王曉菲，王燕珍

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院, 上海 201620)

人體的尺寸數(shù)據(jù)是國家生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的應(yīng)用關(guān)乎到人類的衣食住行。傳統(tǒng)的人體測量方法使用廣泛，但都是接觸式的測量，有很大的局限性：①接觸測量時間過長，往往會使被測體者感到疲勞或窘迫；②測量者技術(shù)可能不夠嫻熟造成測量的精度沒有保障，從而給測量結(jié)果帶來不可避免的誤差；③三維的人體曲面有些數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確量取，一維和二維的數(shù)據(jù)反映不出三維的人體特征[1]。傳統(tǒng)的人體測量已經(jīng)不能滿足我國服裝業(yè)的發(fā)展，與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，三維人體測量技術(shù)具有測量數(shù)據(jù)精確度高、時間短、全面快捷的優(yōu)勢，適合量身定制的服裝批量生產(chǎn)，很多軟件可以對獲得的數(shù)字化人體進(jìn)行有效互動測量，有極大的商業(yè)價值[2]。隨著人體測量、服裝紙樣設(shè)計、服裝排料以及服裝裁剪的自動化發(fā)展，先進(jìn)、智能的三維人體測量顯得尤為重要，發(fā)展勢在必行[3]。

隨著服裝CAD與CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，服裝的立體化、個性化和時裝化成為年輕消費者追求的潮流，為了順應(yīng)這一時代潮流趨勢。本文通過文獻(xiàn)查閱研究法研究三維人體測量技術(shù)在服裝業(yè)中的應(yīng)用，以期為服裝業(yè)的發(fā)展提供理論參考。

1 三維人體測量技術(shù)

1.1 概 念

三維人體測量技術(shù)包含計算機(jī)技術(shù)、圖形處理技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)以及數(shù)字化信號處理技術(shù)等多個學(xué)科的知識[1]。三維人體掃描系統(tǒng)又叫人體數(shù)字化系統(tǒng)，亦被稱為三維人體測量系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于服裝、影視動畫、醫(yī)療以及人機(jī)工程等領(lǐng)域，是發(fā)展人體(人臉)識別模式、人體特殊裝備(人體假肢、個性化武器裝備)、特種服裝設(shè)計(潛水服、航空航天服)以及開展人機(jī)工程研究的理想工具。

三維人體測量技術(shù)的主要方式是非接觸式三維人體測量，主要方法包括：[TC]2分層輪廓測量法、激光測量法、立體攝影測量法、莫爾條紋測量法、投影條紋相位測量法、Loughborough人體陰影掃描裝置和Cyber全身掃描系統(tǒng)等。

1.2 工作原理

三維人體測量儀的工作原理是以非接觸的光學(xué)測量為基礎(chǔ)，通過多臺光學(xué)3D掃描器，利用光照射系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動控制，使用全方位視覺設(shè)備對人體進(jìn)行全面的拍攝掃描，捕獲人體的體表外形，通過系統(tǒng)來提取掃描得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，最終實現(xiàn)人體點云數(shù)據(jù)的精確輸出。

人體掃描系統(tǒng)主要由光掃描系統(tǒng)和激光掃描組成。最常用的三維掃描方法為激光掃描法與白光相位掃描法[4]，當(dāng)前主要的人體掃描系統(tǒng)中使用 [TC]2、Symcad光掃描技術(shù)的儀器；使用Cyberware Wb4、Vitus Smart和3DLS[5]激光掃描系統(tǒng)的儀器。掃描系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示，整個流程主要分為4個步驟[6]：①通過機(jī)械運動的光源照射和掃描物體；②掃描物體的反射圖像被CCD(Charge Coupled Device)攝像頭探測；③通過反射圖像計算出人體與CCD攝像頭的距離；④利用軟件轉(zhuǎn)換距離數(shù)據(jù)生成3D圖像。

