周幸子, 王朝暉, 張龍琳, 李 琴

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,上海 210051;2.西南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,重慶 400715)

戶外登山服裝的運動舒適性要求較高,而結(jié)構(gòu)設(shè)計是研發(fā)登山服的關(guān)鍵[1]。由于人體是復(fù)雜曲面體,附著體表的服裝,除彈性面料,大多服裝面料的伸展性不如皮膚優(yōu)異。適用于相對靜止狀態(tài)的服裝結(jié)構(gòu),通常不能滿足在運動狀態(tài)下的松量需求。因此,一些學(xué)者基于靜、動態(tài)人體尺寸,根據(jù)體表皮膚形變率對服裝進行結(jié)構(gòu)設(shè)計[2-8]。常用的皮膚形變測量方法有三維掃描捕捉[3]、網(wǎng)格法[4-5]、體表描線法[6-8]和石膏法等,而動態(tài)姿勢是皮膚形變測量的關(guān)鍵,其根據(jù)服用場景來確定。王永進等[4]利用17種網(wǎng)球運動姿態(tài)下的網(wǎng)格線變化,確定網(wǎng)球服的功能分割線。李秀青等[6]利用體表畫線法測得6個騎行動作下的右腿體表變化。馮洋等[7]歸納了4個足球技術(shù)動作下的皮膚伸縮變化,設(shè)定足球褲松量。劉鵬林等[8]通過11個戶外運動下的上半身體表網(wǎng)格線變化分析其對軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計影響。

為了實現(xiàn)服裝合體性與運動舒適性的和諧統(tǒng)一,明確不同形變方向上形變量對設(shè)計至關(guān)重要[9]。本文首先確定20種實驗姿勢,再利用網(wǎng)格法進行人體靜、動態(tài)體表尺寸變化實驗,得到關(guān)鍵部位體表形變特點。隨后對形變率進行數(shù)據(jù)處理和分析,探討如何進行登山服的松量、款式及面料設(shè)計。

1 實驗方案設(shè)計

1.1 測量樣本選擇

實驗共招募10位20～30歲正常體態(tài)男性(在校大學(xué)生)作為被測者,身高173～177 cm、胸圍90～98 cm、腰圍79～85 cm。

1.2 實驗過程

實驗在室溫(20±2) ℃,濕度50%±5%的環(huán)境條件下進行。實驗服為繪有2 cm×2 cm網(wǎng)格線的合體套裝,面料含黏膠67.4%、錦綸29.6%和氨綸3.0%混紡(溫州辛吉斯服飾有限公司)。先由3名被測者穿著,完成20種實驗姿勢,隨后3名同學(xué)對實驗服的網(wǎng)格變化程度進行預(yù)估,最后在預(yù)估分析中選取實驗服網(wǎng)格變化幅度較大的人體部位作為待測關(guān)鍵部位。待測關(guān)鍵部位包含:肘圍、臂根圍、肘長、手臂外長(前腋點經(jīng)肘圍外中點至后腕點)、手臂內(nèi)長(后腋點經(jīng)肘外中點至前腕點)、肩寬、后背寬、腋下肋長(腋點到腰線長度)、胸圍、腰圍、腹圍、背長及臀圍;總襠圍(前腰中點經(jīng)襠底部至后腰中點)、大腿根圍、膝圍、前大腿長(大轉(zhuǎn)子到膝蓋前中點)、前小腿長(膝蓋前中點到踝骨)、后大腿長(大轉(zhuǎn)子到腘窩)及后小腿長(經(jīng)腘窩到踝骨)。在正式實驗中,3名同學(xué)分別對10位受試者的關(guān)鍵部位進行具體測量,為控制測量誤差,3組數(shù)據(jù)差值在0.10 cm內(nèi),取其平均值記錄。靜、動態(tài)長度形變率α的計算公式為:

式中:正值表示伸長,負值表示收縮。

1.3 實驗姿勢確定

人體有8組連接點,其中肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的運動幅度較大,服裝的應(yīng)變表現(xiàn)為滑移、褶皺、延展或限制人體運動等。而頸部、腕關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的活動對服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計影響較小,在此不做研究。本文根據(jù)人體五大關(guān)節(jié)的運動特點和范圍[9],得到人體在登山運動中會出現(xiàn)的幅度最大動作,以此確定20種實驗姿勢,包括19種動態(tài)實驗姿勢和自然站立的靜態(tài)實驗姿勢,如圖1及表1所示。

