人體皮膚拉伸測(cè)量在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展

程慧婕，王燕珍

(上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院，上海 201620)

人體是凹凸有致、形態(tài)復(fù)雜的曲面體，附著在人體表面的服裝常常被譽(yù)為“第2層皮膚”。運(yùn)動(dòng)時(shí)，人體各部位皮膚形變作為第3運(yùn)動(dòng)特征會(huì)產(chǎn)生不均勻的伸縮并將這些形變傳遞到服裝上。有些運(yùn)動(dòng)服裝并不具有良好的延展性，人在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)較符合人體外型靜態(tài)輪廓，而人在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)則不能滿足人體動(dòng)態(tài)需求[1]。人體皮膚動(dòng)態(tài)拉伸測(cè)量是研究人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與服裝形變關(guān)系較為直接有效的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。現(xiàn)代人對(duì)運(yùn)動(dòng)服裝的要求不再局限于美觀性，還要求其具有功能性。因此有必要采集人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的皮表尺寸信息，量化皮膚形變，為滿足運(yùn)動(dòng)自由度和舒適度的服裝提供設(shè)計(jì)參考。

1 人體皮膚拉伸特征

皮膚包覆在人體肌肉表面，直接同外界接觸，具有保護(hù)、調(diào)節(jié)體溫和感受外界刺激等作用。皮膚分表皮和真皮2層，表皮在最外層，真皮是致密的結(jié)締組織，有許多彈性纖維和帶韌性的膠原纖維，故皮膚具有一定的拉伸性能。人體皮膚皺紋機(jī)構(gòu)與伸展原理表示皮膚伸展大的方向總是與皺紋的方向相垂直。人體皮膚皺紋的伸展方向示意圖見圖1[2]。

圖1 人體皮膚皺紋的伸展方向示意圖

2 皮膚拉伸測(cè)量在服裝設(shè)計(jì)中的意義

運(yùn)動(dòng)過程中，人體表面各部位都會(huì)表現(xiàn)出不同程度的皮膚變化，這個(gè)因素直接影響包覆在皮膚表面服裝的松量、割線與面料[3]。無論是戶外運(yùn)動(dòng)服還是精干、輕量化的緊身服裝，只通過人體外在體型特征來設(shè)計(jì)服裝是不全面的，應(yīng)從人體功效學(xué)規(guī)律出發(fā)，測(cè)量不同方向上皮膚形變量的大小，設(shè)計(jì)滿足人體的動(dòng)態(tài)體型特征的合體性與運(yùn)動(dòng)性相和諧的服裝，緩解皮膚與面料間的相對(duì)滑移，降低表皮的摩擦力，減少運(yùn)動(dòng)損傷，保障技術(shù)動(dòng)作的出色完成。

2.1 體表變化影響服裝松量配置

人體的靜態(tài)體型和動(dòng)態(tài)變化共同決定了服裝松量[4]。當(dāng)賦予面料的拉伸變形等于或高于皮膚拉伸變形率，或當(dāng)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部位放松量足夠充裕時(shí)，著裝能夠達(dá)到高度舒適[5]。分析人體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的體表拉伸范圍，有助于對(duì)服裝紙樣加放松量的位置和方法提供科學(xué)依據(jù)，以滿足運(yùn)動(dòng)服裝的功能需求。

2.2 體表變化影響服裝割線分布

市場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)服裝結(jié)構(gòu)分割線大多設(shè)置隨意、各有不同，且缺乏理論依據(jù)，割線位置會(huì)限制面料彈性使其無法匹配皮膚拉伸，降低運(yùn)動(dòng)效率。研究表明，皮膚表面拉伸最小的位置是分割的最佳位置，根據(jù)體表變化得到皮膚最小拉伸區(qū)域可以合理確定割線的位置和形狀[6]。

2.3 體表變化影響服裝面料選擇

面料彈性參數(shù)的設(shè)置因服裝中部位的不同而各不相同。彈性面料與人體皮膚伸縮回復(fù)的運(yùn)動(dòng)性有一致的變化趨勢(shì)，當(dāng)服裝選用彈性面料時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同部位的皮膚拉伸情況決定所采用的面料在橫、縱方向應(yīng)當(dāng)具有的最大彈力負(fù)荷，才能滿足人體運(yùn)動(dòng)中的各部位的皮膚伸展變化。

