葉曉露, 龐程方, 辛意云, 鄒奉元,b
(浙江理工大學(xué) a.服裝學(xué)院; b.浙江服裝工程技術(shù)研究中心, 杭州 310018)
研究與技術(shù)
基于三維掃描的短褲形態(tài)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系研究
葉曉露a, 龐程方a, 辛意云a, 鄒奉元a,b
(浙江理工大學(xué) a.服裝學(xué)院; b.浙江服裝工程技術(shù)研究中心, 杭州 310018)
為研究短褲重要部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)著裝后的形態(tài)所產(chǎn)生的影響,借助TC2三維掃描技術(shù)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù),運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合短褲特征截面曲線,提取短褲各特征截面的褲寬、褲厚及每隔15°人體表面與褲裝表面間距數(shù)值,最后用相關(guān)性分析進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。結(jié)果表明:樣板參數(shù)中落襠量與臀圍截面褲厚呈顯著正相關(guān),而后襠傾斜角增大腹圍截面與臀圍截面分別趨向?qū)挶夂秃裾B湟d量對(duì)著裝間隙量的影響部位為襠圍截面和褲口截面。后襠傾斜角對(duì)著裝間隙量的影響部位為腰圍、腹圍及臀圍截面。落襠量增大褲管整體有向前傾趨勢(shì),后襠傾斜角增大短褲腰腹臀后側(cè)更貼近于人體。
短褲; 著裝形態(tài); 三維掃描; RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); 特征截面曲線; 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
褲裝是包圍人體腰腹臀部,在臀底分開包裹雙腿的下身服裝[1]。其中短褲的結(jié)構(gòu)與基本褲裝相比有較大的差異。短褲對(duì)于上襠部位要求不能貼近臀溝,并且具有一定的寬松量,前后褲口距離大腿部位要有一定的空隙,從而提高短褲穿著時(shí)的運(yùn)動(dòng)功能性和舒適性[2]。將短褲二維樣板與著裝后的三維形態(tài)及與人體間關(guān)系建立直觀聯(lián)系將對(duì)短褲的設(shè)計(jì)與加工具有指導(dǎo)意義。
周麗華[2]以短褲為實(shí)例構(gòu)造平面幾何模型研究了褲裝結(jié)構(gòu)中幾個(gè)重要參數(shù)與穿著舒適性及造型的相關(guān)關(guān)系。楊念[3]建立了主觀評(píng)價(jià)體系對(duì)樣板優(yōu)化前后健身短褲著裝舒適性和美觀性進(jìn)行研究。劉東[4]從臀圍放松量、褲口的大小及不同短褲的款式等方面對(duì)短褲襠部形態(tài)的影響進(jìn)行了討論。韓少杰[5]建立幾何模型模擬短褲落襠量的變化規(guī)律。盡管從平面樣板變化理論分析及主觀評(píng)價(jià)角度對(duì)服裝形態(tài)變化研究具有一定效果,但無法充分且直觀地獲知人體與服裝間多層面的復(fù)雜關(guān)系。通過三維掃描技術(shù)可以獲得服裝截面等非線性數(shù)據(jù),從而能夠更好地分析復(fù)雜的著裝形態(tài)問題。Taya等[6]通過超高頻頻譜分析儀測(cè)量人體及著裝橫截面形狀,并進(jìn)一步研究服裝號(hào)型和材料對(duì)服裝波形的影響。Machiko等[7]運(yùn)用三維測(cè)量系統(tǒng)獲取著裝截面并由此建立服裝樣板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Wang等[8]通過非接觸式三維掃描儀獲得女士夾克特征截面形狀,并由面料物理力學(xué)性能對(duì)服裝截面形態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。Ashdown等[9]對(duì)合體褲裝橫截面進(jìn)行分析,量化了服裝和人體間的關(guān)系。
本文將運(yùn)用三維人體掃描技術(shù)獲取短褲特征截面點(diǎn)云數(shù)據(jù),采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)特征截面曲線進(jìn)行擬合,通過相關(guān)性分析就短褲重要部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)著裝后的形態(tài)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究,快速、有效地得到不同襠部板型參數(shù)下短褲著裝形態(tài)的效果,揭示短褲造型與結(jié)構(gòu)之間的規(guī)律。
1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象與研究方法
