王永榮， 李嘉怡， 金 枝， 孫 悅

(1. 東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室，上海 200051； 3. 廣西科技大學(xué) 藝術(shù)與文化傳播學(xué)院， 廣西 柳州 545006)

不同路況中騎行者皮膚變形分析

王永榮1,2， 李嘉怡1， 金 枝3， 孫 悅1

(1. 東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室，上海 200051； 3. 廣西科技大學(xué) 藝術(shù)與文化傳播學(xué)院， 廣西 柳州 545006)

為明確在不同路況和不同騎行動作下的皮膚變形量，針對人體在上坡、平地和下坡3種不同路況下的騎行姿勢，分別提取4個關(guān)鍵騎行動作進行測試與分析。結(jié)果表明：下坡路況時的肩寬縮小程度最大，達-14.26%；平地和下坡路況下背寬的變化率在25%以上；腰圍在騎行過程中增大，下坡路況時腰圍變化最大，而上坡路況時最?。恍貒?、大腿圍、小腿圍的變化率都小于3%；人體的前上半身長都呈收縮狀態(tài)，平地和下坡路況時變化率達-10%以上；后背長呈拉伸狀態(tài)，但變化率不足5%；人體正面腰圍線到小腿圍線的總長減小，但人體側(cè)面的腰圍線到小腿圍線的總長變化不大。

騎行姿勢； 路況； 皮膚變形； 騎行服裝

近年來，騎行運動裝備市場發(fā)展迅猛，但國內(nèi)的騎行運動裝備起步較晚，在材料、技術(shù)等方面依舊與先進水平有一定的差距。分析運動姿勢，研究各種姿勢下身體皮膚的變形是設(shè)計具有良好適體性功能服裝的必要前提[1-2]。研究者通過分解戶外運動和跑步常見姿勢，并依據(jù)各姿勢下的皮膚變形數(shù)據(jù)設(shè)計戶外運動褲和跑步服[3-4]。先進的接觸式和非接觸式測量方法分別被用來測試人體皮膚變形[6]，如非接觸式三維人體掃描方法[6-7]。在騎行服裝方面，楊娟等[8]對騎行者的上下車動作、常規(guī)騎行、離座騎行和發(fā)力騎行的動作進行了分解，并且測量了在這幾個動作下腰圍、臀圍、大腿根圍、膝圍、小腿中圍、前檔長、后襠長、腿長等基本尺寸，提出騎行褲的優(yōu)化方案。羅蘭等[9]采用人體捕捉方法提取騎行中人體的5個動作特征，對這5個動作下的腿部進行了皮膚變形實驗。 以上對騎行姿勢下的人體各部位變形的研究局限于一般的正常路況下，但在實際騎行中騎行姿勢會隨路況的改變而改變，尤其是在上坡和下坡路況中人體各部位的圍度和縱向尺寸隨騎行姿勢變化明顯，因此，應(yīng)當把這些路況下的皮膚變形也考慮到服裝設(shè)計中。

本文對上坡、平地和下坡3種路況下的騎行姿勢進行分析，研究了在不同路況、不同騎行姿勢下的橫縱向皮膚變形。

1 實驗部分

1.1 測試對象

選取5位女大學(xué)生為實驗測試對象，身高為160～170 cm，體重為48～55 kg。

表1 測試者基本信息

1.2 不同路況下騎行動作分析

在騎行運動中，不同路況下的騎行姿勢各有區(qū)別。本文實驗中采用車架及墊臺固定自行車，分別模擬上坡和下坡狀態(tài)，上坡坡度為36.6%，下坡坡度為25.3%。根據(jù)騎行運動中的人體工效分析，在每種路況騎行中，上身姿勢確定為：上坡時，采用離開座墊發(fā)力的騎行姿勢，騎行者上身向前，手臂自然彎曲，胸口部位盡量往龍頭靠近；平地時，騎行者上身往前傾斜，傾斜角約為55°，手臂自然彎曲，肩關(guān)節(jié)幾乎成90°夾角；下坡時，騎行者臀部稍微往坐墊后靠，腹部盡量往前，手稍微彎一點，肩關(guān)節(jié)角度接近100°。在每種路況中，上身動作保持不變，腿部分別選取4個動作：動作1，被測量的腿部到達上死點，即最高點；動作2，被測量的腿部處在用力階段，并且膝蓋高度與另外一只腳的膝蓋高度處于水平位置；動作3，被測量腿部處在下死點，即最低點；動作4，被測量腿部處在恢復(fù)階段，并且膝蓋高度與另外一只腳的膝蓋高度處于水平位置。上坡路況中的4種騎行動作如圖1所示。

