基于三维扫描数据的女性体型特征参数分析.docx

文章编号 :025329721 (2009) 0820117206基于三维扫描数据的女性体型特征参数分析杨允出1 , 2 , 陈敏之1 ,3 , 邹奉元1 , 2(1. 浙江理工大学 服装学院 , 浙江 杭州 310018 ; 2. 浙江理工大学 先进纺织材料与 制备技术教育部重点实验室 , 浙江 杭州 310018 ; 3. 东华大学 服装学院 , 上海 200051)摘 要 为在不同应用层次上提供一种完善的基于三维人体扫描数据库的体形分析参考标准 ,提出一种女性体形分析方案 ,包括体型类别分析方法 ,局部形态的特征分析和三维特征框架的数据分析 ,然后对 861 个 1845 岁的女 性对象进行体型类别的实例分析 ,主要包括 :基于躯干体积指数 ( tvi) 的体型分类 、基于胸腰比 臀腰比的体型分类及基于胸腰差 臀腰差的体型分类 ,目的是比较采用不同方法进行体型分类后的各群体体型变化趋势 。结果显示 ,基于 tvi 指数的分类效果较明显 ,胸腰比 臀腰比和胸腰差 臀腰差方法同属一种分类方法 ,分类效果接近 。采用我国服装号型标准中的分类方法 ,能很好反映人体下身围度相对逐渐增肥的趋势 。关键词 三维人体扫描 ; 体形分析 ; 体型分类 ; 躯干体积指数中图分类号 : ts 941117文献标志码 :afemale body sha pe para meters analysis ba sed on 32d scan datayang yunchu1 ,2 , chen minzhi1 ,3 , zou fengyuan1 ,2(1. fashion college , zhejiang sci 2tech university , hangzhou , zhejiang 310018 , china ; 2. key l aboratory ofadvanced textile materials and manuf acturing technology , ministry of education , zhejiang sci 2tech university ,hangzhou , zhejiang 310018 , china ; 3. fashion institute , donghua university , s hanghai 200051 , china)abstract this paper presents a systematic scheme on female body shape analysis from the three levels ,including the whole body type , local morphological characteristics and 32d body frame . then , the scan data of861 female subjects ageing 18 - 45 were analyzed based on different whole body type parameters , including torso volume index ( tvi) , the values of bust :waist and hip :waist , the values of bust2waist and hip2waist . the aim is to compare the body shape transformation of different group s after body type classification with different methods. the results showed that the classification is more significant with the first method and the second one and the third are similar . however , it is well reflected the increase trends of the circumference of the lower torso part among the different group s by using the classification based on the chinese size standard.key words three2dimension body scan ; body shape analysis ; body type classification ; torso volume index随着三维扫描技术的成熟 ,应用三维扫描技术进行人体调查与体型分析已成为国际上服装人体工 程研 究 的 热 点 。如 : 2002 年 英 国 完 成 的 sizeuk 项 目 ,2003 年美国完成的 sizeusa 项目等 。