汪海仙, 尚笑梅

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院, 江蘇 蘇州 215006)

人體體型會隨著年齡的增加發(fā)生較大的變化[1]。中老年女性由于脂肪堆積，圍度方面的尺寸變化比較明顯，總體而言各圍度尺寸比標(biāo)準(zhǔn)體型尺寸偏大[2]。目前，常用的人體測量方法有手工測量和三維測量。手工測量簡便、直觀，一直在服裝行業(yè)中占據(jù)重要地位[3- 4]；三維測量不與人體直接接觸，它是基于光或激光的人體測量技術(shù)，通過掃描儀獲取人體數(shù)據(jù)和形狀[5- 6]。三維人體測量和手工人體測量的測量原理不同，且三維測量儀器內(nèi)置固定的數(shù)學(xué)模型，因而不能像手工測量那樣根據(jù)體型差異的變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，三維測量數(shù)據(jù)的精確性會受到影響。數(shù)據(jù)的精確性直接影響數(shù)據(jù)的可用性[7]。HAN H[8]分析手工測量和三維測量數(shù)據(jù)差異與年齡的關(guān)系，得出年齡不會影響高度方面的數(shù)據(jù)差異，而對胸下圍和肩寬影響較大。

文中采用手工測量和三維人體測量的方法，得到99名女性的人體數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出兩種測量方法的差異。通過比較不同年齡層數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩種測量方法的差異與年齡層相關(guān)，此分析結(jié)果有助于提高三維人體測量數(shù)據(jù)的精確性。

1 人體測量實驗

1.1 實驗對象

江蘇省某高校在校女大學(xué)生及某工廠女職工共99人，年齡為20～59歲。

1.2 測量部位

選取與服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的11個人體部位進(jìn)行測量，包括：身高、肩寬、全臂長、胸圍、胸下圍、腰圍、臀圍、最小頸圍、頸根圍、腰高、肩至胸乳點(BP點)。

1.3 實驗環(huán)境

室內(nèi)溫度為27±3℃，濕度為60%±10%，燈光強度適中，既保證被測者無不適感，又不影響測量者讀數(shù)[9-10]。

1.4 實驗儀器

Size Stream三維立體全身3D掃描儀，美國Size Stream有限公司制造。

1.5 實驗方法

1.5.1手工測量 將坐標(biāo)紙貼于平整墻面且與地面平行，被測者穿著測體褲，眼睛平視前方，直立站在坐標(biāo)紙前方，手臂自然下垂，雙腳并攏。經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的3名測量者使用軟尺、三角尺和直尺進(jìn)行測量，每個數(shù)據(jù)重復(fù)測量3次。

1.5.2三維人體測量 被測者穿著測體褲，眼睛平視前方，雙手握拳，雙臂向下伸直與人體保持一定距離，雙腿分開站立在指定位置。由能夠熟練操作3D掃描儀的3名測量人員對被測者進(jìn)行測量，每個數(shù)據(jù)重復(fù)測量3次。

2 兩種測量方法數(shù)據(jù)差異分析

文中實驗一共測得99名女性的人體數(shù)據(jù)。利用SPSS軟件的Explore功能分別對每個部位的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，根據(jù)處理結(jié)果得到的莖葉圖，剔除137個異常值。

2.1 三維測量和手工測量數(shù)據(jù)的差異性分析

以手工測量數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，利用Excel分別對兩種測量方法得到的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行基本統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，得出兩種測量方法的均值、平均差值、平均絕對差值及其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，平均值統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示，差值統(tǒng)計結(jié)果見表1。平均差值是三維測量和手工測量數(shù)據(jù)之間差值的平均值，它可以反映各個部位三維測量與手工測量數(shù)據(jù)的整體差異情況。平均絕對差值是三維測量數(shù)據(jù)與手工測量數(shù)據(jù)差絕對值的平均值。平均絕對差值越大，說明兩種測量方法的測量數(shù)據(jù)差異越大，反之則越小。

