周 琦

(九江學(xué)院，江西 九江 332005)

人體測(cè)量技術(shù)是準(zhǔn)確把握人體尺寸及特征，確保服裝合體的必要手段[1]。本文總結(jié)了傳統(tǒng)手工測(cè)量技術(shù)與三維人體測(cè)量技術(shù)兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，三維人體測(cè)量技術(shù)的研究及應(yīng)用進(jìn)展，并針對(duì)現(xiàn)階段三維人體測(cè)量技術(shù)存在的問題提出了建議及未來的發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)手工測(cè)量技術(shù)與三維人體測(cè)量技術(shù)對(duì)比

傳統(tǒng)手工測(cè)量技術(shù)一般通過皮尺、馬丁尺、角度計(jì)、測(cè)距計(jì)等工具，由測(cè)量者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，直觀地測(cè)量出人體數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量工具簡(jiǎn)單、廉價(jià)，測(cè)量結(jié)果直觀。缺點(diǎn)是耗時(shí)長(zhǎng)，測(cè)量數(shù)值的穩(wěn)定性偏低，缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)，容易存在系統(tǒng)誤差和偶然誤差，精確度低，難以進(jìn)行快速、大規(guī)模的人體測(cè)量[2]。

三維人體測(cè)量技術(shù)是集光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、信息處理和計(jì)算機(jī)視覺等于一體的測(cè)量技術(shù)。系統(tǒng)可以在幾秒內(nèi)完成全身掃描，再通過軟件提取并輸出多項(xiàng)人體數(shù)據(jù)。三維人體測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快、耗時(shí)短、精確度高，且能進(jìn)行大規(guī)模的人體測(cè)量。缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格昂貴且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化復(fù)雜，普及率較低。

2 三維人體測(cè)量技術(shù)的研究進(jìn)展

歐、美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)70年代便開始進(jìn)行三維人體測(cè)量技術(shù)研究，并研發(fā)了多種三維人體測(cè)量系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)三維人體測(cè)量技術(shù)研究雖起步較晚，但近年來許多高校研究出多種三維人體測(cè)量系統(tǒng)，并取得了大量成果。但目前，這些研究在實(shí)際應(yīng)用中還存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、測(cè)量精度不高等問題。三維人體測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀主要包括三方面：測(cè)量參數(shù)提取技術(shù)、測(cè)量方法及代表性的三維人體測(cè)量設(shè)備。

2.1 人體測(cè)量參數(shù)提取技術(shù)研究現(xiàn)狀

三維人體測(cè)量設(shè)備對(duì)人體掃描后，會(huì)得到不同的數(shù)據(jù)格式和模型，并從中提取出一些重要的人體特征參數(shù)。相關(guān)研究者在人體特征參數(shù)的提取方面已取得一定成果，蔣麗君[3]通過增加五個(gè)派生變量來表征頸部形態(tài)比例關(guān)系，使用因子分析方式獲得頸部特征因子，再通過快速聚類，構(gòu)建了頸部規(guī)格系統(tǒng)；陳敏之等人[4]通過設(shè)計(jì)多個(gè)體型特征識(shí)別項(xiàng)目，用模糊聚類法對(duì)女子體型進(jìn)行模糊細(xì)分，研發(fā)了女子體型識(shí)別專家系統(tǒng)，可快速、有效地模擬專家進(jìn)行體型評(píng)價(jià)，并對(duì)5種典型著裝進(jìn)行特征部位形態(tài)識(shí)別，生成相應(yīng)的服裝標(biāo)識(shí)。

2.2 三維人體測(cè)量方法發(fā)展現(xiàn)狀

目前三維人體測(cè)量方法主要包括激光測(cè)量法、莫爾條紋測(cè)量法和攝影測(cè)量法。

2.2.1激光測(cè)量法

激光測(cè)量法是運(yùn)用相似三角形的原理，設(shè)置多個(gè)不同方位激光光源，接收人體表面反射光，最后通過分析反射光的時(shí)間間隔，光軸角度與強(qiáng)度，計(jì)算得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，如英國(guó)Cyberware全身掃描儀。激光測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是精準(zhǔn)度比較高，缺點(diǎn)是測(cè)量時(shí)對(duì)人體的動(dòng)靜態(tài)要求比較高，且激光測(cè)量有一定的輻射，要將其功率控制在一定的范圍內(nèi)，以保障測(cè)量時(shí)對(duì)人體無害。

