王永榮， 李嘉怡， 金 枝， 孫 悅

(1. 東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051； 3. 廣西科技大學(xué) 藝術(shù)與文化傳播學(xué)院， 廣西 柳州 545006)

不同路況中騎行者皮膚變形分析

王永榮1,2， 李嘉怡1， 金 枝3， 孫 悅1

(1. 東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051； 3. 廣西科技大學(xué) 藝術(shù)與文化傳播學(xué)院， 廣西 柳州 545006)

為明確在不同路況和不同騎行動(dòng)作下的皮膚變形量，針對(duì)人體在上坡、平地和下坡3種不同路況下的騎行姿勢(shì)，分別提取4個(gè)關(guān)鍵騎行動(dòng)作進(jìn)行測(cè)試與分析。結(jié)果表明：下坡路況時(shí)的肩寬縮小程度最大，達(dá)-14.26%；平地和下坡路況下背寬的變化率在25%以上；腰圍在騎行過(guò)程中增大，下坡路況時(shí)腰圍變化最大，而上坡路況時(shí)最?。恍貒?、大腿圍、小腿圍的變化率都小于3%；人體的前上半身長(zhǎng)都呈收縮狀態(tài)，平地和下坡路況時(shí)變化率達(dá)-10%以上；后背長(zhǎng)呈拉伸狀態(tài)，但變化率不足5%；人體正面腰圍線到小腿圍線的總長(zhǎng)減小，但人體側(cè)面的腰圍線到小腿圍線的總長(zhǎng)變化不大。

騎行姿勢(shì)； 路況； 皮膚變形； 騎行服裝

近年來(lái)，騎行運(yùn)動(dòng)裝備市場(chǎng)發(fā)展迅猛，但國(guó)內(nèi)的騎行運(yùn)動(dòng)裝備起步較晚，在材料、技術(shù)等方面依舊與先進(jìn)水平有一定的差距。分析運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)，研究各種姿勢(shì)下身體皮膚的變形是設(shè)計(jì)具有良好適體性功能服裝的必要前提[1-2]。研究者通過(guò)分解戶(hù)外運(yùn)動(dòng)和跑步常見(jiàn)姿勢(shì)，并依據(jù)各姿勢(shì)下的皮膚變形數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)戶(hù)外運(yùn)動(dòng)褲和跑步服[3-4]。先進(jìn)的接觸式和非接觸式測(cè)量方法分別被用來(lái)測(cè)試人體皮膚變形[6]，如非接觸式三維人體掃描方法[6-7]。在騎行服裝方面，楊娟等[8]對(duì)騎行者的上下車(chē)動(dòng)作、常規(guī)騎行、離座騎行和發(fā)力騎行的動(dòng)作進(jìn)行了分解，并且測(cè)量了在這幾個(gè)動(dòng)作下腰圍、臀圍、大腿根圍、膝圍、小腿中圍、前檔長(zhǎng)、后襠長(zhǎng)、腿長(zhǎng)等基本尺寸，提出騎行褲的優(yōu)化方案。羅蘭等[9]采用人體捕捉方法提取騎行中人體的5個(gè)動(dòng)作特征，對(duì)這5個(gè)動(dòng)作下的腿部進(jìn)行了皮膚變形實(shí)驗(yàn)。 以上對(duì)騎行姿勢(shì)下的人體各部位變形的研究局限于一般的正常路況下，但在實(shí)際騎行中騎行姿勢(shì)會(huì)隨路況的改變而改變，尤其是在上坡和下坡路況中人體各部位的圍度和縱向尺寸隨騎行姿勢(shì)變化明顯，因此，應(yīng)當(dāng)把這些路況下的皮膚變形也考慮到服裝設(shè)計(jì)中。

本文對(duì)上坡、平地和下坡3種路況下的騎行姿勢(shì)進(jìn)行分析，研究了在不同路況、不同騎行姿勢(shì)下的橫縱向皮膚變形。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測(cè)試對(duì)象

