陳 郁， 任雨佳， 師亞楠

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

服裝制作需以人體尺寸為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但現(xiàn)有測(cè)量指標(biāo)無法準(zhǔn)確描述不同體態(tài)的尺寸差異。人體體態(tài)的形成與日常生活習(xí)慣有著密不可分的關(guān)系，調(diào)查顯示：大學(xué)生群體中，頭、頸、肩胛骨、骨盆的側(cè)面和背面姿態(tài)指標(biāo)全部正常的只有2.5%[1]；男大學(xué)生中，17.9%為挺胸體態(tài)，14.1%為駝背體態(tài)[2]。事實(shí)上，體態(tài)測(cè)量研究已經(jīng)得到廣泛重視，并且取得了一定成果。

GB/T 1335.2—2008[3]中所劃分的Y，A，B，C 4種體型沒有考慮到不同體態(tài)的局部差異。董麗等[4]利用三維人體掃描技術(shù)分析成年女性的人體數(shù)據(jù)，在GB/T 1335.2—1997的基礎(chǔ)上增加了背凸距、胸凸距、腹凸距、臀凸距等特征指標(biāo)，便于調(diào)整同一號(hào)型不同體態(tài)的服裝版型；YOO H等[5]根據(jù)胸背凸量、臀部凸量、胸腰距離、腰臀距離等指標(biāo)描述成年男性的側(cè)身形態(tài)，將人體體型分為前胸較發(fā)達(dá)型和背部彎曲型；石圓圓[6]借助非接觸式易量體測(cè)量法測(cè)量中老年男性的人體數(shù)據(jù)，分析其體型變化，使用駝背量和駝背角指標(biāo)對(duì)中老年男性服裝版型進(jìn)行調(diào)整，總結(jié)駝背體態(tài)的服裝紙樣變化規(guī)律；阮婷等[7]通過三維人體測(cè)量技術(shù)，得出前肩寬、左肩斜度、胸背寬比3個(gè)指標(biāo)可用于描述青年男性肩部形態(tài)，發(fā)現(xiàn)挺胸體態(tài)人體的肩斜對(duì)肩型影響較大，駝背體態(tài)人體的肩寬和肩斜對(duì)肩型均有影響。除了上述常規(guī)人體測(cè)量項(xiàng)目外，呂吉[8]通過測(cè)量肩腰斜線(即肩端點(diǎn)到腰中點(diǎn)的體表路徑)優(yōu)化肩部結(jié)構(gòu)；賀義軍等[9]發(fā)現(xiàn)，肩弓的變化會(huì)影響肩線長(zhǎng)度、領(lǐng)窩線長(zhǎng)度、袖籠弧線；田亞楠[10]利用非接觸式人體測(cè)量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)肩周的圍度、高度和厚度在不同體態(tài)下有顯著差異，最終確定引入肩周曲線模型，定量區(qū)分前胛弓背體型與標(biāo)準(zhǔn)體型；賀莉文[11]采用肩弓系數(shù)(即肩端距與總肩寬的比值)量化肩部后凸程度，通過肩截面曲線判別弓背體體型，但是并未深入探究弓背體態(tài)對(duì)背部及胸部曲線特征的影響。

上述研究為體型測(cè)量增加了部分描述人體側(cè)面輪廓的特征指標(biāo)，如背凸距、胸凸距、背入角等，有的研究還選取了肩腰斜線、肩弓等非常規(guī)測(cè)量部位，但是駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)的變化還有待探究。因此，為了深入了解肩背部體態(tài)的變化情況，文中使用三維人體掃描技術(shù)采集同一人的正常體態(tài)、駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)數(shù)據(jù)，使用Geomagic Studio軟件提取相關(guān)人體數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)樣本，從變化部位以及變化方向兩方面探究特殊體態(tài)肩背部的描述性指標(biāo)，旨在更加深入了解人體體態(tài)變化情況，為人體模型的調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)參考，對(duì)不同體態(tài)的服裝版型研究有指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