2.2.2莫爾條紋測(cè)量法

莫爾條紋測(cè)量法是把光投射到人體身上，得到相關(guān)的莫爾數(shù)據(jù)信息，再經(jīng)分析與計(jì)算得到人體數(shù)據(jù)，如美國(guó)TC2分層輪廓測(cè)量系統(tǒng)。莫爾條紋測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方法比較簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是測(cè)量不夠精確。

2.2.3攝影測(cè)量法

攝影測(cè)量法是利用被測(cè)者的影像來建模的方法，如立體攝影測(cè)量與投影條紋相位測(cè)量。立體攝影測(cè)量法是通過對(duì)人體攝影，分析同一點(diǎn)在兩幅圖像的關(guān)系，最后通過計(jì)算得該點(diǎn)的數(shù)值。投影條紋相位測(cè)量法是讓光柵投影在人體上形成圖像，再進(jìn)行相位測(cè)量得到人體三維數(shù)值。攝影測(cè)量法是當(dāng)前比較成熟的一種三維人體測(cè)量技術(shù)，但存在精度不高的缺點(diǎn)。

2.3 代表性的三維人體測(cè)量設(shè)備

目前具有代表性的三維人體測(cè)量設(shè)備有美國(guó)TC2分層輪廓測(cè)量系統(tǒng)，它可在10 s內(nèi)完成人體4萬多個(gè)點(diǎn)的掃描，并計(jì)算出人體特征參數(shù)，與真實(shí)尺寸誤差在0.6 mm以內(nèi)；德國(guó)Tec Math人體掃描系統(tǒng)，可在20 s內(nèi)完成人體8萬多個(gè)點(diǎn)的掃描，并計(jì)算出人體特征尺寸，與真實(shí)尺寸誤差在0.2 mm以內(nèi)，是目前使用較多的測(cè)體設(shè)備；英國(guó)Cyberware全身掃描儀，其有4個(gè)掃描頭，各掃描頭在移動(dòng)中從多個(gè)視角掃描，只需10 s，隨后擬合出人體模型；上海工程技術(shù)大學(xué)開發(fā)的基于Kinect的三維人體測(cè)量設(shè)備，可在5 s內(nèi)捕獲待測(cè)者點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算人體特征數(shù)據(jù)，生成三維人體模型。目前，該系統(tǒng)已在多地廣泛應(yīng)用[5]。

3 三維人體測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

三維人體測(cè)量技術(shù)測(cè)量出的數(shù)據(jù)可建立大規(guī)模的人體數(shù)據(jù)庫(kù)，為標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的開發(fā)、體型的分類和人體測(cè)量學(xué)等研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。西安工程科技學(xué)院、東華大學(xué)等高校均建立了人體數(shù)據(jù)庫(kù)，為服裝企業(yè)私人定制和規(guī)模化定制業(yè)務(wù)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高了我國(guó)服裝行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的開發(fā)

在進(jìn)行服裝設(shè)計(jì)、制作的過程中，需要用到標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)，以提高服裝尺寸的精度和設(shè)計(jì)的效率。若將三維人體測(cè)量得到的人體信息簡(jiǎn)化、擬合和運(yùn)用合適的算法，就可以完整地表達(dá)人臺(tái)的體型，從而開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)。同理，也可以建立一些特殊體型人體模型，以提升產(chǎn)品的適應(yīng)性，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效益的提升。

3.3 人體體型的分類

汪東升等人[6]用三維人體測(cè)量技術(shù)測(cè)量了210名青年男性人體數(shù)據(jù)，選取立襠與身高比以及臀腰凸差作為體型分類標(biāo)準(zhǔn)，采用K-means聚類分析，將青年下肢體型分成了深襠平臀體、深襠圓臀體、中襠平臀體、中襠圓臀體和淺襠標(biāo)準(zhǔn)體5類。蔡曉裕等人[7]用三維人體掃描技術(shù)測(cè)量了108名在校女大學(xué)生體型數(shù)據(jù)，并進(jìn)行主成分分析和聚類分析，匯總出6個(gè)因子，最終將青年女體腰腹臀形態(tài)分為扁平體、較扁平體、較渾厚體和渾厚體4類，并驗(yàn)證了此種分類方法的可行性和合理性。余佳佳，李健[8]以407名東部地區(qū)女性為研究對(duì)象，采用三維人體測(cè)量技術(shù)測(cè)量人體66項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)分析和分層聚類分析等，選取乳下圍扁平率、身腰比、胸腰差、臀腰差4個(gè)代表性特征變量，最終將女性體型分為14類，并檢驗(yàn)得出分類結(jié)果合理有效。