3 國(guó)內(nèi)外皮膚拉伸測(cè)量的研究進(jìn)展

目前研究中的皮膚拉伸測(cè)量方法分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。在1980年，第19屆國(guó)際化纖會(huì)議上公布了人體運(yùn)動(dòng)過程中的皮膚表面拉伸率，對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要借鑒意義[7]。近幾年隨著功能性運(yùn)動(dòng)服裝的興起，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)皮膚拉伸測(cè)量的研究正在走向成熟。

3.1 接觸式測(cè)量法

接觸式法測(cè)量需要人工記錄數(shù)據(jù)。在測(cè)量前，測(cè)量人員需經(jīng)過統(tǒng)一培訓(xùn)，能熟練和正確地使用測(cè)量工具，將誤差控制在允許的范圍內(nèi)。此法測(cè)量者與被測(cè)者有大量的肢體接觸，測(cè)量中難免有尷尬情況發(fā)生。

3.1.1 未拉伸線法

未拉伸線法指化學(xué)纖維紡成絲后，不經(jīng)拉伸處理，系在所需測(cè)量的皮表區(qū)域，當(dāng)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，皮膚伸展將纖維拉長(zhǎng)，且不再縮回，測(cè)量纖維的拉長(zhǎng)值便可得到對(duì)應(yīng)位置的拉伸量，但此法不能測(cè)量皮膚的負(fù)向收縮。

3.1.2 石膏帶法

石膏帶法是在體表作基準(zhǔn)線后，人擺好實(shí)驗(yàn)姿態(tài)，將溫水軟化后的石膏帶平敷1～2層于人體表面，調(diào)配石膏粉至糊狀快速涂于石膏帶上，再將繃帶裹在最外層，加強(qiáng)模型的硬度。然后用電吹風(fēng)加速定形，干燥后沿側(cè)縫剪開，取出石膏模型，見圖2。最后將石膏上的網(wǎng)格線拓印到白紙上，按需要展開后可直接觀測(cè)三維人體轉(zhuǎn)化成二維時(shí)的皮膚表面形態(tài)，石膏展開拓印出的網(wǎng)格線見圖3。石膏帶法得到的模型比較容易保存，但操作過程冗雜,等待時(shí)間過長(zhǎng)。

圖2 石膏模型

圖3 石膏展開拓印出的網(wǎng)格線

參考文獻(xiàn)[8-9]測(cè)量了由運(yùn)動(dòng)引起的體表皮膚形變，并進(jìn)行了定性的研究。參考文獻(xiàn)[10-11]研究了在女性右半身根據(jù)特征線涂抹石膏，通過取下的人體曲面模型得到靜、動(dòng)態(tài)皮膚數(shù)值，再選擇合適的面料研發(fā)調(diào)整型內(nèi)衣。但是乳房為人體曲面較明顯的部位，胸型具有個(gè)體差異性，該項(xiàng)研究應(yīng)擴(kuò)大樣本容量以減少誤差。朱娜[12]模擬輪椅使用者常態(tài)，獲取人體腰部到膝蓋的石膏模型，觀察下肢皮表變化，以此為依據(jù)進(jìn)行短期輪椅使用者功能褲的樣板優(yōu)化設(shè)計(jì)，但未對(duì)功能褲運(yùn)動(dòng)性與運(yùn)動(dòng)量間的配伍關(guān)系進(jìn)行研究，可用通過增加輪椅使用者的日常動(dòng)作，多次測(cè)量分析等方法探討增加褲子的運(yùn)動(dòng)功能性。郅曉磊[5]測(cè)量了218名男子下體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的皮膚變化量，選出1名中間體男子分析其下體體型特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，通過屈曲的造型、適合的面料和合理的松量3個(gè)方面設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)型貼體褲裝。該實(shí)驗(yàn)直接把參數(shù)最靠近中位數(shù)的男子作為最終研究對(duì)象，存在較大誤差，應(yīng)計(jì)算所有被測(cè)對(duì)象各部位皮膚變化量的均值，再尋找靠近均值的男子作為研究對(duì)象。

