潘 力, 王 軍,2, 姚 彤, 于 佐 君

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 服裝學(xué)院, 遼寧 大連 116034; 2.天津工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與服裝學(xué)院, 天津 300387; 3.大連工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與信息工程學(xué)院, 遼寧 大連 116600 )

0 引 言

人體測(cè)量為與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的行業(yè)提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),主要有接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量2種方式[1]。接觸式測(cè)量是指測(cè)量?jī)x器與人體直接接觸從而直接獲得人體數(shù)據(jù)信息的測(cè)量方式,測(cè)量工具主要是馬丁測(cè)量?jī)x。非接觸式測(cè)量是指測(cè)量工具不與人體直接接觸,通過(guò)間接手段獲得人體數(shù)據(jù)信息的測(cè)量方式,測(cè)量工具主要是非接觸式三維人體掃描儀[2-3]。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響到數(shù)據(jù)的可用性[4-5]。在基于三維人體測(cè)量的服裝數(shù)字化應(yīng)用研究中,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證及與傳統(tǒng)服裝標(biāo)準(zhǔn)中手工測(cè)量數(shù)據(jù)的比較分析是相關(guān)研究的基礎(chǔ)。本文基于服裝號(hào)型標(biāo)準(zhǔn),對(duì)三維掃描與手工測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較研究,分析了三維掃描數(shù)據(jù)的可用性及2組數(shù)據(jù)差異產(chǎn)生的原因。

1 人體測(cè)量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):大連工業(yè)大學(xué)遼寧省數(shù)字化服裝設(shè)計(jì)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象:18～25周歲在校女大學(xué)生。

實(shí)驗(yàn)儀器:Vitus Tech math三維人體掃描儀、馬丁測(cè)量?jī)x。

測(cè)量數(shù)據(jù):身高、胸圍、腰圍、臀圍、第7頸椎點(diǎn)高、全臂長(zhǎng)、頸圍等。

2 樣本量的確定

為保證非接觸式三維人體測(cè)量和接觸式手工測(cè)量的數(shù)據(jù)比較在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有效,測(cè)量實(shí)驗(yàn)樣本量的大小應(yīng)能在95%的置信度和0.05(或更高)的顯著性水平下。經(jīng)驗(yàn)證,三維掃描測(cè)量和傳統(tǒng)測(cè)量差值的觀測(cè)值成正態(tài)分布,根據(jù)GB/T 23698—2009“三維掃描人體測(cè)量方法的一般要求”[6],查得最小樣本量可以用如下公式估計(jì):

(1)

式中:s為三維掃描與手工測(cè)量差值的標(biāo)準(zhǔn)差,δ為待檢的差值闕值,1.96為0.05顯著性水平下雙側(cè)檢驗(yàn)時(shí)的臨界Z值,1.65為95%置信度下的臨界Z值。

對(duì)于一個(gè)特定的系統(tǒng),差值標(biāo)準(zhǔn)差的真值通常是未知的,因此該值通過(guò)對(duì)類似系統(tǒng)的前期研究來(lái)估算。待檢測(cè)的差值闕值可以根據(jù)GB/T 23698—2009“三維掃描人體測(cè)量方法的一般要求”中查到,見(jiàn)表1。

對(duì)于每一項(xiàng)人體尺寸,三維掃描和傳統(tǒng)測(cè)量之間差值的方差是不同的,而且不同類別人體尺寸待檢的差值闕值也是不同的,所以通常針對(duì)不同類別的人體尺寸項(xiàng)目估算多個(gè)最小樣本量,選擇其中最大的一個(gè)。采用這種方法,在最差情況下計(jì)算所得的最小樣本量也足以滿足95%置信度和0.05顯著性水平的要求[6]。

表1 三維掃描與手工測(cè)量數(shù)據(jù)允許平均差異最大值

Tab.1 Maximum allowable mean difference of 3D scanner and manual measurement

體段長(zhǎng)度高度大圍度小圍度平均差異最大值/cm0.50.40.90.4

在前期研究的基礎(chǔ)之上,根據(jù)公式(1)計(jì)算出主要部位的樣本量如表2。根據(jù)表2,本研究所需樣本量最大的人體部位是臂長(zhǎng),需要204人。隨機(jī)抽取229名在校女大學(xué)生進(jìn)行接觸式與非接觸式測(cè)量,并比較研究2種測(cè)量方式提取數(shù)據(jù)的差異程度。

表2 人體主要測(cè)量部位最小樣本量

Tab.2 Minimum samples of main measurement body sites

身高第7頸椎點(diǎn)高臂長(zhǎng)頸根圍胸圍腰圍臀圍最小樣本量3964204130402717

3 2種測(cè)量方式測(cè)量數(shù)據(jù)的比較

3.1 基本統(tǒng)計(jì)分析比較

運(yùn)用SPSS17.0數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件分別對(duì)2種測(cè)量方式的基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果見(jiàn)表3。2種測(cè)量方式所提取的數(shù)據(jù)存在不同程度的差異,主要從數(shù)據(jù)的均值、最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差4個(gè)方面來(lái)衡量。從均值上看,差異最大的是胸圍,最小的是身高。三維掃描儀測(cè)量所得身高、胸圍、腰圍、臀圍數(shù)據(jù)略大于手工測(cè)量數(shù)據(jù),第7頸椎點(diǎn)高、頸根圍、臂長(zhǎng)數(shù)據(jù)略小于手工測(cè)量數(shù)據(jù)。2組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差相差較小,差值由小到大依次是身高、第7頸椎點(diǎn)高、腰圍、臀圍、頸根圍、胸圍和臂長(zhǎng)。