實(shí)驗(yàn)用樣褲的規(guī)格尺寸為:腰圍70 cm,臀圍102 cm,立襠25.5 cm,褲長(zhǎng)36 cm,腰頭寬3 cm?;狙澠瑯影宓穆湟d量是1 cm[10],短褲的造型與長(zhǎng)褲基本相同,只是短褲的落襠量會(huì)大于長(zhǎng)褲,一般大于2.5 cm左右,這是為加大后褲片傾斜量而作的調(diào)整[11],但落襠量過大將會(huì)發(fā)展為極態(tài)形式,如三角褲、泳褲[12]。因此,本文根據(jù)所確定的女西短褲款式,將西短褲的落襠量定為1~5 cm,以2 cm為檔差設(shè)置落襠量來研究其變化對(duì)短褲形態(tài)所產(chǎn)生的影響。在基本褲裝結(jié)構(gòu)中,對(duì)于女褲來說,后襠斜線傾斜量通常在15︰2.5~15︰4 cm內(nèi)[1],而15︰2.5 cm相當(dāng)于10°,15︰4 cm相當(dāng)于15°,因此本文在后襠傾斜角范圍設(shè)置時(shí)取一般取值范圍內(nèi)的最大與最小值以代表這一范圍內(nèi)的變化情況。將參與實(shí)驗(yàn)的樣褲進(jìn)行編號(hào),根據(jù)每個(gè)變量的取值范圍、實(shí)驗(yàn)方法及檔差的確定,進(jìn)行組合設(shè)計(jì)得到六件樣褲,具體參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。
實(shí)驗(yàn)采用白坯布制作六件樣褲,為了減少縫制過程中不同縫制人員縫制手法和操作不同而對(duì)實(shí)驗(yàn)造成誤差,所有樣褲的裁剪和縫制均由同一縫制人員進(jìn)行操作且采用同樣的設(shè)備和工序。實(shí)驗(yàn)樣褲的款式及所選取的特征部位如圖1所示。
表1 樣褲樣板參數(shù)設(shè)計(jì)
圖1 特征截面部位Fig.1 Typical cross-section parts of shorts
本研究采用的測(cè)量?jī)x器為美國(guó)TC2三維人體掃描儀,實(shí)驗(yàn)中使用經(jīng)改造的160/68A女下身人臺(tái)(GB/T 1335.2—2008《服裝號(hào)型 女子》)作為穿著對(duì)象。首先運(yùn)用三維掃描儀分別對(duì)凈身人臺(tái)及穿著六件樣褲著裝狀態(tài)下的人臺(tái)進(jìn)行掃描,在3DMax中用獲取截面功能分別得到圖像的腰圍、腹圍、臀圍、襠圍及褲口五個(gè)人體下半身特征部位的截面部位,運(yùn)用Matlab(R2010a)軟件獲取所需要的廓形參數(shù)。
1.2 服裝特征截面曲線提取
由TC2三維掃描所得的多面網(wǎng)格數(shù)據(jù)大約有(30~50)億個(gè)像素點(diǎn),從而形成了每層均勻間隔為1.5 cm的點(diǎn)云數(shù)據(jù)[9],點(diǎn)云數(shù)據(jù)以三維坐標(biāo)(x,y,z)的形式儲(chǔ)存。服裝特征截面為一閉合曲線,閉合曲線中一個(gè)x值無法對(duì)應(yīng)唯一的y值,因此本文將原數(shù)據(jù)坐標(biāo)用Matlab中的cart2pol函數(shù)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)系下的(θ,r),使得極角與極徑一一對(duì)應(yīng),得到離散的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然后運(yùn)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合極坐標(biāo)數(shù)據(jù),將離散的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)θ及r分別作為輸入值及輸出值對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過權(quán)值記憶極角與極徑之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。再由訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),將截面曲線上每隔0.01°所取的數(shù)據(jù)點(diǎn)為自變量加到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入端,相應(yīng)地得到該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的極徑,即預(yù)測(cè)除原始數(shù)據(jù)外截面上其他坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù),如此,最終計(jì)算仿真精度為0.01°的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì),將離散的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合為連續(xù)的極坐標(biāo)曲線。其中,網(wǎng)絡(luò)的輸入層到隱含層實(shí)現(xiàn)x→Fi(x)的非線性映射,隱含層節(jié)點(diǎn)的作用函數(shù)為高斯基函數(shù);隱含層到輸出層實(shí)現(xiàn)Fi(x)→yk的線性映射,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。經(jīng)訓(xùn)練的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出均方誤差MSE符合目標(biāo)10-4的要求,如圖3所示。
圖2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)Fig.2 Basic architecture of RBF neural network
