黃雨晨 楊洪君

摘要：滑雪鏡人機尺寸的個性化設(shè)計是滑雪鏡個性化定制的重要指標，人機尺寸適宜不但會增加滑雪鏡舒適度，同時也會提高滑雪鏡使用安全性。由于不同人面部尺寸的差異致使不同人對滑雪鏡尺寸要求均有不同，因此需要對用戶面部尺寸進行測量，為其推薦最符合其面部的尺寸規(guī)格，并在合適規(guī)格中微調(diào)滑雪鏡與面部接觸弧度，使其與用戶面部完全貼合，最終形成最適宜用戶面部尺寸的滑雪鏡。

本文通過分析人臉結(jié)構(gòu)與滑雪鏡之間的關(guān)系，定義出人臉的五個測量點，然后根據(jù)三維掃描人臉測量測點的數(shù)據(jù)結(jié)果，將滑雪鏡分為不同的尺寸，并運用樸素貝葉斯分類器將輸入的用戶尺寸進行自動分類，為用戶推薦最適合其面部尺寸的滑雪鏡邊框尺寸，經(jīng)過測點個人調(diào)節(jié)，從而使滑雪鏡與面部達到最適合狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：滑雪鏡 人機尺寸 個性化定制

引言

現(xiàn)如今個性化定制模式市場份額越來越大，已成為企業(yè)發(fā)展重要趨勢。對于滑雪鏡而言，舒適性和安全性是該產(chǎn)品基本需求，因此滑雪鏡尺寸的個性化定制為滑雪鏡個性化定制的重要部分，獲取滑雪鏡個性化尺寸成為完成滑雪鏡個性化定制的關(guān)鍵步驟。

一、滑雪鏡鏡框尺寸獲取方法

人體測量學(xué)是人機工程學(xué)的重要分支，為產(chǎn)品設(shè)計提供了重要標準。頭部測量為人體測量學(xué)的重要部分，為防護目鏡的設(shè)計和制造提供依據(jù)。在滑雪鏡的個性化研究中以傳統(tǒng)頭部裝備僅參考頭部長寬一維數(shù)據(jù)，難以滿足符合個性化尺寸調(diào)節(jié)的標準，隨著三維掃面部技術(shù)的發(fā)展，通過掃描面部尺寸得到面部三維模型，獲取人機參數(shù)的方法已被廣泛應(yīng)用。

本文運用統(tǒng)計學(xué)知識，從點云模型中獲取滑雪鏡的尺寸型號，再根據(jù)用戶的面部尺寸數(shù)據(jù)，為用戶推薦最適合的滑雪鏡型號，根據(jù)用戶面部曲線，細調(diào)滑雪鏡與面部及鼻部接觸面，使之達到緊貼又不壓迫的狀態(tài)，避免因滑雪鏡尺寸不合適導(dǎo)致的漏風(fēng)、壓迫等不適帶來安全隱患的發(fā)生。

具體步驟（如圖1）所示，為保證數(shù)據(jù)的可靠性，首先通過三維掃面分別獲取男、女模型，形成面部的點云數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，去燥并建立坐標系，坐標系定義原點而后進行測點識別，將有效點進行統(tǒng)計計算，根據(jù)測點間距離得到滑雪鏡尺寸型號。

獲取滑雪鏡鏡框尺寸首先應(yīng)了解人面部的生理狀況，即肌肉與骨骼的分布情況和人頭部重要穴位分布情況。在避免人頭部穴位受到長期壓迫的條件下，分析滑雪鏡在人臉上的合理位置，基于幾何特征分析方法（例如高斯曲率、局部極值等）獲取滑雪鏡位于面部的測點。