最近几年 在国内服装领域 ,一些高校相继引进三维人体扫描仪 ,进行了一定规模的人体调查 ,建立三维人体数据 库 ,并做了相关人体工程研究1 - 2 。本文在三维人体数据库的基础上 ,首先提出了不同层次的人体形态分析方案 ,并引入了一种新的体型类别评价指标 躯干体积指数 ,然后重点对 体型类别进行实例分析 ,为进一步研究数字化服装 量身定制系统提供支持 。1人体形态特征分析方案本文在前人研究的基础上1 - 9 , 基于三维人体收稿日期 :2009 - 01 - 11修回日期 :2009 - 04 - 16基金项目 :博士科研启动资金项目 (07026652y) 。作者简介 :杨允出 (1979 ) ,男 ,讲师 。主要从事服装数字化技术研究 。邹奉元 ,通讯作者 , e2mail :zfy166 hotmail . com。118 纺织学报第 30 卷扫描数据 ,从 3 个层次对女性人体形态特征进行系统的分析 。第 1 层次为人体的体型类别分析 。其方法是以 人体的关键特征数据为基础 ,采用多种量化方法 ,对 人体总体的体型特征进行分类 。同时对不同方法数据分析结果进行比较 ,以概括不同方法对体型分类 结果的差别 。该层次的分析 ,所需的特征信息量较 少 ,主要是二维尺寸数据 ,有些也涉及体重与躯干体 积 ,特点是面向服装批量生产 。第 2 层次为人体的局部形态特征分析 ,包括正面形态特征分析和侧面形态特征分析 。其方法是从 三维人体扫描数据中提取人体的正面形态特征指标 和侧面形态特征指标 ( 见图 1) ,然后对其进行统计 分析 ,并分别根据不同的形态特征指标进行形态分 类 。该层次的分析 ,能对人体局部形态进行量化 ,进一步补充体型分析未涉及到的人体特征信息 ,以细 化人体的形体类别 ,可以为服装的批量定制服务 。产或批量定制服装的合体性 。图 2 人体三维特征框架fig. 2 32d body frame with 10 feature cross2sections2体型类别分析211 体型的定性与定量描述在服装人体工程方面对体型的描述分为定性描 述和定量描述1 。定性描述是对人体的整体或局部 的形状进行观察以找出特征 ,并使用语言或符号对 形体的特征加以叙述 。定量描述是依据人体测量数据 ,通过数据或函数关系等对形体建立一定的模型 , 用数学语言表达形体 ,是较难的一种描述 ,包括人体 体型的量化和局部形态特征的量化 。21111定性描述根据肥胖程度来描述 ,常用的术语有肥胖型 、正 常型或中间型 、偏瘦型 。在服装工业领域 ,常按外形轮廓去描述体型 。主要的描述语言可概括为 :1) 形状 名称 ,如椭圆型 、圆型 、漏斗型 、菱型 、长方型 、直桶型 、三角型 、倒三角型 、勺型 、圣诞树型 、圆锥型等 ;2) 字母 或数字 ,如 o 型 、x 型 、h 型 、a 型 、8 字型等 ;3) 水果或蔬菜名称 ,如苹果型 、梨型等 。另外还有用年龄阶段 去描述 ,如少女型 、小姐型 、少妇型 、妇女型3 。21112定量描述体型的量化指标包括头身比 、围高比 、差值法和 体型指数等 。头身比是指人体总体高与头长的比 ;围高比是用关键部位的围度与人体身高的比值进行体型分类 ;差值法是用胸腰差或者臀腰差判别体型 。 体型指数是利用计算方法 ,将形体中的一些数据加 以比较 ,得出 1 个新的数值 ,以此来表明体型特征 。对于体型指数的定义也不是固定不变的 ,而是根据 被研究形体的侧重点确定的 。在服装人体工学领图 1 人体局部形态特征指标fig. 1 local shape characteristic parameters of human body第 3 层次为基于人体三维框架的特征分析 。其方法是从三维扫描数据中定义并提取描述人体三维 信息的主要特征数据 ,作为人体的三维特征框架信息 ,然后以特征框架数据为基础 ,对人体进行个性化的分析 。本文从人体躯干部分共提取 10 个关键切 面 ,作为人体躯干的特征框架数据 ( 见图 2) 。该层 次的分析 ,所需的体形信息量较大 ,但相对于原始扫描数据 ,其信息量得到了有效的缩减 ,同时很大程度 上保留了人体的主要三维特征信息 。利用该特征框 架 ,以一定的方法能对人体的三维形状进行重构 。 另外 ,通过特征框架数据的统计分析 ,能获得目标群 体的平均三维形态 ,为建立基于该群体的标准人台 提供服务 。其结果将有望进一步指导与改善批量生 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 119 第 8 期杨允出 等 :基于三维扫描数据的女性体型特征参数分析域 ,国际上常用指数是 bmi ( body mass index) ,它是人体体重与身高平方的比值 。212体型类别分析实例研究中采用的特征参数分别 为 胸 围 、腰 围 、臀 围 、躯 干 体 积 、躯 干 高 。采 用 的 体 型 量 化 方 法 分2 种 :一种是量化人体体型整体胖瘦程度 ,即采用躯 干体积指数的量化方法 ,躯干体积指数 = 躯干体积与躯干长度的平方之比 ; 另一种是量化人体体型的整体形状 ,即胸腰差 臀腰差的量化方法和胸腰比臀腰比的量化方法 。