特殊體態(tài)人體肩背部變化規(guī)律

陳 郁， 任雨佳， 師亞楠

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620)

服裝制作需以人體尺寸為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但現(xiàn)有測量指標無法準確描述不同體態(tài)的尺寸差異。人體體態(tài)的形成與日常生活習(xí)慣有著密不可分的關(guān)系，調(diào)查顯示：大學(xué)生群體中，頭、頸、肩胛骨、骨盆的側(cè)面和背面姿態(tài)指標全部正常的只有2.5%[1]；男大學(xué)生中，17.9%為挺胸體態(tài)，14.1%為駝背體態(tài)[2]。事實上，體態(tài)測量研究已經(jīng)得到廣泛重視，并且取得了一定成果。

GB/T 1335.2—2008[3]中所劃分的Y，A，B，C 4種體型沒有考慮到不同體態(tài)的局部差異。董麗等[4]利用三維人體掃描技術(shù)分析成年女性的人體數(shù)據(jù)，在GB/T 1335.2—1997的基礎(chǔ)上增加了背凸距、胸凸距、腹凸距、臀凸距等特征指標，便于調(diào)整同一號型不同體態(tài)的服裝版型；YOO H等[5]根據(jù)胸背凸量、臀部凸量、胸腰距離、腰臀距離等指標描述成年男性的側(cè)身形態(tài)，將人體體型分為前胸較發(fā)達型和背部彎曲型；石圓圓[6]借助非接觸式易量體測量法測量中老年男性的人體數(shù)據(jù)，分析其體型變化，使用駝背量和駝背角指標對中老年男性服裝版型進行調(diào)整，總結(jié)駝背體態(tài)的服裝紙樣變化規(guī)律；阮婷等[7]通過三維人體測量技術(shù)，得出前肩寬、左肩斜度、胸背寬比3個指標可用于描述青年男性肩部形態(tài)，發(fā)現(xiàn)挺胸體態(tài)人體的肩斜對肩型影響較大，駝背體態(tài)人體的肩寬和肩斜對肩型均有影響。除了上述常規(guī)人體測量項目外，呂吉[8]通過測量肩腰斜線(即肩端點到腰中點的體表路徑)優(yōu)化肩部結(jié)構(gòu)；賀義軍等[9]發(fā)現(xiàn)，肩弓的變化會影響肩線長度、領(lǐng)窩線長度、袖籠弧線；田亞楠[10]利用非接觸式人體測量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)肩周的圍度、高度和厚度在不同體態(tài)下有顯著差異，最終確定引入肩周曲線模型，定量區(qū)分前胛弓背體型與標準體型；賀莉文[11]采用肩弓系數(shù)(即肩端距與總肩寬的比值)量化肩部后凸程度，通過肩截面曲線判別弓背體體型，但是并未深入探究弓背體態(tài)對背部及胸部曲線特征的影響。

上述研究為體型測量增加了部分描述人體側(cè)面輪廓的特征指標，如背凸距、胸凸距、背入角等，有的研究還選取了肩腰斜線、肩弓等非常規(guī)測量部位，但是駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)相對標準體態(tài)的變化還有待探究。因此，為了深入了解肩背部體態(tài)的變化情況，文中使用三維人體掃描技術(shù)采集同一人的正常體態(tài)、駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)數(shù)據(jù)，使用Geomagic Studio軟件提取相關(guān)人體數(shù)據(jù)作為實驗樣本，從變化部位以及變化方向兩方面探究特殊體態(tài)肩背部的描述性指標，旨在更加深入了解人體體態(tài)變化情況，為人體模型的調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)參考，對不同體態(tài)的服裝版型研究有指導(dǎo)意義。

1 實驗部分

由于駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的形成與日常生活習(xí)慣有著密不可分的關(guān)系，因此可以根據(jù)駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)的外形特征設(shè)計實驗，模擬特殊體態(tài)。

1.1 儀器

X Scan 2017博克三維人體掃描儀，深圳博克時代科技開發(fā)有限公司制造。

1.2 實驗對象

由于駝背體態(tài)在身高較高的人群中較為常見，因此隨機選取體態(tài)正常、體型接近180/96A的17名青年男性參與測量實驗。

1.3 實驗方法

測量環(huán)境需符合裸體測量要求，溫度為(25±2)℃。掃描過程中，實驗對象自然呼吸，盡量避免身體晃動；掃描結(jié)束后，可直接生成與真人等比例的OBJ格式三維人體模型。實驗對象上半身為凈體，以自然站立的肩背狀態(tài)為正常體態(tài)，以伏案寫作時的肩背狀態(tài)為駝背體態(tài)，以站軍姿時的肩背狀態(tài)為挺胸體態(tài)進行掃描。以正常體態(tài)為參考對象，挺胸和駝背體態(tài)為測試對象，分別對駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的變化情況進行分析。

