基于下肢運動特征的緯編無縫瑜伽褲結構設計

王偉榮， 叢洪蓮

(江南大學 針織技術教育部工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

近幾年，瑜伽運動的快速興起推動了瑜伽服飾需求的大幅度增長，但現有瑜伽服存在類別模糊，面料結構與普通運動服無明顯差異等問題，不能很好地滿足消費者穿著運動生理的需求[1-2]。在瑜伽運動中，肢體運動幅度較大，對服裝面料的延展性和舒適度具有較高的要求。目前關于瑜伽服裝的研究較少，陳同雪研究了瑜伽背心結構設計[3]，高雪梅根據瑜伽運動下肢皮膚形變對瑜伽褲版型進行優化[4]，但采用傳統制衣方法制作的服裝，其縫線會對衣服的伸展性造成一定的限制[5]。無縫圓機編織為筒狀織物，生產的服裝只需要少量的裁剪和縫合，具有優于普通服裝的的彈性和伸展性等優點成為運動人士的首選[6-7]。無縫服裝技術可以針對瑜伽運動中不同部位的伸展幅度，編織不同組織結構，以滿足瑜伽運動對服裝面料延展度和彈性的需求，提高服裝的功能性和舒適性。因此，研究無縫瑜伽服裝的結構設計方法具有重要的意義。

本文通過分析瑜伽運動人體下肢圍度特征及縱向皮膚形變，并結合無縫內衣工藝原理，建立了緯編無縫瑜伽褲原型。選用氨綸和錦綸為原料，編織無縫內衣常用的7種組織結構，測量面料在不同拉伸率下的橫向服裝壓力和縱向拉伸力，確定服裝橫向尺寸及縱向結構設計方法，對緯編無縫瑜伽褲原型進行分區結構設計。最后應用舉例并上機編織實物，以期為緯編無縫瑜伽褲的設計和開發提供參考，使其更好地符合人體在瑜伽運動中的穿著需求。

1 瑜伽運動下肢特征

瑜伽是一種動作緩慢輕柔和肢體伸展性大的有氧運動，要求身體做不同幅度的伸縮和扭轉，練習瑜伽時應穿著舒適的服裝，利于身體自由活動，保證身體不受到束縛[8]。下肢作為人體運動的支撐部位，其骨骼、肌肉、皮膚等均對服裝結構有一定的影響，且人體的運動會造成皮膚表面與褲子產生摩擦和滑移，引起褲子的壓迫，對人體造成束縛[9]，因此研究下肢的圍度尺寸特征和運動特點，有助于瑜伽運動褲的結構設計研究，使服裝具有良好的運動功能性。

1.1 圍度尺寸特征

圍繞人體特征點所在截面一圈的長度稱為人體圍度尺寸，是服裝結構設計的重要依據[10]。在下體主要構造中，腰部和臀部對下裝結構設計至關重要，腰圍受肢體活動影響較小，臀部表面的臀大肌是最豐滿的部位，與腿部構成明顯的臀底弧線，是下肢圍度最大的部位。膝蓋是下肢活動幅度較大的部位，腳踝則為下肢關節的終端，腿部作為肌肉較發達的部位，圍度變化與肌肉的運動狀態密切相關，與服裝結構設計關系較大[11]。人體下肢結構如圖1所示，將人體下肢圍度尺寸展開成二維進行形態分析。由圖可知，人體下肢近似于粗細變化的圓柱形，W1至W2之間尺寸逐漸增大，W2至W6則由上而下呈減小的狀態，W6至W8之間小腿的“腿肚”使得W7稍大于W6。

圖1 人體下肢結構Fig.1 Human lower limb structure

1.2 長度方向特征

在練習瑜伽時，股關節和膝關節的運動帶動肌肉、皮下脂肪及體表皮膚的變化，并最終體現在體表皮膚的伸縮變形上[9]。根據人體下肢關節運動特點和對瑜伽動作的分析，選取戰士彎腰式、戰士身印式、三角式、腿側舉式和樹式為實驗動作，涉及了下肢不同部位的拉伸。選取8名20歲左右女性參與者，對下肢進行體表劃分，橫向基準線為圍度方向特征線W1～W8，縱向基準線為前中線H3，后中線H7，內側縫線H1，外側縫線H5，以及中線和側縫線之間的等分線H2，H4，H6，H8。利用德國Human solutions公司的VITUS Smart XXL三維掃描系統掃描記錄參與者保持自然靜態站立和瑜伽動作的三維人體圖像，并采用ScanWorX軟件測量標記點之間的距離。根據皮膚動靜態變化率公式計算體表皮膚變化率，計算公式為

