（服装设计与工程专业论文）基于神经网络的浙江青年女性体型识别及特征参数的研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

浙江理工大学硕上学位论文 a b s t r a c t i nt h ec u s t o m e rc e n t e r e de r a ，c u s t o m e r sa r e i n d i v i d u a l i z e dg a r m e n t sw h i c hf i tf o rt h e i rb o d y m a k e sm a d et om e a s u r e ( m t m ) p o s s i b l e w h i l e h a v et or e s e a r c ha n da n a l y z eo nh u m a nb o d yt y p e p u r s u i n gc u s t o m i z e dg a r m e n t sa n dl o n gf o r f o r ma n ds a t i s f yt h e i ra e s t h e t i cn e e d ，w h i c h t oe s t a b l i s hm a s sc u s t o m i z a t i o ns y s t e m ，w e b o d yt y p ea n a l y s i sp l a y sak e y r o l ei nm t m t h er e s u l to f b o d ys h a p ea n a l y s i sw i l ld i r e c t l y i n f l u e n c et h ed e s i g no fc l o t h i n gp r o t o t y p ea n dc h o t h i n gp a t t e r n t h ee x a c tr e s u l to fs h a p e a n a l y s i sw i l lm e e tt h ed e m a n do fc o n s u m e r s ot h ee s t a b l i s h m e n to fh i 曲e f f i c i e n ta n da c c u r a t e h u m a nb o d ys h a p ea n a l y s i ss y s t e mw i l lp l a ya na c t i v ep a r ti nt h er e s e a r c ho nm t ma n dp r o m o t e t h eg a r m e n te n t e r p r i s e sd e v e l o pd i g i t a l l y t h i sp a p e rb a s e so nh a n gz h o us c i e n c eb u r e a un a m e dt h ef e m a l eb o d yd a t ab a s e s e s t a b l i s h m e n t & a p p l i c a t i o n i nh a n g z h o u ，t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h es h a p ea n a l y s i s t e c h n o l o g yf o rm t m ，a n di ta i m st oe s t a b l i s hab o d ys h a p ea n a l y s i ss y s t e mf a c i n gm t m i nt h i sp a p e r , f i r s t l y , w eh a v ea n a l y z e dt h eo f t r a d i t i o n a lb o d ys h a p ea n a l y s i sm e t h o d se x i s t s a n dw eh a v ep r o p o s e dt h ei d e at h a tu s et h ef a c t o ra n a l y s i s ，a n dt h e n ，w es e l e c t e dc h a r a c t e r i s t i c v a r i a b l e s ，w h i c he n a b l e st h er e s u l to fb o d yf o r ma n a l y s i st or e f l e c tb o d yc h a r a c t e r sm o r e a c c u r a t e s e c o n d l y , t h et a r g e t s b o d yc h a r a c t e r i s t i c sa r ec l a s s i f i e db a s e do nt h er e