人因工程概论 课件【ch06】人体生理学与服装设计

人体生理学与服装设计第六章高等学校动画与数字媒体专业[全媒体]创意创新系列教材人因工程概论01人体皮肤人体皮肤01皮肤是人体最大的器官之一，覆盖全身表面，直接同外界环境接触，具有保护、排泄、调节体温和感受外界刺激等作用。皮肤结构非常复杂，主要由表皮层和真皮层构成，如图6-1-1所示。一、皮肤结构人体皮肤01二、皮肤感觉1.机械感觉机械感觉分为触觉和压觉。其中，触觉是指在微弱的机械刺激下，皮肤触觉感受器兴奋引起的感觉；而压觉是指在较强的机械刺激下，深部组织变形引起的感觉。两者因性质上类似而统称触——压觉。触——压感受器是指皮肤内与机械刺激相关的感受器，其构造和功能存在种属差异，而且，触——压感受器随身体部位不同呈现显著差异。人体皮肤01二、皮肤感觉2.温度感觉温度感受器是指对恒定或者波动的温度刺激做出反应的感受器，其呈点状分布且属于游离神经末梢。感受冷刺激和热刺激的温度感受器分别称为冷感受器和热感受器。热感受器在热刺激和冷刺激下的放电频率分别呈现增加和减少现象。相反地，冷感受器在受热刺激和冷刺激时放电频率分别出现减少和增加现象。人体皮肤01二、皮肤感觉3.痛觉痛觉是指伤害性刺激作用于人体产生的感觉，其经常伴有不愉快的情绪活动及躯体和脏反应，属于游离神经末梢。任何形式的刺激只要达到一定强度都能引起痛觉，这种刺激可能或已导致组织损伤，如过冷、过热及各种过强的理化因素(如撞击和硫酸)。痛觉感受器几乎不发生适应，以使机体能保持警觉。人体皮肤01三、人体皮肤的变形1.人体运动系统人体运动系统由骨骼、肌肉、关节和皮下脂肪构成。骨骼发挥运动杠杆作用，肌肉附着在骨骼上，在神经系统的作用下，肌肉收缩带动骨骼围绕关节进行各种运动。(1)人体关节运动人体关节运动的形式是绕轴的转动，根据关节运动轴的方位，其可分为5种运动形式：屈伸运动、收展运动、旋转运动、环转运动和水平屈伸运动。人体皮肤01三、人体皮肤的变形1.人体运动系统(2)肌肉运动特征肌纤维有许多很细的蛋白质微丝，分为粗微丝(肌球蛋白)和细微丝(肌动蛋白)。两端的弹性成分构成一个收缩系统，如图6-1-3所示。人体皮肤01三、人体皮肤的变形1.人体运动系统(3)皮下脂肪体皮下脂肪组织造成了体表的柔软和圆润，使皮肤产生了滑移，这是与人体运动紧密相连的。人体皮肤01三、人体皮肤的变形2.人体皮肤变形皮肤的变形减轻了身体运动对肢体牵引的力度，使皮肤能够更好地参与人体运动。皮肤本身具有弹性，以某种伸长状态覆盖体表面，体表各个部位分布大小不同的皱纹，其与皮肤伸长性密切相关。皮肤在与皱纹走向相垂直的方向具备较好的伸展性和弹性，皮肤在皱纹方向伸长较少。人体皮肤01三、人体皮肤的变形3.皮肤变形测量方法测量人体形变的方法主要有体表画线法和捺印法等，用于准确地获得人体体表由于动作改变造成的皮肤变形。(1)体表画线法常用曲线尺测量人体展平面的基础线和等分线的长度，研究动态人体表面皮肤的变形量及变形率。动静态长度变形率的计算公式如下：人体皮肤01三、人体皮肤的变形3.皮肤变形测量方法(2)捺印法捺印法是采用橡章捺印首先在局部皮肤上按印，像章上有横向、纵向和斜向的直线；接着用拷贝纸复制，可拓下人体在不同运动状态下的印记；最后测量皮肤由于运动而产生变化的方向和程度。常用的像章直径有3cm和5cm两种。02人体体温调节人体体温调节02一、人体体温调节系统1.人体产热量人体体内的产热主要来自以下三个方面。(1)代谢性产热人体代谢性产热主要包括基础代谢、肌肉活动食物特殊动力效应和非寒颤性产热。(2)反射性产热人体反射性产热主要包括寒颤性产热和血管收缩产热。(3)行为调节产热人体行为调节产热主要有环境调节、食物调节和着装调节。人体体温调节02一、人体体温调节系统2.人体散热量人体体内的散热主要有以下三种方式。