結(jié)合相關(guān)文獻以及測量男性駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的實際經(jīng)驗，選取位于肩部、胸部、背部的17個特征點以及3個特征面。特征點包括前頸點、后頸點、肩峰點、前腋點、后腋點、胸高點、背凸點、胸中點、背中點、側(cè)腰點、后腰點等，特征面為矢狀面、冠狀面、水平面。使用Geomagic Studio軟件標記的特征點與特征面如圖1所示。

圖1 測量所需特征指標的分布情況Fig.1 Distribution of feature indexes required for measurement

2 主要變化部位及其變化趨勢

通過掃描得到人體模型及特征點、特征面，對駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)進行數(shù)據(jù)測量。使用SPSS統(tǒng)計軟件分析人體各部位的變化趨勢、關(guān)鍵部位的變化方向以及關(guān)鍵指標的變化范圍，對比同一人標準體態(tài)與特殊體態(tài)的人體尺寸差異。

2.1 變化部位

為獲得駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位及其變化趨勢，使用Geomagic Studio軟件獲得人體側(cè)面輪廓，具體如圖2所示。

圖2 人體側(cè)面輪廓Fig.2 Side profile of human body

由圖2可知，不同體態(tài)的側(cè)面差異主要位于胸部和背部，駝背狀態(tài)的主要表現(xiàn)為胸部內(nèi)收以及背部外凸，挺胸狀態(tài)的主要表現(xiàn)為胸部外凸以及背部內(nèi)收。

Geomagic Studio軟件中的偏差分析可以更直觀地獲得人體模型之間的差異。采用特征部位對齊與最佳擬合對齊相結(jié)合的方式將正常體態(tài)和非正常體態(tài)重疊對齊，模型偏差結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 駝背體態(tài)與標準體態(tài)的模型偏差Fig.3 Model deviation between humpback body and normal body

圖4 挺胸體態(tài)與標準體態(tài)的模型偏差Fig.4 Model deviation between straightening chest body and normal body

圖3、圖4中，以正常體態(tài)為參考對象，挺胸和駝背體態(tài)為測試對象，通過三維彩色偏差圖展示測試對象與參考對象之間的偏差。由于駝背與挺胸均屬上肢體態(tài)的變化，所以主要關(guān)注軀干模型的差異。顏色色相表示測量值偏離真值的方向，當測定值大于真值時，誤差為正，呈紅色；當測定值小于真值時，誤差為負，呈藍色；當測定值等于真值時，誤差為零，呈綠色。

由圖3可知，在駝背狀態(tài)下，頸部呈綠色，軀干前側(cè)以及大臂后側(cè)呈藍色，胸部為深藍色，軀干后側(cè)以及大臂前側(cè)呈黃色，背部為紅色，說明胸部和背部變化最為明顯，胸部內(nèi)含，背部凸出，手臂的顏色變化說明與之相連的肩部有前擺的趨勢。由圖4可知，在挺胸狀態(tài)下，頸部呈綠色，軀干前側(cè)以及大臂后側(cè)呈黃色，胸部為紅色，軀干后側(cè)以及大臂前側(cè)呈藍色，背部為深藍色，說明胸部和背部變化最為明顯，胸部凸出，背部內(nèi)收，手臂的顏色變化說明與之相連的肩部有后擺的趨勢。由此可知，駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位均為肩部、胸部和背部。駝背體態(tài)下，肩膀前擺，胸部內(nèi)含，背部向后凸出；挺胸體態(tài)下，肩膀后擺，胸部前挺，背部內(nèi)收。

2.2 變化方向

為保證測量數(shù)據(jù)能夠反映特殊體態(tài)的尺寸規(guī)律，以胸坡角、背入角大小分別作為駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的篩選依據(jù)：胸坡角大于20°為挺胸體態(tài)[12]，背入角大于26°為駝背體態(tài)[13]，最終得到11組駝背體態(tài)數(shù)據(jù)以及15組挺胸體態(tài)數(shù)據(jù)。

為了獲得肩部、胸部以及背部的主要變化方向，將變化部位的移動距離作為衡量變化方向的指標，特征點最大位移方向即為特征部位的變化方向。由于人體運動時后正中線與腰圍線交點(即后腰點)處的皮膚變形較小[14]，因此選擇后腰點作為基點。使用肩峰點、胸高點、背凸點代表變化部位，將各特征點相對于后腰點的位移沿矢狀面、冠狀面、水平面3個平面進行拆解，相關(guān)測量項目見表1。