圖1 掃描系統(tǒng)工作流程圖

1.3 常用設(shè)備

三維人體測量儀器性能比較見表1，服裝上常用三維人體掃描儀的性能比較主要包括產(chǎn)地、結(jié)構(gòu)光技術(shù)、工作時間、精確度及環(huán)境要求等。

表1 三維人體測量儀器性能比較

三維人體測量儀的主要特點包括：①測量速度高效，每次采集時間可精短至0.4 s；②測量的精確度非常高，最高可以達(dá)到0.05 mm；③每次收集的數(shù)據(jù)較多，可達(dá)到100萬點以上；④測量的面積很大，單次最大可達(dá)1 000 mm×800 mm；⑤不需要黏貼標(biāo)記點，利用紋理特征自動拼接出逼真的3D彩色數(shù)據(jù)，真實再現(xiàn)人體的站姿、坐姿、頭部以及軀干等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；⑥按照正常的工作日操作，以每天8 h計算，光源可以用作20年拍人模式和拍物模式的自由切換，操作簡單、方便，使用安全；⑦計算機(jī)能聯(lián)動控制多種格式輸出，如ASC、TXT、STL、IGS、WRL以及OBJ等格式，也可以和CATIA、MAYA、PRO/E、UG、Geomagic等軟件接口，可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行多機(jī)自由組合。

2 三維人體測量技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

與歐美發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)的三維人體測量技術(shù)在其領(lǐng)域的研究相對落后[7]。

在1983—1999年之間，我國先后頒布了GB/T 5704.1—1985《人體測量儀器 人體測高儀》、GB/T 5704.2—1985《人體測量儀器 人體測量用直腳規(guī)》、GB/T 16160—2008《服裝人體測量的部位與方法》以及GB/T 5703—2010《用于技術(shù)設(shè)計的人體測量基礎(chǔ)項目》等人體測量方面的國家標(biāo)準(zhǔn)，對人體測量儀器和方法進(jìn)行了統(tǒng)一，為以后正確開展人體測量奠定了堅實的基礎(chǔ)。2009年,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會頒布了GB/T 23698—2009《三維掃描人體測量方法的一般要求》，在三維人體測量中對 25個人體表面關(guān)鍵特征點及 36 個人體表面關(guān)鍵特征尺寸給出了明確標(biāo)準(zhǔn)?？偤筌娦柩b備研究所、北京服裝學(xué)院均研制出了雙視點投影光柵體型掃描儀; 西安交通大學(xué)激光與紅外應(yīng)用研究所開發(fā)出了光電人體尺寸測量系統(tǒng); 基于立體攝像測量方法，中山大學(xué)研發(fā)了“2000 服裝 CAD 系統(tǒng)”。東華大學(xué)、西安工程大學(xué)建立的人體數(shù)據(jù)庫研究成為國內(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體，主要用于開展人體的測量、服裝號型標(biāo)準(zhǔn)的制訂和改善等方面的相關(guān)工作。廣州大學(xué)紡織服裝學(xué)院賽博服裝科研中心投入2 400多萬元開展的“中國三維人體數(shù)據(jù)庫”項目服裝研究實體仍在研究當(dāng)中。

博克三維人體數(shù)據(jù)采集圖見圖2，衣得體三維掃描圖見圖3。2圖均由上海工程技術(shù)大學(xué)紡織服裝學(xué)院實驗室的博克三維人體掃描儀一代(深圳市博克時代科技開發(fā)有限公司生產(chǎn))和YDT-3D-462衣得體三維掃描儀(上海衣得體信息科技有限公司生產(chǎn))所采集，由圖可知，從目前國內(nèi)來看，全國的一些高校和研究所正在對三維人體測量技術(shù)進(jìn)行積極的探索和研發(fā)。