圖1 實驗姿勢Fig.1 Experimental gestures

表1 字母代號與實驗姿勢對照Tab.1 The comparison between letter code and experimental gestures

2 實驗數(shù)據(jù)采集

圖1(a)中標注的箭頭反映了肘關(guān)節(jié)運動對上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響,以肘突為基準中心,手臂外側(cè)皮膚明顯拉伸,肘彎部位明顯收縮。由實驗測得肘部、手臂根部、手臂內(nèi)側(cè)和外側(cè)的皮膚伸長率如表2所示。圖1(b)中b、c、d、e、f、g、h線表明肩關(guān)節(jié)運動以后腋點為中心,肩關(guān)節(jié)的后伸和內(nèi)收使腋下肋長、胸圍和背寬發(fā)生明顯拉伸。實驗測得肩部、后背和腋下體側(cè)的皮膚伸長率如表3所示。人體扭動后,圖1(c)中h、i、j、k和l反映了腰關(guān)節(jié)運動對上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響,使皮膚在腋下肋長、背部和腹部產(chǎn)生拉伸。實驗測得胸部、腰節(jié)、腹部、后背和體側(cè)的皮膚伸長率如表4所示,其中K和L動作下,腋下肋長存在兩組數(shù)據(jù),前者表示左側(cè)腋下肋長,后者表示右側(cè)腋下肋長。圖1(d)中i、j、k、l、m、n、o和p反映髖關(guān)節(jié)運動對下裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響,臀部及襠部周圍皮膚的變化明顯。實驗測得臀部、腹部和襠部的皮膚水平、垂直伸長率如表5所示。被測者完成膝關(guān)節(jié)活動時也伴隨著髖關(guān)節(jié)活動,圖1(e)中m、n、o、p、q、r、s和t線反映了膝關(guān)節(jié)運動對下裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。實驗測得大腿根部、膝部、大腿和小腿的皮膚水平、垂直伸長率如表6所示。

表2 肘關(guān)節(jié)動作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.2 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the elbow joint movement %

表3 肩關(guān)節(jié)動作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.3 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the shoulder joint movement %

表4 腰關(guān)節(jié)動作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.4 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the waist joint movement %

表5 髖關(guān)節(jié)動作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.5 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the hip joint movement %

表6 膝關(guān)節(jié)動作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.6 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the knee joint movement %

3.1 動態(tài)姿勢下的體表形變分析

3.1.1 動態(tài)姿勢權(quán)重分析

登山過程中,人體會做出許多大幅度動作,若所穿登山服的松量過小,則會產(chǎn)生阻礙。由于在整個過程中人體動作并非持續(xù)處于較大幅度,為使登山服松量充分滿足較大幅度、甚至最大幅度的動作,將導(dǎo)致服裝結(jié)構(gòu)失去平衡,且過于寬松會對處在其他動作狀態(tài)下的人體產(chǎn)生負面影響。本文結(jié)合登山過程,考慮多個部位、多個動作,分析不同動作可能出現(xiàn)的頻率,頻率越高,可在一定程度上代表該動作對關(guān)鍵部位體表皮膚形變的影響越大。

通常情況下,權(quán)重值憑主觀經(jīng)驗給出,有時不能客觀反映實際情況[10]。在此類經(jīng)驗判斷法中,可加權(quán)多個估值以減少誤差。本文采用專家估測法,將某戶外登山俱樂部的20名專業(yè)級成員視為“專家”,讓其在互不影響的情況下,分別給出在整個登山運動中,在各關(guān)節(jié)運動影響下的19種動態(tài)實驗姿勢出現(xiàn)的頻率,其意見有效性相同,最后加權(quán)得到19種姿勢的權(quán)重值(姿勢A在不同關(guān)節(jié)影響下的權(quán)重不同)。設(shè)因素集U={u1,u2,…,u20},表示實驗姿勢出現(xiàn)頻率(表7),k=20,n=19。

表7 專家估測法權(quán)重Tab.7 The weighting factor chart of expert estimation mehtod

表8 各關(guān)節(jié)運動影響下不同動作的權(quán)重Tab.8 The weighting factor chart of different movementsof five joins