石膏帶法可用于人體動(dòng)態(tài)皮膚形變的測(cè)量，將立體轉(zhuǎn)化為平面，為后續(xù)的皮膚拉伸測(cè)量奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，但該方法也表現(xiàn)出一些缺陷：成本高、干燥時(shí)間長(zhǎng)；實(shí)驗(yàn)時(shí)人的肌肉緊張和放松、呼吸的輕重、姿勢(shì)的規(guī)范程度是主要的誤差來源；數(shù)據(jù)繁多，記錄過程中易出現(xiàn)漏記、誤記，采用該方法應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)輸入電腦并做檢查。

3.1.3 體表描線手工測(cè)量法

體表描線法是在被測(cè)者皮表用油性記號(hào)筆描輔助基準(zhǔn)線，構(gòu)造網(wǎng)格。使用馬丁測(cè)量?jī)x，軟尺等工具，保證人體不受尺的壓迫，拉緊尺，在體表直接測(cè)量各姿態(tài)下的每一條標(biāo)記線及其中各個(gè)線段的圍度和長(zhǎng)度。

一些關(guān)鍵部位尺寸在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下擴(kuò)大與縮小變化范圍是服裝松量、面料設(shè)計(jì)的參考值。參考文獻(xiàn)[13]采用描線法分析了人體各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)引起的皮膚變化；高雪梅[14]測(cè)量了靜態(tài)瑜伽基本體式10個(gè)動(dòng)作中，女性腿部皮表的橫縱數(shù)值變化，可用于指導(dǎo)瑜伽貼體褲裝的樣版生成；周捷等[15]分析了女性上肢軀干動(dòng)態(tài)時(shí)的皮膚伸展情況，研究了文胸材料的選擇方法；劉紅曉[16]測(cè)量了180名在校女大學(xué)生在12個(gè)動(dòng)作下上肢皮膚的變化；參考文獻(xiàn)[17-18]采集了人體下肢靜動(dòng)態(tài)下表皮長(zhǎng)度和圍度的變化，并得出了褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的定量研究方法。張華玲等[19]畫出8～9歲男童體表網(wǎng)格線，測(cè)量靜立和6種動(dòng)作下的皮膚變化數(shù)值，分析男童橫、縱方向的皮膚拉伸率，得出影響兒童連身褲設(shè)計(jì)的4個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。此外，趙莉等[20]將皮膚拉伸測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用于服裝松量設(shè)計(jì)，建議拉伸較大的部位使用緯向彈性較好的面料，探究了服裝結(jié)構(gòu)寬松率與面料彈性、皮膚拉伸率的相關(guān)性，是目前國(guó)內(nèi)對(duì)皮膚拉伸測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用較為充分的研究。

