三維人體測量技術研究進展

王宏付，王永波，柯瑩

(江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122)

合體性即服裝與人體的貼合程度，它是消費者在購買服裝時重要的參考因素。人體的體型數據是服裝設計開發和生產制造的基礎依據，人體測量則是正確把握人體特征，保證服裝合體的必要手段[1]。從技術發展來看，人體測量技術可以分為傳統手工測量技術和三維人體測量技術。文中采用對比分析法簡要比較了兩種測量技術的優劣，運用文獻研究法總結三維人體測量技術的研究現狀，剖析了現階段存在的問題，指出未來的發展方向和趨勢。

1 手工測量與三維人體測量技術的對比

目前，中國人體測量以傳統手工測量為主，三維人體測量技術由于價格等因素，普及率較低，僅被一些高等服裝類院校和大型服裝企業所熟知。

傳統的手工測量技術一般使用軟尺和馬丁測量儀等，使用工具簡單、廉價，測量結果直觀，但耗時長，且由于胸、腰、臀等部位為人體較敏感部位，測試時容易存在系統誤差和偶然誤差[2]，難以進行快速、大規模的人體測量。

三維人體測量作為現代圖像測量技術的一個分支，是以現代光學為基礎，融光電子學、計算機圖像學、信息處理、計算機視覺等科學技術為一體的三維測量技術[3]，它在測量人體時把圖像當作檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用，其目的是從人體圖像中提取有用的信息[4]。與傳統測量技術相比，三維人體測量技術可在數秒內完成對人體數百部位尺寸的測量，精確度高，被測者可以輕松完成測試，且能進行快速、大規模的人體測量。

2 三維人體測量技術概述

美、英、德、日等發達國家對三維人體自動測量技術的研究較早，已研制開發了一系列三維人體測量系統，美國[TC]2、德國 TECMATH 公司都是其中的佼佼者[3]。相對于國外，中國三維人體掃描技術的研究起步較晚，但發展迅度，一些服裝類高等院校和企業都研究出不同的三維人體測量系統，且三維人體測量相關的論文成果豐碩。

三維人體測量技術一般由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件可用于人體圖像的采集，主要包括掃描室、攝像機等；軟件部分可從圖像中獲取有用的信息，如所需部位的尺寸等，同時通過計算機數據處理軟件，還能夠對圖像進行旋轉、放縮和截面處理。

按照測量過程中有無光源照射的不同，可以將三維人體測量技術分為主動式和被動式兩大類，目前主要采用主動式，按照光源形式的不同，又可分為基于普通光的掃描技術、基于紅外線的掃描技術和基于激光的掃描技術。

3 三維人體測量技術的應用

3.1 人體數據庫的建立

從20世紀70年代三維人體測量技術的起步到2010年左右，有很多國家利用三維人體測量技術和其他相關技術相繼建立了自己國家的人體數據庫，早期數據庫中人體數據的采集以手工測量為主，后期則以三維人體測量為主。

1992—1994年，日本HQL機構運用手工測量和三維人體測量相結合的方法，建立起年齡段為7～90歲的人體數據庫Size-JPN9294。2004—2006年，該機構對上述數據庫進行更新和補充，形成Size-JPN0406[5]。

2001年英國人體數據庫Size UK成為世界上首個采用三維人體測量作為主要手段來獲用人體尺寸數據的全國性人體數據庫。該項目由政府帶頭，全國17個零售商以及眾多院校、公司機構等參與合作?，F在Size UK中的數據由英國 Sizemic公司代為銷售，為眾多服裝企業及相關研究提供有償服務[5]。

從2006年起，由尚笑梅教授帶領的團隊耗時5年多構建成了數據庫Size CN[5]。該數據庫收錄了3 000多人的尺寸數據，以人體體表數據為主，同時還可以根據已有的人體體表數據計算出未知的其他部位數據。此外，中國較為認同的人體數據庫還有西安工程大學的中國西部三維人體數據庫和北京服裝學院愛慕人體工學研究所的人體數據庫。

3.2 人體體型的分類

3.2.1男性 許家巖[6]以長三角地區青年男性為研究對象，通過三維人體測量技術，選擇了肩斜角、臀突角、背入角這3個具有代表性的人體體表角度，對人體體型初次劃分，再依據胸腰差進行二次分類，最終得到28類人體；孫思揚[7]通過三維人體測量技術采集了陜西省男性大學生體型數據，以胸腰差值為分類依據，利用快速聚類法，將人體分為了較瘦體、標準體、較胖體，其差值分別為17～24 cm，12～17 cm，7～12 cm。