(1)物理性散热人体通过物理性散热方式散热，主要包括热传导、热对流、热辐射和蒸发四种方式。(2)反射性散热人体通过反射性散热方式散热，主要包括皮肤发汗和血管舒张。(3)行为调节散热人体行为调节散热主要有环境调节、食物调节和着装调节。人体体温调节02一、人体体温调节系统3.4种物理性散热方式(1)热传导热传导是热量从高温物体向低温物体传递的一种传热方式，而物质不发生移动。(2)热对流热对流是指气体或者液体等流体中质点发生相对位移而弓|起的热量传递过程，即通过流体的流动，使流体与所接触的物体表面发生热量转移。热对流包括自然对流和强迫对流。人体体温调节02一、人体体温调节系统3.4种物理性散热方式(3)热辐射热辐射以电磁波形式传递热量，为一种非接触传热方式，不需要任何物质作为媒介。(4)蒸发蒸发是由液态变成气态的物理过程，可发生于任何温度下。蒸发包括非显性蒸发和显性蒸发。人体体温调节02二、人体体温调节过程当周围温度环境变化或者代谢水平升高时，人体为了维持体温，一方面通过生理性调节进行，即机体自身的体温调节，但是其调节能力非常有限；另一方面通过行为性调节进行，如服装增减、场所转移和姿势调整等，这是人类为了适应自然界逐渐建立起来的调节方式。人体生理性体温调节主要通过温度感受器、中枢神经系统和效应器进行。人体体温调节02二、人体体温调节过程具体调节过程如下：分布在人体不同部位的外周温度感受器和中枢温度感受器将感受到的温度信号传入体温调节中枢，体温调节中枢把接收到的温度信号进行综合处理后，向体温调节效应器发出相应的启动指令，效应器则根据不同的控制指令进行相应的控制活动，如血管的扩张和收缩、肌肉活动和汗腺活动等(如图6-2-7所示)。03服装的功能服装的功能031.调节人体和服装之间的微气候人体和服装之间存在空气层，服装可以调节空气层的微气候，使之令人感觉舒适。服装对微气候的调节主要有，对温湿度和空气流速的调节，如热环境下散发体热，阻断辐射热；冷环境下保存体热；有效控制汗液蒸发，维持合理的体表湿度；防止风雨雪霜等的侵袭，控制好微气候，保护人体。一、触觉的生理基础服装的功能032.安全防护功能性具有某种防护功能的服装可以保护人体在特定环境下免受伤害。例如，消防服装可以保护人体免受热辐射的伤害，抗辐射服装可屏蔽放射性物质，医用防护服可以阻隔病菌等。除了调节微气候，还可以通过内外空气等物质交换，及时将水汽、汗液和各种代谢产物排出，使皮肤表面保持清洁与卫生。服装还能防止外界飞沙、灰土和粉尘等对皮肤的污染。一、触觉的生理基础服装的功能033.合体性和运动功能性人体关节运动、各部位皮肤变形及皮肤不均匀伸缩等都会引起服装形态变化及局部变形。如果服装过于紧身或者缺乏弹性，不仅阻碍人体活动，还会对人体产生压力，妨碍血液循环和呼吸。例如，穿着牛仔裤不适合运动幅度大的体育运动。一、触觉的生理基础服装的功能034.装饰功能性和标识性服装可以掩盖个体缺陷，改善人体形象。例如，体型矮胖的人应选择竖条纹或深颜色的衣服，这样可以产生延伸美感和收拢的效果，增加人体高度感和穿着美感。另外，服装还可以表示着装者的身份、地位、权力和能力等，如用服装表示职业和集团等。一、触觉的生理基础04服装舒适性服装舒适性04一、服装舒适性的定义服装穿着舒适的程度称为服装舒适性。人们穿着舒适性良好的服装会有轻松、自然和舒适的感觉，且活动灵活。广义的服装舒适性是指人体通过感觉(视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉)和知觉等对服装形成的一一种体验，包括生理舒适性、心理舒适性、社会文化方面的自我实现和满足感。狭义上的服装舒适性是指人体生理舒适性。服装舒适性04二、服装舒适性的分类1.