二、人面部生理狀態(tài)分析

（一）滑雪鏡直接接觸面部骨骼及肌肉

滑雪鏡佩戴時主要由鏡框及后部的綁帶兩部分與頭部接觸，鏡框?qū)γ娌康膲毫χ饕植加谘壑?、鼻部臉頰及眉周，綁帶環(huán)繞于經(jīng)過耳上方與后腦。

滑雪鏡框會直接壓迫的骨骼有額骨、眉弓、顴骨及鼻骨（如圖2）所示?；╃R綁帶會壓迫的骨骼分別為頂骨、顳骨及枕骨，可能觸及到的骨縫及點分別為冠狀縫）、人字縫及翼點。

滑雪鏡框直接壓迫的臉部肌肉分別為眼上方的額肌，眼裂周圍的眼輪匝肌，眼底的顴大、小肌、提上唇肌以及鼻上的鼻肌。綁帶直接壓迫顳窩的顳肌及后腦的枕肌。

（二）滑雪鏡應(yīng)規(guī)避的重要穴位

頭部有近百處學(xué)位密集排列，部分穴位當受到強烈壓迫時會引起人的嚴重不適，該重要穴位分別為：人迎穴、風(fēng)池穴、啞門穴、人中穴、睛明穴、耳門穴、太陽穴、神庭及百會穴。用戶佩戴滑雪鏡過程中可能壓迫到的學(xué)位分別是太陽穴、耳門穴、啞門穴和風(fēng)池穴。四個穴位具體位置（如圖3）所示。太陽穴經(jīng)屬奇穴，重度壓迫后會導(dǎo)致耳鳴、眼黑甚至頭昏。耳門穴經(jīng)屬手少陽三焦經(jīng)，重度壓迫后會出現(xiàn)耳鳴頭暈甚至昏倒在地。啞門穴經(jīng)屬督脈、系督脈與陽維脈之會穴，重度壓迫后會沖擊延髓中樞，導(dǎo)致失啞、頭暈甚至倒地。風(fēng)池穴經(jīng)屬足少陽膽經(jīng)系手足少陽陰維之會，壓迫后會沖擊延髓中樞，嚴重可導(dǎo)致昏迷。

根據(jù)以上穴位受壓迫導(dǎo)致情況分析，滑雪鏡的設(shè)計應(yīng)考慮避免這幾個穴位受到長期壓迫。

三、面部測點確定

基于以上面部肌肉及骨骼分析，滑雪鏡邊框固定及密封效果最佳狀態(tài)即滑雪鏡邊緣緊貼面部突出部分最高點?；╃R鏡框上邊緣緊貼額骨上的額肌，滑雪鏡下邊緣經(jīng)過顴骨上提上唇肌及鼻骨鼻肌?；╃R框應(yīng)規(guī)避的重要穴位主要為太陽穴和耳門穴，滑雪鏡與面部接觸曲率變化的最大值位于滑雪鏡鼻部，保證滑雪鏡鼻部不透風(fēng)是滑雪鏡尺寸設(shè)計的關(guān)鍵。滑雪鏡鏡框大小的控制由控制點間間距決定，滑雪鏡的長度由滑雪鏡位于臉部最邊緣控制點決定，由于該點位置不應(yīng)位于太陽穴處，因此該點應(yīng)取于靠近太陽穴內(nèi)側(cè)?；╃R的寬度由滑雪鏡上下兩邊框位置決定，取眉骨處與臉頰最高處y坐標差的絕對值控制滑雪鏡的寬?；谝陨厦娌可頎顟B(tài)分析，選取面部測點，（如圖4）所示。

根據(jù)以上分析，選取人臉上與滑雪鏡相關(guān)關(guān)鍵九個點如圖所示，但由于人臉基本對稱，因此在測量中以上圖a、b、c、d、e作為測點，選取具體位置如下表所示。

（一）測點識別

測點識別是測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程中的難點，本文將采用基于幾何特征的分析識別方法識別掃描頭像中的測點。根據(jù)測點的幾何特征和在人臉中的位置，可以將測點位置分成四類：

1.最值點：最值點可分為局部最值點和全局最值點。局部最值點即在局部區(qū)域范圍內(nèi)，某—方向坐標的最值。全局最高點即有全局為范圍某—方向上的最值，以人臉為例，鼻尖點、頭頂點等即為全局最值點。

2.局部極值點：此類測點常落于輪廓線上，或曲線、曲面的凹、凸點上，可以通過輪廓線位置找到該點，以人臉為例，鼻梁點、眉間點即為局部極值點。

3.約束測點：約束測點通?？科渌c與之約束關(guān)系識別該點。

4.一般測點：一般測點不具備極值和峰值，不落于輪廓線上，也沒有與他點的約束關(guān)系，一般可以借助頭部比例關(guān)系選取該點。五、頭部點云數(shù)據(jù)收集