s u l to fb o d y f o r ma n a l y s i s s of a s h i o nd e s i g n e r sc a l la n a l y z et h et a r g e t s b o d yt y p ec a t e g o r ya n dt h e c h a r a c t e r sq u a l i t a t i v e l ya n dq u a n t i f i c a t i o n a lf i o md i f f e r e n ta s p e c t s ，a n di n s t m c tt h eg a r m e n t d e s i g na n dp r o d u c t i o n t h i r d l y , ah u m a nb o d ys h a p ea n a l y s i ss y s t e mi se s t a b l i s h e db a s e do nb p n e u r a ln e t w o r k b pn e u r a ln e t w o r ki su s e dt os i m u l a t et h ef a s h i o nd e s i g n e r se x p e r i e n c ea n d t e c h n o l o g ya n dr e a l i z e st h ea u t om a p p i n gf r o mb o d yd a t at os p e c i f i ce v a l u a t i o n t h ea d v a n t a g e s o fa p p l y i n gb pn e u r a ln e t w o r kt oe s t a b l i s h i n gt h eh u m a nb o d yi d e n t i f i c a t i o ns y s t e m w eh a v e d e s i g n e da n di m p l e m e n t e da ne x o t e r i ca n de x p a n d e db o d ys h a p ea n a l y s i ss y s t e m f i n a l l y , w e u t i l i z e dt h es a m p l ed a t ag a t h e r e db yo u ru n i v e r s i t ya n dc l o t h i n ge n t e r p r i s e st oe x a m i n et h eb o d y s h a p ea n a l y s i ss y s t e m t h ee x p e r ti nc l o t h i n gd e s i g np r o v e st h a ti th a sm a d et h eg o o dr e s u l ti n v a r i o u sk i n d so f r n e t h o d s t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c hs h a p ea n a l y s i st e c h n o l o g yf o rm t m w eh a v ed e s i g n e da n d 浙江理工大学硕上学位论文 i m p l e m e n t e dab o d ys h a p ea n a l y s i ss y s t e m s ot h er e s e a r c hw o r ki nt h i sp a p e rw i l lp l a yag o o d r o l ef o rf u t u r er e s e a r c ha n dp o p u l a r i z a t i o no f m t mi no u rc o u n t r y k e y w o r d s ：b o d yt y p ea n a l y s i s ；f a c t o ra n a l y s i s ；b pn e u r a ln e t w o r k ；i d e n t i f i c a t i o nm o d e l ； m t m ；y o u n gw o m e n 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：丁笑磊 日期：4 占年；月j j 日 指剥雠：稀幻 日期：o 舯6 年j 月，2f i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及 成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：丁笑悉 1 9 期：o t “年弓月膳1 3 浙江理t 大学硕十学位论文 第一章绪论 人体在工业设计、艺术领域、医学领域以及体育运动领域的研究已有很多o ”1 3 1 ，本论 文是基于女装的人体体型研究。 