圖3 RBF誤差性能曲線Fig.3 Error performance curve of RBF
1.3 特征截面形態(tài)參數(shù)選取
為了消除掃描時(shí)穿著不對(duì)稱的誤差,對(duì)截面做對(duì)稱化處理后,提取外輪廓指標(biāo)和著裝間隙量指標(biāo)作為形態(tài)指標(biāo),特征截面形態(tài)指標(biāo)選取如圖4所示。
褲寬和褲厚分別為特征截面曲線外接矩形的長(zhǎng)和寬,從0°到360°每隔15°提取人體表面與褲裝表面間距數(shù)值,從而反應(yīng)人體著裝后短褲真實(shí)變形情況。軀干部位截面由于左右對(duì)稱取90~270°,褲口部位取0~345°。
圖4 特征截面形態(tài)指標(biāo)選取Fig.4 Selection of typical shape parameters
2.1 外輪廓指標(biāo)
采用相關(guān)性分析法考察短褲各形態(tài)指標(biāo)與樣板參數(shù)之間的關(guān)系。Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)分析用于計(jì)算連續(xù)變量或等間距測(cè)度的變量間的相關(guān)分析。利用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行變量間線性關(guān)系的分析通常需要完成以下兩個(gè)步驟:1)計(jì)算樣本相關(guān)系數(shù),當(dāng)0<|r|<1時(shí),表示兩變量存在一定程度的線性相關(guān),且r越接近1,兩變量間線性關(guān)系密切;r越接近于0,表示兩變量的線性相關(guān)微弱[13];2)對(duì)樣本來自的兩總體是否存在顯著的線性關(guān)系進(jìn)行推斷。結(jié)合相關(guān)系數(shù)及顯著性的驗(yàn)證對(duì)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行判定。
人體下半身原型展開與人體的配置[14]如圖5所示,臀圍線上的FH至BH點(diǎn)為人體的腹臀寬,點(diǎn)FH”至點(diǎn)BH”為褲裝襠寬,短褲落襠量的增加使得前片與后片拼接后短褲的腹臀寬增加,如圖6所示,F(xiàn)H”BH”1 圖5 人體下半身原型展開與人體的配置Fig.5 Unfolding of lower-body prototype and body configuration 后襠傾斜線的設(shè)計(jì)是為了吻合人體臀大肌的凸出與后腰部形成一定坡度的生理特征[2]。如圖7所示,從二維樣板上看,后襠傾斜線由BW”1BH”變化到BW”2BH”傾斜度增加。由表2可知,該變化反映到三維形態(tài),其對(duì)三維外輪廓的影響主要發(fā)生在腹部以及臀部。后襠傾斜角與腹圍褲寬造型在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),關(guān)系系數(shù)為0.986,說明后襠傾斜角變大則腹圍褲寬將隨之顯著變大;而后襠傾斜角與腹部褲厚造型在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),關(guān)系系數(shù)為-0.877,說明后襠傾斜角變大則腹部褲厚將隨之顯著變小。由此可見,后襠傾斜角對(duì)腹圍截面褲子造型的影響為其值越大,褲子厚度減小、寬度增大,后襠傾斜角越大后襠線將靠近人體從而使得褲子后片也貼近人體,褲厚在腹圍截面因此而減小,褲寬則得到了增加。 表2 外輪廓指標(biāo)與樣板參數(shù)相關(guān)性分析 注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。 圖6 落襠量變化Fig.6 Change of crotch 圖7 后襠傾斜角變化Fig.7 Change of back crotch angle 臀圍截面后襠傾斜角在0.05水平(雙側(cè))上與褲寬和褲厚顯著相關(guān),關(guān)系系數(shù)分別為-0.869和0.849,說明后襠傾斜角增大時(shí)臀圍截面褲子厚度增加、寬度減小,整體造型趨向厚窄,從而表明增加后襠傾斜角能夠增加褲裝的腹臀寬以適應(yīng)臀部較厚的體型。后襠傾斜角對(duì)于其他部位的褲寬與褲厚影響不顯著。 2.2 著裝間隙量指標(biāo) 2.2.1 腰圍截面 由表3可見:1)樣板參數(shù)中落襠量的變化對(duì)腰圍截面各角度著裝間隙量不產(chǎn)生影響。2)后襠傾斜角在腰圍截面的90~180°位置,即在人體腰部后半部分分別產(chǎn)生不同程度的影響。由圖8可知1—3號(hào)樣褲后襠傾斜角為10°均比4—6號(hào)后襠傾斜角為15°的樣褲在90~180°位置間隙量要大。3)90°、105°及135°即后腰中心與后腰偏側(cè)部位在0.01水平(雙側(cè))上與后檔傾斜角相關(guān)性相對(duì)較高,說明腰圍截面在后中附近及后偏側(cè)部位受后襠傾斜角的影響最為顯著。其次在0.05水平(雙側(cè))上為120°、150°及人體側(cè)面的180°。隨著后襠傾斜角的增大,腰后側(cè)的距離減小,褲子在腰部更貼近人體。這是由于后襠傾斜角增大后直襠線的斜度增大,直襠線在腰節(jié)處的撇進(jìn)量增大使得褲子在后腰節(jié)距離減小,BW”與BW更為靠近。4)腰圍截面的前側(cè)255°位置的間隙量在0.05水平(雙側(cè))上與后襠傾斜角呈正相關(guān),由此可見后襠傾斜角增大時(shí)腰部前中附近間隙量得到了增加。 