3.1.2 體表形變值

本文定義了各關(guān)鍵部位的加權(quán)體表形變率,為表7中的運動方式權(quán)重與該運動引起的對應(yīng)關(guān)鍵部位體表形變率的乘積之和,考慮多個實驗姿勢對同一關(guān)鍵部位的共同作用,而非最大的體表形變率。表9中關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)源于GB/T 1335.1—2008《服裝號型(男子)》人體靜態(tài)數(shù)據(jù),該部位的體表形變值等于該部位尺寸數(shù)據(jù)與其加權(quán)體表皮膚形變率的乘積。

3.2 體表形變對登山服設(shè)計的影響

3.2.1 對松量設(shè)置及制版參數(shù)的影響

本文的體表變化實驗主要針對形態(tài)變化松量,即為使人體在登山時,體表變化不受服裝牽制而需增加的松量。且寬松量應(yīng)設(shè)置在皮膚延展性大的部位,適應(yīng)動作的伸展方向需求[9]。

表9 登山服關(guān)鍵部位體表形變值Tab.9 The body surface deformation values of the key parts of mountaineer garment

基于文獻[11]115-120中男裝標準基本紙樣的制版方法及紙樣放縮的設(shè)計原則,以身高175 cm、胸圍95 cm、背長42.5 cm、腰圍82 cm、臀圍94 cm、褲口圍43 cm為例,分析體表變化值對形態(tài)變化松量及制版參數(shù)的影響(表10),其中制版參數(shù)列中的各部位結(jié)構(gòu)參數(shù)已加入了形態(tài)變化松量。

登山服在各部位的制版參數(shù)推到如下:

1)考慮胸圍、腰圍和臀圍的圍度形變值,根據(jù)變形放量方法,將后側(cè)縫、前側(cè)縫、后中縫、前中縫的追加放量配比設(shè)置為2.5︰2.5︰1︰1,相關(guān)研究表明該配置比更適用于戶外服的放量設(shè)計[11]127-129,即將胸圍形變值9.52 cm按1︰5︰1分配給前胸寬、袖窿寬和后背寬,分別是1.36、3.40 cm和1.36 cm。為適應(yīng)軀體向前彎曲,將衣長在背長加后領(lǐng)高的基礎(chǔ)上增加背長形變值5.57 cm。為適應(yīng)動態(tài)肩部小幅拉伸,將前、后肩線增長1.79 cm,對應(yīng)樣板的后肩寬增加1.30 cm。

2)袖窿開深量為側(cè)縫放量減去肩升高量的1/2,再加上后肩加寬量,其中側(cè)縫放量為3.40 cm,肩升高量是以前、后中縫放量為參數(shù),此時前、后中縫放量為1.36 cm,前、后肩的分配比例為0.5︰1.5,分別為0.34 cm和1.02 cm,肩升高量為1.36 cm,后肩加寬量為前后中縫放量的一半加1.00 cm,為1.68 cm,故袖窿開深量為4.40 cm,袖窿深線向下平移4.40 cm,新袖窿弧線略微向前偏轉(zhuǎn)。袖長取臂長加上手臂外側(cè)形變值8.73 cm,袖肥取手臂根圍加上手臂根部形變值2.88 cm,以滿足手臂運動;袖山高根據(jù)變形放量設(shè)計方法,從基本袖山高減去袖窿開深量而剩余部分[11]127-129。

3)因大、小腿縱向拉伸,褲長在股上長-3.00 cm+股下長的長度基礎(chǔ)上再增加大、小腿的形變值4.35 cm,故將褲口線下移4.35 cm。總襠圍不變,立襠長不變,這是因為若褲子立襠小于股上尺寸,在穿著時使褲腰自然向人體實際腰圍移動,促使橫襠貼合人體臀部。這在運動功能上是合理而有效的,因為立襠超出人體股上尺寸越多,褲子越遠離人體,對下肢牽制力就越大[11]190-193。為彌補動態(tài)腿部的圍度寬松度,橫襠線以上的部分與腰圍和臀圍相關(guān),將前、后片腰圍寬增加腰圍形變值1.45/4=0.36 cm,前、后片臀圍寬增加臀圍形變值1.65/4=0.86 cm,大腿根圍寬順勢增加;在膝圍線和褲口線處直接加大橫向放松量從而加大肢體的活動空間,增加肢體舒展的自由度,前、后片中襠圍寬增加膝圍形變值5.39/2=2.70 cm,褲口寬也增加5.39/4=2.70 cm,可保持褲腿H型造型。