1 1 前言 服装的合体性已被广泛认为是影响服装外观、舒适性及销售的一个重要方面，它甚至 超过了服装的款式、色彩、价格及面料的质地【4 1 。国外学者对合体的概念定义为5 h 6 】：一 件台体的服装应该是完全遵循人体的体型，穿着时外表光滑平整，看起来就像是人体的一 部分；同时，它又能产生足够的空隙，提供给穿着者最大的舒适性，便于穿着者运动。 有调查表明 1 ”，消费者( 尤其是女性消费者) 在购买成衣时考虑的最重要的因素之一 是尺寸是否合体。有近5 0 0 的女性抱怨买不到合体的服装，造成退货的5 0 的原因也是 由于服装的不合体而引起的 8 】【1 0 】。国内的情况也是如此，由于长期以来我国绝大多数男装 厂只生产1 0 个以下号型的服装，绝大多数女装厂只生产5 个以下号型的服装【l ”，而这恰 恰与消费者对服装合体性和多样性的追求之间形成了鲜明的反差，结果是市场上的服装非 常多，相当一部分还得削价甩卖，与此同时却又有许多消费者抱怨买不到合体的服装。造 成服装不合体的主要原因在于服装生产企业在制作服装时，没有准确、系统的分析消费群 体的体型特征，而准确的体型分析结果是满足消费者对服装合体性要求的重要保证。 在以顾客为导向的消费时代，服装业的发展趋势必将走向批量定制的个性化生产【1 2 】。 批量定制( m t m ) 是2 1 世纪新兴起的一种服装生产方式，它利用现代三维人体扫描技术、 计算机技术和网络技术将服装生产中的人体测量、体型分析、款式选择、服装设计、服装 定购以及服装生产等各个环节有机地结合起来，实现高效快捷的数字化服装生产链条。 m t m 的核心就是根据顾客人体数据信息快速生成适合该顾客的样板，并形成与顾客体型 高度吻合的成衣。作为一种全新的服装生产方式，批量定制生产已经成为国内外服装生产 领域研究的重点，并将成为未来数字化服装生产的一个重要的发展方向【l3 1 。 人体体型分析作为批量定制生产中一个关键的技术环节，在批量定制生产中起着非常 重要的作用。体型分析的结果将直接影响服装原型的设计和服装样板的生成。因此在我国 开展面向批量定制的人体体型分析研究，建立高效、准确的人体体型分析系统，将对我国 批量定制生产的研究和推广以及我国服装企业的数字化发展起到积极的指导和帮助作用。 1 浙江理工人学硕士学位论文 1 2 相关研究领域回顾 1 2 1 服装人体工程学研究 本世纪兴起的人体工程学( e r g o n o m i c s ) 中的服装人体工程学是服装学科的主要内容 之一，研究的是人体与服装之间的协调关系。在该研究领域中，把服装与人体的关系作为 一个完整的体系，其研究范畴包括人体各部位的尺寸与形态、服装结构与面料物性的关系 等，因此服装人体工程学研究的内容必须建立在人体体型研究的基础上。 1 2 1 1 人体测量学研究 静态人体测量是服装生产与实际联系最紧密、运用最广泛的技术。它可分为两种类型： 接触式测量法和非接触式测量法。 ( 1 ) 接触式测量法 接触式测量法是用专门的测体工具对人体进行接触式测量，最常用的是马丁仪法。马 丁测量法是r u d o l fm a r t i n 所发明，于1 9 2 8 年确立的世界通用的人体计测法。在测量过程 中，许多测量部位是以人体骨骼为基准点，如：颈椎点、颈前点、肩峰点等，但由于骨骼 位于体表之下，在测量时必须确定骨骼点的准确位置，才能保证测量结果的精确。因此， 只有通过接触才能准确的找到骨骼的位置，这种接触式的测量方式容易使被测者感到窘追 和疲劳，并且测量时间长，工作量大。 ( 2 ) 非接触式测量法 随着计算机技术的发展，通过计算机控制并进行图像处理的非接触式测量装置已相继 出现，研究主要包括激光扫描法、莫尔等高法以及白光相位法等。 激光扫描法 利用光电设备及计算机组成的人体测量装置，使激光从人体各部位通过，将人体体型 摄入计算机中，利用计算机进行图像分析。在八十年代末，美国的c y b e r w a r e l l 4 h ”1 公司及 日本n k k 的v o x e l a n 公司利用三维扫描仪结合带有图像解密功能的激光装置，进行人体体 型分析，测试时间大约3 分钟。此外英国的h u m a g 研究所在英国服装工业协会的资助下， 开发出名为“a n t h r o p o m e t r i c a ls h a d o ws c a n n e r ”的激光扫描测量装置。 由于激光扫描仪器的体积比较庞大，价格昂贵，并且，人们对激光是否会穿过身体而 浙江理t 大学硕+ 。学位论文 对身体产生伤害存有疑虑，因此这类仪器很少用在服装商业系统上。 莫尔等高法 莫尔等高法【m 】是建立在几何光学基础上，利用光源通过光栅产生干涉条纹，在人体表 面上形成等高线，从而得到物体的表面高度。 莫尔等高法最早应用于医学上 ”】。1 9 8 0 年，同本学者开始将它应用在人体体型测量方 面。1 9 9 5 年，香港理工大学的研究者将莫尔等高法应用于文胸的表面测量【1 8 】，在1 9 9 8 年 又将它应用于茄克的变形测量f 1 9 1 。 