式中：A為瑜伽動作下標記點之間的長度;B為靜態站立狀態下標記點之間的長度。

相同部位在不同瑜伽姿態下具有不同的皮膚變化值，選取5個瑜伽姿態下皮膚變化的最大值，采用數據分級的方法對皮膚形變數值進行區間劃分，得到瑜伽姿態下的下肢皮膚變化網格圖，如圖2所示。縱向線段H2和線段H3在W4～W6處皮膚形變最大，拉伸超過40%，其次是線段H7和線段H8在W2～W3中皮膚形變超過30%，其余線段的變化則小于30%。

圖2 瑜伽運動下肢部位皮膚形變Fig.2 Skin deformation of lower limbs during yoga exercise

2 緯編無縫瑜伽褲面料設計

無縫內衣圓機編織下來的產品具有許多成品的特征，如尺寸到位，有裁剪標記線等。無縫內衣圓機針筒的針數是固定的，服裝結構變化是通過織物組織結構的變化來實現的[6]。為更好地滿足產品設計要求，提高產品舒適性和功能性，在進行服裝結構設計時，需要掌握各種組織結構的特性。

2.1 針織面料組織結構

本文選用33 dtex氨綸和78 dtex(48 f)錦綸，其中氨綸為地紗、錦綸為面紗。采用圣東尼無縫內衣圓機(SM8-TOP2 MP2)編織，共試織7種無縫服裝中常用的組織，包括平紋組織(組織1)、假羅紋組織(組織2、組織3)、網眼組織(組織4、組織5)和集圈組織(組織6、組織7)。各組織結構意匠圖如圖3所示。

隨著新一輪高中數學課程標準、教材修訂工作的推進，以數學核心素養為統領的數學教育教學研究迅速成為熱點.一個明顯的現象是，以(數學)核心素養為關鍵詞的論文大量涌現.其中，理論層面“玩概念”、實踐層面“套概念”的做法不少.筆者認為，以數學課程內容為載體，深入挖掘內容蘊含的育人資源，以數學知識發生發展過程和學生認知數學知識的思維規律為參照，設計數學教學過程，構建提升學生核心素養的路徑，使學生在掌握“四基”、發展“四能”的過程中實現數學核心素養的發展，這才是實打實的，其實也是在核心素養理論與實踐之間架設橋梁的必由之路，因此應成為研究的重點.

圖3 組織結構意匠圖Fig.3 Organizational structure

2.2 不同組織結構的圍度特征

緯編無縫編織為筒狀織物，需要通過組織結構的變化實現尺寸的差異，為實現無縫服裝的尺寸設計，測量不同組織的服裝筒子橫向尺寸，結果如表1所示。

表1 不同組織的服裝筒子橫向尺寸Tab.1 Horizontal dimensions of clothing bobbins in different organizations

瑜伽褲屬于貼體型服裝，下肢各部位服裝收縮率一般在10%～20%[12]，且收縮率與服裝壓力密切相關。為確定適宜的服裝收縮率，將編織的織物，裁剪為縱向長度30 cm，橫向有效寬度分別為20.9、19.2 cm的長方形試樣，裁剪時試樣圍度兩側預留出2 cm進行縫合成圓筒形。在小臂23 cm的圍度上選取3個測試點，將縫制好的面料套在小臂，采用德國服裝壓力測試系統Novel Pliance-X-32型，用Flexiforce壓力傳感器測量織物橫向伸長率為10%、20%時的服裝壓力，結果如表2所示。

表2 織物伸長率對服裝壓力的影響Tab.2 Effect of fabric elongation on clothing pressure

2.3 不同組織結構的形變特征

在瑜伽運動過程中，為使服裝穿著舒適，無壓迫感，服裝面料與人體皮膚應具有緊密的跟隨性，即服裝面料與人體的運動具有一致的變化趨勢[13]。為確定人體不同部位選用的組織結構，根據人體皮膚形變的拉伸范圍，測量不同組織結構面料的拉伸性能。

采用寧波紡織儀器公司YG028織物強力機測織物的定伸長拉伸力。對織物縱向伸長率為10%、20%、30%、40%、50%時的織物拉伸力進行測試，結果如表3所示。根據聚類分析法將組織結構進行分類，將7種組織分為3類，分別為低彈面料：4、5、3；中彈面料：2、6、7；高彈面料：1。

表3 伸長率對織物拉伸力的影響Tab.3 Effect of elongation on fabric stretch N

3 無縫瑜伽褲結構設計與實現

為使瑜伽褲具有良好的形態舒適性和功能性，服裝穿著時應緊貼皮膚，但不會感到束縛，且人體運動時，彈性面料始終與人體各部位皮膚表面的伸縮相適應，給人合體舒適的感覺[14]。為更好地提高瑜伽褲的舒適性，滿足人體活動的需要，根據人體不同部位皮膚變形的差異，對人體各部位進行聚類分區，對緯編無縫瑜伽褲進行分區結構設計。