接触舒适性人体与服装接触时所引发的各种神经感觉称为服装接触舒适性，主要包含服装材料对人体皮肤的机械刺激引发的触觉舒适性及皮肤与服装接触瞬间的冷暖感等。服装舒适性04二、服装舒适性的分类2.压力舒适性服装垂直作用于人体体表产生的力称为服装压力。服装压力舒适性是指服装允许人体自由活动，减少对人体限制，保持人体在不同运动状态下舒适的性能。例如，跑步服装需要具备优良的压力舒适性，可以通过减少服装覆盖面积或者采用大弹性面料来减小对人体运动的阻碍。服装舒适性04二、服装舒适性的分类3.热湿舒适性服装保持人体处于某一种热湿状态的性能称为服装热湿舒适性。在不同的环境和人体活动情况下，热湿舒适性合理的服装可以保持人体处于一种热中性状态，即不冷不热、不闷不湿。05服装接触舒适性服装接触舒适性05一、织物刺痛感和瘙痒感1.织物刺痛感机理传统观点认为刺痛感为皮肤过敏反应，而现代研究表明刺痛感是皮肤上的感觉神经末梢受到外界刺激，并且刺激达到一定强度时弓|起疼痛神经的低级活动，造成人体不舒适感。织物引起刺痛感的主要原因是织物表面存在大量的毛羽(即织物表面凸出的纤维)。服装接触舒适性05一、织物刺痛感和瘙痒感2.瘙痒感机理神经生物学家认为，瘙痒感是由皮肤交界处的疼痛感受器和浅层皮肤神经感受的。瘙痒是由作用于皮肤的低强度、长时间的作用力引起的，而痛觉是由高强度的作用力引起的。通常情况下，产生刺痛感的织物也会造成人体瘙痒感。除此之外，生理学实验研究证明人体着装的瘙痒感与刺痛感密切相关。因此，影响织物刺痛感的因素和瘙痒感类似。服装接触舒适性05一、织物刺痛感和瘙痒感3.影响织物瘙痒感的因素(1)织物表面毛羽因素织物表面毛羽的粗细、抗弯刚度、密度等对织物瘙痒感有显著影响。、、(2)人体因素人体因素主要体现在皮肤状态上，这取决于年龄和性别等因素。(3)环境因素温湿度是影响人体瘙痒感的主要环境因素。服装接触舒适性05一、织物刺痛感和瘙痒感4.织物防瘙痒感设计织物瘙痒感会显著影响服装穿着舒适性及消费者购买决定。刚硬的纤维容易对人体产生瘙痒感，如羊毛和麻纤维等。为了降低此类纤维的瘙痒感，研究者尝试通过消除织物表面毛羽改善织物瘙痒感。目前，麻织物服装的瘙痒感问题已经大为改善，可以作为贴身穿服装服装接触舒适性05二、服装瞬间冷暖感1.瞬间冷暖感的定义当人体接触服装时，皮肤和服装之间的温度差异会导致热量传递，使接触部位的皮肤温度升高或下降，并与非接触部位的皮肤温度产生差异，这种差异刺激经神经传导至大脑形成的冷暖判断称为瞬间冷暖感。人体和服装的温度差异是造成瞬间冷暖感的原因。服装接触舒适性05二、服装瞬间冷暖感2.瞬间冷暖感的影响因素(1)织物的导热性能(2)织物结构(3)织物含水量(4)人体部位(5)环境温湿度服装接触舒适性05二、服装瞬间冷暖感3.织物冷暖感设计设计师通过对织物进行设计以满足人们在炎热或寒冷条件下对织物接触冷暖感觉的需求。目前，织物接触冷暖感的实现技术有两种：一种是改变纤维的导热性能；另一种是采用后整理技术在织物表面涂覆放热或吸热物质。从改变纤维导热性能角度，可以通过增加或降低纤维导热性能获得。从织物后整理角度，可以在织物表面涂覆遇水吸热物质。06服装压力舒适性服装压力舒适性06一、服装压力的产生与压力舒适性1.服装压力的产生服装压力的产生主要来自以下三个方面。(1)服装自身重量引起的垂直负荷(2)服装形态形成的负荷(3)人体运动引起服装变形引起的负荷服装压力舒适性06一、服装压力的产生与压力舒适性2.服装压力舒适性形成机理服装压力舒适性是指来自服装的物理机械信号作用于人体，皮肤中的神经末梢(力传感器)将此刺激信号传递到神经系统末梢，此时物理刺激信号被转换为神经信号，再由神经末梢传送到大脑，大脑对刺激信号形成感觉，从而人体对所穿服装的物理机械刺激产生一个综合的主观舒适判断。服装压力舒适性06二、服装压力与服装舒适性的影响因素1.