基于三維人體掃描的枕型研究現(xiàn)狀分析

侯夢婕，王 瑄，戴 鴻(. CAD， 35；. ， 70048)

1 引言

健康問題已經(jīng)隨著人們健康意識和生活水平的不斷提高成為當今社會的熱點問題[1]。人在睡眠中度過一生時間的三分之一，睡眠作為健康的重要影響因素之一[2]，是一種重要的生理需求，是機體免疫系統(tǒng)自我修復、內(nèi)臟器官排毒的重要時段，睡眠健康直接關(guān)系著人們的身心健康。

長久以來人們一直認為睡眠是機體消除疲勞所需要的一種休息過程，但在睡眠階段人體的腦電波并非出于靜止狀態(tài)，此時機體的各種生理功能，如運動功能、感覺功能、自主神經(jīng)功能，也隨著睡眠深度的變化，在不同程度上進行著有規(guī)律的活動[3]。大量失眠流行病學調(diào)查顯示，失眠人群數(shù)量在不斷增長，不同年齡、不同職業(yè)的人群都存在不同程度的睡眠障礙，而睡眠障礙將嚴重影響人們的生活質(zhì)量。目前，國內(nèi)醫(yī)學界已經(jīng)認識到健康對睡眠的重要性[4]，睡眠醫(yī)學也取得一定成果，但是真正意義上的睡眠醫(yī)學學科還沒有建立[5]。枕頭作為一種睡眠工具，在睡眠健康產(chǎn)業(yè)中具有重要地位。

目前在枕頭的實際設(shè)計生產(chǎn)中，仍主要以經(jīng)驗為主，其規(guī)格分類則僅以頸部彎曲弧度為控制參數(shù)，這使睡枕很難滿足消費人群的實際需求，造成枕頭生產(chǎn)者與市場需求一定程度上脫節(jié)，因而迫切需要對枕型的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行研究，而枕型結(jié)構(gòu)的設(shè)計基于人體測量技術(shù)。人體測量技術(shù)在交互教學、仿真、醫(yī)學訓練、外科手術(shù)、人體建模、三維動畫及服裝領(lǐng)域都有著廣泛的應用。以往的人體測量方法效率低，而且會有許多因素影響測量的精確性。隨著三維人體掃描技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，枕頭的量身定制、三維虛擬設(shè)計等都成為現(xiàn)實。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 人體測量相關(guān)研究

傳統(tǒng)的人體測量技術(shù)以軟尺、人體測高儀、角度計、測距計、可變式人體截面測量儀等為主要工具，可以直接測量出人體各部位的體表長度和橫截面形狀，使用工具簡單，操作方便，因此在服裝業(yè)中長期被采用。但由于這些方法都是接觸式的測量，往往會使被測者感到窘迫或疲勞，或因測量者技術(shù)不夠熟練造成測量誤差。盡管傳統(tǒng)的測量方法目前仍廣泛使用，但其不足之處顯而易見。

隨著接觸式及非接觸式三維人體掃描儀技術(shù)的成熟，三維人體掃描技術(shù)彌補了常規(guī)接觸式人體測量的不足，在科研和服裝工業(yè)中的應用也越來越廣，主要研究領(lǐng)域包括：建立人體數(shù)據(jù)庫、體型研究、制訂并修改服裝號型系統(tǒng)、建立標準人臺和人體模型；服裝工業(yè)的批量定制系統(tǒng)；成衣展示的數(shù)字化和虛擬試衣；建立服裝快速反應系統(tǒng)。使用三維人體掃描技術(shù)不僅可以快捷地獲得人體數(shù)據(jù)，建立人體體型的數(shù)據(jù)庫，更有助于修改和制訂各行業(yè)相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)標準，改變我國服裝號型標準陳舊滯后的狀況，使人體測量變得高效、準確、科學[6]。

2.2 枕頭結(jié)構(gòu)相關(guān)研究

枕頭是長期生活經(jīng)驗積累的產(chǎn)物，是睡眠所需的工具。枕頭包括枕芯和枕套，枕芯是指枕頭內(nèi)部的填充物，枕套是指包裹枕芯并直接接觸人體皮膚的枕頭最外層面料。

枕頭最早的雛形是古人類墊于首下的石頭、木頭、獸皮等；夏商周時期盛行玉石制作虎頭枕；秦漢時期出現(xiàn)雞鳴枕，兩端起、中間凹的造型符合人體工學；隋唐時期以凹面枕和倒梯形枕為主；宋代的軟枕多為繡枕，也稱“金縷枕”；明代的枕頭頂部通常繡鴛鴦圖案；清代開始盛行茶枕、藥枕，把茶葉及中草藥裝入枕中以起保健作用；近代以來，既有中國傳統(tǒng)的花卉、山水等繡花裝飾枕，也有西式的荷葉邊小洋枕。直至現(xiàn)代，人們對枕頭的要求日益提高，既需要滿足人們的生理需求，又需要滿足人們的心理需求?，F(xiàn)代枕頭根據(jù)造型可分為扁平形、立方形、凹形、凸形、S形，根據(jù)材料可分為羽絨、天然乳膠、記憶棉、中草藥等。