人体 扫 描 数 据 样 本 为 华 东 地 区 , 年 龄 在 18 245 岁的女性 , 共计 861 个 。扫描设备为美国 tc三维人体扫描与测量系统 ,样本数据的 5 个特征参数的基本统计信息见表 1 。表 1 各特征参数与体型量化指标的基本统计信息basic statistical inf ormation of different characteristic para metersta b. 1特征参数胸围cm腰围cm臀围cm躯干长度cm躯干体积cm胸腰差cm臀腰差cm躯干体积指数cm3胸腰比臀腰比均值标准差 最小值最大值15 %30 %45 %60 %75 %90 %881757121871161120190811718415587104891789216098120761888133559121115150681537118674178781328211888115941445133880190122125891159116593121951249713910114165114310145415078125621256313864150651506617568175321725192320133621012710529119311263312335156401361118841519- 216827117617991511114913122151001716117156511503149331271116814189171311913321144241091116010690196961142511108441112001114891117771120601125321124010871103611147101113951118371122521126071129991135297168 10311094 10351587 103131917 1036163 1037102 1037140 1037177 1038118 1039106 10321211基于躯干体积指数的体型分类三维形状观察 。最后将偏瘦体和肥胖体的躯干体积指数划分标准分别调整为 6170 与 9170 。 在确定偏瘦体与肥胖体后 ,中间部分 (即躯干体积指数值在 6170 至 9170 之间) 为一般人体体型 ,由 于体型范围较大 , 将其再分为 2 种 , 中间体与丰满体 。划分方法是以 6170 与 9170 之间的中间值 8120为分 界 点 。在 6 170 , 8120 之 间 的 为 中 间 体 , 在8 120 ,9170 之间的为丰满体 。表 2 列出了根据体 积指数 tvi 进行体型分类的结果 。由该表可知 ,在所有的调查样本中 ,中间体型最多 ,为 504 个 ,占总 数的 58154 % ; 偏 瘦 体 与 丰 满 体 分 别 占 17165 % 和19128 % ;肥胖体最少 ,为 39 个 ,仅占 4153 % ,但肥胖体的 tvi 指数跨距最大 ( 9170131917) ,在此区间 ,可以进一步划分 ,如将 tvi 值大于 1115 的人体确定 为特胖体型 。本文由于肥胖体数据量较少 ,故不做 划分 。表 2 基于躯干体积指数的体型分类结果ta b. 2 result of body type classif ication based on tvi在服装 人 体 工 学 领 域 , 国 际 上 常 用 的 指 数 是bmi( body mass index) 3 - 5 , 它是人体体重与 身 高 平 方的比值 。由于该指数与体重有关 ,也就与人体的体积与密度有关 。在服装工业中 ,对于体型判别注 重的是人体的形体轮廓 ,即体积因素 ,而与密度无直接关系 。有学者根据 bmi 指数 ,定义了一个类似的 更适 合 服 装 工 业 应 用 的 人 体 体 积 指 数 bvi ( body volume index) = 人体体积身高2 6 - 8 。该指数有效地消除了人体密度差异对体型的影响 。但由于本文研 究的对象是人体躯干 ,而且人体的体型特征信息主要集中在躯干 ,四肢与头部的形状信息对于服装的 应用价值相对较小 ,因此 ,本文在 bvi 指数的基础上 进行了 修 正 , 提 出 躯 干 体 积 指 数 tvi ( torso volume index) = 躯干体积躯干长度2 。该指数的意义可以理解为人体躯干的平均横切面面积与躯干长度的比 值 。它的定义有效剔除了人体四肢与头部形状的差 异对整体体型的影响 。当然 ,躯干体积的计算相对 人体体重要复杂 ,需要人体扫描的精确数据 ,本文由三维扫描系统获得 。根据人体躯干体积指数的正态分布图 ,左右侧 各取 10 %左右作为划分偏瘦体 ,肥胖体的参考 。根 据数据统 计 结 果 , tvi 数 据 的 15 %分 位 数 为 6163 ,90 %分 位 数 为 9106 。