服装因素(1)服装尺寸人体在不同运动状态下，服装越宽松，人体前腋窝点、后腋窝点、肩胛骨点及肘部压力舒适性越好；服装宽松度对胸部和背部压力舒适性无明显影响。(2)服装材料服装材料对服装压力的影响主要是指服装重量、织物摩擦系数和织物延伸性的影响。(3)服装款式服装对人体各部位的压力与服装款式有关，不同服装款式会导致人体各部位分担的压力不同。服装压力舒适性06二、服装压力与服装舒适性的影响因素2.人体因素人体姿势和动作对服装压力的影响也表现在人体体表曲率的改变。人体动作或姿势会使身体相应部位产生变形和位移，体表曲率改变，从而导致局部服装压力的变化。若服装有足够的宽松量，人体动作及姿势的改变对服装束缚压力无明显影响。服装压力舒适性06三、舒适服装压力范围服装应该适合人体体型，对人体呼吸和血液循环等生理活动不造成阻碍且有利于人体活动。服装如果过紧、过重都会造成人体压迫感，约束人体活动，造成人体不适感。如表6-6-2所示为各类服装的压力范围。服装压力舒适性06四、服装压力对人体的影响1.对人体形态的影响如果服装压力超过人体的承受能力或施加压力的部位不当，就会出现伤害人体健康的情况。研究发现，当服装压力小于40g/cm2时，人体内脏形态、位置及生理功能均无明显变化；当接触压力大于此值时，随着服装压力的增大，内脏各器官的位置及形态会成比例增大，这会显著影响人体生理功能和自觉疲劳程度，进而影响人体健康。服装压力舒适性06四、服装压力对人体的影响2.对人体呼吸的影响呼吸次数是指每分钟内的呼吸动作次数。呼吸次数一开始随着服装压力的增大有减少趋势，但当压力进一步增大时，呼吸次数显著增加，而开始增加的时间和人体有关系。服装压力舒适性06四、服装压力对人体的影响3.对人体血液循环的影响吴丽娟研究了不同服装压力的束缚裤对人体血流量的影响，发现在一定临界压力下，血流量随着服装压力的增大而上升，这说明一定程度的服装压力可以促进血液循环；当压力超过此临界值时，静脉回流减少，血流量下降。川秀子等发现皮肤血流量随着护腿压力的增大先增加后减小。服装压力舒适性06四、服装压力对人体的影响4.对人体运动表现的影响在运动领域，合理的服装压力可以改善人体运动表现。例如，压缩衣被广泛应用于专业的长跑运动员或者业余爱好者。压缩衣可根据需要对身体特定部位施加一定的压力，稳定下层组织，减轻运动或疾病带来的身体不适，具有减少人体肌肉微损伤、促进血液循环及提高舒适度等作用。07服装热湿舒适性服装热湿舒适性07一、人体——服装——环境热湿交换机理人体-服装-环境的热湿交换过程如图6-7-2所示。服装热湿舒适性07一、人体——服装——环境热湿交换机理人体产生的汗液通过服装的传递过程和人体出汗方式有关，如图6-7-3所示。服装热湿舒适性07二、服装热湿舒适性的影响因素服装热湿舒适性的影响因素主要有服装、人体和环境。1.服装(1)织物织物的传热性质是由构成织物的纤维及织物形态决定的。(2)服装覆盖面积服装覆盖人体面积的大小对服装保暖性影响很大。服装热湿舒适性07二、服装热湿舒适性的影响因素1.服装(3)服装合身性和松紧度服装的合体性和松紧度决定人体与服装之间空气层的厚度。(4)服装开口服装开口通常指衣领、门襟、袖口、下摆和裤口等衣下空气进出口。(5)服装层数服装热湿舒适性07二、服装热湿舒适性的影响因素2.人体活动及姿态人体运动会改变服装的保暖性能。原因是，人体运动时，人体与周围空气形成相对风速，加大了对流散热量；人体与服装之间空气层对流加强，产生了“风箱效应”，促进了对流散热；空气流动增加了皮肤表面的汗液蒸发，促进蒸发散热量。人体姿态的变化也影响服装的保暖性能。服装热湿舒适性07二、服装热湿舒适性的影响因素3.环境风速是影响服装保暖性的主要因素。风速会显著降低服装的保暖性，原因是，促进了服装开口部位内外空气的对流；气流会通过织物空隙渗透到服装内