莫尔等高法中光栅对光源、摄像头性能、光栅距的要求较高，一是要保证足够的光强 度；二是要保证摄像头与点光源在同一平面上。 白光相位移技术( p m p l p m p 技术是以白光源投射到物体表面上，并通过时间轴上的逐点运算，在确定的相位 移下，通过相位的技术得到人体三维数据，具有很高的灵敏度。该仪器在人体测量应用上 已有较多的研究，如：法国t e l m a t 公司 2 0 1 已将该仪器应用于法国海军的体型测量；美国 t c 2 公司2 1 1 协同英国政府和一些大型的服装零售商、科研院校及服装企业共同协作完成了 一项名为s i z e u k 的全国性的大规模人体测量项目，该项目就是应用p m p 人体技术；而比 如像制造商l e i v i s 、s e c o n ds k i ns w i m w e a r 以及m a r k s & s p e n c e r 时装公司等早已受益于顾 客人体测量技术【2 2 2 3 】。 p m p 技术能快速、连续的获取人体体型数据，并且没有激光以及其他危险光线。 在本论文中，我们运用美m t c 2 公司的三维人体测量系统完成了主要的测量工作。该 系统能通过扫描、成像、三维测量编辑等操作可方便快捷地得到平面人体图像( n n a g e s ) 、 三维人体网格图( 3 dp o i mc l o u d ) 、三维人体模型o d ym o d e l s ) 及三维测量数据( e x t r a c t e d m e a s u r e m e n t s ) 。整个测量过程在4 0 秒之内完成，其中扫描的时间为1 0 秒，数据处理时间 为3 0 秒。我们利用该系统，快速有效地获得了一些以往难以得到的人体局部立体形态数 据的资料，为建立台理且细致的体型评判体系奠定了坚实的基础。 1 2 1 2 人体体型研究 人作为服装的使用者，因此对人体体型进行分析是服装结构设计的基础，特别是在服 装“客户化生产( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) ”的潮流下，对人体体型进行分析显得尤为重要。 基于服装穿着效果与人体体型之间的关系 州，成衣工业发达的国家均对本国的人体体 型进行了大量的研究与分析。 3 浙江理工大学硕i j 学位论文 ( 1 ) 国外研究 美国有很多大学的研究小组和政府研究机构对人体体型方面进行了研究，比如测量项 目的制定【2 5 】、体型分析及量化、合体性的分析f 2 7 】【2 8 】，以及如何将三维数据应用到大批 量定制体系中。 英国、法国等服装业发达国家也都对本国人体体型作了大量调查，制定了各自的尺寸 标准，并制定了区分人体体型胖瘦程度的v e r v e c k 指数、r o r e l 指数等。 日本为了制定j i s 尺寸规格，分别于1 9 6 5 年至1 9 6 7 年及1 9 7 1 年至1 9 7 2 年在全国实 行了约9 0 0 0 人的计测调查，其后在1 9 7 8 1 9 8 2 年、1 9 9 21 9 9 4 年间再次进行全国性的测 量，建立起成衣标准尺码系统；韩国分别在1 9 7 9 、1 9 8 6 、1 9 9 2 年进行了三次人体计测川。 ( 2 ) 国内研究 我国于1 9 7 4 1 9 7 5 年问首次进行全国人体体型测量调查，1 9 8 1 年制定了g b l 3 3 5 8 l 服装号型，之后又发表了g b l 3 3 5 9 1 服装号型、g t 3 1 3 3 5 9 7 服装号型，并先后于 1 9 8 3 年和1 9 8 5 年发布了人体测量术语和人体测量方法两项国家标准。 我国台湾地区也进行了相应的人体计测调查【” ，并且还针对肢残障人士的体型进行了 研究 3 3 3 4 。 我国总后军需装备研究所与北京服装学院合作建立的准确反映我国军人体型特征的 “中国军人服装专用人体尺寸数据库”，为我国军人体型特征进行深入研究、建立完善的 军服号型体系、改进军服设计以及方便军服生产提供了基础的数据。 一些科研院校的学者也对我国人体体型进行了研究，探讨了人体体型研究的重要性、 人体数据采集的方法等，并取得了一定的研究成果。如：沈迎军、张文斌在上海地区青 中老年女子体型的比较研究一文中，通过对上海地区青年、中年和老年女性的随机抽样 测量，多方位的剖析青中老年女性的体型特征及三个年龄层女性体型差异。夏鹏泽、曾长 松等在军人体型特征及其随年龄变化规律一文中，根据对军人的三次人体测量资料， 探讨军人体型与国民体型特征的差异、军人体型随时间的变化情况等，重点探讨了军人体 型随年龄变化的规律。白嘉良在服装档比系列标准的设定及其续中提出用档比系列来 细分人体体型，用2 倍胸围、腰围、臀围、4 倍肩宽与身高的比值来分别代表胸型、腰型、 臀型、肩型，且各分1 0 档，以0 1 跳档，从而对胸、腰、臀、肩的造型进行定量评估，为 相似形推板创造了条件。谢红在服装批量定制中的女性形体识别研究一文中，提取了 体型指数、胸矢额径比和前后侧面指数，从理论上把女性形体分为3 6 种。王爱华在我 4 浙江理工大学硕j 学位论文 国北方地区成年男子体型分类一文中，从多个方面对我国北方地区的成年男子体型特征 及按身长和年龄分类后的体型差异做了定型定量的描述。 