文胸防震設計研究現狀

孫艷麗,周 捷,張 輝

(1.西安工程大學 服裝與藝術設計學院,陜西 西安710048;2.浙江紡織服裝職業技術學院 紡織學院,浙江 寧波315211)

在女性運動過程中,乳房的過度位移和文胸穿著不舒適是造成胸部疼痛的主要原因,特別是對于胸部較大的女性。目前國內關于文胸的研究主要集中在熱濕舒適性[1-6]和壓力舒適性[7-15],而對文胸的防震設計研究較少。本文對國內外關于胸部動態位移、防震文胸設計現狀、文胸防震測試方法及評價標準進行分析,歸納出乳房的運動規律、防震文胸設計特征及文胸抗震評價標準。

1 文胸與乳房運動

文胸是女性貼身的功能性衣物,主要作用是保護、支撐乳房。乳房內部無骨骼與肌肉支撐,主要重量由自身的韌帶、腺體和皮膚牽拉承擔[16]。運動時,乳房晃動會牽拉韌帶,容易造成韌帶拉傷,乳房下垂,損害乳房健康,所以需要穿著運動文胸來保護乳房,控制乳房位移。

根據控制乳房運動的實現形式,運動文胸分為兩大類:包裹型運動文胸和擠壓型運動文胸。包裹型運動文胸有兩個全覆蓋罩杯包圍乳房邊界,分別為兩個乳房提供支持。擠壓式運動文胸把兩個乳房緊貼胸壁,以減少乳房內部沖向胸部的力量。這兩種文胸旨在限制乳腺在各個方向的運動,并限制乳房內部的力量,以減少乳房運動為女性帶來的不適[17]。

2 文胸防震設計研究現狀

2.1 胸部動態位移

乳房運動是較為復雜的三維運動,研究乳房的運動有助于了解不同運動下乳房的振幅,從而根據其運動幅度提供合適的支撐,有助于運動文胸防震設計的發展。

澳大利亞伍倫貢大學[18]對乳房運動進行研究發現,乳房在垂直方向的位移和移動速度會引起胸痛,適當的托舉和擠壓乳房有助于減輕運動時乳房的不適感。因此,在設計運動文胸時,可采用適當增加托舉和擠壓的設計。Mason等[19]對穿著不同款式的運動文胸在3種不同的運動項目下對乳房運動位移進行測試比較發現,目標群體在穿著包裹式運動文胸時產生垂直位移和主觀疼痛分數最小。Scurr J C等[20-21]研究發現大罩杯的女性乳房需要更大的承托能力,乳房位移主要來自于垂直方向。乳房運動的位移值、乳房的運動速率與乳房疼痛有很大的關系。乳房運動的位移值過大,乳房運動的速率過快都會引起乳房的疼痛。包裹型文胸能有效地降低乳房運動在各個方向的位移。Jang Y等[22]根據運動的強度和穿著者的胸部大小來設計乳房位移實驗。研究發現跑步速度和乳房大小不同,乳房運動情況不同,乳房大的垂直運動程度大,乳房運動速度從慢跑速度7 km/h開始顯著增加。

Jie Z等[23]通過研究乳房與運動文胸發現,運動時女性穿著運動文胸可以減小乳房的晃動,減輕乳房不適感;乳房的運動量與其大小、硬挺度和運動的激烈程度有關。在跨步運動的時候,乳房的運動幅度最大,最大運動幅度發生在胸高點[24]。任景萍[25]和陸明艷[26]等通過乳房位移實驗得出了穿著運動文胸可以有效減小乳房的位移振動,主要是垂直方向,其次水平方向。

通過以上研究歸納得出乳房的運動規律:乳房運動量與運動激烈程度、乳房硬挺度、乳房大小有關。在同種運動條件下,乳房大的運動產生的位移較大。乳房運動主要是垂直運動,其次是水平運動,最后是前后運動。乳房運動位移過大會引起乳房疼痛,運動速率過大也會引起乳房疼痛。乳房運動速度從慢跑速度7 km/h開始顯著增加。包裹型運動文胸可以有效減少乳房在各個方向上的位移,減少乳房位移引起的主觀疼痛。