還有學(xué)者通過劃分人體表皮變化率區(qū)域來設(shè)計(jì)面料彈性參數(shù)和優(yōu)化服裝樣板。劉鵬林等[21]獲取女性實(shí)驗(yàn)者在靜態(tài)和模擬登山運(yùn)動(dòng)姿態(tài)時(shí)上半身皮膚拉伸數(shù)據(jù)，對(duì)上肢體表皮膚拉伸率進(jìn)行分區(qū):在人體上身表面作網(wǎng)格線后，以5%為跨度劃分變化區(qū)間并分配代表色，再依據(jù)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的變化情況填充其對(duì)應(yīng)的顏色，來觀測(cè)動(dòng)態(tài)時(shí)人體皮表變化。上身拉伸率較大處在腋下與肘關(guān)節(jié)，以此為依據(jù)可應(yīng)用于專項(xiàng)戶外沖鋒衣設(shè)計(jì)。該文指出，測(cè)量前僅通過經(jīng)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，其中有些動(dòng)作的腋下區(qū)域因方法限制無法測(cè)量，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺乏完整性。此外，針對(duì)專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的服裝，應(yīng)對(duì)測(cè)量姿態(tài)的規(guī)范有更高的要求。馮洋等[22]將足球運(yùn)動(dòng)中的人體典型技術(shù)動(dòng)作歸類為6個(gè)姿勢(shì)，在下肢體表描線，見圖4。測(cè)量實(shí)驗(yàn)者在靜、動(dòng)態(tài)下的皮膚網(wǎng)格線長(zhǎng)度，再同上述填色方法，在人體下肢體表作變化率分區(qū)，踢球時(shí)下肢皮膚受髖關(guān)節(jié)屈曲影響，在臀部與膝關(guān)節(jié)前部拉伸率可達(dá)60%，大腿外側(cè)和后側(cè)收縮率在10%左右。但該文未對(duì)動(dòng)作進(jìn)行角度規(guī)范，最后未依據(jù)數(shù)據(jù)特征給出應(yīng)用方案，建議后續(xù)可在皮膚拉伸率較大處采用拼接彈性面料的方法來科學(xué)設(shè)計(jì)足球褲。陳子豪[23]將踏板的圓周運(yùn)動(dòng)以每隔30°進(jìn)行劃分，以此來設(shè)計(jì)騎行時(shí)的腿部動(dòng)作，見圖5，得出下肢的皮膚橫、縱向變化結(jié)果與劉婕羽等[24]測(cè)量跑步動(dòng)作中下肢皮表變化的趨勢(shì)相仿。這2項(xiàng)研究均根據(jù)人體后腰到臀部，股溝到大腿后側(cè)較明顯的皮膚伸縮變化，前者找出騎行褲分割線的最佳位置，提高褲子的運(yùn)動(dòng)性能，后者優(yōu)化了褲裝前后浪樣板結(jié)構(gòu)。

圖4 下肢體表描線

圖5 設(shè)計(jì)騎時(shí)的腿部動(dòng)作

自2000年以來，體表描線法是應(yīng)用最多的測(cè)量方法。但在實(shí)際操作中還存在一些問題，如測(cè)量時(shí)尺具在皮表的輕微壓迫可能使測(cè)得的數(shù)據(jù)偏小；筆墨直接與皮膚接觸，每次測(cè)量后要修補(bǔ)網(wǎng)格線，加大了后期清洗難度。與石膏法相比，描線法對(duì)服裝形的理解比較模糊，無法得到服裝形的特征，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。2010年后，國(guó)內(nèi)關(guān)于皮膚拉伸測(cè)量方法的研究逐步深入，得到采用黏貼標(biāo)識(shí)帶形成網(wǎng)格線再用尺具獲得數(shù)據(jù)的方法，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。

3.1.4 體表貼線手工測(cè)量法

體表貼線法與描線法異曲同工，貼線法更加方便衛(wèi)生，但做動(dòng)作時(shí)黏貼的標(biāo)識(shí)帶容易脫落，耐用性較低。已有研究在人體皮膚表面標(biāo)記基準(zhǔn)點(diǎn)[25-26]，并用標(biāo)識(shí)帶連接，標(biāo)識(shí)帶連接形成的網(wǎng)格見圖6。有的設(shè)置包含人體基本跑步動(dòng)作姿態(tài)，采用軟尺直接采集人體在運(yùn)動(dòng)姿態(tài)中的體表變化情況，來確定跑步服的動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)樣板。有的計(jì)算實(shí)驗(yàn)者在靜態(tài)和模擬排球動(dòng)作下皮表各線段的拉伸率。以姿態(tài)為變量，通過因子分析，探討手臂動(dòng)作對(duì)上半身體表尺寸變化的影響規(guī)律，間接的為上衣樣板設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。未來還可用于探討腿部動(dòng)作對(duì)下肢關(guān)鍵部位皮表變化的影響。