圖2 博克三維人體數(shù)據(jù)采集圖

圖3 衣得體三維掃描圖

2.2 國外研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家三維人體掃描技術(shù)的研究起步相對較早，技術(shù)成熟，比較商業(yè)化，尤其在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用最為突出[8]。美國紡織服裝技術(shù)中心([TC]2分層輪廓測量方法) 研發(fā)的利用白光相位測量技術(shù)10 s就能快速獲得人體80多個尺寸的測量，完成對人體45 000個點的掃描的人體測量系統(tǒng)，其精確度誤差在0.6 mm以內(nèi)，能全面、準(zhǔn)確地反映出人體的體型情況。德國的TecMath人體掃描系統(tǒng)僅僅20 s內(nèi)就可以完成一次最高能夠捕捉人體的80 000個數(shù)據(jù)點的掃描過程，其精確度誤差能夠保持在0.2 mm以內(nèi)[7]。

目前，世界上已經(jīng)建立了90 多個規(guī)模較大的人體測量數(shù)據(jù)庫，其中大部分是歐美發(fā)達(dá)國家，亞洲國家相對較少，約有 10 個，其中日本占了一半以上。在美國、荷蘭、意大利等國家CASER人體測量技術(shù)研究被得到了大量應(yīng)用。英國3D電子商務(wù)中心在網(wǎng)上廣泛開展了三維人體測量數(shù)據(jù)等相關(guān)方面的商業(yè)活動。日本HQLD提出了人體測量和增進(jìn)人類福祉計劃。

3 三維人體測量技術(shù)在服裝業(yè)中的應(yīng)用

3.1 服裝號型標(biāo)準(zhǔn)和人體數(shù)據(jù)庫

人體測量為服裝號型標(biāo)準(zhǔn)的制定以及科學(xué)的研究提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)[9]，對服裝業(yè)的發(fā)展有著巨大的研發(fā)潛質(zhì)和應(yīng)用價值。三維人體測量技術(shù)可以采用三維人體測量儀對不同地方和國家的人體進(jìn)行測量，極大的提高了測量的效率和精確度，并且能詳細(xì)地劃分出測量部位，獲得有效的人體測量數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)人體體型的細(xì)分和更新，從而為制定出新的服裝號型、建立大規(guī)模的人體體型數(shù)據(jù)庫和服裝號型標(biāo)準(zhǔn)提供更為準(zhǔn)確有效的數(shù)據(jù)參考依據(jù)，也可以利用詳細(xì)人體尺寸測量的數(shù)據(jù)和3D空間形態(tài)特征，深入地研發(fā)人體的體型，為各類原型設(shè)計以及服裝用標(biāo)準(zhǔn)人臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[10]。

我國在人體測量的基礎(chǔ)上頒布了GB/T 1000—1988《中國成年人人體尺寸》國家標(biāo)準(zhǔn)；1986年開展了全國性的人體測量工作，制定出GB/T 1335—1997《服裝號型》國家標(biāo)準(zhǔn)；2003年北京服裝學(xué)院愛慕人體工學(xué)研究所開始建立人體數(shù)據(jù)庫及相關(guān)項目的研究，2006年完成的“基于人體測量的男裝版型技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究”是目前最具權(quán)威和準(zhǔn)確性的人體數(shù)據(jù)庫；東華大學(xué)([TC]2)和西安工程大學(xué)(TecMath)等高等院校也相繼建立起了人體數(shù)據(jù)庫；都為服裝業(yè)的大規(guī)模定制生產(chǎn)(MC)和量身定制生產(chǎn)(MTM)奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2001年由英國政府、科研院校、服裝企業(yè)以及一些大型的服裝零售商攜手共同完成了一項全國性項目名為Size UK的大規(guī)模人體測量，并由此建立了英國國家標(biāo)準(zhǔn)的人體尺寸數(shù)據(jù)庫[11]。歐洲紡織協(xié)會(EURATEX)和歐洲委員會(CEC)鼓勵所有的成員國進(jìn)行全國性人體普查,研發(fā)歐洲人體體型數(shù)據(jù)庫，建立歐洲人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)。美國在2003年利用[TC]2對13個州10 000多人進(jìn)行了大規(guī)模人體普查，公司利用研發(fā)的三維人體掃描儀進(jìn)行大規(guī)模人體測量，然后建立與英國相似的人體尺寸數(shù)據(jù)庫(新的Size UK)[12]。