2.2 文胸防震設計

美國2001年研究出了一款專利運動文胸[27],款式上采用前拉鏈式造型,Y型背部結構,見圖1。運動胸衣胸部的立體設計在改善合體性的同時也提高了其對乳房的支撐力。美國的“龜背防護”運動胸衣專利產品[27],其罩杯采用低密度、柔軟且有韌性的聚乙烯塑料材料,如圖2,這種可拆卸“龜背”罩杯可以抵御外界沖撞,減輕乳房的晃動。

圖1 美國專利運動胸衣

圖2 “龜背防護”運動胸衣

王慧[28]通過對比分析穿著不同杯型運動文胸和裸胸狀態下運動時乳房的位移和舒適感,得出運動穩定性較好的是內置全罩杯文胸。朱文俊等[29]通過對女性胸部的位移規律研究,得出運動文胸采用假羅紋等緊密的組織,兩胸之間采用褶裥組織,可提高運動文胸對乳房位移的控制能力。

Jang Y等研究發現在上胸部具有橫向支撐、肩帶和胸罩內部具有襯墊的包裹式運動文胸設計緩解乳房晃動是較為有效的(見圖3),其次是有公主線牢固地覆蓋乳房的壓縮式文胸(見圖4)[21]。

圖3 包裹式運動文胸內視圖

圖4 具有公主線的壓縮式文胸

陸明艷[26]研究發現具有罩杯襯墊材料的運動文胸控制乳房運動效果最為明顯。高淑平[30]研究發現有雙層彈性材料的運動文胸比單層彈性材料對人體的束縛感和壓迫感強,在人體運動過程中控制乳房運動的能力也強。

Coltman C E[31]等探討了肩帶方向和設計對大罩杯胸部的舒適度、壓力和乳房支撐的影響。研究發現在運動期間,對于胸部較大的女性來說,垂直定向且寬度大約4.5 cm的肩帶是最合適的,見圖5,可最大限度地減少肩帶帶來的壓力和不適感。在肩帶下部加上凝膠墊也可以減少不適感,并防止肩帶從肩上滑落。Bowles[32]通過研究得出在文胸合體的狀態下,后背交叉式肩帶設計更好,且不會影響在垂直方向對乳房的支撐。

Jie Z[23]通過對多款不同結構的商業運動文胸做乳房位移對比試驗,得出了較為有效的文胸防震設計特征(見圖6):壓縮式獨立罩杯,短背心款式,高領口與高側比,后背交叉式設計,具有輕微彈性的捆綁領口與不可調節的寬肩帶,無雞心與下扒,無鋼圈、杯墊,以上為文胸設計師和制造商提供了實用的指導方針。

圖5 帶凝膠墊的肩帶

圖6 有效運動文胸防震設計(左正面、右背面)

3 文胸防震測試方法

目前主要采用運動生物力學的研究方法對胸部動態進行研究。三維運動捕捉是運動生物力學領域最常用的研究人體運動規律的方法,近年來關于胸部動態舒適性的研究基本都基于該方法。

3.1 乳房坐標系建立

乳房的位置和方向受胸部位移影響。因此,測量3D乳房運動首先必須準確測量胸廓的三維運動。Jie Z開發了一種新的局部乳房坐標系和方法來評估整個3D乳房運動[33]。建立新型乳房坐標系(Breast coordinate system)以便標記定位胸部的位置。為了確定乳房相對于胸部的運動,有必要測量胸部的運動。首先,根據國際生物力學標準協會,胸部中線的4個標記可以很好的定義胸廓參考框架。如圖7所示,包括IJ(切口頸靜脈的最深位置),PX(前劍突點),C7(第七頸椎點)和T8(第八胸椎點)。在定義胸部參考之后,在裸體的中間位置建立一個虛擬的“乳房起源于乳房”的點。從乳房到胸部參考點的距離和方向在乳房起點和胸部之間形成了固定的關系,從而測量乳房的相對運動。為了定位如圖7所示的新乳房坐標系(BCS)的原點和3個軸,附加4個標記到乳房邊界。它們是位于與站立位置平行的同一水平面上的乳房最內點(BI),乳房最外點(BO),左乳頭(BL)和右乳頭(BR)。