選取5位女大學(xué)生為實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)象，身高為160～170 cm，體重為48～55 kg。

表1 測(cè)試者基本信息

1.2 不同路況下騎行動(dòng)作分析

在騎行運(yùn)動(dòng)中，不同路況下的騎行姿勢(shì)各有區(qū)別。本文實(shí)驗(yàn)中采用車(chē)架及墊臺(tái)固定自行車(chē)，分別模擬上坡和下坡?tīng)顟B(tài)，上坡坡度為36.6%，下坡坡度為25.3%。根據(jù)騎行運(yùn)動(dòng)中的人體工效分析，在每種路況騎行中，上身姿勢(shì)確定為：上坡時(shí)，采用離開(kāi)座墊發(fā)力的騎行姿勢(shì)，騎行者上身向前，手臂自然彎曲，胸口部位盡量往龍頭靠近；平地時(shí)，騎行者上身往前傾斜，傾斜角約為55°，手臂自然彎曲，肩關(guān)節(jié)幾乎成90°夾角；下坡時(shí)，騎行者臀部稍微往坐墊后靠，腹部盡量往前，手稍微彎一點(diǎn)，肩關(guān)節(jié)角度接近100°。在每種路況中，上身動(dòng)作保持不變，腿部分別選取4個(gè)動(dòng)作：動(dòng)作1，被測(cè)量的腿部到達(dá)上死點(diǎn)，即最高點(diǎn)；動(dòng)作2，被測(cè)量的腿部處在用力階段，并且膝蓋高度與另外一只腳的膝蓋高度處于水平位置；動(dòng)作3，被測(cè)量腿部處在下死點(diǎn)，即最低點(diǎn)；動(dòng)作4，被測(cè)量腿部處在恢復(fù)階段，并且膝蓋高度與另外一只腳的膝蓋高度處于水平位置。上坡路況中的4種騎行動(dòng)作如圖1所示。

圖1 上坡路況中的4種騎行動(dòng)作

1.3 測(cè)試部位和流程

腰圍以上測(cè)量包括：肩寬、背寬、胸圍、臂圍；前半身長(zhǎng)、后背長(zhǎng)。腰圍以下測(cè)量包括：腰圍、大腿圍、膝圍、小腿圍；腰圍到大腿圍長(zhǎng)(正/側(cè))、腰圍到膝圍長(zhǎng)(正/側(cè))、腰圍到小腿圍長(zhǎng)(正/側(cè))、膝圍到小腿圍長(zhǎng)(正/側(cè))。

測(cè)量人體動(dòng)態(tài)形變的方法有拉伸線法、體表畫(huà)線法、石膏帶法與捺印法等。其中體表畫(huà)線法最為常用，其方法是在人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下通過(guò)測(cè)量皮膚上投影線的長(zhǎng)度，對(duì)相關(guān)部位的皮膚變化進(jìn)行測(cè)量，但由于被測(cè)試者特殊部位的局限性，本文實(shí)驗(yàn)采用在人體上黏貼高彈性繃帶來(lái)代替人體畫(huà)線法,如圖2所示。

圖2 人體正、側(cè)、背貼線示意圖

測(cè)量順序如下：1)依次測(cè)出靜止直立時(shí)身體所有測(cè)量項(xiàng)目尺寸；2)測(cè)量上坡騎行時(shí)腰部以上測(cè)量項(xiàng)目的尺寸，然后依次測(cè)量腰部以下動(dòng)作1～4的所有測(cè)量項(xiàng)目尺寸；3)按照2)中的方法分別測(cè)試平地和下坡路況中的騎行者皮膚變形。為了減小誤差，軟尺貼附于身體表面，不可緊壓皮膚，松度始終保持一致；讀取數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)量者視線垂直于標(biāo)尺部分，不可斜視。