然 后 , 对 躯 干 体 积 指 数 接 近6163 与 9106 的人体扫描数据 ,通过 tc 2 系统进行体型类别躯干体积指数频数百分比%偏瘦体中间体 丰满体肥胖体 917015250416639171655815419128415321212基于胸腰比 臀腰比的体型分类在服装工程领域中 ,基于胸腰比 臀腰比的体型分类方法也是经常使用的方法 。 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 120 纺织学报第 30 卷根据胸腰比 、臀腰比的变化 , 可 知 他 们 之 间 的3 种变化趋势 ,见图 3 。由于体型的类别只是从整体 上反映人体形状特征 ,且不同体型间的划分比较模 糊 。在此 ,本文将 3 种变化趋势中的中间状态的体 型合并到左右 2 种体型中 。这样就将体型类别确定为 4 种 ,分别为 x 型 、h 型 、a 型 、v 型 ,如图 4 所示 。势 ;胸腰比减小 ,臀腰比也有减小的趋势 。这也验证了 x 型和 h 型人体的比例较大 ,a 型和 v 型人体的 比例相对较小的结果 。图 3 人体体型的 3 种变化fig. 3 three transformation of female body type图 5 胸腰比 臀腰比数据散点图fig. 5 scatter diagram of bust :waist and hip :waist21213基于胸腰差 臀腰差的体型分类许多国家的服装号型标准中 ,都采用胸腰差臀腰差的体型划分方法9 。为此 ,本文将对该方法进行数据分析 ,以便与基于胸腰比 臀腰比的体型分类方法进行比较 。由表 1 可知 ,所有样本数据的胸腰差的范围为- 2 168 ,27117 ; 臀腰差的范围为 3 149 ,33127 。若 按我国的服装号型标准中的体型分类进行划分 ,结 果如表 4 所示 。由该表可知 ,在所调查的 861 名女 性人体中 ,绝大部分集中在 a 、b 、c 这 3 种体型 ,共占 9313 % ,其中 b 体型最多 , 为 355 个 , 占 4112 % 。 这与以往调查的 a 体型占最大比例的结果有些变 化 。本文认为原因之一是在扫描数据的腰围尺寸提 取时 ,是以人体后部轮廓最凹的位置为标记进行水 平测量的 ,所得的数据一般要比人体的最小腰围偏 大 ,从而导致胸腰差值的整体数据变小 。图 4 合并后的体型类别fig. 4 body type classification after merging根据胸腰比值和臀腰比值的数据分析结果 ,取他们的平均值作为划分界线 ,具体的划分标准与结 果如 表 3 所 示 。由 该 表 可 知 , 所 有 对 象 中 x 型 和v 型的频数相同 ,均为 335 个 ,各占 38191 % ;a 型人 体 91 个 ,占 10157 % ;v 型人体 100 个 ,占 11161 % 。表 3ta b. 3基于胸腰比 臀腰比的体型分类结果result of body type classif ication based onbust :wa ist and hip :wa ist表 4ta b. 4服装号型标准中的女性体型分类结果result of body type classif ication based on garment size standard体型类别胸腰比臀腰比频数百分比%381913819110157x 型h 型a 型 v 型 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 181513 15 ,18158 15 , 1315 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值 平均值323286121各特征参数平均值比较different para meters comparison based on bust2wa ist and hip2wa istta b. 8131 1512 胸围cm腰围cm臀围cm躯干长cm躯干体积cm3体型类别8612990194951778315870159831488111574103921519612395108941706417665159651626416729195 10335146 10336125 10330130 103x 型h 型 v 型 a 型表 9 采用我国服装号型标准进行体型分类后各特征参数平均值比较ta b. 9 different para meters based on the garment size standard躯干长 躯干体积体型类别胸围cm腰围cm臀围cmcm3cm31142 10331152 10332145 10335120 103y 型a 型b 型c 型91146881698811389117711087310876195831509211293116941399619265121641836419765184图 6 胸腰差 臀腰差数据散点图fig. 