基于三維人體測量技術的緊身運動衣研究

黃利筠 宋良圓

摘 要： 緊身運動衣（通用型）是人們在運動中穿著的方便運動的服裝，可以更好的適應人體運動，提高運動效率、保護人體。三維人體測量技術不斷的發(fā)展與成熟，為服裝的舒適性、合體性研究提供數(shù)據(jù)和技術支撐。虛擬服裝CAD設計、試穿等技術都是服裝設計發(fā)展的趨勢，是滿足人們個性化、舒適性、合體性的必然需求。本文以三維人體測技術為基礎，綜述了目前國內外對緊身運動衣的研究成果與現(xiàn)狀。

關健詞：三維人體測量；緊身運動；衣合體性；人體運動

緊身運動衣是指人們在不同運動時穿著的專門的運動服裝，是為滿足人們不同運動及動作需求，對人體起到一定保護作用，避免在運動時肌肉振動、組織損傷，同時有吸濕排汗的功能。利用三維人體測量技術進行緊身運動衣設計使運動時的人體更加舒適。

1 緊身運動衣與人體運動

《The Engineering of Sport-7》中指出，當人體在日常健身活動或專業(yè)競技運動比賽當中身穿緊身運動裝，不僅可使人體運動時服裝和空氣間的摩擦阻力減小，而且此類服裝對人體表面產(chǎn)生的壓迫感和束縛力對人體運動時的生理活動產(chǎn)生積極作用，從而促進人體運動時的發(fā)揮水平。當進行離心動作時，如：跳遠、跳高、跑步等運動，肌肉組織和脂肪會發(fā)生不同程度振動，可能會導致肌腱、肌肉損傷。在《力量與素質訓練研究》期刊2005，19期一篇題為《Influence of Moderate Prophylactic Compression on Sport Performance》的論文指出，緊身運動衣產(chǎn)生的壓迫會給活動關節(jié)提供一定的機械支持，限制其活動范圍，防止肌肉或肌腱拉傷[]。近年來，作為商業(yè)產(chǎn)品，緊身衣被認為在提高運動耐力、力量及速度上有積極作用。目前，國際上解釋緊身衣促進運動表現(xiàn)的原因大體上有四點：加速了血液循環(huán)；改變了運動學參數(shù)；增加了肌肉本身的功能性；減少了軟組織的振動。

綜上，緊身運動裝所產(chǎn)生的壓迫力一定程度上可提高運動水平并促進運動能力恢復。

2 三維人體測量技術

隨著科技的發(fā)展，生活水平提升，人們對服裝舒適性、保健性、衛(wèi)生等方面的意識增強。尤其是對緊身類運動裝的要求在個性、美觀、合體、衛(wèi)生、舒適等方面有了更高要求，三維人體掃描系統(tǒng)、虛擬CAD服裝設計是服裝業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢。

三維人體測量技術與傳統(tǒng)測量比，耗時更短、數(shù)據(jù)更精準、可測更多部位。德國TechMath掃描儀20秒內捕80000個數(shù)據(jù)點，獲85個相關部位尺寸。美國TC2在6秒內完成整個掃描過程，得到45000個掃描點，采集人體80萬個數(shù)據(jù)，并通過計算機形成人體尺寸數(shù)據(jù)表，形象的反映體型特征。TC2不僅可掃描正常姿勢還可對特定姿勢掃描。德國VITUS Smart XXL是基于激光光學三角測量的原理，是目前三維人體測量法中最精確的技術。這項技術用在多個領域，如服裝三維設計，三維虛擬試衣，量身定制，三維動畫設計，醫(yī)療體育等領域。

3 三維人體靜動態(tài)尺寸測量方法及結構分析

3.1 靜態(tài)尺寸數(shù)據(jù)提取

本文對人體數(shù)據(jù)提取及體型研究是用德國VITUS SMART LC三維人體掃描儀和虛擬樣衣軟件系統(tǒng)Vidya進行的。VITUS Smart LC掃描儀從左、右、后三方向進行同步掃描，生成360度三維人體數(shù)據(jù)。掃描范圍擴大到2100mm高，900mm三角底座，900mm寬，占地面積小于3mm。根據(jù)客戶需要，掃描范圍可增加減少。且人體從上到下的掃描時間小于12秒。

人體掃描結束后用Vidya數(shù)據(jù)處理軟件功能，通過運算獲取40項人體尺寸，也可自動提取所需數(shù)據(jù)。人體測量項目根據(jù)測量目的決定，據(jù)本文結構設計的需要，對100位18-25歲南方女生進行了人體測量。

在固定測量環(huán)境下，對緊身運動衣結構有用的尺寸提取建立數(shù)據(jù)庫。再進行個案的聚類分析，將人體數(shù)據(jù)與人工取得數(shù)據(jù)對比，查找錯誤。據(jù)此數(shù)據(jù)建立人體模型，為服裝設計、版型修改及虛擬試穿提供便利。