3.2 服裝工業(yè)個性化量身定制系統(tǒng)

在服裝業(yè)的量身定制系統(tǒng)中主要是利用三維人體測量儀對消費者的人體進(jìn)行自動化測量，通過自動化測量的數(shù)據(jù)計算出結(jié)果，然后再根據(jù)客戶的要求和習(xí)慣轉(zhuǎn)化成服裝成品尺寸，最后與服裝效果圖、服裝紙樣設(shè)計、排料、服裝裁剪、服裝縫制、成品熨燙、檢驗以及成品包裝等相結(jié)合，最終實現(xiàn)量身定制服裝的生產(chǎn)。從測量到成衣的過程僅僅需要2～3天，很大的縮短了時裝高級定制的生產(chǎn)周期，極大地提高了服裝工業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)利潤。

國內(nèi)著名服裝品牌九牧王公司推出“量身定制”系統(tǒng)后，消費者可以通過個性化定制系統(tǒng)購買到合身的服裝，這一項業(yè)務(wù)并不額外收取加工費及運費等，定制的價格是同類服裝產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)零售價[13]。英國Baird Menswear西服公司率先使用量身定制系統(tǒng)進(jìn)行了西服的生產(chǎn)[14]。英國Colchester的防衛(wèi)服裝以及紡織代辦處利用自動人體測量儀和防彈部門聯(lián)手制造了實用的防護(hù)盔甲[15]。法國Telmat公司的專家使用Symcad進(jìn)行了人體尺寸的測量，為法國海軍成功定制制服積累了豐富的經(jīng)驗[16]。加拿大的國家軍隊利用三維人體測量技術(shù)采集了每個士兵的人體體型數(shù)據(jù)后研發(fā)了不同軍種的服裝號型規(guī)格[9]。

3.3 電子商務(wù)及網(wǎng)上購物

隨著網(wǎng)絡(luò)信息化時代的到來，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的電子商務(wù)不僅改變著全球的貿(mào)易方式,而且將為服裝企業(yè)帶來嶄新的發(fā)展機(jī)遇。消費者通過三維人體測量可以輕松得到一張準(zhǔn)確的體型數(shù)據(jù)卡，然后利用體型數(shù)據(jù)卡通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上購物[17]。

對于企業(yè)而言，可以建立更具體、精準(zhǔn)的目標(biāo)消費者體型檔案庫；對于消費者來說，這些測得的身體數(shù)據(jù)也方便了顧客選購其他品牌的服裝。網(wǎng)絡(luò)服裝商城讓網(wǎng)上消費者消除了必須實地試衣的困擾，消費者只要通過上網(wǎng)登錄自己的基本信息(身高、體重、臉形和尺寸等)，網(wǎng)站根據(jù)消費者填寫的信息建立一個屬于消費者自己的“虛擬試衣模特”，從而滿足消費者個性化的服裝需求。

3.4 成衣展示的數(shù)字化和虛擬試衣

虛擬試衣技術(shù)通過消費者體型的立體視覺原理或三維數(shù)據(jù)信息，利用計算機(jī)技術(shù)構(gòu)造出三維人體模型，消費者可以從計算機(jī)所存儲的服裝效果圖來挑選喜歡并且適合自己的服裝款式，然后通過計算機(jī)的圖形學(xué)原理和圖像處理把所選擇的服裝穿到虛擬人體模型上，從而更直觀、更逼真地看到三維虛擬人體模型的立體著裝效果[18]。三維虛擬試衣流程圖如圖4所示。

圖4 三維虛擬試衣流程圖

美國Browzwear公司的旗艦產(chǎn)品“C-Me”是專門用于網(wǎng)上服裝銷售的三維虛擬試衣軟件[19]，其直接從公司的服裝CAD系統(tǒng)中獲取服裝紙樣和服裝面料等信息，再把服裝2D紙樣在虛擬化的模特身上縫合起來，從而模擬出試穿的3D過程。把三維虛擬服裝穿在三維人體模型上可以生動、形象地展示出服裝的靜態(tài)模擬穿著效果與動態(tài)模擬穿著效果。穿著三維虛擬服裝的網(wǎng)絡(luò)模特在試衣軟件中不僅可以全方位旋轉(zhuǎn)，而且還可以自由走動，因此服裝消費者可以全方位觀察服裝的穿著效果[20]。虛擬試衣在現(xiàn)實中的應(yīng)用[21]見圖5。