表10 體表形變值對形態(tài)變化松量和制版參數(shù)的影響Tab.10 The influence of the body surface skin deformation value on themorphologic change margin and structure parameters cm

3.2.2 對款式設(shè)計的影響

通過體表實驗可得運動狀態(tài)下體表變化較大的部位為肘部和膝部,可利用設(shè)置合理分割線進行“加量”或“減量”實現(xiàn)立體結(jié)構(gòu),提高穿著者的運動自由度,減少運動時的服裝阻礙,優(yōu)化運動舒適性。肘部可采用分片設(shè)計,方案一可在袖肘進行橫向切展、縱向加量,以保證肘部前屈的活動量,再縱向分片調(diào)整,使袖子整體呈前傾狀,符合手臂自然下垂狀態(tài)，如圖2(a)所示;方案二在肘部進行“X”字切展加量,設(shè)置省道形成“肘凸”,后袖片分上、中、下三片縫合,再與前袖片縫合,如圖2(b)所示;膝部設(shè)計可類似肘部,進行“H”字切開,在膝蓋前部加量,在腘窩處減量,形成“膝凸”,適應(yīng)人體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài),如圖2(c)所示。

圖2 登山服肘部和膝部設(shè)計Fig.2 Elbow and knee design of mountaineer garment

3.2.3 對面料選擇的影響

可對體表相對變化較大部位結(jié)構(gòu)進行適當尺寸調(diào)整,同時選擇具有較強拉伸斷裂強度和高彈的面料對結(jié)構(gòu)尺寸進行輔助調(diào)整。王永進等[4]在排球比賽服的衣身設(shè)計中標記拉伸收縮變化大的皮膚部位,為準確確定加入松量或采用彈性面料的部位提供依據(jù)。根據(jù)前文體表形變實驗,橫向的背寬線、大腿根圍線、膝圍線的尺寸變化幅度較大,在設(shè)計中可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸并合理配置延展性好、復(fù)原性好的材料,在保證外觀合體前提下,提高穿著者在登山過程中的運動舒適性,滿足其皮膚擴展和形態(tài)變化。

3.3 登山服設(shè)計與試穿

從登山服結(jié)構(gòu)功能性要求出發(fā),采用圖2(a)(c)設(shè)計登山服的肘部與膝部,根據(jù)表10的制版參數(shù),利用CAD繪制出連帽連體登山服紙樣,再將其導(dǎo)入CLO 3D進行虛擬試衣,便于局部調(diào)整,最后樣板如圖3灰色區(qū)域所示。手肘和膝蓋部位設(shè)置防撞軟墊,在一定程度上能夠保護穿著者。內(nèi)置衣里為滌塔夫T190及網(wǎng)眼面料,使不流通空氣層增多,能夠在寒冷的戶外條件下,保持體溫,減少熱量散失。外層面料經(jīng)過“三防整理”(拒水、拒油、防污)帶PU涂層的尼龍228T,耐磨耐臟且御寒防風,價格便宜,易于控制成本。用束頭裝置調(diào)節(jié)袖口、褲口邊,可減少熱量散失,并有效減少戶外蟲類等入侵。前中線設(shè)置80.00 cm長的隱形拉鏈,方便穿脫。圖4展示了虛擬試衣和服裝的實際穿著效果,試穿者為身高175 cm、胸圍95 cm、腰圍82 cm的正常體態(tài)男性,能順利完成20種實驗姿勢,即服裝無明顯牽制,有較好的運動舒適性和自由度。

圖3 登山服左半身樣板Fig.3 The left half pattern of mountaineer garment

圖4 虛擬試穿和實物試穿Fig.4 Virtual fitting and real fitting

4 結(jié) 論

本文通過體表畫線實驗研究人體關(guān)鍵部位的體表靜、動態(tài)尺寸變化。利用專家估測法確定實驗姿勢對關(guān)鍵部位體表形變率的影響權(quán)重,加權(quán)計算關(guān)鍵部位加權(quán)體表形變率和對應(yīng)的體表形變值,為登山服的形態(tài)變化松量設(shè)置提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)紙樣放縮的設(shè)計原則和方法,分析人體體表變化值與服裝形態(tài)變化松量之間的關(guān)系式,再根據(jù)其他服用需求等設(shè)計登山服款式,進而繪制體型為175/95A男性H型戶外登山服樣板,制作服裝進行試穿。本文提出的基于人體體表形變的登山服設(shè)計思路,可為功能性服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

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