但是，目前的研究主要侧重于对局部地区、局部人群进行体型分析和比较，或者对不 同年龄段的人群进行整体的对比，体型大多按基本按照国标的分类标准划分为四类，或者 只是对比该地区与其他地区相比身高相差多少、胸围相差多少的研究，而对某一特定人群、 局部特征部位的研究却很少 3 5 】【柏1 ，并且对各类体型的定性还缺乏相关的数据支撑，特别 是对服装合体性影响较大的人体局部立体形态特征的相关数据分析和研究更加少。 1 2 1 3 人体特征参数的研究 对人体体型的定量描述是不容易的，而且在一般情况下，形状描述也是相当含糊的， 对于多数规则物体的形状可以用定量意义来描述。理想的情况是用精确的数学术语来描述 形状，即如果要定量的描述形状，就要求对线( 平面内线或空间曲线) 和面( 平面或曲面) 都用 数学分析方法来表达。 针对这一方面，国内外学者进行了很多相关的研究。 p a r g a s r p 【4 u 等最早对分片的人体扫描数据进行了特征点的自动提取，开发出相应的人 体尺寸测量软件，并提出了一种用户自定义特征的方法。 n u d e 4 2 1 按照人体的功能对人体进行分类，通过对不同界面形状和位置的分析，求出其 功能区域，而其毗邻处即为特征位置。 d e k k e r 4 3 等改进了n t t r r e 的算法，并主要致力于对关键位置的特征点进行了精确的定 位。 吴中海4 4 1 采用多边逼近求取人体横截面的凸包，然后利用凸包的特征获得了三围部位 所在的人体横截面，最后按照凸包的周长计算三围特征值。 但是，在服装业生产中用曲线来描述人体的形状是不大合适的，其原因如下：寻找 拟合曲线是很费时的过程，不能适应服装生产制作中实时分类的要求；人是一生物体， 其呈现的外部形状很难用统一的曲线来描述，它使得依据曲线进行人体的形状判别很困 难；在服装业中对人体体型的要求不像医学那样严格，它允许体形有一定的变化范围， 因此无需用曲线来严格描述。 人体各部位和体型的关系十分复杂，具有很强的非线性特性，而神经网络处理非线性 具有优越性4 5 卜 4 ”。它具有并行处理、容错性和自学习功能，有别于传统方法，已在模式 5 浙江理t 大学钡 ：学位论文 识别、自动化控制、知识处理及运输与通信等领域取得了很好的效果。因此，本论文从客 观、合理的进行适合服装业的人体体型评价及识别这个角度出发，将人工神经网络技术引 入该领域，进行基于人工神经网络的人体体型识别及评价的研究。 1 2 2 神经网络在服装业中的应用 针对智能化款式设计展开的理论研究，如n a k a n i s h i 4 8 j f 4 9 】利用遗传算法编程( g p ) 技 术开发的款式辅助设计系统，它将款式的一系列相关尺寸编码为染色体，系统根据用户的 选择进化款式。 l e e 等人 5 0 i f 5 2 1 提出交互式遗传算法( i g a ) ，即通过与用户的交互获得适合度函数， 从而解决款式适合度的评价问题，这类研究主要是针对平面款式效果图进行智能变形方 面。 香港理工大学的吴镜波博士【5 3 】针对将立体的服装展开成平面纸样这样一个复杂过程， 利用人工神经网络和模糊逻辑来模拟样板师的技术，使得服装结构过程建模的可能性得到 论证。尽管训练阶段花费了大量的时间，但运行时间的可执行性是理想的。其中，一组神 经网络的反向传播集被训练和验证，它可以达到1 0 。4 c m 的准确度，证实了用人工神经网络 的方法来模拟平面服装结构设计过程具有可接受的准确性。 中原工学院的吴俊 5 4 采用神经网络的方法，对裤装样板设计进行了研究，建立了裤装 样板设计的b p 神经网络模型，并探讨了该模型的评价方法。 苏州大学的陈雁【5 5 】将人工神经网络系统应用于织物在服装加工过程中的行为、性能预 测的可行性上，研究结果表明所构造的人工神经网络能够根据织物的性能来预测其在服装 加工中的行为，预测误差在较低的范围内。并且探讨了输入和隐含节点数会对网络训练速 度和预测精度产生一定的影响，但这种影响是非常有限的。实验结果表明，高度相关的参 数可以从输入中排除而不会对网络的收敛和概括能力产生明显的影响。隐含节点数在一定 范围内不会对网络的训练速度和预测精度产生很大影响，其数量的确定可以通过实验和误 差分析的方法来进行。研究结果表明了人工神经网络能有效地用在服装加工领域来对由于 织物性能而可能会引起的服装加工问题进行预测。 6 浙江理工大学项卜学位论文 识别、自动化控制、知识处理及运输与通信等领域取得r 很好的效果。因此，本论文从客 观、合理的进行适合服装业的人体体型评价及识别这个角度出发，将人工神经网络技术引 入该领域，进行基于人工神经网络的人体体型识别及评价的研究。 1 , 2 2 神经网络在服装业中的应用 针对智能化款式设计展丌的理论研究，如n a k a n i s h i | 4 8 卜i 叫利用遗传算法编程( g p ) 技 术开发的款式辅助设计系统，它将款式的一系列相关尺寸编码为染色体，系统根据用户的 选择进化款式。 l e e 等人1 5 0 l f 5 2 1 提出交互式遗传算法( i g a ) ，即通过与用户的交互获得适合度函数， 从而解决款式适合度的评价问题，这类研究主要是针对平面款式效果图进行智能变形方 面。 