表3 各特征部位截面間隙量與樣板參數(shù)相關(guān)性分析 注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。 圖8 腰圍截面曲線Fig.8 Cross-section curve graph of waist 2.2.2 腹圍截面 由表3可見:1)落襠量與腹圍截面各角度間隙量不具有相關(guān)性;2)后襠傾斜角在90~105°處,即后中附近在0.05水平(雙側(cè))上與間隙量高度相關(guān)且呈負(fù)相關(guān),后襠傾斜角增大時(shí)腹圍截面后中處間隙量將減小,褲子在后中處將更貼近人體;3)在150°處為后方偏側(cè)部位及側(cè)縫180°處,間隙量分別在0.05和0.01水平(雙側(cè))上與后襠傾斜角均呈高度負(fù)相關(guān);4)由于前側(cè)腹凸點(diǎn)A的支撐作用,腹圍截面前側(cè)間隙量變化不顯著(圖9),前中腹凸點(diǎn)附近截面曲線均比較接近;5)后襠傾斜角對(duì)于前側(cè)間隙量不產(chǎn)生影響。 圖9 腹圍截面曲線Fig.9 Cross-section curve graph of abdomen 2.2.3 臀圍截面 由表3可見:1)落襠量與臀圍截面各角度間隙量低度相關(guān),即落襠量的變化對(duì)臀圍截面著裝間隙量的影響不顯著;2)而后襠傾斜角對(duì)臀圍截面著裝間隙量的影響主要發(fā)生在90~150°,并在0.05水平(雙側(cè))上與著裝間隙量具有高度負(fù)相關(guān)關(guān)系。由上述分析可知后襠傾斜角增大褲厚增大,但褲裝在臀部后方更貼近人體,增大的褲厚使得褲子與人體后臀部形狀更為吻合;3)由于135°位置受臀凸點(diǎn)B支撐的影響,后襠傾斜角所引起的人體與褲裝在此角度的位置關(guān)系變化不大。如圖10所示,臀凸點(diǎn)附近截面曲線均比較接近。從側(cè)縫到前中,褲裝間隙量均與后襠傾斜角低度相關(guān)或不存在關(guān)系。 圖10 臀圍截面曲線Fig.10 Cross-section curve graph of hip 2.2.4 襠圍截面 由表3可見:1)落襠量對(duì)著裝間隙量從襠部截面開始產(chǎn)生影響,襠部截面135~150°處及225°處分別為襠部后方偏側(cè)部位和襠部前方偏側(cè)部位,在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),說明落襠量對(duì)襠部截面間隙量的影響主要發(fā)生在前后方的偏側(cè)部位;2)此外,在前中270°處,落襠量與間隙量在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.867,說明襠部前中位置間隙量與落襠量正相關(guān),落襠量增大襠部前中處間隙量也將增大。襠圍截面曲線如圖11所示。落襠量增大,后方偏側(cè)部位間隙量減小,使得褲子更貼近于人體,前方偏側(cè)部位及前中處間隙量增加,襠部前側(cè)活動(dòng)量增大。由此可見,落襠量的增大由二維樣板反映到三維著裝形態(tài)褲管整體有向前傾趨勢(shì),使得短褲褲腿后方貼合人體,前方增加了其活動(dòng)量。如圖12所示,落襠量越大樣板拼接后腹臀寬增大,穿著在人體后前片在襠底處牽扯后片,襠底CR”向前發(fā)生移動(dòng)使得襠部著裝間隙量在前側(cè)增多。后襠傾斜角則對(duì)襠部截面各角度間隙量不產(chǎn)生影響。 圖11 襠圍截面曲線Fig.11 Cross-section curve graph of crotch 圖12 短褲著裝形態(tài)Fig.12 Dressing form of shorts 2.2.5 褲口截面 本文統(tǒng)一選取右大腿截面作為分析對(duì)象,因此0~180°即為腿部?jī)?nèi)側(cè)從后部方到腿部外側(cè),180~360°為腿部外側(cè)從前部方向到腿部?jī)?nèi)側(cè)。由表2可見:1)105°與90°位置間隙量分別在0.01和0.05水平(雙側(cè))上與落襠量顯著負(fù)相關(guān),說明落襠量增大時(shí)大腿后側(cè)與短褲間隙量將減小,因此能夠解釋增大短褲的落襠量可以達(dá)到后褲口吸腿的效果[1];2)由于褲裝穿著后外側(cè)縫稍偏后方發(fā)生移動(dòng),165°處即為腿部外側(cè)縫,該角度間隙量與落襠量在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),且落襠量增大時(shí)外側(cè)縫處的空隙量將會(huì)減小而更多地分布于側(cè)縫的前后;3)240~315°為大腿前側(cè),該部位間隙量在0.01和0.05水平(雙側(cè))上與落襠量高度相關(guān),落襠量增大時(shí)腿部前側(cè)的空隙量也將隨之增大,人體與褲口間活動(dòng)量增大使得穿著更為舒適;4)落襠量與大腿部位其他角度相關(guān)性不顯著。褲口截面曲線如圖13所示。由相關(guān)性分析可知,后襠傾斜角與大腿部位間隙量不相關(guān),由此可以說明后襠傾斜角只對(duì)腰部、腹部、臀部造型產(chǎn)生影響。 圖13 大腿圍截面曲線Fig.13 Cross-section curve graph of thigh circumference 將RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)曲線擬合方法運(yùn)用于服裝特征截面曲線擬合中,提取了短褲腰圍、腹圍、臀圍、襠圍及褲口截面輪廓曲線,并選取褲寬、褲厚及每隔15°提取人體表面與褲裝表面間距數(shù)值作為衡量截面形態(tài)變化指標(biāo)。 