由于駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的形成與日常生活習(xí)慣有著密不可分的關(guān)系，因此可以根據(jù)駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)的外形特征設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，模擬特殊體態(tài)。

1.1 儀器

X Scan 2017博克三維人體掃描儀，深圳博克時(shí)代科技開發(fā)有限公司制造。

1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

由于駝背體態(tài)在身高較高的人群中較為常見，因此隨機(jī)選取體態(tài)正常、體型接近180/96A的17名青年男性參與測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)量環(huán)境需符合裸體測(cè)量要求，溫度為(25±2)℃。掃描過程中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象自然呼吸，盡量避免身體晃動(dòng)；掃描結(jié)束后，可直接生成與真人等比例的OBJ格式三維人體模型。實(shí)驗(yàn)對(duì)象上半身為凈體，以自然站立的肩背狀態(tài)為正常體態(tài)，以伏案寫作時(shí)的肩背狀態(tài)為駝背體態(tài)，以站軍姿時(shí)的肩背狀態(tài)為挺胸體態(tài)進(jìn)行掃描。以正常體態(tài)為參考對(duì)象，挺胸和駝背體態(tài)為測(cè)試對(duì)象，分別對(duì)駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的變化情況進(jìn)行分析。

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)以及測(cè)量男性駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選取位于肩部、胸部、背部的17個(gè)特征點(diǎn)以及3個(gè)特征面。特征點(diǎn)包括前頸點(diǎn)、后頸點(diǎn)、肩峰點(diǎn)、前腋點(diǎn)、后腋點(diǎn)、胸高點(diǎn)、背凸點(diǎn)、胸中點(diǎn)、背中點(diǎn)、側(cè)腰點(diǎn)、后腰點(diǎn)等，特征面為矢狀面、冠狀面、水平面。使用Geomagic Studio軟件標(biāo)記的特征點(diǎn)與特征面如圖1所示。

圖1 測(cè)量所需特征指標(biāo)的分布情況Fig.1 Distribution of feature indexes required for measurement

2 主要變化部位及其變化趨勢(shì)

通過掃描得到人體模型及特征點(diǎn)、特征面，對(duì)駝背體態(tài)和挺胸體態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析人體各部位的變化趨勢(shì)、關(guān)鍵部位的變化方向以及關(guān)鍵指標(biāo)的變化范圍，對(duì)比同一人標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)與特殊體態(tài)的人體尺寸差異。

2.1 變化部位

為獲得駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位及其變化趨勢(shì)，使用Geomagic Studio軟件獲得人體側(cè)面輪廓，具體如圖2所示。

圖2 人體側(cè)面輪廓Fig.2 Side profile of human body

由圖2可知，不同體態(tài)的側(cè)面差異主要位于胸部和背部，駝背狀態(tài)的主要表現(xiàn)為胸部?jī)?nèi)收以及背部外凸，挺胸狀態(tài)的主要表現(xiàn)為胸部外凸以及背部?jī)?nèi)收。

Geomagic Studio軟件中的偏差分析可以更直觀地獲得人體模型之間的差異。采用特征部位對(duì)齊與最佳擬合對(duì)齊相結(jié)合的方式將正常體態(tài)和非正常體態(tài)重疊對(duì)齊，模型偏差結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 駝背體態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)的模型偏差Fig.3 Model deviation between humpback body and normal body

圖4 挺胸體態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)的模型偏差Fig.4 Model deviation between straightening chest body and normal body

圖3、圖4中，以正常體態(tài)為參考對(duì)象，挺胸和駝背體態(tài)為測(cè)試對(duì)象，通過三維彩色偏差圖展示測(cè)試對(duì)象與參考對(duì)象之間的偏差。由于駝背與挺胸均屬上肢體態(tài)的變化，所以主要關(guān)注軀干模型的差異。顏色色相表示測(cè)量值偏離真值的方向，當(dāng)測(cè)定值大于真值時(shí)，誤差為正，呈紅色；當(dāng)測(cè)定值小于真值時(shí)，誤差為負(fù)，呈藍(lán)色；當(dāng)測(cè)定值等于真值時(shí)，誤差為零，呈綠色。