枕頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計需考慮人體工程學中人體頭部及頸部曲線的變化，頸部是人體最狹窄的部位，其上撐頭顱，下連軀干，在小范圍內(nèi)集中通過人體最重要的主干神經(jīng)和血管。枕頭即要起到支撐、保護人體頸椎的正常生理曲線的功能，又要促進人體睡眠，枕頭的設(shè)計合理與否直接影響著人體健康。

2.3 國內(nèi)外相關(guān)研究

1996年，美國海軍陸戰(zhàn)隊對男性和女性建立76個維度的人體測量數(shù)據(jù)庫，使用了1988年美國陸軍人體測量數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計匹配。SJ Park等人[7]采用三維掃描儀測量韓國人的頭部形狀，將韓國人的頭部形狀分為4種類型，根據(jù)分類開發(fā)舒適性枕頭；Pei-Te Huang等人[8]采用了人工測量、三維人體掃描系統(tǒng)和壓力成像系統(tǒng)，建立了成年人人體測量數(shù)據(jù)庫，研究了適合舒適睡眠的最佳枕頭高度。

楊建輝等人[9]根據(jù)我國南方14個少數(shù)民族群體三項頭型指數(shù)的構(gòu)成比數(shù)據(jù)，對其頭型特征進行聚類分析；我國在2006年對3000位工人進行頭面部測量，通過非接觸的三維人體掃描系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)，將頭型分為小型、中型、大型，長窄型和短寬型5類[10]；黃燦藝[11]通過三維人體測量提取了人體頸部相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了頸部截面形態(tài)、前后頸根比例、立體形態(tài)分類；李靖等人[12]利用光柵投影圖像測量技術(shù)構(gòu)建飛行員頭部三維模型，通過數(shù)值擬合方法分析并獲得飛行員的頭部特征外形參數(shù)，按照統(tǒng)計學原理根據(jù)頭高、頭寬、頭長尺寸對飛行員的頭型進行了科學的分類；牟旭等人[13]采用非接觸式三維人體掃描系統(tǒng)對青年女性進行人體測量，提取女性頸部的頸根圍和頸中圍尺寸數(shù)據(jù)，總結(jié)人體頸部特征并劃分人體頸部形態(tài)。

以上研究為枕頭設(shè)計提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。枕頭的結(jié)構(gòu)應符合人體工程學，從枕頭的材料和結(jié)構(gòu)出發(fā)為消費者提供舒適性和科學化的產(chǎn)品。隨著社會的發(fā)展、科技的進步，未來枕頭的發(fā)展將呈現(xiàn)健康、舒適、環(huán)保的趨勢。

3 結(jié)語

我國睡眠健康產(chǎn)業(yè)剛剛興起，市面上枕頭的產(chǎn)品存在技術(shù)含量低、制作工藝粗糙、價格高昂、消費者使用效果不佳等問題。結(jié)合三維人體掃描技術(shù)，提高枕頭的舒適性和功能性，才能為枕頭行業(yè)提供新的機遇，帶動枕頭行業(yè)市場的健康發(fā)展。

參考文獻：

[1] 張穎，鄒奉元.三維人體測量技術(shù)的原理及應用[J].浙江理工大學學報(自然科學版)，2003，20(4)：310—314.

[2] N D′Apuzzo.3D Body Scanning Technology for Fashion and Apparel Industry[J].Videometrics IX，2007，6491(13)：649100—649100—12.

[3] 徐繼紅,張文斌.非接觸式三維人體掃描技術(shù)的綜述[J].揚州職業(yè)大學學報，2006，10(3)：49—53.

[4] 張昭華，應思藝，郭云昕，等.三維人體掃描技術(shù)在服裝工效學中的應用[J].上海紡織科技，2015，43(8)：40—44.

[5] 溫武.基于三維人體測量數(shù)據(jù)的服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計應用研究[D].天津：天津科技大學，2011.

[6] KJ Paek，JR Lee，MS Kim. A Study of Applications of 3D Body Scanning Technology-Focused on Apparel Industry[J].Korean Journal of Human Ecology，2009，18(3)：719—727.

[7] SJ Park，HJ Lee. Development of Selection System of Comfort Pillow[J].Human Factors & Ergonomics Society Annual Meeting Proceedings,2003,47(5):816—820.

[8] PT Huang，MK Alice.Prediction of Optimal Pillow Height by Anthropometric Parameters[J].IFMBE Proceedings，2007，(15)：222—223.

[9] 楊建輝，余躍生.我國南方14個少數(shù)民族群體頭型特征聚類分析[J].黔南民族醫(yī)專學報，2005，18(2)：67—68.

[10] L Du，Z Zhuang，H Guan，et al. Head-and-Face Anthropometric Survey of Chinese Workers[J].Annals of Occupational Hygiene，2008，52(8)：773—782.

[11] 黃燦藝.基于服裝領(lǐng)部設(shè)計的人體頸部形態(tài)特征分析[J].國際紡織導報，2008，36(12)：66—68.

[12] 李靖，洪智，徐元銘，等.飛行員頭部特征分析及頭型分類方法研究[J].航天醫(yī)學與醫(yī)學工程，2014，27(6)：430—433.

[13] 牟旭，楊雪瑩，鐘安華.青年女性頸部形態(tài)分析與立領(lǐng)結(jié)構(gòu)研究[J].紡織科技進展，2017，(9)：55—57.