3.4 虛擬試衣

虛擬試衣系統(tǒng)結(jié)合了三維建模、體感交互、人體模型重建及模擬等技術(shù)，消費(fèi)者通過軟件構(gòu)建自己的虛擬模特實(shí)現(xiàn)換衣，可以節(jié)約資源，節(jié)省時(shí)間，給人們帶來便利。三維人體測(cè)量技術(shù)為虛擬試衣提供了基礎(chǔ)。2011年森動(dòng)數(shù)碼有限公司推出了亞洲首個(gè)3D虛擬試衣間，當(dāng)購(gòu)物者站在試衣鏡前時(shí)，系統(tǒng)就自動(dòng)進(jìn)行三維掃描并獲取人體相關(guān)信息，然后自動(dòng)放映試穿效果的三維圖像。

3.5 量身定制化服務(wù)

量身定制是一種以顧客為中心，滿足顧客對(duì)穿著效果的個(gè)性需求的服裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)。量身定制化服務(wù)利用三維人體測(cè)量技術(shù)對(duì)人體進(jìn)行測(cè)量，直接在虛擬人體模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)相應(yīng)的人體數(shù)據(jù)和客戶對(duì)服裝款式的要求，可以直接在人體模型上實(shí)現(xiàn)三維立體裁剪和紙樣設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)服裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售一體化的量身定制。如劉芳[9]利用Visual Studio2010和OpenGL軟件建立一個(gè)圖形交互界面，實(shí)現(xiàn)了服裝原型的自由縮放和多角度查看穿著效果，提供多種圖案用于服裝紋理樣式的選擇，實(shí)現(xiàn)了服裝的量身定制化服務(wù)。成思源等人[10]研究了人體個(gè)性化設(shè)計(jì)大批量定制模式下的關(guān)鍵技術(shù)，分析了三維人體測(cè)量技術(shù)與表面建模、模塊化設(shè)計(jì)和參數(shù)化設(shè)計(jì)、配置設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)的作用原理及關(guān)系。

4 三維人體測(cè)量技術(shù)的不足與建議

4.1 三維人體測(cè)量技術(shù)的不足

(1)三維人體測(cè)量要求被測(cè)者在測(cè)量過程中保持固定姿勢(shì)，若測(cè)量中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性降低；(2)當(dāng)被測(cè)者過于肥胖并存在大量贅肉時(shí)，會(huì)導(dǎo)致標(biāo)定的胸圍線和腰圍線發(fā)生偏移，進(jìn)而影響到相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；(3)三維人體測(cè)量由于設(shè)備價(jià)格昂貴、測(cè)量空間需求較高和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化復(fù)雜等原因，在中國(guó)服裝企業(yè)中普及率較低。

4.2 三維人體測(cè)量技術(shù)的建議

當(dāng)前國(guó)內(nèi)三維人體測(cè)量技術(shù)的研究主要集中在測(cè)量后數(shù)據(jù)的處理和分析，為使我國(guó)三維人體測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，提供以下建議。

4.2.1測(cè)量過程可視化和建立回放系統(tǒng)

為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被測(cè)者的姿勢(shì)，及時(shí)糾正錯(cuò)誤姿勢(shì)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程可視化；另外，為減少被測(cè)者在測(cè)量中出現(xiàn)晃動(dòng)，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)建立回放系統(tǒng)。

4.2.2與生物識(shí)別技術(shù)相結(jié)合

準(zhǔn)確識(shí)別相關(guān)骨骼點(diǎn)的位置是測(cè)量人體數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，研究者們?cè)谶M(jìn)行人體測(cè)量前，大多嘗試各種方法以準(zhǔn)確找到重要骨骼點(diǎn)位置，將三維人體測(cè)量技術(shù)與生物識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，可準(zhǔn)確地識(shí)別重要骨骼點(diǎn)，可進(jìn)一步提高測(cè)量效率和準(zhǔn)確度。

4.2.3實(shí)現(xiàn)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)化和智能化

未來的三維人體測(cè)量系統(tǒng)將不只停留在測(cè)量階段，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)能夠在網(wǎng)絡(luò)上自動(dòng)進(jìn)行尺寸測(cè)量并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)等自動(dòng)識(shí)別智能化功能[11]。

5 結(jié)語(yǔ)

三維人體測(cè)量技術(shù)具有準(zhǔn)確度高、自動(dòng)化程度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)的開發(fā)、人體體型的分類、虛擬試衣、定制化服務(wù)等方面，但其仍存在對(duì)被測(cè)者要求高、標(biāo)定誤差大等問題，未來需進(jìn)一步開發(fā)出智能化、網(wǎng)絡(luò)化、低成本的三維人體測(cè)量技術(shù)系統(tǒng)，以更好地促進(jìn)服裝行業(yè)的發(fā)展。