由圖3可知，在駝背狀態(tài)下，頸部呈綠色，軀干前側(cè)以及大臂后側(cè)呈藍(lán)色，胸部為深藍(lán)色，軀干后側(cè)以及大臂前側(cè)呈黃色，背部為紅色，說明胸部和背部變化最為明顯，胸部?jī)?nèi)含，背部凸出，手臂的顏色變化說明與之相連的肩部有前擺的趨勢(shì)。由圖4可知，在挺胸狀態(tài)下，頸部呈綠色，軀干前側(cè)以及大臂后側(cè)呈黃色，胸部為紅色，軀干后側(cè)以及大臂前側(cè)呈藍(lán)色，背部為深藍(lán)色，說明胸部和背部變化最為明顯，胸部凸出，背部?jī)?nèi)收，手臂的顏色變化說明與之相連的肩部有后擺的趨勢(shì)。由此可知，駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位均為肩部、胸部和背部。駝背體態(tài)下，肩膀前擺，胸部?jī)?nèi)含，背部向后凸出；挺胸體態(tài)下，肩膀后擺，胸部前挺，背部?jī)?nèi)收。

2.2 變化方向

為保證測(cè)量數(shù)據(jù)能夠反映特殊體態(tài)的尺寸規(guī)律，以胸坡角、背入角大小分別作為駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的篩選依據(jù)：胸坡角大于20°為挺胸體態(tài)[12]，背入角大于26°為駝背體態(tài)[13]，最終得到11組駝背體態(tài)數(shù)據(jù)以及15組挺胸體態(tài)數(shù)據(jù)。

為了獲得肩部、胸部以及背部的主要變化方向，將變化部位的移動(dòng)距離作為衡量變化方向的指標(biāo)，特征點(diǎn)最大位移方向即為特征部位的變化方向。由于人體運(yùn)動(dòng)時(shí)后正中線與腰圍線交點(diǎn)(即后腰點(diǎn))處的皮膚變形較小[14]，因此選擇后腰點(diǎn)作為基點(diǎn)。使用肩峰點(diǎn)、胸高點(diǎn)、背凸點(diǎn)代表變化部位，將各特征點(diǎn)相對(duì)于后腰點(diǎn)的位移沿矢狀面、冠狀面、水平面3個(gè)平面進(jìn)行拆解，相關(guān)測(cè)量項(xiàng)目見表1。

表1 特征部位變化方向的相關(guān)測(cè)量項(xiàng)目

使用Geomagic Studio軟件根據(jù)各個(gè)特征量的定義進(jìn)行尺寸測(cè)量，計(jì)算特殊體態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)體態(tài)對(duì)應(yīng)指標(biāo)的差值，使用SPSS軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。

表2 特征部位變化方向各測(cè)量項(xiàng)目之間的相關(guān)性

由表2可以看出，胸高點(diǎn)至后腰點(diǎn)斜線長(zhǎng)與胸高點(diǎn)至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.806，背凸點(diǎn)至后腰點(diǎn)斜線長(zhǎng)與背凸點(diǎn)至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.679，肩峰點(diǎn)至后腰點(diǎn)斜線長(zhǎng)與肩峰點(diǎn)至冠狀面距離的相關(guān)系數(shù)為0.61，它們?cè)?.01水平上均呈顯著正相關(guān)。因此，胸部、背部、肩部的變化主要為前后變化。雖然胸高點(diǎn)至后腰點(diǎn)斜線長(zhǎng)與胸高點(diǎn)至矢狀面距離、背凸點(diǎn)至后腰點(diǎn)斜線長(zhǎng)與背凸點(diǎn)至矢狀面距離均在0.05水平上呈顯著正相關(guān)，但特征點(diǎn)相對(duì)于矢狀面的運(yùn)動(dòng)比相對(duì)于冠狀面的運(yùn)動(dòng)發(fā)生概率小。綜上所述，與冠狀面垂直的前后方向是肩部、胸部、背部的主要變化方向。