圖6 標(biāo)識(shí)帶連接形成的網(wǎng)格

3.1.5 拓印法

拓印法指用某種可剝離和延展的柔性物質(zhì)敷于體表被測(cè)處，隨人體運(yùn)動(dòng)將皮表拉伸形變反映在物質(zhì)上，將其剝離人體后可直觀的分析數(shù)據(jù)，避免了被測(cè)者長(zhǎng)時(shí)間保持動(dòng)作的勞累，無形中減少了實(shí)驗(yàn)誤差。范雅雯等[27]在被測(cè)者膝蓋中點(diǎn)及上下各10 cm處印上印泥，膝關(guān)節(jié)周圍印泥分布與印泥方向見圖7。再將3種姿態(tài)下的印泥分別拓印到拷貝紙上，測(cè)量這9個(gè)“米”字型泥印各方位上的長(zhǎng)度。發(fā)現(xiàn)3種姿勢(shì)下膝關(guān)節(jié)周圍及其各個(gè)方向上的皮膚形變程度存在差異，提出設(shè)計(jì)褲裝時(shí)用分割線或歸縮的方法增加膝蓋處松量，尤其是設(shè)計(jì)緊身褲裝時(shí)需考慮膝蓋各方向的彈性。

圖7 印泥分布與印泥方向

參考文獻(xiàn)[28-29]采用相關(guān)研究在被測(cè)者大腿部畫3 cm×3 cm的網(wǎng)格，在Motion動(dòng)作捕捉系統(tǒng)中挑出的5個(gè)騎行動(dòng)作為代表，每擺1個(gè)姿態(tài)就將凝膠均勻地涂抹在待測(cè)部位，等凝膠成形后從側(cè)縫剪下，再按網(wǎng)格線剪出方格貼在白紙上，并掃描到電腦中。用Photoshop軟件通過方格像素與分辨率計(jì)算形變后的面積，與人體靜止?fàn)顟B(tài)下的大腿皮膚面積進(jìn)行對(duì)比。該實(shí)驗(yàn)從選取動(dòng)作、測(cè)量到處理數(shù)據(jù)都采用較為新穎的方法，但本著減少數(shù)據(jù)誤差的原則，建議在動(dòng)作捕捉系統(tǒng)提取關(guān)鍵動(dòng)作后，通過數(shù)學(xué)方法精確還原各部位動(dòng)作角度，再作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)作的典范。

拓印法雖然成本較高，但對(duì)于人體局部變形的測(cè)量方便快捷，結(jié)果還可以長(zhǎng)期保存，且不會(huì)在人體留下難洗的痕跡，還能夠拓取人體動(dòng)靜態(tài)曲面的皮表變化，對(duì)于一些人體凹凸明顯的被遮擋部位，選擇凝膠拓印法測(cè)量可以起到方便快捷的作用。

3.2 非接觸式測(cè)量法

相比傳統(tǒng)的手工測(cè)量，非接觸式法測(cè)量的出現(xiàn)無疑是一場(chǎng)革命。它在數(shù)據(jù)的再利用性上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，具有安全、衛(wèi)生、快速和準(zhǔn)確的特點(diǎn)，極大減輕了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工作量，提高了測(cè)量速度，避免了人工測(cè)量的尷尬[30]。

3.2.1 三維人體掃描法

三維人體掃描法在3～6 min內(nèi)，以高分辨率多方位捕獲人體各姿態(tài)下的皮膚拉伸形態(tài)，并轉(zhuǎn)化成人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，通過逆向工程技術(shù)對(duì)皮膚表面線段和面積變化進(jìn)行處理。

國(guó)外學(xué)者的掃描設(shè)備種類較多，三維掃描測(cè)量法發(fā)展的更為成熟，測(cè)量皮膚拉伸的應(yīng)用多致力于服裝松量與割線設(shè)計(jì)。由于靜立的人體手臂會(huì)遮擋激光，導(dǎo)致腋底成為測(cè)量盲區(qū)，所以上體測(cè)量目前還局限于軀干。KIM等[31]、BARRIOS等[32]分別在男性前胸及后背、整個(gè)腳面至腳踝處進(jìn)行標(biāo)記掃描，尋找皮膚最小拉伸延長(zhǎng)線(Lines of non-extension，簡(jiǎn)稱LoNEs)以用于與皮膚高度相互作用的產(chǎn)品。HYEJUN等[33]掃描手臂運(yùn)動(dòng)引起的前后身皮膚變形，結(jié)合襯衫表面變形評(píng)估服裝的合體性，這是一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，可結(jié)合服裝合身程度與壓力舒適性進(jìn)行研究。EDWARD[34]掃描人體四肢皮膚變形數(shù)據(jù)用來優(yōu)化機(jī)械反壓宇航服(見圖8)的樣板設(shè)計(jì)和材料選擇，最大限度地減少宇航員的能量消耗。