6 scatter diagram of bust2waist and hip2waist21214不同体型分类方法的比较不同的体型分类方法 ,其注重的角度不一样 ,采 用 3 种不同方法的体型分类后 ,人体各特征参数的平均值的变化情况 ,如表 69 所示 ( 这里只分析本文涉及的 5 个特征参数) 。表 6 采用 tvi 进行体型分类后的各特征参数平均值比较 ta b. 6 different para meters comparison ba sed on tvi 况 。由表 78 可知 ,采用胸腰比 臀腰比和采用胸腰差 臀腰差 2 种方法进行分类后 ,对应各指标的变化规律比较接近 ,分类的结果都能反应人体的廓形变化特征 。具体特征如下 : 1) x 型人体 ,腰围较小 , 胸腰差 、臀腰差均较大 ;2) h 型人体 ,腰围较大 ,胸腰 差 、臀腰差均较小 ;3) v 型人体 ,腰围中等偏大 ,但比 h 型小 ,胸腰差相对增大 ,开始接近或大于臀腰差 ;4) a 型人体 , 腰围中等 , 胸 腰 差 较 小 、臀 腰 差 较 大 。另外 ,从 tvi 值的变化看 ,调查对象中 h 型 、v 型的 tvi 值相对较大 , 说明这 2 类样本中肥胖或丰满体 型可能偏多 。由表 9 可知 :腰围 、臀围平均值的变化 顺序是由 y 型 、a 型 、b 型 、c 型逐渐增大 ,其中腰围 增大较明显 ; 而胸围平均值是 y 体型稍大 ,a 型 、b 型 、c 型胸围平均值基本接近 ;躯干体积平均值 c 型 稍大 , y 型 、a 型 、b 型基本接近 ; 躯干长度平均值 ,4 种体型基本接近 。由此说明 , 对于课题中所调查 的样本对象 ,采用我国服装号型标准进行体型分类 ,体型胸围类别cm腰围cm臀围cm躯干长cm躯干体积cm326176 10332103 10338131 10347188 103偏瘦体81105中间体87182丰满体96170肥胖体 1061596712976111851929612588187941059819810712064159651186511766172由表 6 可知 ,采用 tvi 值进行体型分类后 ,各体型躯干 长 的 平 均 值 比 较 接 近 , 为 65 cm左 右 。而 胸 围 、腰围 、臀围和体积的变化明显呈递增趋势 ,接近线性变化 。从此结果 ,即高度不变 ,围度逐渐增加 ,验证了 tvi 指数能很好地表示人体的体积肥瘦情 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 122 纺织学报第 30 卷更能反应人体下身围度相对逐渐增肥的趋势 ,但不能很好地反应人体躯干体积整体增肥的趋势 。3simmons k , istook c l , devarajan p. femalefigure identification technique ( ffit) for apparel part i : describing female shapesj . journal of textile and apparel technology and management , 2004(1) :1 - 16.devarajan p , istook c l . validation of female figureidentification technique ( ffit) for apparelsoftware j . journal of textile and apparel technology and management ,2004 (1) :32 - 54.simmons k , istook c l , devarajan p. female figure identification technique ( ffit) for apparel part ii : development of shape sorting software j . journal of textile and apparel technology and management , 2004 ( 1) : 17 -31.knox a , graham h , connell l j . body shape3结束语41) 在体型类别的实例分析中 ,首先采用基于躯干体积指数 ( tvi) 分类 。该指数是在前人相关的研 究基础上 ,根据服装工程的特殊应用提出的一种新 的体型分类指数 。2) 为了从人体的几何外形因素考查体型类别 ,采用胸腰比 臀腰比和胸腰差 臀腰差 2 种传统分类5方法对所有的试验数据进行分析 ,结果将体型类别分为 x 型 , h 型 ,a 型 ,和 v 型 4 类 ,并分别建立相应 的划分参考 。通过对各种方法进行比较 ,显示基于 tvi 指数的分类效果较明显 ,胸腰比 臀腰比和胸腰6assessment with2006 - 08 - 10 .respect to pattern engineering r ol .h