（一）三維掃描

通過三維掃描儀（ZWSJ-3DAK）分別掃描樣本量分別為50的中國成年男子和中國成年女子面部數(shù)據(jù)，所有樣本均坐在同一位置，模型比例相同。

（二）弱處理

掃描過程中由于頭發(fā)的遮擋和陰影部分掃描不完全的現(xiàn)象，模型中會出現(xiàn)漏洞、噪聲和邊緣不規(guī)整等情況，此時需要使用Geomagic等3D軟件將模型修復(fù)、補洞、去噪等將模型規(guī)則化處理（如圖5）所示。

（三）測點識別

將每個模型的原點設(shè)置在兩眼球之間連線的中點，眼球之間連線方向為x軸（向右為正方向），平行于面部的平面為水平面（xOY平面，向上為Y軸正方向）垂直于該平面為z軸（向內(nèi)為正方向），原點（如圖5）所示。

根據(jù)（表1）測點，在模型中識別5個測點，并記錄坐標位置，（如圖6）。

（四）尺寸計算

1.貝葉斯分類

本文利用三維掃描儀（ZWSJ-3DAK）掃描出的面部數(shù)據(jù)，基于幾何特征分析識別方法選用位于鼻骨最高處（鼻梁點）、鼻部與臉部交匯處、面部最高點（顴點）、太陽穴前部、眉骨處五個面部點位，對測點坐標進行規(guī)則化處理后，將所提取的面部特征測點數(shù)據(jù)，作為建立樸素貝葉斯分類器的訓(xùn)練集，對其進行尺寸分類。尺寸分類流程（如圖7）所示。

貝葉斯方法是一種推理的概率手段。假定待考查變量遵循某種概率分布，且可根據(jù)這些概率及己觀察到的數(shù)據(jù)進行推理，從而作出最優(yōu)的決策。其理論基礎(chǔ)為貝葉斯公式，定義如下：

其中，P（h）代表還沒有訓(xùn)練實例集前假設(shè)擁有的初始概率。P（D）代表將要觀察的訓(xùn)練實例集的先驗概率，即在沒有確定某一假設(shè)成立時的概率。P（Dlh）代表假設(shè)成立的情形下觀察到實例集的概率。P（hlD）代表給定訓(xùn)I練實例集時成立的概率。

2.樣本測點訓(xùn)練集

訓(xùn)練集中的數(shù)據(jù)測點為人頭部五個測點的空間坐標（如圖8、9），本文將五個點位的坐標關(guān)系劃分三個屬性值，代入樸素貝葉斯分類器進行分類。

樣本數(shù)據(jù)集測量得出50名男子、50名女子實驗對象適用最優(yōu)尺碼，（如表3、4、5、6、）：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，男子、女子a點變化范圍分別為7mm和6mm，因此可以設(shè)置1cm的調(diào)節(jié)空間_b點變化范圍分別為18mm和8mm，因此可以分別設(shè)置2cm和1cm的調(diào)節(jié)空間；c點變化范圍分別為12mm和16mm，因此均可以設(shè)置2cm的調(diào)節(jié)空間。

根據(jù)模塊劃分方法，滑雪鏡尺寸可劃分為縱模塊，即功能相同尺寸男女各九個模塊（九個尺寸），模塊選取方法為將用戶進行頭部掃描，得到用戶頭部三維模型，取用戶的a，b，c，d，e點坐標值，將用戶的測點數(shù)據(jù)輸入模型，即可為用戶推薦滑雪鏡尺寸。

滑雪鏡經(jīng)樣品頭部數(shù)據(jù)測量得到高度調(diào)節(jié)范圍，當用戶佩戴好滑雪鏡后，可根據(jù)其個人尺寸，在滑雪鏡調(diào)節(jié)范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，以達到滑雪鏡尺寸貼合面部尺寸，調(diào)節(jié)范圍：男子滑雪鏡a，b，c點調(diào)節(jié)范圍分別為：1cm，2cm，2cm。女子滑雪鏡a，b，c點調(diào)節(jié)范圍分別為：1cm，1cm，2cmo

根據(jù)以上結(jié)論作為尺寸推薦方式的尺寸依據(jù)，運用測量數(shù)據(jù)根據(jù)正態(tài)分布原則得出初級尺寸方案作為基礎(chǔ)，運用樸素貝葉斯分類方法在之后測量中不斷優(yōu)化滑雪鏡基礎(chǔ)尺寸，形成更為嚴密的滑雪鏡個性化定制尺寸，增加滑雪鏡舒適度的同時也提高了產(chǎn)品安全性。