表1 特征部位變化方向的相關(guān)測量項目

使用Geomagic Studio軟件根據(jù)各個特征量的定義進行尺寸測量，計算特殊體態(tài)與標準體態(tài)對應(yīng)指標的差值，使用SPSS軟件對測量結(jié)果進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。

表2 特征部位變化方向各測量項目之間的相關(guān)性

由表2可以看出，胸高點至后腰點斜線長與胸高點至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.806，背凸點至后腰點斜線長與背凸點至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.679，肩峰點至后腰點斜線長與肩峰點至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.61，它們在0.01水平上均呈顯著正相關(guān)。因此，胸部、背部、肩部的變化主要為前后變化。雖然胸高點至后腰點斜線長與胸高點至矢狀面距離、背凸點至后腰點斜線長與背凸點至矢狀面距離均在0.05水平上呈顯著正相關(guān)，但特征點相對于矢狀面的運動比相對于冠狀面的運動發(fā)生概率小。綜上所述，與冠狀面垂直的前后方向是肩部、胸部、背部的主要變化方向。

3 數(shù)據(jù)分析

駝背狀態(tài)與挺胸狀態(tài)的主要變化部位為肩部、胸部、背部，駝背狀態(tài)的具體表現(xiàn)為胸部內(nèi)收、背部凸出以及肩部前擺，挺胸狀態(tài)各部位的變化趨勢則相反。肩部、胸部、背部的主要變化方向為與冠狀面垂直的前后方向。因此，可以使用胸凸量表示胸部前后移動的距離，背凸量表示背部前后移動的距離。胸鎖關(guān)節(jié)位于胸骨上端，且與鎖骨的胸骨端關(guān)節(jié)面相切，是肩部和軀干部相連接的唯一關(guān)節(jié)[15]，因此，文中使用肩開角表示相對于前頸點的肩部前后擺動的角度。關(guān)鍵指標的主要測量項目見表3。

表3 關(guān)鍵指標測量項目

使用Geomagic Studio軟件根據(jù)關(guān)鍵指標的定義進行尺寸測量，運用SPSS軟件對關(guān)鍵指標進行描述性統(tǒng)計分析，得出相關(guān)指標的平均值、標準差、最小值以及最大值，結(jié)果見表4。平均值可以反映該組數(shù)據(jù)的平均水平，標準差可以反映數(shù)據(jù)的離散程度，最值可以反映數(shù)據(jù)變化范圍。

表4 不同體態(tài)關(guān)鍵指標的數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表4可知，駝背狀態(tài)下，胸部內(nèi)收的位移范圍為1.92～4.51 cm，平均值是3.37 cm；背部外凸的位移范圍為0.09～3.86 cm，平均值是1.96 cm；肩部前擺角度范圍為0.39°～10.72°，平均值是3.82°。挺胸狀態(tài)下，胸部外凸的位移范圍為0.22～3.59 cm，平均值是1.66 cm；背部內(nèi)收的位移范圍為0.17～1.98 cm，平均值是1.12 cm；肩部后擺角度范圍為0.04°～16.89°，平均值是5.23°。對不同體態(tài)下胸凸量、背凸量、肩開角之間進行Person相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。

表5 不同體態(tài)關(guān)鍵指標的相關(guān)性

由表5可知，駝背狀態(tài)下，胸凸量、背凸量之間的相關(guān)系數(shù)為-0.677，小于0，說明胸凸量、背凸量之間在0.05水平下呈顯著負相關(guān)，肩開角與胸凸量、肩開角與背凸量之間均無顯著相關(guān)性；挺胸狀態(tài)下，胸凸量、背凸量、肩開角之間無顯著相關(guān)性。

4 結(jié)語

文中從變化部位、變化方向、變化范圍3方面定量研究特殊體態(tài)人體的變化情況。通過對三維人體模型進行偏差分析，發(fā)現(xiàn)駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位為肩部、胸部、背部。通過分析特征點的移動距離，發(fā)現(xiàn)肩部、胸部、背部特征點與人體冠狀面之間的距離變化對特征點移動方向的影響最大，因此確定胸凸量、背凸量、肩開角3個指標定量描述駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的變化，且上述3個描述性指標之間沒有顯著相關(guān)性。在肩背部體態(tài)變化中，為了維持重心平衡，頸部和腰腹部也會發(fā)生變化。未來可以對不同體態(tài)下頸部、腰部、腹部體態(tài)的變化情況進行深入探究。