正側(cè)面形態(tài)特征驅(qū)動(dòng)的青年女性腰腹臀體型分類

蔡曉裕 鐘澤君 顧冰菲

摘要： 為完善國(guó)內(nèi)青年女性體型分類，對(duì)108名在校女大學(xué)生進(jìn)行手工和三維人體測(cè)量，獲取手工和三維數(shù)據(jù)。以三維數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，根據(jù)高度值、角度值及其他參數(shù)，對(duì)腰腹臀進(jìn)行分析。選取影響較大的16個(gè)參數(shù)，如腰腹臀矢橫徑比、后臀凸角、前腹凸角等作為指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和聚類分析。最終匯總出6個(gè)因子，即水平圍度因子、橫矢徑比因子、側(cè)面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子，并將青年女體腰腹臀形態(tài)分為4類，建立分類規(guī)則。最終以此分類規(guī)則為基準(zhǔn)，對(duì)原始樣本和15名新增樣本進(jìn)行判別驗(yàn)證，說(shuō)明此分類的可行性和合理性。

關(guān)鍵詞： 人體輪廓;腰腹臀;三維點(diǎn)云;形態(tài)參數(shù);體型細(xì)分

中圖分類號(hào)： TS941.17

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2020）10004806

引用頁(yè)碼： 101109

DOI： 10.3969/j.issn.1001?7003.2020.10.009（篇序）

Classification of young womens waist?abdomen?hip shapesdriven by front and lateral morphological characteristics

CAI Xiaoyua， ZHONG Zejuna， GU Bingfeia，b，c

（a.School of Fashion Design & Engineering; b.Clothing Engineering Research Center of Zhejiang Province; c.Key Laboratory of Silk CultureHeritage and Products Design Digital Technology， Ministry of Culture and Tourism， Zhejiang Sci?Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In order to improve the body?type classification of young women in China， manual measurement and three?dimensional measurement were carried out for 108 female college students to obtain manual data and 3D data. Based on 3D data， according to the height values， angle values and other parameters， the waist?abdomen?hip was analyzed. Sixteen parameters affecting the waist?abdomen?hip were extracted as the indicators for principal component analysis and clustering analysis， including the width/depth ratios of waist， abdomen and hip， convex angle of back hip， and convex angle of front abdomen. Finally， six factors were concluded， namely horizontal girth， horizontal radius vector ratio， side convex angle， waist angle， abdomen angle and hip angle. Furthermore， the waist?abdomen?hip shapes of young women were classified into four types， and then type classification rules were established. In the end， based on this rule of type classification， the human body data of the original samples and 15 new samples were discriminated to verify the feasibility and rationality of this classification.

Key words：

body silhouette; waist?abdomen?hip; 3D point clouds; morphological parameter; body type classification

收稿日期： 20200318;

修回日期： 20200915

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61702461，61702460）;中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目（2018079）;浙江理工大學(xué)科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2020Q051）;浙江理工大學(xué)高等教育科學(xué)研究課題資助項(xiàng)目（Xgz1805）;浙江理工大學(xué)優(yōu)秀研究生學(xué)位論文培育基金項(xiàng)目（2019M26）

作者簡(jiǎn)介： 蔡曉裕（1997），女，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字化服裝技術(shù)。通信作者：顧冰菲，副教授，gubf@zstu.edu.cn。

隨著國(guó)內(nèi)外服裝行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，人們對(duì)服裝的整體要求也更加嚴(yán)格。服裝企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品既要滿足市場(chǎng)對(duì)于時(shí)尚產(chǎn)品快速反應(yīng)的需要，也要滿足人們對(duì)服裝合體性、舒適性的要求。褲裝是服裝行業(yè)中重要的服裝門類之一，也是銷售量和需求量較大的服裝種類[1]。同時(shí)，褲子作為日常著裝重要的一部分，其合體性被廣泛認(rèn)為是影響其外形、銷售最重要的單體因素，甚至超過(guò)了褲子的款式、色彩、價(jià)格及面料質(zhì)地[2]。同一件服裝穿在圍度相同的人體上，由于體型不同會(huì)導(dǎo)致該服裝穿著舒適性存在巨大差異，因此體型分析成為研究的熱點(diǎn)[3]。