香港理工大学的吴镜波博士针对将立体的服装展开成平面纸样这样一个复杂过程， 利用人工神经网络和模糊逻辑来模拟样板师的技术，使得服装结构过程建模的可能性得到 论证。尽管训练阶段花费了大量的时间，但运行时间的可执行性是理想的。其中，一组神 经网络的反向传播集被训练和验证，它可以达到1 0 。c m 的准确度，证实了用人工神经网络 的方法来模拟平面服装结构设计过程具有可接受的准确性。 中原工学院的吴俊 5 4 1 采用神经网络的方法，对裤装样板设计进行了研究，建立了裤装 样板设计的b p 神经网络模型，并探讨了该模型的评价方法。 苏州大学的陈雁瞰1 将人工神经网络系统应用于织物在服装加工过程中的行为、性能预 测的可行性上，研究结果表明所构造的人工神经网络能够根据织物的性能来预测其在服装 加工中的行为，预测误差在较低的范围内。并且探讨了输入和隐含节点数会对网络训练速 度和预测精度产生一定的影响，但这种影响是非常有限的。实验结果表明，高度相关的参 数可以从输八中排除而不会对网络的收敛和概括能力产生明显的影响。隐含节点数在一定 范围内不会对网络的训练速度和预测精度产生很大影响，其数量的确定可以通过实验和误 差分析的方法来进行。研究结粜表明了人工神经湖络能有效地用在服装加工领域来对由于 织物性能而可能会引起的服装加工问题进行预测。 织物性能丽可能会引起的服装加工问题进行预测。 浙江理工大学硕十学位论文 1 3 研究意义及内容 1 3 1 研究意义 本论文对面向批量定制的人体体型分析进行了深入的研究，设计并实现了面向批量定 制的人体体型识别系统。本论文通过对江浙地区青年女性人体体型三维数据的采集，并根 据体型尺寸和体表特征与服装制作的关系等综合因素，构造一个适合于女性体型评价的体 系。该体系日后可建立针对不同的服装款式要求，自动挑选出最适合的体型类别及其相关 数据。为达到根据人体个性特征、实现服装基本款到个性服装自动生成这一目标提供前期 技术性的研究，本论文在研究中运用了b p 神经网络理论，建立了人体体型的识别模型， 然后通过体型识别系统，服装生产企业可以在服装设计专家的指导下确定目标用户群体的 体型特征，并针对不同目标用户群体的特征进行实时、动态的分析，利用体型分析的结果 指导服装生产。 1 3 2 研究内容 本论文利用先进的三维人体测量技术进行体型研究，旨在构造一个能满足批量定制需 求的女性体型自动识别系统。本论文的研究内容主要包括两部分：一是人体体型特征参数 的研究；二是基于神经网络的人体体型识别模型的建立。其主要研究内容如下： ( 1 ) 采用美国 t c 2 的三维人体测量系统对江浙青年女性进行人体测量，得到该人群 的体型数据信息，借助s p s s 统计分析软件对测量数据进行因子分析，提取出 最能表征女性躯干部位的主要因子。 ( 2 ) 研究江浙青年女性体型的整体特征及其局部变化规律，分析该人群的胸部、侧 面、臀部以及腹部部位的形态特征，并选取最能表现这些部位的特征参数。根 据女性特征参数的不同取值，将女性形体从理论上进行细分。 ( 3 ) 利用b p 神经网络理论分别对胸部、侧面、臀部和腹部局部体型建立体型的识 别模型，并针对模型的学习率、隐含节点数目、隐含层数进行深入研究。 ( 4 ) 利用实际采集的人体测量样本数据，对本论文所设计的体型分析系统的可行性 和实用性进行检验，并在服装设计专家的参与下，对模型进行验证。 浙江理工大学硕j 学位论文 第二章人体测量及数据预处理 本章主要介绍实验的测量条件、测量方式、测量仪器、测量部位、误差的来源与减少 误差及样本抽样方法，以及样本容量。 2 1 人体测量 为了对人体体型特征有准确、客观的认识，除了做定性的研究外，还必须把人体各部 位的体型特征数字化。人体测量正是准确把握人体特征的必要手段，也是服装尺码组成的 基础部分。测量数据既是服装设计的前提，也是服装生产中制定号型标准的基础，其准确 与否直接影响到服装的规格、质量，因此人体测量是服装行业的重要技术之一。 2 1 1 测量对象 由于受到种族、年龄、性别、地域以及生活方式等多种因素的影响，导致人体形状的 差异。为了对体型划分更为细致、更有针对性，本次研究以江浙地区的青年女性为测量对 象，年龄控制在1 9 3 5 岁之间。在抽样过程中，力求年龄层次及身高范围涵盖江浙地区 青年女性的群体结构，以便全面地反映出该人群的体型特征。 2 1 2 测量仪器 此次研究中人体数据的采集均使用美国 t c 】2 公司的三维人体测量仪。该系统由扫描 室、摄像头以及计算机数据处理软件系统等三部分组成。该系统通过扫描、成像、三维测 量编辑等操作可方便快捷地得到平面人体图像( i m a g e s ) 、三维人体网格图f 3 dp o i n tc l o u d ) 、 三维人体模型( b o d ym o d e l s ) 以及三维测量数据( e x t r a c t e dm e a s u r e m e n t s ) 。整个测量过程在 4 0 秒之内完成，其中扫描的时间为l o 秒，数据处理时间为3 0 秒，硬件的精度可达到l m m ， 摄像精度可达到o 1 m m 。