圖1 各部位手工測量和三維測量的平均值Fig.1 Average of manual and 3D body scanner data of each body part

Tab.1 Differences between manual measurement and 3D body scanner datacm

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上存在顯著性。

1) 由圖1可以看出，除了腰高以外，三維測量數(shù)據(jù)的平均值均大于手工測量數(shù)據(jù)的平均值，說明在大多數(shù)部位的人體測量中，三維測量數(shù)據(jù)大于手工測量數(shù)據(jù)。

2)由表1可知，只有身高、全臂長、肩至BP點的平均絕對差值是小于2 cm，符合誤差允許的范圍。肩至BP點的平均絕對差值、平均差值、平均絕對差值的標(biāo)準(zhǔn)差和平均差值的標(biāo)準(zhǔn)差均是所有測量部位中最小的，平均差值小于0.1 cm，說明在所有測量部位中，它的測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好，三維測量數(shù)據(jù)與手工測量數(shù)據(jù)較吻合。而腰高和臀圍的平均絕對差值都大于5 cm，且腰高的平均絕對差值的標(biāo)準(zhǔn)差最大，離散程度最大，最不穩(wěn)定。胸圍、胸下圍、腰圍、最小頸圍這些圍度數(shù)據(jù)的平均差值都接近3 cm，平均差值的標(biāo)準(zhǔn)差接近2 cm，由此可見在圍度測量方面，三維人體測量與手工測量相比誤差較大。

2.2 三維測量和手工測量數(shù)據(jù)的差異顯著性T檢驗

為了驗證各部位兩種測量方法差異的顯著性，將兩種測量方法得到的各部位平均差值進(jìn)行獨立樣本T檢驗，具體檢驗結(jié)果見表1。

在檢驗結(jié)果中只有肩至BP點的雙尾檢測值大于0.05，而其他部位的雙尾檢測值都小于0.01。說明手工人體測量和三維人體測量的肩至BP點數(shù)據(jù)沒有明顯差異；其他測量部位的數(shù)據(jù)都具有極顯著差異，手工測量和三維測量數(shù)據(jù)的誤差較大。

3 年齡對三維數(shù)據(jù)精確性的影響

文中根據(jù)GB/T 22187—2008將樣本分為4個年齡層并編號，將20～29歲歸為數(shù)據(jù)集A，共28個樣本；將30～39歲歸為數(shù)據(jù)集B，共28個樣本；將40～49歲歸為數(shù)據(jù)集C，共25個樣本；將50～59歲歸為數(shù)據(jù)集D，共18個樣本。

3.1 平均差值對比分析

以手工測量數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，計算出各年齡層每個測量部位三維測量數(shù)據(jù)與手工測量的平均差值，具體結(jié)果見表2。由表2可以得出以下結(jié)論：

1) 同一部位不同年齡層的平均差值都有差異，說明年齡對手工測量和三維測量數(shù)據(jù)的差異會產(chǎn)生影響，三維測量數(shù)據(jù)的精確性受年齡的影響。其中肩寬、胸圍、頸根圍和最小頸圍差異的極差大于2 cm，說明這些部位不同年齡層的數(shù)據(jù)差異較大，三維測量數(shù)據(jù)的精確性較低。

2) 隨著年齡的增加，兩種測量方法得到腰圍和最小頸圍數(shù)據(jù)的差異也越大， 說明腰圍和最小頸圍的三維測量數(shù)據(jù)隨著年齡的增加，精確性也越差。其中A年齡層的胸圍、最小頸圍、頸根圍和肩寬平均差值明顯要低于B,C,D年齡層，主要是因為A年齡層女性體型屬于正常體型的較多，隨著年齡的增加，身體代謝變慢，女性體型開始偏胖，特殊體型人數(shù)增加。