1.4 各部位尺寸變化率的計(jì)算

根據(jù)下式計(jì)算騎行者各部位尺寸變化率ε，負(fù)值代表收縮，正值代表拉伸。

式中：C1為不同路況、動(dòng)作下騎行者各部位尺寸；C2為站立狀態(tài)下騎行者各部位尺寸。

2 結(jié)果與討論

2.1 腰部以上數(shù)據(jù)分析

肩寬、背寬、胸圍的測(cè)量值見(jiàn)表2。肩寬、背寬、胸圍的尺寸變化率見(jiàn)圖3(a)。在上坡、平地和下坡這3種路況下肩寬都是呈減小趨勢(shì)。在平地和下坡路況由于身體更往前傾，手臂向前支撐，致使肩寬減小的幅度更大，尤其是下坡路況下肩寬變化率達(dá)-14.26%。不同路況下背寬都呈增大趨勢(shì)，平地和下坡路況下的背寬變化率分別達(dá)到31.41%和26.34%。胸圍在3種路況下雖然都呈增大的趨勢(shì)，但不明顯，在5%以?xún)?nèi)。

表2 不同路況中腰部以上尺寸

圖3 腰部以上尺寸變化

前半身長(zhǎng)、后背長(zhǎng)變化率見(jiàn)圖3(b)。分析可知，3種路況下的前半身長(zhǎng)都呈縮小的趨勢(shì)，由于平地和下坡路況下的上身騎行姿勢(shì)比上坡時(shí)更前傾，所以平地和下坡時(shí)的前半身長(zhǎng)縮小的比率較大，分別達(dá)-13.11%和-11.85%。3種路況下后背長(zhǎng)都呈伸長(zhǎng)趨勢(shì)，但變化率不大，在3%左右。

2.2 腰部以下數(shù)據(jù)分析

2.2.1 圍度變化分析

表3示出不同路況中圍度尺寸的測(cè)量值。圖4示出人體圍度尺寸變化率。

表3 不同路況中圍度尺寸

圖4 圍度變化

由圖4(a)可知，由于身體往前傾造成腰部軟組織和皮膚堆積，不同路況、動(dòng)作的腰圍都呈增大趨勢(shì)。其中上坡時(shí)腰圍增大較小，下坡時(shí)腰圍增大最大。下坡中，在完成第2個(gè)動(dòng)作時(shí)的腰圍變化率最大，為7.28%。由圖4(b)可知，3種路況中，大腿圍變化都不大。其中，在下坡路況中，第1個(gè)動(dòng)作下大腿圍變化率最大，為3.5%。由圖4(c)可知，在平地和下坡路況中，膝圍變化相似，都是動(dòng)作1、動(dòng)作4時(shí)變化較大，動(dòng)作2、動(dòng)作3時(shí)變化較小。下坡路況中，膝圍在動(dòng)作1時(shí)變化率最大，為6.31%，在動(dòng)作3時(shí)處于收縮狀態(tài)，為-0.98%；平地路況中，膝圍在動(dòng)作4時(shí)變化率最大，為4.52%；上坡路況中，膝圍也是在動(dòng)作1時(shí)變化率最大，為4.31%。由

圖4(d)可知，不同路況下的小腿圍都是在動(dòng)作1時(shí)達(dá)到最大變化率。

2.2.2 縱向變化分析

表4示出不同路況中人體縱向尺寸的測(cè)量值。圖5示出人體正面縱向尺寸變化率。由圖5(a)可知。在騎行過(guò)程中人體正面的腰圍到小腿圍這段長(zhǎng)度都呈收縮變化。在下坡路況中，動(dòng)作2時(shí)收縮率達(dá)到最大，為-9.79%。由圖5(b)可知，人體正面的腰圍到大腿圍這段長(zhǎng)度都呈收縮狀態(tài)。在不同路況中，這段長(zhǎng)度隨動(dòng)作的改變而呈現(xiàn)的變化規(guī)律相似。即動(dòng)作1收縮最大，動(dòng)作3收縮最小。在上坡路況中，尺寸變化相對(duì)較小。在下坡路況中，動(dòng)作1時(shí)收縮程度最大，變化率為-37.17%。由圖5(c)可知，人體正面的大腿圍到膝圍間的長(zhǎng)度在騎行過(guò)程中基本呈拉伸狀態(tài)，動(dòng)作1時(shí)拉伸最明顯，其次是動(dòng)作4。在上坡路況的動(dòng)作1時(shí)，這段長(zhǎng)度達(dá)到了最大的拉伸率，變化率為10.34%。由圖5(d)可知，騎行者正面的膝圍線到小腿圍線這段長(zhǎng)度，3種路況下的動(dòng)作3和在上坡中的動(dòng)作4變化不大。其他路況下，動(dòng)作1、動(dòng)作2、動(dòng)作4基本上都呈拉伸狀態(tài)，在動(dòng)作1時(shí)達(dá)到最大拉伸。其中在平地路況中的動(dòng)作1變化率最大，為27.71%。

