叢曉丹，姜 洋

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三維人體測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

叢曉丹，姜 洋

人體測(cè)量是正確把握人體特征的必要手段，它可以掌握人體有關(guān)部位的具體數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析研究。三維人體掃描系統(tǒng)的非接觸光學(xué)測(cè)量技術(shù)是多學(xué)科范疇，涉及光學(xué)測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，具有測(cè)量時(shí)間短、數(shù)據(jù)精確度高且全面等特點(diǎn)，多數(shù)軟件可以對(duì)獲得的數(shù)字化人體進(jìn)行互動(dòng)測(cè)量。

三維人體掃描技術(shù)研究在歐美日等國(guó)家起步比較早，技術(shù)成熟，早已商業(yè)化，尤其是在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。具有代表性的如美國(guó)的TC2(Textile /Clothing Technology Corporation)分層輪廓測(cè)量系統(tǒng)、英國(guó)的Cyberware全身掃描儀及德國(guó)的TechMath人體掃描系統(tǒng)等。美國(guó)紡織服裝技術(shù)中心(TC2分層輪廓測(cè)量方法)研發(fā)的人體測(cè)量系統(tǒng)，采用白光相位測(cè)量技術(shù)(Phase Measurement Profilometry)，10 s完成對(duì)人體45 000個(gè)點(diǎn)的掃描，迅速獲得人體80多個(gè)數(shù)據(jù)尺寸，其精度誤差在0.6 mm內(nèi)，可以全面精確地反映人體體型情況。Cyberware于1995年研制出了商品化的全身掃描儀WB2和WB4，該掃描儀器用激光掃描三維技術(shù)來(lái)獲取三維影像，工作站的軟件控制整個(gè)掃描及移動(dòng)過(guò)程，只需幾秒便完成一次掃描，然后使用者便可以用工作站上的圖像工具查看掃描結(jié)果，多個(gè)視角的掃描數(shù)據(jù)可以融合成一個(gè)完整的人體模型。德國(guó)的TechMath人體掃描系統(tǒng)可以在20 s內(nèi)完成掃描過(guò)程，能夠捕捉人體的80 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其精確度到0.2 mm范圍內(nèi)。目前，世界上已建立有90多個(gè)大規(guī)模的人體測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)，其中歐美國(guó)家占了大部分，亞洲國(guó)家約有10個(gè)，這其中日本占了一半以上。如CASER人體測(cè)量研究計(jì)劃，在美國(guó)、荷蘭、意大利等得到了廣泛應(yīng)用。日本HQLD提出了人體測(cè)量和增進(jìn)人類福祉計(jì)劃。英國(guó)3D電子商務(wù)中心(The center for 3D Electronic Commerce)在網(wǎng)上開(kāi)展了三維人體數(shù)據(jù)方面的商務(wù)活動(dòng)。外國(guó)公司的三維人體測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備雖然性能好，所測(cè)量的數(shù)據(jù)精確度高，但價(jià)格昂貴。

由于三維人體測(cè)量技術(shù)具有極大的商業(yè)價(jià)值，獲取空間數(shù)據(jù)的能力、精度和速度和其他設(shè)備集成形成智能化系統(tǒng)等核心技術(shù)仍作為各公司的機(jī)密嚴(yán)格保密。

我國(guó)在該領(lǐng)域的研究相對(duì)落后，目前一些高校和研究所正在進(jìn)行這方面的積極探索。

在1983—1988年，我國(guó)先后頒布了幾項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一了人體測(cè)量?jī)x器和方法，為正確開(kāi)展人體測(cè)量工作奠定了基礎(chǔ)。近年，非接觸式三維掃描技術(shù)日趨成熟，人體測(cè)量技術(shù)由原來(lái)的手工測(cè)量轉(zhuǎn)向三維掃描人體模型自動(dòng)測(cè)量。由于不同的三維掃描系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)不同，對(duì)同一個(gè)體的尺寸測(cè)量會(huì)存在明顯差異，所以中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2009年頒布了《三維掃描人體測(cè)量方法的一般要求》，對(duì)三維人體測(cè)量中25個(gè)人體表面關(guān)鍵特征點(diǎn)及36個(gè)人體表面關(guān)鍵特征尺寸給出明確標(biāo)準(zhǔn)。

總后軍需裝備研究所、北京服裝學(xué)院研制了雙視點(diǎn)投影光柵體型掃描儀；西安交通大學(xué)激光與紅外應(yīng)用研究所研發(fā)了光電人體尺寸測(cè)量系統(tǒng)；中山大學(xué)基于立體攝像測(cè)量方法所開(kāi)發(fā)了“2000服裝CAD系統(tǒng)”。廣州大學(xué)紡織服裝學(xué)院賽博服裝科研中心投入2 400多萬(wàn)元開(kāi)展的“中國(guó)三維人體數(shù)據(jù)庫(kù)”項(xiàng)目服裝研究實(shí)體仍在研究當(dāng)中。東華大學(xué)、西安工程大學(xué)建立的人體數(shù)據(jù)庫(kù)研究，用于開(kāi)展人體測(cè)量和服裝號(hào)型標(biāo)準(zhǔn)修訂的相關(guān)工作，成為國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、專業(yè)技術(shù)水平最高的三維人體掃描研究實(shí)體。

國(guó)內(nèi)外三維掃描人體表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用對(duì)于人體測(cè)量學(xué)研究、人體形態(tài)學(xué)、服裝三維設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、人體工程、工程設(shè)計(jì)、數(shù)字醫(yī)學(xué)診斷、三維影視制作、動(dòng)漫游戲廣告開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域都極具價(jià)值。隨著三維人體特征提取技術(shù)準(zhǔn)確度的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣埂?/p>