3.2.2女性 王祺明[8]利用三維人體測量技術測量了200名江浙地區女性的人體數據，選取胸、腰、臀三圍的截面面積與三圍圍度平方的比值進行聚類分析，將體型分為了扁體型、中間體型、圓體型3類；雷玲玲等[9]通過三維人體測量技術測量了嘉興學院女性大學生的人體尺寸，利用快速聚類法，將女性人體分為腿偏長體、臀圍偏大體、扁平體、纖瘦體4類，并得出各體型的中間體。

3.3 胸、腰、臀等部位的細化

陳姍姍等[10]通過三維人體測量技術，測量了女性乳房相關數據，以肩峰點到乳點(bustpoint，BP)之間的距離與BP點到前腰節點的距離比，乳間距與左右頸窩點到對應BP點距離之和的比值為依據，聚類成5類，得到乳房在中間偏下位置且外闊。利用Optitex創建3D模特模擬乳房位置的變化，用數字化立體裁剪，取得相應的樣板，得出BP點的縱向變化可引起肩省和腰省的大小及省尖縱向位置變化，BP點的橫向變化可以引起肩省和腰省省尖的橫向變化。

姜茸凡[11]通過三維人體測量技術測量了150位青年男性的下體體型，對人體數據進行了因子分析和聚類分析，確定了人體關鍵尺寸，以人體的身高和腰圍劃分男性下體的“號”，以“臀腰差”劃分男性下體的“型”。根據關鍵尺寸將人體劃分為高胖體(X)、高瘦體(Y)、標準體(A)、矮胖體(B)和矮瘦體(C)5類體型，身高檔差數是5 cm，腰圍檔差數是2 cm。

金娟鳳等[12]依據三維人體測量技術，測量了300位在校女青年的臀部數據，通過R型聚類分析法及Person相關分析法，得到反映臀部形態的6個典型指標，然后采用快速聚類的方法，將臀部分為5類，對比各類型臀部截面曲線特征，驗證了5類臀部體型劃分的合理性；石小強等[13]利用三維人體測量技術對江浙地區194名青年女性臀部數據特征進行研究，得到臀位高與身高的線性關系，并運用分裂聚類分析法將全部數據分為5類，分析得出臀位高的檔差為3 cm。姚怡等[14]采用三維人體測量技術測量青年女性體型，以腰臀比.肩胛臀凸偏差和臀型角度為依據，將臀部體型分為3類。

王軍等[15]以東北地區青年女性為研究對象，通過三維測量技術得到21個腰臀部特征變量，并采用主成分因子分析得到影響腰臀部體型特征的5大形態因子，運用SPSS兩步聚類法對腰臀部形態進行分類：第1類為直線型、平臀、矮瘦體；第2類為凸臀、渾圓體；第3類為曲線型、高扁體。方方等[16]利用Polyworks軟件采集三維測量模型腰臀形態相關項尺寸數據，以腰臀比和臀凸高比為分類指標，對腰臀部體型進行K-means 聚類分析，得到梨形翹臀型、翹臀型、O形翹臀型、梨形中臀型、適中型、中O 型、梨形垂臀型、垂臀型、O形垂臀型9類體型。

3.4 量身定制化的服裝生產系統

量身定制是一種以顧客為中心的服裝生產制作系統，一種高度自動化的工業化生產方式[17]，既能滿足服裝的舒適合體性又能體現顧客的穿著個性要求。量身定制必須滿足尺寸的合體度，即尺寸定制[18]，而獲得人體體型數據是這一系統得以實現的關鍵步驟。利用三維人體測量儀對人體進行高效、高精度的測量，根據相應的尺碼數據和客戶對服裝款式的要求，由電腦系統自動生成服裝尺寸，與先進的紙樣設計和排料裁剪系統相結合，從而實現量身定制服裝的生產。如英國的Baird Menswear公司，其銷售的西服中有80%是通過“量身定做”系統完成的[19]。

3.5 推進三維虛擬試衣系統

三維虛擬試衣系統涉及三維建模、體感交互、人體模型重建及模擬等技術[20]。如試衣者通過自身尺寸建立三維人體模型；虛擬試衣操作，包括型號選擇、款式選擇、面料選擇以及顏色選擇等。這一技術可以節約人力物力，省去穿脫衣服的麻煩，給人們帶來便利。

