘤新發(fā)病例首位。乳房切除術(shù)是乳腺癌患者的主要治療手段[1]，患者切除乳房后需要佩戴必備的康復(fù)產(chǎn)品義乳及義乳文胸重塑體態(tài)、彌補(bǔ)自我不適、保護(hù)脊椎以及胸腔[2-4]。義乳文胸采用裁片式文胸生產(chǎn)工藝，其正面看起來與普通文胸相似，反面有承載義乳的夾層[5]。

隨著乳腺癌新發(fā)篩查技術(shù)的提高，患病人數(shù)增加，失乳人群呈現(xiàn)出年輕化、高學(xué)歷化且術(shù)后生存率逐年增高的趨勢(shì)，義乳文胸市場(chǎng)需求也逐年增大[6]，但是，義乳文胸作為特殊人群使用的產(chǎn)品，總體量相對(duì)較小，且失乳人群對(duì)義乳文胸產(chǎn)品需求逐漸上升至情感需求階段[7-8]?；诟行怨W(xué)的義乳文胸設(shè)計(jì)可以將用戶對(duì)產(chǎn)品的感性需求量化，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中考慮用戶的主觀感受[9]，實(shí)現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)。

結(jié)合感性工學(xué)與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)多用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如機(jī)械產(chǎn)品表面涂裝質(zhì)感設(shè)計(jì)[10]、拖拉機(jī)機(jī)罩設(shè)計(jì)[11]、服務(wù)型機(jī)器人造型設(shè)計(jì)[12]等；在服裝領(lǐng)域曾應(yīng)用于男西裝色彩設(shè)計(jì)感性意象的預(yù)測(cè)[13]，但未應(yīng)用于服裝結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)之中。本文通過對(duì)義乳文胸產(chǎn)品的調(diào)研，細(xì)分其結(jié)構(gòu)，結(jié)合感性工學(xué)理論，提出一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的義乳文胸結(jié)構(gòu)個(gè)性化定制方法，為義乳文胸計(jì)算機(jī)輔助個(gè)性化設(shè)計(jì)提供參考。

1 義乳文胸結(jié)構(gòu)個(gè)性化定制流程

基于感性工學(xué)的義乳文胸結(jié)構(gòu)個(gè)性化定制需量化用戶感性需求，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，歸納主要結(jié)構(gòu)，以完成滿足用戶需求的義乳文胸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，收集用戶對(duì)不同結(jié)構(gòu)義乳文胸的感性評(píng)價(jià)，通過因子分析篩選出3組感性形容詞對(duì)作為結(jié)構(gòu)風(fēng)格的評(píng)價(jià)量尺；然后將義乳文胸進(jìn)行結(jié)構(gòu)解構(gòu)；最后通過訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立模塊編碼與感性意象之間的映射關(guān)系，借助該映射關(guān)系，進(jìn)行符合用戶感性需求的模塊重新配置，完成義乳文胸結(jié)構(gòu)的個(gè)性化定制。本文研究流程如圖1所示。

圖1 研究流程Fig.1 Research flow

2 義乳文胸感性意象分析

2.1 義乳文胸樣本分析

通過查閱書籍、文獻(xiàn)、專利，收集近5年生產(chǎn)銷售的義乳文胸產(chǎn)品，共整理義乳文胸圖片近130張，圖片來源均為知名義乳文胸品牌網(wǎng)絡(luò)宣傳圖或商品圖。為減少顏色對(duì)義乳文胸感性意象的影響，本文選取最常見的膚色系；為減少圖片中除義乳文胸以外的因素對(duì)結(jié)果的影響，選用圖片均為黃皮膚模特正面展示圖，并將圖片裁剪至僅保留義乳文胸元素。利用KJ法[14]篩選20款義乳文胸，制作為圖片樣本，部分圖片樣本如圖2所示。

圖2 義乳文胸部分圖片樣本Fig.2 Sample picture of a partial sample of mastectomy bra.(a)Sample 2；(b)Sample 4；(c)Sample 15；(d)Sample 19

2.2 感性意象詞匯篩選與評(píng)價(jià)

通過查閱服裝類書籍、雜志、文獻(xiàn)等，收集網(wǎng)絡(luò)上用戶對(duì)義乳文胸產(chǎn)品評(píng)價(jià)中的感性詞匯，訪談乳腺癌術(shù)后患者，整理了大量感性形容詞對(duì)。通過與服裝感性工學(xué)方向?qū)＜壹靶〗M成員討論，篩選出8對(duì)代表性較強(qiáng)且無重復(fù)語義的感性形容詞對(duì)，分別為：柔軟的—硬挺的、保守的—性感的、淑女的—運(yùn)動(dòng)的、成熟的—稚嫩的、獨(dú)特的—大眾的、精致的—樸素的、輕巧的—厚重的、方便的—不便的，用于調(diào)查各義乳文胸帶給用戶的感性意象。