3.2 動態(tài)數(shù)據(jù)提取及結構分析

對日常生活中人們常參加的運動研究，18-25歲女性大部分對跑步、瑜伽、舞蹈有著濃厚的興趣。從中提取代表性動作作為動態(tài)分析。人們日常動作基本是由多個關節(jié)的動作復合而成。上肢運動基本以肩、肘、腰脊和腕四部分為支點，每個支點都有特定活動范圍。腰脊部活動范圍如圖1。從中可得，腰脊向前彎曲幅度大于向后，日常前屈較多，所以對動態(tài)數(shù)據(jù)提取時要考慮活動量，后衣身部適當增加些余量，需注意前衣身平整和美觀。人體軀干部的運動還包含肩、胸和背，及腋下等部位肌肉、皮膚和骨骼的變形。

圖1腰脊部的活動范圍

肩關節(jié)也是一重要支點，上肢在肩關節(jié)處的運動幅度很大，活動較自由。如圖2，手臂可側舉、左右擺、上舉各個角度。

圖2肩關節(jié)的活動范圍

上臂與前臂是固定體塊，肘關節(jié)是上臂和前臂的連接點。它的活動范圍如圖3，肘關節(jié)連接上下臂使其自由屈伸，但由于肘關節(jié)特定方向性，手臂只可屈，不能后彎。所以，在緊身運動衣結構設計中，衣片應從肘長，袖子從袖下的尺寸上進行運動量追加，對應在袖子上，袖山高應變低，袖肥應加大，可使手臂做上舉運動時更有利。

圖3肘關節(jié)活動 圖4虛擬動作一 圖5虛擬動作二

經(jīng)過幾種動作測量（圖4/5），進行數(shù)據(jù)提取和分析如表1，得到不同動作下，人體上肢皮膚橫縱向變化規(guī)律。

表1人體在前傾、抱胸、挺胸及手臂各部位的變化情況 （厘米cm）

手臂側舉時各部位數(shù)據(jù)變化

從表1可得：側舉時，肩部尺寸變化很大，肩寬很明顯的減少，背寬及腋下長呈現(xiàn)增加趨勢，軀干有所減小。隨著側舉角度增加，肩寬平均減小量變化較大，向前側舉時變化較大。而背寬隨側舉角度加大，增加量變大，胸寬尺寸隨之減小，側舉時腋下長的變化幅度也較大。

4 國內外研究現(xiàn)狀

隨著獨特性和個性化發(fā)展的今天，人們對個性化定制的需求增加，三維人體掃描技術對數(shù)據(jù)快速、精準、批量測量的優(yōu)勢將實現(xiàn)個性化定制的自動化、科技化，三維人體測量技術在緊身運動衣領域的應用現(xiàn)狀分析如下。

4.1 制定服裝號型規(guī)格和形體分析

對不同地域、國家的人進行測量，獲得精確數(shù)據(jù)，構建能夠反映人體特征的精準人體數(shù)據(jù)庫。為服裝號型更新和修改提供理論依據(jù)，對人體體型進行分類。我國東華大學（TC2）、西安工程科技學院（TechMath）等院校相繼建立人體數(shù)據(jù)庫。1999年北服與愛慕內衣公司合作，利用三維測量技術對人體數(shù)據(jù)庫建立，體型胸型分類，為愛慕緊身運動內衣帶來更多的高科技含量，也為緊身運動衣的設計研究奠定基礎。

4.2 標準人體模型的建立

根據(jù)三維人體測量系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)庫，建立人體模型。分為標準和特殊人體模型。標準人模是專門對服裝壓力、寬松量進行研究的?！芭w假人”是用于測量、評價服裝隔熱、透濕等舒適標準的重要工具。1998年東華大學與日本華哥爾公司合作測量女性的胸部形態(tài)數(shù)據(jù)，采用美國的三維人體測量儀TC2對南部地區(qū)的人體體型特征參數(shù)進行分析。

4.3 個性化量身定制

從數(shù)據(jù)庫中調取消費者的尺寸數(shù)據(jù)信息，根據(jù)消費者的個人需求進行個性化設計修改，包括對放松量、寬度、長度等方面的修改，達成電子訂單。通過CAD系統(tǒng)，進行最終設計，制作平面樣板，最后生產(chǎn)。個性化定制日后可能會實現(xiàn)完全網(wǎng)絡化。

4.4 虛擬三維試衣系統(tǒng)

根據(jù)消費者的數(shù)據(jù)信息建立虛擬人體模型，消費者可在款式庫挑選款式，還可對顏色和部件自由搭配，試穿著裝后靜動態(tài)下的動畫效果。同時可檢測不同面料或結構下緊身運動衣對人體運動狀態(tài)下的肌肉壓迫強度、人體表面的橫縱向皮膚變化率。

除以上成果，臺灣佳資集團結合人體美學、結構力學、解剖學等領域對緊身運動塑身衣進行人性化的設計研究。浙江大學、中原工學院、江南大學等也陸續(xù)對三維人體測量技術下的人體體型、緊身運動衣進行研究。

5 結語

隨著大眾運動興起，緊身運動衣作為運動裝的分支成為新型產(chǎn)業(yè)。目前，對緊身運動衣的研究焦點是其功能性和舒適性，如何既能滿足人們運動時的功能性需求又能減少運動時服裝的位移使人體更舒適，這是研究所需解決的問題。因此在對緊身運動衣設計時，首先需利用三維人體測量技術進行體型確定以及靜態(tài)/動態(tài)下人體的尺寸信息，確定合理的服裝寬松度，還要考慮面料回彈力、吸濕排汗效果，使運動裝穿著舒適輕便，提高運動效率。

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