由于人體腰腹臀部位曲面較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使得褲子襠部需要設(shè)計(jì)的因素繁多，如襠深的設(shè)計(jì)、襠寬及前后襠寬分配等，因此必須對(duì)各個(gè)因素有深刻的認(rèn)識(shí)和了解，才能設(shè)計(jì)出合理的褲裝版型[4]，更好顯示女性的身材[5]。不同的體型所需褲子的合體性設(shè)計(jì)是不同的[6]，但是目前中國(guó)主要使用的體型分類標(biāo)準(zhǔn)是按照胸腰差值將人體劃分為Y（19～24 cm）、A（14～18 cm）、B（9～13 cm）、C（4～8 cm）四類，此分類方法僅簡(jiǎn)單地基于人體胸圍和腰圍的整體特征，缺少了人體重要部位形狀特征分析，且未考慮女性腹部和臀部的特征差異。隨著青年女性對(duì)褲裝合體性要求的增加，人們迫切需要更細(xì)分化的腰腹臀部位分類來(lái)區(qū)分不同的下體體型，從而設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出更為貼體的褲裝，來(lái)滿足青年女性消費(fèi)者對(duì)服裝的各種需求[7]。

如何精準(zhǔn)找出代表腰腹臀特征的指標(biāo)和體型參數(shù)成為腰腹臀部位分類研究的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外學(xué)者和機(jī)構(gòu)為提高服裝的合體性和舒適性對(duì)人體體型分類進(jìn)行了大量的研究，分別運(yùn)用了人體尺寸信息、人體表面角度大小、人體橫縱截面特征、不同年齡段等不同方法展開量化的體型分類實(shí)驗(yàn)研究。曾花[8]將腰臀部體型特征分為3類：凸出程度、高度和厚度，對(duì)腰臀部特征變量進(jìn)行分析，最后根據(jù)臀圍與臀厚之比表示臀部的寬度，結(jié)合腰臀差將腰臀部進(jìn)行聚類分析。Song等[9]使用主成分分析和聚類分析兩種統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)人體臀部的角度和14個(gè)下體特征部位的比例尺寸進(jìn)行聚類分析，最終將人體下體體型分為3類。Mi等[10]測(cè)量了人體側(cè)面的6個(gè)空間向量角度，并運(yùn)用logistic回歸分析對(duì)人體的上體側(cè)面體型進(jìn)行分類，最終將男性的上體側(cè)面形態(tài)特征分為4個(gè)類別。王祺明[11]提取了200名江浙地區(qū)女性的人體參數(shù)，分析其水平截面的橫矢徑比，面積與周長(zhǎng)比，并與日本女性的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。利用自編程序選取胸、腰、臀三圍的橫截面積與三圍圍度平方的比值進(jìn)行聚類，最終將青年女性體型細(xì)分為3類，分別為扁平體、中間體型、圓形體。Lee等[12]運(yùn)用三維掃描獲取的女性人體信息，進(jìn)行尺寸信息的轉(zhuǎn)換處理，變?yōu)橄鄳?yīng)的角缺陷結(jié)構(gòu)，以此代替人體的尺寸信息，將人體根據(jù)不同的年齡差異進(jìn)行體型分類，最終得出了不同年齡段體型所具有的特征差異。

綜上所述，這些研究大都依據(jù)某特征部位的橫矢徑比值或結(jié)合單一角度值得到人體的體型分類，未充分結(jié)合人體正、側(cè)面的輪廓形態(tài)特征和特征截面的曲線形態(tài)進(jìn)行分析，考慮的影響因素不夠全面。若將人體的冠狀和矢狀面相結(jié)合進(jìn)行立體組合分類，能夠?yàn)榉b結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更加完整的控制部位信息，將更有利于服裝的立體合體性的提高。因此，本研究提出了一種“正面+側(cè)面”特征相結(jié)合的青年女性腰腹臀體型特征分類方法，通過(guò)對(duì)青年女性正、側(cè)面視角下的形態(tài)特征分析，總結(jié)出影響腰腹臀部位的具體參數(shù)，并通過(guò)主成分分析和聚類分析建立青年女性腰腹臀分類規(guī)則。最后用新的數(shù)據(jù)樣本，對(duì)應(yīng)分類規(guī)則進(jìn)行驗(yàn)證。此局部體型分類方法為快速服裝個(gè)性化定制提供基礎(chǔ)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，也是對(duì)現(xiàn)有人體體型細(xì)分研究的一個(gè)很好的補(bǔ)充，可為服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，有較好的實(shí)際應(yīng)用前景。