圖1 上坡路況中的4種騎行動作

1.3 測試部位和流程

腰圍以上測量包括：肩寬、背寬、胸圍、臂圍；前半身長、后背長。腰圍以下測量包括：腰圍、大腿圍、膝圍、小腿圍；腰圍到大腿圍長(正/側(cè))、腰圍到膝圍長(正/側(cè))、腰圍到小腿圍長(正/側(cè))、膝圍到小腿圍長(正/側(cè))。

測量人體動態(tài)形變的方法有拉伸線法、體表畫線法、石膏帶法與捺印法等。其中體表畫線法最為常用，其方法是在人體運動狀態(tài)下通過測量皮膚上投影線的長度，對相關(guān)部位的皮膚變化進行測量，但由于被測試者特殊部位的局限性，本文實驗采用在人體上黏貼高彈性繃帶來代替人體畫線法,如圖2所示。

圖2 人體正、側(cè)、背貼線示意圖

測量順序如下：1)依次測出靜止直立時身體所有測量項目尺寸；2)測量上坡騎行時腰部以上測量項目的尺寸，然后依次測量腰部以下動作1～4的所有測量項目尺寸；3)按照2)中的方法分別測試平地和下坡路況中的騎行者皮膚變形。為了減小誤差，軟尺貼附于身體表面，不可緊壓皮膚，松度始終保持一致；讀取數(shù)據(jù)時，測量者視線垂直于標尺部分，不可斜視。

1.4 各部位尺寸變化率的計算

根據(jù)下式計算騎行者各部位尺寸變化率ε，負值代表收縮，正值代表拉伸。

式中：C1為不同路況、動作下騎行者各部位尺寸；C2為站立狀態(tài)下騎行者各部位尺寸。

2 結(jié)果與討論

2.1 腰部以上數(shù)據(jù)分析

肩寬、背寬、胸圍的測量值見表2。肩寬、背寬、胸圍的尺寸變化率見圖3(a)。在上坡、平地和下坡這3種路況下肩寬都是呈減小趨勢。在平地和下坡路況由于身體更往前傾，手臂向前支撐，致使肩寬減小的幅度更大，尤其是下坡路況下肩寬變化率達-14.26%。不同路況下背寬都呈增大趨勢，平地和下坡路況下的背寬變化率分別達到31.41%和26.34%。胸圍在3種路況下雖然都呈增大的趨勢，但不明顯，在5%以內(nèi)。

表2 不同路況中腰部以上尺寸

圖3 腰部以上尺寸變化

前半身長、后背長變化率見圖3(b)。分析可知，3種路況下的前半身長都呈縮小的趨勢，由于平地和下坡路況下的上身騎行姿勢比上坡時更前傾，所以平地和下坡時的前半身長縮小的比率較大，分別達-13.11%和-11.85%。3種路況下后背長都呈伸長趨勢，但變化率不大，在3%左右。

2.2 腰部以下數(shù)據(jù)分析

2.2.1 圍度變化分析

表3示出不同路況中圍度尺寸的測量值。圖4示出人體圍度尺寸變化率。

表3 不同路況中圍度尺寸

圖4 圍度變化

由圖4(a)可知，由于身體往前傾造成腰部軟組織和皮膚堆積，不同路況、動作的腰圍都呈增大趨勢。其中上坡時腰圍增大較小，下坡時腰圍增大最大。下坡中，在完成第2個動作時的腰圍變化率最大，為7.28%。由圖4(b)可知，3種路況中，大腿圍變化都不大。其中，在下坡路況中，第1個動作下大腿圍變化率最大，為3.5%。由圖4(c)可知，在平地和下坡路況中，膝圍變化相似，都是動作1、動作4時變化較大，動作2、動作3時變化較小。下坡路況中，膝圍在動作1時變化率最大，為6.31%，在動作3時處于收縮狀態(tài)，為-0.98%；平地路況中，膝圍在動作4時變化率最大，為4.52%；上坡路況中，膝圍也是在動作1時變化率最大，為4.31%。由

圖4(d)可知，不同路況下的小腿圍都是在動作1時達到最大變化率。

2.2.2 縱向變化分析

表4示出不同路況中人體縱向尺寸的測量值。圖5示出人體正面縱向尺寸變化率。由圖5(a)可知。在騎行過程中人體正面的腰圍到小腿圍這段長度都呈收縮變化。在下坡路況中，動作2時收縮率達到最大，為-9.79%。由圖5(b)可知，人體正面的腰圍到大腿圍這段長度都呈收縮狀態(tài)。在不同路況中，這段長度隨動作的改變而呈現(xiàn)的變化規(guī)律相似。即動作1收縮最大，動作3收縮最小。在上坡路況中，尺寸變化相對較小。在下坡路況中，動作1時收縮程度最大，變化率為-37.17%。由圖5(c)可知，人體正面的大腿圍到膝圍間的長度在騎行過程中基本呈拉伸狀態(tài)，動作1時拉伸最明顯，其次是動作4。在上坡路況的動作1時，這段長度達到了最大的拉伸率，變化率為10.34%。由圖5(d)可知，騎行者正面的膝圍線到小腿圍線這段長度，3種路況下的動作3和在上坡中的動作4變化不大。其他路況下，動作1、動作2、動作4基本上都呈拉伸狀態(tài)，在動作1時達到最大拉伸。其中在平地路況中的動作1變化率最大，為27.71%。