该扫描仪能为获得更精确的人体数据信息提供基础。 由于三维人体测量仪得不到如身高、体重等部位的数据，因此在实验过程中，增加了 经校正的人体测高仪、体重计及皮尺等传统测量工具作辅助测量。 浙江理t 大学倾 学位论文 2 1 3 测量条件 实验时间：2 0 0 5 年3 月1 5 日- - 2 0 0 5 年9 月1 5 同 地点：我校人体工程研究室 气温：2 3 2 。c ( 有空调进行调温) 2 1 4 测量项目与方法 根据课题研究的主要内容，选取三维人体测量仪内部设定的7 8 项测量项目，加上身 高和体重，共计8 0 个测量项目。由于三维人体测量仪的工作原理，其测量内容及方法与 我国g b t1 3 3 5 2 9 7 国家标准一服装人体测量部位与方法有一定差别【5 6 】，具体测量项 目名称及定义内容见附录1 。 在选定测量项目时，应包括人体的基本信息以及附加信息，因此在测量前请受测者填 写我们设计的调查问卷表( 见附录2 ) ，以便更好的了解受测者的个人信息。依据本次研究 工作的目标，总计选定8 0 个测量项目，这些测量项目的选择原则是： ( 1 ) 符合青年女性体型变化的客观规律并结合服装生产的实际经验和条件； ( 2 ) 覆盖率广，能最大限度的反映和区分人群； ( 3 ) 所选的部位尽可能与国标或国际标准靠拢； 2 2 样本的抽样方法与样本容量 样本容量是由样本的多少和精度之间的关系来决定的。通常工业生产和科学研究中采 用至少9 5 的置信度水平，测量得出的样本对总体指标的估计范围能在要求的精度内覆盖 至少9 5 的观测值。至于精度，与其它多数抽样调查项目不同的是此次估计量精度的要求 主要针对人体尺寸分布情况。 根据数理统计的理论，当抽样是简单随机抽样，样本量较大时随机变量近似遵从正态 分布。对于不是遵从正态分布的随机变量，如果n 相当大，随机变量就和标准正态分布随 机变量差异很小。一般认为不应小于5 0 5 ”。 因此，应该在一定条件下确定最低限量的取样量的值，的确定依据所选的统计量 而异，本次测量设定的置信度水平为9 9 。以求最大限度的覆盖各类人体体型。根据以下 近似公式计算最低限度的样本量： 9 浙江理t 大学颁十学位论文 = ( “。) 2 其中：总样本数 g 。：口水平的概率( a - - - - - 0 0 5 时，= 1 9 6 ) s ：总体标准差 ：最大允许误差 国家服装号型标准中规定的成年人各部位尺寸的允许误差和标准差的值，见表2 1 所示： 表2 1 g b t1 3 3 5 2 9 7 中成年人体部分尺寸允许的最大误差和标准差 部位 最大允许误差a ( c m ) 标准著s ( c m ) s 计算的样本量 身高 1 o6 26 21 4 8 胸围 1 55 53 6 75 2 腰围 1 06 7671 7 3 臀围 1 55 23 4 74 6 颈前一前腰 0 42 36 5 71 6 6 颈后一后腰 0 42 26 2 91 5 2 由表2 1 可以看出，在各项指标中，腰围的精度相对要求较高，因此由腰围来决定样 本量，计算的样本量在理论上至少为1 7 3 。在实验过程中我们实际测试了2 7 0 个样本，足 以满足本次实验分析的要求。 2 3 减少误差的来源与减少方法 在测量过程中我们发现，由于受测者站姿的不稳定、呼吸的不均匀以及被测者在测量 过程中的微小变动都可以引起测量数据的不稳定性。为此，我们经过反复试验，在实验增 加了以下措施，以保证测量数据的可信性： ( 1 )在开始测量之前，首先对三维人体测量仪进行标定，保证所得结果的精确度 在0 1 c m 以上，并对身高仪、体重计进行测量前的校正工作，尽量使系统误差 降至最低； ( 2 )在扫描室内，过两个脚印中心拉一条水平线，并在两个脚印的中间，垂直于 水平线拉一条垂直线作为视觉平衡线，以便受测者更准确的找到站立位置； ( 3 )测量时，受测者身穿内衣裤和专用薄型紧身衣，摘除身上一切饰物，头戴浴 l n 浙江理t 大学硕士学位论文 帽( 如果头发散落，测量仪则无法准确找到颈椎点等部位，影响测量部位的 尺寸) 。由专人负责指导并检查受测者的站姿是否符合要求，测量过程中要求 被测者目视前方，身体站直，两手握住手柄，双脚分立，呼吸自然，尽量保 持身体不晃动( 否则扫描的人体图像会有噪音，影响测试效果) ； 根据以往的研究经验，在实验中我们对同一人至少进行了连续三次的仪器测量，结果 表明三维人体测量仪重复性测量标准差的置信区间的范围在o 8 0 c m 之内，具有较高的测量 精度，可以适应服装生产的需要 5 8 】。 2 4 数据的预处理 准确真实的人体测量数据是进行人体体型分析的基础，但在实验过程中，在测量、记 录和文件整理等各个环节都难免发生失误，因此在进行体型分析之前，对数据进行了预处 理是有必要的，数据预处理包括除去错误、冗余的噪声数据，对数据进行缺值处理、归一 化处理等，以保证测量数据能够准确的反映被测群体的体型特征。 本次研究按以下的方法检查了全部人体测量数据，对其中的异常数据进行科学的处 理。具体操作方法如下： ( 1 ) 计算各测量项目的均值及标准差，将数据标准化。 ( 2 ) 将卢+ _ 3 0 r 以外的数据作为待查的异常数据。