3) 隨著年齡的增加，身高、胸下圍、腰高、臀圍和全臂長的手工測量和三維測量數(shù)據(jù)差異沒有明顯的規(guī)律性變化，但不同年齡層之間的數(shù)據(jù)差異都存在區(qū)別，三維測量數(shù)據(jù)的精確性受年齡的影響。

表2 不同年齡層手工測量和三維測量的平均差值

Tab.2 Mean differences between manual measurement and 3D body scanner data of different age groups

3.2 平均差值的方差分析和假設(shè)檢驗

以年齡作為唯一因素，各部位的平均差值為變量，進(jìn)行單因素方差分析，并運用多重比較的字母標(biāo)記法[8]進(jìn)行標(biāo)注，具體結(jié)果見表3。

表3 年齡對手工測量和三維測量數(shù)據(jù)差異的方差分析

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上存在顯著性；*表示在0.05水平(雙側(cè))上存在顯著性。

由表3可以得出以下結(jié)論：

1)在檢驗結(jié)果中，只有胸下圍和臀圍的雙尾檢測值大于0.05，說明不同年齡層之間的胸下圍和臀圍測量數(shù)據(jù)差異不顯著，三圍掃描儀定位臀凸點和乳房根點時與手工定位相似。

2)A年齡層的胸圍、最小頸圍、頸根圍和肩寬與其他3個年齡層存在極顯著差異。由于A年齡層的女性較年輕，乳房形態(tài)大多為圓盤形和半球形，尖挺而飽滿，但B年齡層之后的女性乳房會因為哺乳而造成胸部形態(tài)變化，且隨著年齡的增加，女性乳房會干癟下垂或外擴，導(dǎo)致三維掃描儀器無法準(zhǔn)確定位出胸圍截面，不能使用內(nèi)嵌數(shù)學(xué)模型精確計算出胸圍。但當(dāng)進(jìn)行胸圍手工測量時，專業(yè)化的測量者可以根據(jù)女性胸部形態(tài)調(diào)整軟尺進(jìn)行測量。肩寬是左右肩峰點間的水平弧長，B年齡層之后的女性開始體型變胖、駝背，駝背越嚴(yán)重，肩胛骨就越突出，三維掃描儀在模擬手工軟尺測量時仿真性尚不夠高，由于肩胛骨處凹凸較大，導(dǎo)致三維測量數(shù)據(jù)偏大。

3)對于身高和腰高，雖然雙尾檢測值小于0.01，呈現(xiàn)極顯著差異，但不同年齡層身高數(shù)據(jù)差異稍小，主要是身高隨著年齡的增加變化較小，不會對不同的測量方法產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語

1)11個測量部位中除了腰高以外，三維測量的數(shù)據(jù)大于手工測量的數(shù)據(jù)。肩至BP點的數(shù)據(jù)差異最小，兩種測量方法得到的數(shù)據(jù)較吻合。但由于人體站姿不同，兩種測量方法測得的腰高和臀圍的平均絕對差值和平均差值都較大，數(shù)據(jù)差異明顯，即使在三維掃描儀的內(nèi)嵌數(shù)學(xué)模型中把站姿轉(zhuǎn)換成直立姿勢，依然存在問題。

2)肩至BP點的三維測量和手工測量數(shù)據(jù)沒有極顯著差異，其余測量部位的數(shù)據(jù)差異都顯著，因此肩至BP點的三維測量數(shù)據(jù)精確性最高。

3)年齡對三維人體測量數(shù)據(jù)的精確性存在一定影響，其中腰圍和最小頸圍三維測量數(shù)據(jù)的精確性隨著年齡的增加而降低，而不同年齡層的胸下圍、臀圍數(shù)據(jù)差異不顯著。

4)不同年齡層的身高、腰高、胸圍、最小頸圍、頸根圍和肩寬的數(shù)據(jù)存在顯著差異，且A年齡層中胸圍、最小頸圍、頸根圍和肩寬數(shù)據(jù)差異明顯小于B,C,D年齡層。