表3 2種測(cè)量方式測(cè)量數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)量

3.2 測(cè)量數(shù)據(jù)的相似性分析

測(cè)量數(shù)據(jù)的相似性分析主要依據(jù)測(cè)量部位的平均值進(jìn)行比對(duì)研究,2組數(shù)據(jù)的相似率即為平均值中的較小值與較大值的百分比。非接觸式三維掃描與接觸式手工測(cè)量數(shù)據(jù)的相似率見(jiàn)表4。

表4 非接觸式三維掃描與接觸式手工測(cè)量數(shù)據(jù)的相似率

Tab.4 Similarity rate of non-contact 3D scanner and contact manual measurement data

由表4數(shù)據(jù)可知,2種測(cè)量方式身體主要部位數(shù)據(jù)的相似率較高,相似率由高到低依次是身高、第7頸椎點(diǎn)高、臂長(zhǎng)、頸根圍、腰圍、臀圍、胸圍。

4 數(shù)據(jù)差異分析

4.1 誤差分析

手工測(cè)量與三維人體掃描的測(cè)量誤差可能主要有如下幾個(gè)方面:首先,人體呼吸的影響,一般人體呼氣和吸氣胸圍的差值為2～4 cm,故呼吸可能是胸圍及腰圍數(shù)據(jù)測(cè)量誤差形成的主要原因。其次,被測(cè)者身體晃動(dòng)會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的差異,輕微的晃動(dòng)也會(huì)對(duì)三維掃描結(jié)果產(chǎn)生較大影響。第三,受主客觀因素的影響,2種測(cè)量方式在確定人體骨骼點(diǎn)、測(cè)量部位時(shí)均存在一定誤差。

4.2 數(shù)據(jù)差異分析

高度及長(zhǎng)度方向數(shù)據(jù)差異分析:2種測(cè)量方式在高度及長(zhǎng)度方面數(shù)據(jù)差異較小,其中身高的均值、極大值與極小值相差最小。2組數(shù)據(jù)身高、第7頸椎點(diǎn)高和臂長(zhǎng)的相似率均較高,分別是99.9%、99.6%和98.9%。

圍度方向數(shù)據(jù)差異分析:2種測(cè)量方式所測(cè)胸圍、腰圍、臀圍、頸根圍數(shù)據(jù)存在一定差異。其中,三維掃描所測(cè)胸圍、腰圍及臀圍數(shù)據(jù)均值與極值均略大于相應(yīng)的手工測(cè)量數(shù)據(jù)。引起數(shù)據(jù)差異的主要原因與2種測(cè)量手段的圍度測(cè)量方式不同有關(guān),三維人體掃描儀提取圍度數(shù)據(jù)為體表不規(guī)則曲面周長(zhǎng),而手工測(cè)量提取體表近似圍長(zhǎng)。人體同一切面體表凹凸曲線長(zhǎng)通常大于其外輪廓橢圓圍長(zhǎng),其中胸部凹凸最大,因此2種測(cè)量方式的胸圍差異最大。

2種測(cè)量方式所得頸根圍數(shù)據(jù)均值差異較小,而極大值與極小值差異性相左。引起差異的主要原因可能是被測(cè)量者姿勢(shì)變化的影響。

此外,在測(cè)量圍度時(shí),無(wú)論是哪種測(cè)量方式,在確定相關(guān)圍度測(cè)量部位時(shí)都會(huì)存在一定的偏差,影響測(cè)量數(shù)據(jù)的差異。

2組圍度數(shù)據(jù)相似性由高到低依次是頸根圍、腰圍、臀圍和胸圍,相似率分別為98.2%、97.4%、97.3%和96.0%。

5 結(jié) 論

(1)非接觸式三維人體測(cè)量方式具有快速、準(zhǔn)確、全面獲取人體數(shù)據(jù)信息等優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于人體測(cè)量與數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目中。

(2)2種測(cè)量方式相比,在高度與長(zhǎng)度方向的平均值差異較小,圍度方向差異相對(duì)略大,其中胸圍平均值的差異最為顯著。

(3)非接觸式與接觸式測(cè)量方式提取數(shù)據(jù)的相似率總體較高,相似率由高到低依次是身高、第7頸椎點(diǎn)高、臂長(zhǎng)、頸根圍、腰圍、臀圍和胸圍。

(4)非接觸式三維人體掃描儀提取人體體表數(shù)據(jù)信息,對(duì)服裝用胸圍數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性測(cè)量有較明顯影響,可通過(guò)手工測(cè)量方式予以補(bǔ)充。

[1] 王軍,李曉久. 基于三維測(cè)量的數(shù)字化服裝應(yīng)用研究綜述[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2011(11):82-84.

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[5] 張淑君,丁笑君,鄒奉元. 三維人體掃描儀測(cè)量數(shù)據(jù)與手工測(cè)量數(shù)據(jù)關(guān)系研究[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 23(3):298-301.

[6] 全國(guó)人類工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 23698—2009 三維掃描人體測(cè)量方法的一般要求[S]. 北京:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.