1?人體實(shí)驗(yàn)測(cè)量

1.1?采集方法

本研究根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16160—2008《服裝用人體測(cè)量的部位與方法》，通過(guò)手工測(cè)量法和三維測(cè)量法分別獲得了108名18～25歲在校女大學(xué)生的手工測(cè)量數(shù)據(jù)和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。首先通過(guò)手工測(cè)量，從高度和圍度尺寸出發(fā)，獲取測(cè)試者的基本信息，見(jiàn)表1。然后采用型號(hào)為2NX?16的三維人體掃描儀（美國(guó)TC2公司），以非接觸測(cè)量方法對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行掃描，獲取三維人體數(shù)據(jù)[13]。整個(gè)測(cè)量過(guò)程所處環(huán)境的溫度為（27±3） ℃，相對(duì)濕度為（60±10）%，符合裸體測(cè)量的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[14]。

1.2?數(shù)據(jù)獲取

本研究利用Imageware軟件對(duì)人體三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行二次測(cè)量，分別從正側(cè)面視角下觀察人體腰腹臀形態(tài)特征，主要包括腰部至襠部的高度、圍度、寬度和厚度變化。在人體正面視角下，選取了人體腰部最細(xì)處、肚臍上3 cm處（一般為褲裝腰頭處，簡(jiǎn)稱褲腰處）、肚臍、腹部、臀部和襠部6個(gè)部位，在人體側(cè)面圖上選取了人體腰部最細(xì)處、腹部、臀部和襠部4個(gè)部位，最終通過(guò)直接測(cè)量或計(jì)算方式提取了17個(gè)形態(tài)參數(shù)，具體測(cè)量項(xiàng)目和測(cè)量示意如圖1、圖2和表2所示，其中人體橫矢徑比（Ratio，簡(jiǎn)稱R）是此部位橫截面的寬度和厚度的比值，用來(lái)反映人體的扁平程度。

2?數(shù)據(jù)分析

2.1?數(shù)據(jù)預(yù)處理

為確保所選樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，將實(shí)驗(yàn)得到的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。用SPSS軟件對(duì)腰腹臀特征部位參數(shù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)和分析，查找并處理異常數(shù)據(jù)[15]。針對(duì)異常數(shù)據(jù)，查看并對(duì)比手工數(shù)據(jù)和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，最終確定有效樣本量為106個(gè)。然后對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了正態(tài)分布檢驗(yàn)，分析結(jié)果顯示所有變量都近似服從正態(tài)分布。以后臀圍（GBH）為例，其正態(tài)分布Q?Q概率圖如圖3所示，可見(jiàn)各點(diǎn)排列近似一條直線，因此認(rèn)為后臀圍的分布基本服從正態(tài)分布。

2.2?主成分分析

為了減少高維數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)處理的不便，有必要在聚類分析之前先降維[16]。首先對(duì)17個(gè)變量進(jìn)行主成分分析，得到因子分析初始解。從初始解中發(fā)現(xiàn)腹下凹角這個(gè)變量的信息丟失較嚴(yán)重（近60%），故本次因子提取的總體效果并不理想。因此，把腹下凹角這個(gè)變量刪除，對(duì)16個(gè)變量再次進(jìn)行因子分析，得到各個(gè)成分的累積貢獻(xiàn)率表。前6個(gè)成分的特征值大于1，總累計(jì)貢獻(xiàn)率約為86%（表3），說(shuō)明這6個(gè)成分能夠基本描述腰腹臀部位的形態(tài)特征。

根據(jù)主成分因子旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣（表4），可以發(fā)現(xiàn)：主成分因子1在前腹圍（GFA）、后臀圍（GRH）、后腰圍（GRW）、前臀圍（GFH）、后腹圍（GRA）、前腰圍（GFW）上有較大載荷，可定義為水平圍度因子;主成分因子2在腹部橫矢徑之比（RA）、臀部橫矢徑之比（RH）、腰部橫矢徑之比（RW）上有較大載荷，可定義為橫矢徑比因子;主成分因子3主要在前腹凸角（CAFA）、后臀凸角（CABH）上有較大載荷，可定義為側(cè)面凸角因子;主成分因子4在腰側(cè)角（A1）、褲腰側(cè)角（A2）上有較大載荷，可定義為腰部角度因子;主成分因子5在肚臍側(cè)角（A3）上有較大載荷，可定義為腹部角度因子;主成分因子6在腹部側(cè)角（A4）、臀下凹角（CAUH）上有較大載荷，可定義為臀部角度因子。因此，影響腰腹臀部體型特征的因子主要有水平圍度因子、橫矢徑比因子、側(cè)面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子。