為進(jìn)一步分析篩選具有代表性的感性形容詞對(duì)，采用李克特5級(jí)量表法對(duì)義乳文胸進(jìn)行感性意象調(diào)查，感性意象評(píng)價(jià)得分用數(shù)字1、2、3、4、5表示。如“柔軟的—硬挺的”這對(duì)感性形容詞對(duì)：1分表示非常柔軟，3分表示無明顯偏向，5分表示非常硬挺。計(jì)算每款義乳文胸在每對(duì)感性形容詞下感性意象評(píng)價(jià)得分的均值，即為該義乳文胸在感性意象上的偏好及得分。

選取35～55歲乳腺癌術(shù)后患者為調(diào)查對(duì)象，該類用戶是義乳文胸產(chǎn)品的主要目標(biāo)用戶。共發(fā)放問卷68份，回收問卷65份，有效問卷61份，回收率93.85%。由于乳腺癌術(shù)后患者群體較少，且不易找尋，所以61位調(diào)查對(duì)象有較高的可信度。義乳文胸感性評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 義乳文胸感性評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.1 Results of perceptual evaluation of mastectomy bra

對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，KMO檢驗(yàn)系數(shù)為0.651，大于0.5；Bartlett球形檢驗(yàn)卡方值為86.5，自由度為28，P值為0.000。檢驗(yàn)結(jié)果說明調(diào)查結(jié)果適合做因子分析，其累計(jì)因子貢獻(xiàn)率如表2所示。

表2 累計(jì)因子貢獻(xiàn)率Tab.2 Cumulative factor contribution rate

由表2可知，特征值大于1的主因子共有3個(gè)，通過觀察旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣，將8對(duì)感性形容詞分為3類：X包括保守的、性感的，獨(dú)特的、大眾的，精致的、樸素的，淑女的、運(yùn)動(dòng)的；Y包括方便的、不便的，輕巧的、厚重的，柔軟的、硬挺的；Z包括成熟的、少女的。根據(jù)語義歸納3類感性形容詞對(duì)的主因子名稱作為該類別代表詞匯進(jìn)行下一步分析，所提取的主因子名稱分別為：獨(dú)特的—大眾的、方便的—不便的、成熟的—稚嫩的，以此作為義乳文胸結(jié)構(gòu)風(fēng)格的評(píng)價(jià)量尺。旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣如表3所示。

表3 旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣Tab.3 Factor load matrix after rotation

3 解構(gòu)義乳文胸結(jié)構(gòu)

為保護(hù)用戶隱私，增強(qiáng)用戶生活自信，義乳文胸的正面設(shè)計(jì)以與普通文胸相似為宜，主要結(jié)構(gòu)包括罩杯、肩帶、勾扣、雞心、側(cè)比、下扒、后拉架、抹胸層等。主要區(qū)別在于大多數(shù)義乳文胸較普通文胸多一層抹胸層，覆蓋于罩杯外側(cè)，起到遮擋傷疤和保護(hù)胸部的作用；罩杯多為全罩杯與3/4罩杯、雞心多為高雞心與中雞心，以便更好的承載義乳；1/2罩杯與低雞心不適用于義乳文胸的設(shè)計(jì)中；粗肩帶、連體肩帶以及運(yùn)動(dòng)肩帶被廣泛運(yùn)用于義乳文胸的設(shè)計(jì)之中，可以減輕義乳對(duì)肩部的壓力；勾扣在前的設(shè)計(jì)更方便用戶穿脫義乳文胸。采用形態(tài)分析法[15]歸納出對(duì)義乳文胸整體風(fēng)格影響較大的部件并針對(duì)各部件做單獨(dú)分析，梳理各部件設(shè)計(jì)類型，將義乳文胸結(jié)構(gòu)進(jìn)行解構(gòu)，對(duì)義乳文胸罩杯、雞心、抹胸層類型、肩帶與勾扣類型進(jìn)行歸納并編碼。其中：罩杯包括全罩杯(Z1)、3/4罩杯(Z2);抹胸層包括U型抹胸層(M1)、V型抹胸層(M2)、一型抹胸層(M3)、無抹胸層(M4)；雞心包括高雞心(J1)、中雞心(J2)；肩帶包括粗連體肩帶(D1)、細(xì)分體肩帶(D2)、細(xì)連體肩帶(D3)、粗分體肩帶(D4)、運(yùn)動(dòng)肩帶(D5)；勾扣包括后勾扣(G1)、前拉鏈(G2)、前勾扣(G3)、一體式無勾扣(G4)、前按扣(G5)。

4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

4.1 義乳文胸BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

選用MatLab2020b為平臺(tái)進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立與模擬，其模型如圖3所示。結(jié)合表3所示的義乳文胸結(jié)構(gòu)分類，選取罩杯、抹胸層、雞心、肩帶、勾扣5個(gè)主要結(jié)構(gòu)編碼(X1～X5)為輸入層的輸入數(shù)據(jù)，以“獨(dú)特的—大眾的”“方便的—不便的”“成熟的—稚嫩的”3組感性形容詞對(duì)的感性意象評(píng)價(jià)得分(Y1～Y3)為輸出層的輸出數(shù)據(jù)，隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)通過輸入層與輸出層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)平均[16]得到為4個(gè)節(jié)點(diǎn)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型Fig.3 BP neural network model