3 數(shù)據(jù)分析

駝背狀態(tài)與挺胸狀態(tài)的主要變化部位為肩部、胸部、背部，駝背狀態(tài)的具體表現(xiàn)為胸部?jī)?nèi)收、背部凸出以及肩部前擺，挺胸狀態(tài)各部位的變化趨勢(shì)則相反。肩部、胸部、背部的主要變化方向?yàn)榕c冠狀面垂直的前后方向。因此，可以使用胸凸量表示胸部前后移動(dòng)的距離，背凸量表示背部前后移動(dòng)的距離。胸鎖關(guān)節(jié)位于胸骨上端，且與鎖骨的胸骨端關(guān)節(jié)面相切，是肩部和軀干部相連接的唯一關(guān)節(jié)[15]，因此，文中使用肩開角表示相對(duì)于前頸點(diǎn)的肩部前后擺動(dòng)的角度。關(guān)鍵指標(biāo)的主要測(cè)量項(xiàng)目見表3。

表3 關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)量項(xiàng)目

使用Geomagic Studio軟件根據(jù)關(guān)鍵指標(biāo)的定義進(jìn)行尺寸測(cè)量，運(yùn)用SPSS軟件對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，得出相關(guān)指標(biāo)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值以及最大值，結(jié)果見表4。平均值可以反映該組數(shù)據(jù)的平均水平，標(biāo)準(zhǔn)差可以反映數(shù)據(jù)的離散程度，最值可以反映數(shù)據(jù)變化范圍。

表4 不同體態(tài)關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表4可知，駝背狀態(tài)下，胸部?jī)?nèi)收的位移范圍為1.92～4.51 cm，平均值是3.37 cm；背部外凸的位移范圍為0.09～3.86 cm，平均值是1.96 cm；肩部前擺角度范圍為0.39°～10.72°，平均值是3.82°。挺胸狀態(tài)下，胸部外凸的位移范圍為0.22～3.59 cm，平均值是1.66 cm；背部?jī)?nèi)收的位移范圍為0.17～1.98 cm，平均值是1.12 cm；肩部后擺角度范圍為0.04°～16.89°，平均值是5.23°。對(duì)不同體態(tài)下胸凸量、背凸量、肩開角之間進(jìn)行Person相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。

表5 不同體態(tài)關(guān)鍵指標(biāo)的相關(guān)性

由表5可知，駝背狀態(tài)下，胸凸量、背凸量之間的相關(guān)系數(shù)為-0.677，小于0，說明胸凸量、背凸量之間在0.05水平下呈顯著負(fù)相關(guān)，肩開角與胸凸量、肩開角與背凸量之間均無顯著相關(guān)性；挺胸狀態(tài)下，胸凸量、背凸量、肩開角之間無顯著相關(guān)性。

4 結(jié)語(yǔ)

文中從變化部位、變化方向、變化范圍3方面定量研究特殊體態(tài)人體的變化情況。通過對(duì)三維人體模型進(jìn)行偏差分析，發(fā)現(xiàn)駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的主要變化部位為肩部、胸部、背部。通過分析特征點(diǎn)的移動(dòng)距離，發(fā)現(xiàn)肩部、胸部、背部特征點(diǎn)與人體冠狀面之間的距離變化對(duì)特征點(diǎn)移動(dòng)方向的影響最大，因此確定胸凸量、背凸量、肩開角3個(gè)指標(biāo)定量描述駝背體態(tài)與挺胸體態(tài)的變化，且上述3個(gè)描述性指標(biāo)之間沒有顯著相關(guān)性。在肩背部體態(tài)變化中，為了維持重心平衡，頸部和腰腹部也會(huì)發(fā)生變化。未來可以對(duì)不同體態(tài)下頸部、腰部、腹部體態(tài)的變化情況進(jìn)行深入探究。