采用Pearson相關(guān)性分析法考察短褲各截面造型指標(biāo)與樣板參數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)于外輪廓指標(biāo),落襠量增大時(shí)短褲在臀圍截面厚度方向也隨之增大;后襠傾斜角對(duì)腹圍截面褲子造型的影響為其值越大褲厚減小、褲寬增大,后襠傾斜角增大臀部截面褲厚增加、褲寬減小,整體造型趨向厚窄。對(duì)于間隙量指標(biāo),落襠量增大使得褲管整體有向前傾趨勢(shì),短褲褲腿后方貼合人體,前方增加了其活動(dòng)量。后襠傾斜角對(duì)著裝間隙量的影響部位為腰圍、腹圍及臀圍截面。 根據(jù)所得短褲各截面著裝形態(tài)指標(biāo)與樣板參數(shù)之間的關(guān)系為短褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考,對(duì)短褲中落襠量及后襠傾斜角的值做合理的設(shè)置。 [1]陳明艷.褲子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與紙樣[M].上海:東華大學(xué)出版社,2009:105. 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Study on the Relationship Between Form of Shorts and Structural Design Based on 3D Scanning YE Xiaolua, PANG Chengfanga, XIN Yiyuna, ZOU Fengyuana,b (a.School of Fashion Design and Engineering; b.Zhejiang Provincial Research Center of Clothing Engineering Technology, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China) In order to study the impact of structural design of important parts of shorts on the dressing shape, TC23D scanning technique was used to collect point cloud data. The typical cross-section curve was fitted by RBF neural network. Then we extracted the width and thickness of each typical cross section of the shorts as well as the distance value between body surface and shorts at every 15°. Finally, correlation analysis was used for data processing. The results show that: among sample parameters, the crotch quantity has significant positive correlation with the thickness of hip cross-section. As the crotch angle increases, the cross section of abdomen circumference and the cross section of hip circumference tend to wider & flatter and thicker & narrower, respectively. For ease allowance, crotch quantity has influence on crotch and thigh sections, while crotch angle has influence on waist, abdomen and hip section. As the crotch quantity increases, trouser legs have forward tendency. As crotch angle increases, waist, abdomen and the back side of hip of trousers are closer to body. shorts; dressing form; 3D scanning; RBF neural network; typical cross-section curve; structural design doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.01.007 2014-06-16; 2014-10-16 國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2011DFB51570);浙江理工大學(xué)研究生創(chuàng)新研究項(xiàng)目(YCX13016) 葉曉露(1989-),女,碩士研究生,研究方向?yàn)槿梭w工程與數(shù)字服裝。通信作者:鄒奉元,教授,zfy166@zstu.edu.cn。 TS941.17 A 1001-7003(2015)01-0035-07 引用頁(yè)碼: 0111063 結(jié) 論