4.2 樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練及測(cè)試

設(shè)置BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)次數(shù)為10 000次，采用梯度下降法，目標(biāo)誤差為0.001，訓(xùn)練結(jié)果采用均方誤差衡量，將表1中隨機(jī)挑選16組數(shù)據(jù)導(dǎo)入建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。訓(xùn)練后各感性形容詞對(duì)測(cè)量與預(yù)測(cè)感性意象評(píng)價(jià)得分對(duì)比如圖4所示，擬合較為準(zhǔn)確。

圖4 各感性形容詞對(duì)測(cè)量與預(yù)測(cè)感性意象評(píng)價(jià)得分對(duì)比Fig.4 Comparison of evaluation scores of each perceptual adjective on measurement and prediction of perceptual imagery. (a) Unique-mass；(b) Convenient-inconvenient；(c) Mature-naive

為測(cè)試收斂后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，使用表1中剩余4組樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，將這4組樣本設(shè)計(jì)要素導(dǎo)入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，將輸出層與調(diào)研問卷中的感性意象評(píng)價(jià)得分相比較，測(cè)試結(jié)果如表7所示。二者相對(duì)誤差很小，數(shù)據(jù)基本吻合。3對(duì)感性形容詞對(duì)的誤差分別為0.018 7、0.005 9、0.014 3，說明該BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型性能良好，感性意象評(píng)價(jià)得分預(yù)測(cè)可靠性結(jié)果如表8所示。

表7 測(cè)試結(jié)果Tab.7 Test results

表8 可靠性結(jié)果Tab.8 Reliability results

5 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的義乳文胸個(gè)性化定制

由前述可知，義乳文胸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要素組合后可產(chǎn)生2×4×2×5×5=400種，將所有組合導(dǎo)入構(gòu)建好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層，經(jīng)過模擬運(yùn)算后，計(jì)算出“獨(dú)特的—大眾的”所對(duì)應(yīng)的感性意象評(píng)價(jià)得分。其中最大值為2.819 6，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z1、M1、J1、D5、G4；最小值為1.973 9，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z2、M4、J1、D1、G3；說明全罩杯、U形抹胸層、高雞心、運(yùn)動(dòng)肩帶、一體式穿著的義乳文胸是最大眾的，3/4罩杯、無抹胸層、高雞心、粗連體肩帶、前勾扣的義乳文胸是最獨(dú)特的。

“方便的—不便的”所對(duì)應(yīng)的感性意象評(píng)價(jià)得分，其中最大值為2.229 2，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z1、M3、J1、D5、G1；最小值為1.560 5，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z2、M1、J2、D1、G5；說明全罩杯、一型抹胸層、高雞心、運(yùn)動(dòng)肩帶、后勾扣的義乳文胸是最不方便的，3/4罩杯、U形抹胸層、中雞心、粗連體肩帶、前按扣的義乳文胸是最方便的。

“成熟的—稚嫩的”所對(duì)應(yīng)的感性意象評(píng)價(jià)得分，其中最大值為2.457 5，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z1、M4、J1、D5、G5；最小值為1.835 7，對(duì)應(yīng)的組合編號(hào)為Z2、M1、J2、D1、G1；說明全罩杯、無抹胸層、高雞心、運(yùn)動(dòng)肩帶、前按扣的義乳文胸是最稚嫩的，3/4罩杯、U形抹胸層、中雞心、粗連體肩帶、后勾扣的義乳文胸是最成熟的。

6 結(jié)束語

通過運(yùn)用感性工學(xué)語義差異法進(jìn)行義乳文胸結(jié)構(gòu)的感性意象評(píng)價(jià)，使用因子分析法選取“獨(dú)特的—大眾的”“方便的—不便的”“成熟的—稚嫩的”3對(duì)形容詞對(duì)為義乳文胸結(jié)構(gòu)風(fēng)格的評(píng)價(jià)量尺，將義乳文胸主要結(jié)構(gòu)解構(gòu)為罩杯、抹胸層、雞心、肩帶、勾扣5個(gè)元素，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲取義乳文胸結(jié)構(gòu)與用戶感性意象評(píng)價(jià)之間的映射模型，從而實(shí)現(xiàn)義乳文胸結(jié)構(gòu)的個(gè)性化定制。本文方法可使設(shè)計(jì)師根據(jù)用戶感性需求進(jìn)行義乳文胸設(shè)計(jì)，滿足用戶需求，有效優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率。

本文只針對(duì)義乳文胸的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，義乳文胸的色彩、工藝同樣也會(huì)對(duì)用戶情感產(chǎn)生影響，在后期的工作中將結(jié)合義乳文胸的色彩、工藝等做進(jìn)一步的研究。