表4 不同路況中人體縱向尺寸

圖5 人體正面縱向尺寸

圖6示出人體側(cè)面縱向尺寸變化。由圖6(a)可知：與人體正面的腰圍到小腿圍的長度相比，側(cè)面的這段長度變化小，最大的收縮率不超過-5%；不同路況中，動作1時達到最大變化率。由圖6(b)可知：側(cè)面的這段長度呈現(xiàn)收縮、伸長交替變化；所有動作1、3、4都是呈收縮狀態(tài)，收縮程度不大，在平地路況中，動作1達到最大收縮率-2.45%；平地和上坡路況中，動作2呈拉伸狀態(tài)，最大拉伸率為1.62%。由圖6(c)可知：側(cè)面的大腿圍到膝圍這段長度在騎行過程中基本都呈收縮狀態(tài)，但收縮不大；3種路況下，動作1的收縮率均較大，其次是動作4，最大的變化率出現(xiàn)在上坡路況的動作1，變化率為-4.82%。由圖6(d)可知：側(cè)面的膝圍到小腿圍這段長度在騎行過程中基本上都呈收縮狀態(tài)，但是無論在哪種路況下動作2和動作3變化不大，動作1和動作4的收縮比較大；最大出現(xiàn)在上坡路況的動作1，變化率為-10.23%。

圖6 人體側(cè)面縱向尺寸

3 結(jié) 論

本文分析騎行者在上坡、平地和下坡3種路況下的騎行姿勢，分別提取4個關(guān)鍵騎行動作，研究在不同路況和不同騎行動作下的皮膚變形。在騎行測體實驗中測試了基本圍度(胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍等)和基本長度(前身長、后背長、下肢長等)，得到以下結(jié)論：

1)肩寬在騎行過程中都比靜態(tài)直立下小，其中下坡路況中的肩寬縮小程度最大，達-14.26%；騎行狀態(tài)下的背寬卻比靜態(tài)直立狀態(tài)下的大，平地和下坡路況中背寬的變化率都在25%以上；腰圍在騎行過程中增大，且下坡路況中的腰圍變化最大，而上坡路況時最?。恍貒?、大腿圍、小腿圍的變化率都小于3%，基本不變。

2)騎行過程中人體的前半身長基本上都呈收縮狀態(tài)，平地和下坡路況都達-10%以上；而由于后背隆起后背長呈拉伸狀態(tài)，但變化率不足5%；人體正面的腰圍線到小腿圍線的總長呈收縮狀態(tài)，但人體側(cè)面的腰圍線到小腿圍線的總長變化不大，變化率在-5%以內(nèi)。

FZXB

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Analysis on skin deformation of rider during cycling under different road conditions

WANG Yongrong1，2， LI Jiayi1， JIN Zhi3, SUN Yue1

(1.Fashion·ArtDesignInstitute，DonghuaUniversity,Shanghai200051,China； 2.KeyLaboratoryofClothingDesignandTechnology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China； 3.CollegeofArtandCultureCommunication,GuangxiUniversityofScienceandTechnology,Liuzhou,Guangxi545006,China)

In order to explicit the skin deformation of a rider when cycling under different road conditions and body postures, four body postures under three different road conditions were analyzed. The skin deformation was measured during the process. Research results were as followed. The shoulder breadth reduced to -14.26% under downhill condition, the back width increased to more than 25% under normal and downhill conditions, and the waist girth increased to the most under downhill condition and to least under uphill condition. The chest, thigh and calf girths changed no more than 3%. The front of upper body reduced in levels, and the deformation was more than -10% under normal and downhill road conditions. The back of upper body increased no more than 5%. The front length from waistline to calfline was reduced, but its lateral length was not changed too much.

riding posture; road condition; skin deformation; cycling sportswear

10.13475/j.fzxb.20150603406

2015-06-16

2016-02-27

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(15D110732)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目(201410255020)

王永榮(1983—)，女，副教授，博士。研究方向為功能性壓力服裝研究開發(fā)與人體工效。E-mail：yrwang@dhu.edu.cn。

TS 941.2

A