德國弗勞恩霍夫學會的科學家[21]開發了一款虛擬試衣軟件，需要通過三維測量獲得人體數據，并將數據傳遞給服裝銷售商，生成顧客三維影像。顧客根據可選擇的服裝款式，選取喜愛的服裝在電腦上進行“試穿”，同時還可以切換不同動作查看衣服的合體性。

森動數碼有限公司[22]于2011年推出了亞洲首個3D虛擬試衣間，當購物者站在屏幕前時，虛擬試衣鏡會自動放映試穿效果的三維圖像，并且只需簡單旋轉屏幕上的按鈕，就可以更換衣服。與之前出現的網絡試衣間不同，此產品無需消費者輸入身高、體重、年齡等信息，只要你站在試衣鏡前，系統就會自動進行三維掃描，從而獲取相關信息，為消費者省去很多麻煩。

3.6 其他領域的應用

三維人體測量技術在動畫、電影、工業設計、汽車制造和醫療等領域都有廣泛應用。以醫療行業為例：汪翠梅[20]通過三維人體測量技術對中原地區漢族成人耳廓進行測量，根據耳部各測量指標的正常值范圍，分析不同年齡下各測量指標的差異及各比例關系，為臨床醫生提供客觀的數據；RAMSAY J等[24]以30名有特發性脊柱側凸的青年女性為研究對象，利用三維人體測量技術測量站立狀態下女性左右乳房體積，然后用核磁共振技術測量俯臥狀態下女性乳房體積，驗證乳房的不對稱性，發現二者具有強相關性；魯晉等[25]選取30名皮膚慢性潰瘍患者，利用無菌薄膜勾邊法、NIH ImageJ方法和三維人體測量技術對患者創面進行測量，測量結果具有一致性，無統計學差異；KIM J等[26]對比了三維人體測量數字模型、錐體束計算機斷層掃描所得牙頜數據以及傳統石膏模型測量的相應指標，包括牙齒近遠中寬度、上下頜牙弓長度與寬度等，結果表明三維人體測量掃描模型測量的精確性最高。

4 三維人體測量技術發展的局限性與發展方向

4.1 發展的局限性

三維人體測量技術相對于傳統的手工測量已經有了很大改善，但它依然存在一些不足： ①三維人體測量要求被測者在測量過程中保持固定姿勢，若測量中出現晃動，會導致部分數據丟失，造成數據的準確性降低；②當被測者過度肥胖時，胸、腰處會存在贅肉，在測量中發現標定的胸圍線和腰圍線(與實際的胸圍線和腰圍線)有一定的偏移，這不僅會造成胸圍和腰圍的數據有誤差，還會影響乳頭高和腰圍高等相關變量數值的準確性；③受到三維人體測量技術成本及測量空間需求的限制，難以在中國服裝企業中大規模推廣使用。

4.2 發展的方向

三維測量技術的研究將是中國未來服裝領域的重要發展方向之一，它能夠大量節約人力成本和時間成本。中國現階段對三維人體測量技術的研究主要集中在對后期數據進行處理和分析，為使中國的三維人體測量技術達到世界先進水平，可從以下幾個方面進行研究。

4.2.1測量過程可視化和建立回放系統 測量過程的可視化能夠實時監測被測者的姿勢，若姿勢錯誤，可及時提醒；三維測量技術一般通過圖片獲取數據，如果將回放系統與原有的圖片相結合，可以看出被測者在測量中是否出現晃動，提高測量數據的準確性。

4.2.2與生物識別相結合 骨骼點的識別是測量人體數據的基礎，國外三維人體測量技術的骨骼點基于他們的生理規律，與中國有所差異。如能加入生物識別進行改進，自動識別重要骨骼點，則可提高測量的精度。

4.2.3實現測量智能化和網絡化 人工智能技術的發展為人體測量的智能化提供了基礎，未來的測量系統將不僅僅只停留在測量階段，還應該具有自動識別和分析等功能；三維人體測量技術可以依托網絡技術向更多領域拓展，降低測量成本，人們希望未來在網絡上進行自身的人體尺寸測量，形成人體尺寸卡，幫助選購合體服裝，智能化和網絡化測量是未來發展的趨勢。

5 結語

通過三維人體測量技術與傳統手工測量技術的對比，利用文獻查閱法總結了三維人體測量技術的應用研究，剖析了目前其存在的問題，如測量中被測者出現晃動、標定出現錯誤等，針對這些問題提出了解決方案，并展望了三維人體測量的未來發展方向。只有積極開發智能化、網絡化、低成本等的三維人體測量技術系統，才能更好地服務于中國服裝業。