圖8 機(jī)械反壓宇航服

三維人體掃描法更多應(yīng)用在下身測(cè)量。LEE等[35]使用Artec MHT 3D 和RapidForm程序得到下肢3種不同姿勢(shì)下的人體掃描，見圖9。計(jì)算出不同點(diǎn)之間的長(zhǎng)度變化。SUNYOON等[36]從腰線以下測(cè)量人體皮表變化，研究褲裝放松量并結(jié)合織物的拉伸特性以達(dá)到褲裝完美的合身度。JIYOUNG等[6]以腰線為起始，將下肢按褲長(zhǎng)款式分成4段，用Geomagic Design X 2014掃描儀觀察不同褲長(zhǎng)處的腿在直立、膝關(guān)節(jié)彎曲90°、膝蓋彎曲彎曲3種角度時(shí)皮膚的橫、縱向皮膚拉伸情況，找到每種褲長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的皮膚LoNEs，以指導(dǎo)不同褲長(zhǎng)的分割線設(shè)計(jì)，根據(jù)結(jié)論做出樣衣，并進(jìn)行穿著跟蹤評(píng)價(jià)。HYEWON等[37]對(duì)膝關(guān)節(jié)皮表位移進(jìn)行跟蹤與分析，尋找最小LoNEs。LEE等[38]使用Whole body scanner Model WB4掃描儀掃描站立與騎車姿勢(shì)，重疊對(duì)比每一縱向區(qū)域的變化值。該實(shí)驗(yàn)所選動(dòng)態(tài)姿勢(shì)較少，不具有代表性，應(yīng)多選幾個(gè)動(dòng)態(tài)姿勢(shì)進(jìn)行測(cè)量比較。SITI[39]使用3D-INFOOT掃描女性手部日常姿勢(shì)和2種體育活動(dòng)時(shí)的姿勢(shì)，識(shí)別其皮膚動(dòng)態(tài)變化以便用于改善手套的貼合性與功能性。

圖9 3種不同姿勢(shì)下的人體掃描

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者主要用三維人體掃描儀結(jié)合人體動(dòng)態(tài)變化獲取的肢體皮膚形變規(guī)律，設(shè)計(jì)與肢體形態(tài)適應(yīng)性最佳的足球、騎行等運(yùn)動(dòng)的服裝，提高運(yùn)動(dòng)裝備的附加值。王燕珍等[7]用SCANSMART三維掃描系統(tǒng)，得到人體在靜態(tài)、3種跑步姿勢(shì)下的腿表皮膚橫、縱向拉伸數(shù)據(jù)；嚴(yán)雅潔[40]用手持三維掃描儀獲取人體站立、3種典型高爾夫揮桿動(dòng)作時(shí)人體上半身皮膚表面形變量；管玉[41]采用3D CaMega人體掃描系統(tǒng)對(duì)5名女性進(jìn)行測(cè)量，獲取人體靜態(tài)皮膚尺寸的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合體表描線獲取人體上肢動(dòng)態(tài)皮膚變化值，其測(cè)量方法前后不一致，易造成誤差。宋詩超等[42]通過Kinect的深度攝像頭對(duì)人體進(jìn)行三維掃描，獲得人體體表的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再使用Pro/E軟件處理數(shù)據(jù)，重建人體模型后測(cè)量人體皮膚表面的特征值，但該實(shí)驗(yàn)只用了1臺(tái)設(shè)備，給點(diǎn)云的拼接造成誤差，今后可考慮用3～4臺(tái)設(shè)備進(jìn)行多角度拍攝，以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