圖5 虛擬試衣的應(yīng)用

3.5 服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)

服裝快速反應(yīng)是指服裝企業(yè)可以在恰當(dāng)?shù)臅r間向目標(biāo)客戶提供需要的數(shù)量、合適的價格、高品質(zhì)的服裝產(chǎn)品，重點是充分利用各種資源來增強(qiáng)服裝企業(yè)生產(chǎn)的靈活性[22]。建立服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)是當(dāng)今世界紡織服裝業(yè)在激烈的市場競爭中脫穎而出的關(guān)鍵舉措，快速反應(yīng)系統(tǒng)的建立和完善，可以提高紡織服裝企業(yè)對市場的反應(yīng)速度，縮短國內(nèi)外市場的時空距離[23]。服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)的目標(biāo)是實施“針對顧客的價值創(chuàng)造”，需要借助三維CAD系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)來實施，服裝生產(chǎn)企業(yè)必須與面料供應(yīng)商、服裝零售商建立互利共贏的友好合作關(guān)系。三維人體掃描系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、快速地測量出人體數(shù)據(jù), 生成三維人體模型, 直觀顯示出設(shè)計的服裝穿著后的效果，可以根據(jù)面料和花型等參數(shù)的輸入，能夠瞬時展示出虛擬的樣品，在面料、圖案設(shè)計師、款式設(shè)計者、零售商或顧客的參與下對樣品進(jìn)行討論、修改直至滿意，使服裝的前期策劃、款式設(shè)計、樣衣試制、生產(chǎn)和銷售更好的聯(lián)系起來，使服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)更好的發(fā)展[24]。

4 結(jié)束語

通過對三維人體測量技術(shù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及在服裝業(yè)的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，從服裝號型標(biāo)準(zhǔn)、人體數(shù)據(jù)庫、量身定制系統(tǒng)、電子商務(wù)、虛擬試衣以及服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)等方面，可以得出三維人體測量技術(shù)的應(yīng)用使服裝業(yè)的發(fā)展迅速步入到了數(shù)字化的發(fā)展階段，使智能化、一體化、系統(tǒng)化服裝產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)成為現(xiàn)實。三維人體測量技術(shù)滿足了消費者對于個性化、適體性服裝消費的迫切需求。然而，對于怎樣提高三維人體測量的精確度，如何更好地進(jìn)行人體建模，如何提高虛擬試衣的速度、精確度和自動化程度以及如何降低其成本等關(guān)鍵性問題，并未有確切的方法，三維人體測量技術(shù)的研究還有非常大的發(fā)展空間。因此，三維人體測量的智能化，三維人體數(shù)據(jù)采集的自動化，三維人體掃描的動態(tài)化、網(wǎng)絡(luò)化，三維人體測量結(jié)果的準(zhǔn)確、高效性，低成本以及與服裝CAD系統(tǒng)的兼容性是三維人體測量技術(shù)需要進(jìn)一步研究的方向。

三維人體模型的生成和應(yīng)用是人體測量學(xué)的最新研究方向，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與三維人體測量技術(shù)的完美結(jié)合將成為今后三維服裝行業(yè)發(fā)展的主要趨勢。三維人體測量技術(shù)的很多關(guān)鍵性技術(shù)問題還有待進(jìn)一步的深入研究，通過對更為自動、精確、高效的三維人體測量技術(shù)進(jìn)行深入的研發(fā)和應(yīng)用，將會給人們的美好生活帶來極大的便捷，三維人體測量技術(shù)的應(yīng)用也將更好，前景越來越廣闊。