研究表明若设计范围在弘+ _ 3 0 r 之 间，则适用度为9 5 4 6 【5 9 】。 ( 3 ) 对于查找出的异常数据，在三维人体测量仪中调用对应的r b d 文件，重新运行 e x t r a c t 程序，观察其人体体型以及测量标识线，如因体型特殊，则该数据保留； 如因系统测量出错，则删除该样本的所有数据。 ( 4 ) 再次重复步骤( 3 ) 和步骤( 4 ) ，直至修改完所有错误。 通过反复确认，最终获得的样本总量为2 6 2 个。 由于三维人体测量仪不能得到人体的身高与体重数据，因此将通过辅助工具测量得到 的身高和体重数据添加到相应的人体数据表中。 浙江理工大学硕上学位论义 第三章人体体型数据的因子分析及调查问卷研究 本章对人体体型数据信息进行因子分析，提取最能反映人体特征的主要因子；并结合 问卷的方式对受测者进行体型满意度调查。 人体体型分析涉及到多变量的问题，课题研究中选择了8 0 个人体变量。这些变量之 间具有一定的相关性，而各变量之间的相关则意味着所反映的信息重合，如果不作处理直 接进行分析，相当于给这些部位数值进行加权，必然夸大某些信息因素的作用，使计算结 果发生畸变。因此在研究过程中，期望用较少的、起支配作用的综合变量把存在于各原始 变量中的主要信息分门别类地提取出来，这些综合变量既能综合反映原始变量中所包含的 主要的共同信息，并且相互之间是独立的。因此本论文借助因子分析的方法对原始变量进 行归类，分析人体体型特征。 3 1 因子分析 因子分析的主要目的在于：通过寻找或确定几个较少的假想“因子”来反映多个观测变 量中蕴含的大部分信息，从而浓缩或化简观测数据。同时，浓缩后的因子间相互独立，代 表了数据间的基本结构，使研究者能更方便地掌握数据的本质以及因子和观测变量之间的 关系。 本实验采用在因子分析方法中使用最多的基于主成分模型的主成分分析法。 主成分分析删是通过坐标变换手段，将原有的p 个相关变量置，作线形变化，转换为 另外一组不相关的变量y ；，可以表示为： 3 ：1 = u l i x l + u x l x 2 + + “川工p y 2 = “1 2 x i + “2 2 屯+ 。+ “p 2 工p y f = “1 p x l + “2 p x 2 + + “即x p 其中“鑫+ “五十+ “乙= 1 ，( _ j = l 2 ，p ) y 、y ：、y 。为原有变量的第一、第二、第p 个主成分。其中y l 在总方差中 浙江理工大学瑚l 学位论文 占的比例最大，综合原有变量的能力依次减弱。主成分分析就是选取前面几个方差最大的 主成分，这样达到了因子分析较少变量个数的目的，同时又能以较少的变量反映原有变量 的绝大部分信息。 主成分分析放在一个多维坐标轴中看，就是对_ 、x ：、x 。组成的坐标系进行平 移变换，使得新的坐标系原点和数据群点的重心重合，新坐标系的第一个轴与数据变化最 大方向对应( 占的方差最大，解释原有变量的能力也最强) ，新坐标的第二个轴与第一个 轴正交( 不相关) ，并且对应数据变化的第二个方向，依次类推。因此称这些新轴为第一 主轴u 。、第二主轴u ：等等，若经过舍弃少量信息后，原来的p 维空间降成m 维，仍能十分 有效的表示原数据的变化情况。生成的空间l ( “，、u ：、“。) 称为“m 维主超平面”。 用原样本点在主超平面上的投影近似的表示原来的样本点。主成分分析的步骤如下： ( 1 ) 数据的标准化处理 x ；= 孚 其中i = 1 , 2 ，nn 为样本点数，j = 1 , 2 ，p ，p 为样本原变量数目。为了方便，仍然 t 己b ；l 。，= b 。i 。， ( 2 ) 计算数据k l 。的协方差矩阵r 。 ( 3 ) 求r 得前m 个特征值： 丑以丸，以及对应的特征向量“、u ：、u ， 它们标准正交。 ( 4 ) 求m 个变量的因子载荷矩阵。 a = 口1 1 ，口1 2 ，a l m a 2 l ，a 2 2 ，口2 a p i a p 2 ，n m 厢 ：压，压 u 2 1 何，压，压 r-r-r。一 “p 丑，“p 2 a 2 ，“，旯。 确定m 有两种方法： ( 1 ) 根据特征值的大小确定，一般取大于1 的特征值 ( 2 ) 根据因子的累积方差贡献率来确定。 前m 个因子的累积方差贡献率计算方法为 l3 浙江理丁大学硕士学位论文 a ， q = 旦一 p 一般取累计方差的累积贡献率为7 5 以上来确定取前k 个成分为该研究问题的主成 分，也可以根据研究的需要自行确定。 本论文针对2 6 2 位江浙青年女性的8 0 个人体部位数据，用因子分析的方法提取彼此 不相关、信息不重叠的综合指标，并根据专业知识和指标所反映的含义对各因子命名。 实验采用的计算软件为s p s s ( s t a t i s t i c a lp r o d u c ta n ds e r v i c es 0 1 i o n ) 。该分析软件涵 盖了从数据录入、编辑整理、统计分析到报告图表和结果发布的全部功能f 6 1 i 。 3 1 1 因子分析变量的选取 通过三维人体测量仪所获取的7 8 项人体测量部位( 不包括身高和体重项目) 详细体 现了人体的体型