圖7 乳房坐標系(BCS)

3.2 乳房標記點

乳房運動是一種非常復雜的三維運動,只有一個標記點的乳房位移可能不代表整個乳房運動。因此,通常選擇6個位置來描述乳房的運動。將6個試驗乳房標記點(M1至M6)附在乳房皮膚或運動文胸上(圖8),以全面分析乳房運動。標記點M4位于乳頭處,標記點M1,M2,M3,M5分別沿水平和垂直方向距乳頭點M4的距離為4 cm,乳房頂部的M6在M5的垂直上方4 cm。

圖8 乳房貼標記點位置

3.3 運動捕捉

運動捕捉通常使用紅外光點高速運動捕捉測試系統采集運動過程中反光標記點的運動學參數。目前Vicon MX13運動捕捉系統是比較常用的運動捕捉系統。6個或更多個Vicon攝像機在距離2 m高的102 m2房間的天花板上相互等距安裝,見圖9,應用Vicon系統的高速高精度運動捕捉功能對貼在人體乳房上的反光球進行運動捕捉,得出每一個反光球的運動學參數[34]。根據不同的研究目的與人體的生理特征的差異,將每個人體作為不同的研究對象,根據Vicon系統捕捉到的三維坐標對乳房進行運動學和動力學分析,可以得到乳房的位移、速度、加速度等物理量。

圖9 運動捕捉演示圖

4 文胸防震效果評價方法

運動文胸控制乳房位移的效果與穿著舒適性評價是近幾年內衣研究方向的重點。我們預設不同款式的運動文胸控制乳房位移的效果是存在差異的。因此,對運動時穿著不同文胸狀態下的乳房位移建立評價方法是至關重要的。

美國Jeffery Winkler提出運動文胸的彈跳最小因 子BMF(Bounce Minimization Factor),該指數可用來評判一款運動文胸對乳房的作用效果[35]。研究人員通過傳感器測量每次跳躍時女性的左乳頭點(LN)、右乳頭點(RN)、胸骨點(ST)三點的位移,計算得出平均每次胸骨點、右乳點、左乳點跳躍各點彈跳的值,公式為:

將左乳頭點(LN)與右乳頭點(RN)的數值再求平均,得到每次跳躍時乳頭的彈跳平均位移值,為

將乳頭的彈跳平均位移與胸骨的彈跳平均位移相比,得到乳房的彈跳商BQ(Bounce Quotient):

若試驗過程中女性沒有穿著文胸,那么測量得到的值為自然彈跳商NBQ(Natural Bounce Quotient)。若將穿著任一款合適的運動文胸后測定的乳房彈跳商記為(1)BQ(a),則該款運動文胸的彈跳最小因子BMF(Bounce Minimization Factor)可用下面公式計算出:該指數可用來評判一款運動文胸對乳房位移的控制效果,BMF值越大,說明這款運動文胸防震效果越好。

香港理工大學Zhou J通過評價運動過程中胸部位移的減少程度,提出乳房位移控制率“RBD”(Reduced percentage of breast displacement)即控制乳房位移的百分比來評估運動文胸在控制乳房彈跳方面的有效性[36]。計算公式為式中OD代表裸胸下的乳房位移,CD代表著同種動作下的文胸狀態下的乳房位移。RBD值越大,說明文胸對乳房位移的控制效果越好,文胸防震效果越好。

5 展望

研究乳房運動的各種方法產生了一些不一致的發現,因此以定量方法進行系統評價是必要的,從而為研究乳房在運動文胸中的運動情況提供參考。

對于承托式和壓縮式運動文胸,乳房位移及胸部舒適性效果的結論存在分歧。對于未來的研究,研究對象和活動類型需要通過受控的服裝變量進行擴展。應使用標準化的局部坐標系來評估與胸部相關的乳房運動。對水平方向多個乳房位置的速度、加速度和軌跡進行更為全面的3D分析,來為文胸的防震設計提供有用的信息。

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