表4 不同路況中人體縱向尺寸

圖5 人體正面縱向尺寸

圖6示出人體側(cè)面縱向尺寸變化。由圖6(a)可知：與人體正面的腰圍到小腿圍的長(zhǎng)度相比，側(cè)面的這段長(zhǎng)度變化小，最大的收縮率不超過(guò)-5%；不同路況中，動(dòng)作1時(shí)達(dá)到最大變化率。由圖6(b)可知：側(cè)面的這段長(zhǎng)度呈現(xiàn)收縮、伸長(zhǎng)交替變化；所有動(dòng)作1、3、4都是呈收縮狀態(tài)，收縮程度不大，在平地路況中，動(dòng)作1達(dá)到最大收縮率-2.45%；平地和上坡路況中，動(dòng)作2呈拉伸狀態(tài)，最大拉伸率為1.62%。由圖6(c)可知：側(cè)面的大腿圍到膝圍這段長(zhǎng)度在騎行過(guò)程中基本都呈收縮狀態(tài)，但收縮不大；3種路況下，動(dòng)作1的收縮率均較大，其次是動(dòng)作4，最大的變化率出現(xiàn)在上坡路況的動(dòng)作1，變化率為-4.82%。由圖6(d)可知：側(cè)面的膝圍到小腿圍這段長(zhǎng)度在騎行過(guò)程中基本上都呈收縮狀態(tài)，但是無(wú)論在哪種路況下動(dòng)作2和動(dòng)作3變化不大，動(dòng)作1和動(dòng)作4的收縮比較大；最大出現(xiàn)在上坡路況的動(dòng)作1，變化率為-10.23%。

圖6 人體側(cè)面縱向尺寸

3 結(jié) 論

本文分析騎行者在上坡、平地和下坡3種路況下的騎行姿勢(shì)，分別提取4個(gè)關(guān)鍵騎行動(dòng)作，研究在不同路況和不同騎行動(dòng)作下的皮膚變形。在騎行測(cè)體實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了基本圍度(胸圍、腰圍、臀圍、大腿圍等)和基本長(zhǎng)度(前身長(zhǎng)、后背長(zhǎng)、下肢長(zhǎng)等)，得到以下結(jié)論：

1)肩寬在騎行過(guò)程中都比靜態(tài)直立下小，其中下坡路況中的肩寬縮小程度最大，達(dá)-14.26%；騎行狀態(tài)下的背寬卻比靜態(tài)直立狀態(tài)下的大，平地和下坡路況中背寬的變化率都在25%以上；腰圍在騎行過(guò)程中增大，且下坡路況中的腰圍變化最大，而上坡路況時(shí)最??；胸圍、大腿圍、小腿圍的變化率都小于3%，基本不變。

2)騎行過(guò)程中人體的前半身長(zhǎng)基本上都呈收縮狀態(tài)，平地和下坡路況都達(dá)-10%以上；而由于后背隆起后背長(zhǎng)呈拉伸狀態(tài)，但變化率不足5%；人體正面的腰圍線到小腿圍線的總長(zhǎng)呈收縮狀態(tài)，但人體側(cè)面的腰圍線到小腿圍線的總長(zhǎng)變化不大，變化率在-5%以?xún)?nèi)。

FZXB

[1] 林霜.人機(jī)工程學(xué)意義下自行車(chē)騎姿分析[J].四川兵工學(xué)報(bào),2010,31(3):103-105. LIN Shuang. Analysis of bicycle riding posture in the sense of ergonomics [J].Journal of Sichuan Ordnance, 2010, 31(3):103-105.