2.3?聚類分析

本研究考慮到樣本數(shù)量和樣本的特殊性，選擇系統(tǒng)聚類和K?means聚類方法進(jìn)行聚類。根據(jù)表4選取對(duì)每個(gè)因子貢獻(xiàn)量最大的變量，因此，在主成分因子中分別選取前腹圍（GFA）、腹部橫矢徑之比（RA）、前腹凸角（CAFA）、腰側(cè)角（A1）、肚臍側(cè)角（A3）、腹部側(cè)角（A4）作為主要特征因子，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果顯示腰腹臀部位可以分為四類，見(jiàn)表5。

本研究將這四類人體的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類分析，總結(jié)出每一類體型主要參數(shù)的分類規(guī)則，見(jiàn)表6。結(jié)果顯示，第一類人體體型，整體體型圍度小，橫矢徑之比大，命名為扁平體;第二類體型整體體型較瘦小，橫矢徑之比偏大，命名為較扁平體;第三類體型整體圍度偏大，橫矢徑之比較小，命名為較渾厚體;第四類體型整體圍度尺寸最大，橫矢徑之比最小，命名為渾厚體。同時(shí)通過(guò)對(duì)這四類腰腹臀部位正、側(cè)面形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，側(cè)面視角下形態(tài)區(qū)別最大，如圖4所示。

2.4?驗(yàn)?證

為驗(yàn)證表6中腰腹臀體型分類規(guī)則的可行性和精確度，本研究利用初始的106個(gè)人體數(shù)據(jù)和新增15個(gè)人體數(shù)據(jù)進(jìn)行了判別分析。如表7所示，對(duì)角線顯示的為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的個(gè)數(shù)，其余為錯(cuò)誤預(yù)測(cè)的個(gè)數(shù)。結(jié)果顯示106個(gè)樣本中正確分類98個(gè)，錯(cuò)誤分類8個(gè)，正確率達(dá)到92.5%。同時(shí)，用未分組的15個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以其腰部、腹部和臀部的圍度尺寸和橫矢徑比對(duì)照分類規(guī)則進(jìn)行分類，百分比判別分析結(jié)果見(jiàn)表8。15個(gè)新樣本的分類結(jié)果見(jiàn)表9，可見(jiàn)正確分類13個(gè)，錯(cuò)誤分類2個(gè)，正確率達(dá)到86.67%。本次驗(yàn)證說(shuō)明該體型分類規(guī)則的有效性較高，但該分類方法的精度還有待提高，主要原因是樣本容量的不足，在后續(xù)研究中將會(huì)繼續(xù)補(bǔ)充樣本量，對(duì)該分類結(jié)果進(jìn)行完善和提升。

2.5?腰腹臀體型分類的應(yīng)用

利用圖形學(xué)原理可以很好理解人體體型與褲裝樣板之間的映射關(guān)系。通過(guò)在人體體表上設(shè)定好必要的關(guān)鍵點(diǎn)和線，結(jié)合特征部位的橫斷面形狀（如腰部、腹部和臀部），從人體側(cè)面輪廓出發(fā)進(jìn)行合體性褲裝樣板的制作[17]，如圖5所示。同時(shí)，需結(jié)合腿部體型、襠彎線形態(tài)和松量設(shè)置再進(jìn)一步研究。

3?結(jié)?論

本研究針對(duì)18～25歲在校女大學(xué)生，采用三維測(cè)量和手工測(cè)量?jī)煞N測(cè)量方式，獲取青年女性的人體數(shù)據(jù)，總結(jié)了16個(gè)與腰腹臀形態(tài)密切相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)SPSS軟件對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到影響腰腹臀部位形態(tài)的6個(gè)主要特征因子，分別為水平圍度因子、橫矢徑比因子、側(cè)面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子。然后對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，將青年女性腰腹臀部位主要分為4類，分別為扁平體、較扁平體、較渾厚體和渾厚體，并利用腰部、腹部和臀部的圍度尺寸和橫矢徑比建立了這四類體型的具體分類規(guī)則。最終通過(guò)106個(gè)初始實(shí)驗(yàn)對(duì)象和15個(gè)新增實(shí)驗(yàn)對(duì)象對(duì)此分類規(guī)則進(jìn)行驗(yàn)證，證明了此分類規(guī)則的有效性和精確性。后續(xù)會(huì)增大樣本量繼續(xù)研究，同時(shí)將高度參數(shù)考慮進(jìn)來(lái)分析，對(duì)腰腹臀部位進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分，并結(jié)合其他特征部位形態(tài)進(jìn)行合體性褲裝樣板的研究。本研究可進(jìn)一步完善中國(guó)青年女性體型分類，為青年女裝個(gè)性化服裝定制提供更多的理論依據(jù)。

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