3.2.2 光學(xué)運(yùn)動(dòng)跟蹤法

光學(xué)運(yùn)動(dòng)跟蹤法在人體表面標(biāo)記反光點(diǎn)，通過帶有紅外線和頻閃觀測(cè)儀的高速照相機(jī)記錄一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下標(biāo)記點(diǎn)間的皮膚伸展情況。數(shù)據(jù)形式為點(diǎn)空間坐標(biāo)，可分析人體皮膚表面標(biāo)記點(diǎn)間的長(zhǎng)度、面積以及伸展方向。黃莉[43]利用Vicon三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)捕獲下肢帶關(guān)鍵標(biāo)記點(diǎn)(見圖10)，測(cè)量騎行時(shí)被測(cè)者腿部關(guān)鍵點(diǎn)部位的皮膚變化。但因騎行動(dòng)作使攝像頭無法攝錄到臀下與大腿內(nèi)側(cè)，數(shù)據(jù)欠缺完整性，對(duì)騎行褲的開發(fā)存在限制。羅蘭等[28]采用的凝膠拓印法可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性，達(dá)成騎行褲結(jié)構(gòu)改良設(shè)計(jì)。JAMALUDDIN等[44]在人體前臂貼反光點(diǎn)(見圖11)，施加1.5 N的荷載誘發(fā)皮膚變形，使用Qualisy 3D運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)對(duì)光標(biāo)位移軌跡進(jìn)行跟蹤(見圖12)，得到了3種不同方向生成的皮膚變化軌跡。

圖10 下肢帶關(guān)鍵標(biāo)記點(diǎn)

圖11 在人體前臂貼反光點(diǎn)

圖12 對(duì)光標(biāo)位移軌跡跟蹤

目前，多數(shù)研究一般通過選取幾個(gè)典型動(dòng)作代表單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)過程，再測(cè)量各動(dòng)作的皮膚變化值。可以通過光學(xué)運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)建立一段時(shí)間內(nèi)人體各關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡模型，對(duì)任意時(shí)刻皮膚情況進(jìn)行研究討論，成為未來借助皮膚拉伸測(cè)量設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)服裝的有效方法。

4 結(jié) 論

服裝是與人體皮膚交互的唯一形式，本文研究的測(cè)量方法均存在一些缺陷，還需進(jìn)一步改進(jìn)。

①國(guó)內(nèi)外學(xué)者已將皮膚拉伸測(cè)量結(jié)果應(yīng)用于瑜伽服、騎行褲、足球褲、排球服、高爾夫球衣、登山用沖鋒衣等服裝的設(shè)計(jì)中，未來還可用其研究更豐富種類的運(yùn)動(dòng)服裝。

②對(duì)于人體動(dòng)態(tài)測(cè)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，基本沒有可依據(jù)的規(guī)范準(zhǔn)則。少數(shù)研究采用用量角器輔助或在運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中直接挑選代表性動(dòng)作進(jìn)行模仿。應(yīng)該通過運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)結(jié)合紅外高速攝像機(jī)，分析動(dòng)作穩(wěn)定時(shí)段關(guān)鍵幀中標(biāo)記點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過數(shù)學(xué)方法得到動(dòng)作的準(zhǔn)確角度，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)作的設(shè)計(jì)。

③基于人體四肢構(gòu)造，傳統(tǒng)的直接測(cè)量與三維掃描無法獲取靜態(tài)時(shí)腋窩附近的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致欠缺手臂處皮膚拉伸測(cè)量的數(shù)據(jù)，而手臂最大程度的決定了人體上肢的活動(dòng)范圍，與服裝衣袖變化互相牽引，是不能忽略的測(cè)量部位。現(xiàn)有的凝膠拓印法可間接將腋底皮膚情況反映在干燥的凝膠上，經(jīng)后續(xù)處理就可得到數(shù)據(jù)。

④已有的研究中，少有學(xué)者在分析數(shù)據(jù)后跟蹤研究進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，建議后續(xù)可根據(jù)數(shù)據(jù)做出實(shí)驗(yàn)樣衣并進(jìn)行舒適與功能性評(píng)價(jià)。

⑤具有不恰當(dāng)彈性參數(shù)的面料無法配伍人體的皮膚拉伸，未來可研究在某種運(yùn)動(dòng)動(dòng)作下，緊身彈性服裝形變與人體皮膚拉伸變化的相互關(guān)系，基于此對(duì)緊身服裝不同部位的面料進(jìn)行彈性分區(qū)設(shè)計(jì)，提升和完善運(yùn)動(dòng)服裝的市場(chǎng)價(jià)值。