[2] 鄭德寧,王立川,陳雁. 個(gè)性化服裝設(shè)計(jì)流程信息交互的實(shí)現(xiàn)[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2014, 35(11):157-162. ZHENG Dening，WANG Lichuan，CHEN Yan. Realization of information interaction in personalized clothing design process[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(11):157-162.

[3] LEE Heeran, HONG Kyunghi, LEE Yejin. Ergonomic mapping of skin deformation in dynamic postures to provide fundamental data for functional design lines of outdoor pants[J]. Fibers and Polymers, 2013,4(12):2197-2201.

[4] 王燕珍,王建萍,張燕,等. 基于跑步運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的皮膚拉伸研究[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(8):115-119. WANG Yanzhen, WANG Jianping, ZHANG Yan, et al. Study of skin stretching based on running sports status[J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(8):115-119.

[5] 王永進(jìn). 動(dòng)態(tài)人體尺寸的測(cè)量方法[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2013, 34(4):104-110. WANG Yongjin. Study of body anthropometrical method in motion state[J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(4):104-110.

[6] CHOI Sunyoon, ASHDOWN P Susan. 3D body scan analysis of dimensional change in lower body measurements for active body positions[J]. Textile Research Journal, 2011, 81(1):81-93.

[7] CHOI Jiyoung, HONG Kyunghi. 3D skin length deformation of lower body during knee joint flexion for the practical application of functional sportswear[J]. Applied Ergonomics, 2015, 48: 186-201.

[8] 楊娟,曹葉青,胡嬌.基于騎行動(dòng)作分析的自行車(chē)騎行褲的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].針織工業(yè),2013(8):50-53. YANG Juan, CAO Yeqing, HU Jiao. Optimal design of cycling pants based on the analyzing riding motion[J].Knitting Industries, 2013(8):50-53.

[9] 羅蘭,王建萍.基于人體動(dòng)作捕捉的騎行運(yùn)動(dòng)腿部皮膚變形研究[J].浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014(4):39-43. LUO Lan, WANG Jianping. Skin deformation of legs in cycling based on human motion capture (HMC)[J]. Journal of Zhejiang Textile & Fashion College, 2014(4):39-43.

Analysis on skin deformation of rider during cycling under different road conditions

WANG Yongrong1，2， LI Jiayi1， JIN Zhi3, SUN Yue1

(1.Fashion·ArtDesignInstitute，DonghuaUniversity,Shanghai200051,China； 2.KeyLaboratoryofClothingDesignandTechnology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China； 3.CollegeofArtandCultureCommunication,GuangxiUniversityofScienceandTechnology,Liuzhou,Guangxi545006,China)

In order to explicit the skin deformation of a rider when cycling under different road conditions and body postures, four body postures under three different road conditions were analyzed. The skin deformation was measured during the process. Research results were as followed. The shoulder breadth reduced to -14.26% under downhill condition, the back width increased to more than 25% under normal and downhill conditions, and the waist girth increased to the most under downhill condition and to least under uphill condition. The chest, thigh and calf girths changed no more than 3%. The front of upper body reduced in levels, and the deformation was more than -10% under normal and downhill road conditions. The back of upper body increased no more than 5%. The front length from waistline to calfline was reduced, but its lateral length was not changed too much.

riding posture; road condition; skin deformation; cycling sportswear

10.13475/j.fzxb.20150603406

2015-06-16

2016-02-27

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(15D110732)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(201410255020)

王永榮(1983—)，女，副教授，博士。研究方向?yàn)楣δ苄詨毫Ψb研究開(kāi)發(fā)與人體工效。E-mail：yrwang@dhu.edu.cn。

TS 941.2

A