參考GB/T 1335.2—2008《服裝號型 女子》，以褲裝160/66A型號為例進行服裝的結構設計，其中腰圍為66 cm，臀圍為88 cm。緯編無縫瑜伽褲屬于高彈緊身服裝，一般腰圍收縮8～10 cm，文中取10 cm，臀圍收縮量較大，文中取20 cm，即服裝腰圍尺寸為56 cm，臀圍尺寸為68 cm[15]。根據文獻研究，當穿著緊身衣時，服裝壓在1.47～2.46 kPa時，人體感受到舒服的壓力并加強運動性，而實驗面料在橫向拉伸率為20%時服裝壓力更加接近舒適服裝壓，故文中取值為20%，各部位圍度參考值及服裝取值如表4所示[16-17]。選用機器為圣東尼無縫內衣圓機(SM8-TOP2 MP2)，機號E為28，總針數1 344針。

表4 各部位圍度尺寸參考值及服裝取值Tab.4 Reference value of girth size of each part and clothing value cm

3.1 無縫瑜伽褲結構設計

3.1.1 橫向圍度尺寸設計

在無縫褲裝編織中，腰臀部位沒有接縫，需要通過組織結構的變化實現尺寸的差異，腿部內側縫需要進行裁剪縫合，服裝尺寸通過組織結構的變化和適當地裁剪縫合得以實現，因此，將無縫褲裝分為2部分進行結構設計分析，分別為：W1～W2、W2～W8。

根據實驗面料的橫向尺寸和拉伸性能對編織的7種組織結構進行分類，如表5所示。A類組織為服裝筒子圍度大于服裝取值，B類組織為服裝筒子圍度小于服裝取值。

表5 組織結構分類列表Tab.5 Organization structure classification

在W1～W2中，需選用A類組織和B類組織組合編織，使服裝尺寸趨于服裝取值。假設在W1處A類組織的編織長度為X，組織B的編織長度為Y，組織A橫向密度為C針/cm，B類組織橫向密度為D針/cm， 則X+Y=56，CX+DY=1 344(總針數)。通過在W1～W2中逐漸增加A類組織編織針數，即A類組織編織針數與B類組織編織針數比例呈增大趨勢，實現W1～W2中尺寸的差異。

在W2～W8中，選用A類組織編織，或者A類組織和B類組織組合編織，服裝筒子圍度大于服裝取值即可。

3.1.2 縱向長度結構設計

無縫服裝縱向長度通過設置編織橫列數來實現，在結構設計中，主要考慮不同部位的縱向皮膚形變。由圖2可知三維人體下肢部位的皮膚形變圖，制作無縫服裝工藝，需要在平面圖上進行組織結構的設計和搭配。運用二維和三維結合的方法，根據特征點以及特征點之間的線段對緯編無縫塑身褲原型進行區域劃分，得到基于皮膚形變的緯編無縫瑜伽褲裝原型，如圖4所示。

圖4 緯編無縫瑜伽褲裝原型Fig.4 Weft-knitted seamless yoga pant prototype

服裝在穿著過程中，人體的運動會造成面料的變形，對人體產生壓力。在運動過程中面料變形的拉伸力愈加接近，即產生的服裝壓力分布愈均勻，人體感覺更舒適。在皮膚形變超過30%的區域編織易拉伸的組織結構，即高彈面料，在10%～30%的形變區域選用中彈面料，在形變小于10%的區域選用低彈面料，保證各部位面料拉伸時拉伸力趨于一致。服裝各區域選用面料類型如表6所示。

表6 服裝區域選用面料類型列表Tab.6 Choose fabric type for clothing area

3.1.3 無縫瑜伽褲分區結構設計

根據服裝橫向圍度的尺寸設計以及縱向長度結構設計要求，對無縫瑜伽褲原型進行分區結構設計。瑜伽褲腰部常采用8～10 cm的扎口，腳踝處采用1.2～2 cm的扎口。由表5、6可知，在W1～W2中，中低彈面料分布于A類組織和B類組織，在W7～W8中，A類組織包含需選用的中彈或低彈面料，均符合圍度尺寸設計要求。因此，根據長度結構設計及W1～W2服裝尺寸差異設計原理劃分區域。無縫瑜伽褲分區結構設計如圖5所示。

圖5 無縫瑜伽褲分區結構設計Fig.5 Seamless yoga pant partition structure design

3.2 緯編無縫瑜伽褲的編織設計

對無縫瑜伽褲分區結構設計中不同區域選取組織結構。選取原則為：從高彈到低彈依次選取，同一橫向圍度編織組織中包含A類組織。

扎口一般選用假羅紋組織，為使腰部達到更好的收縮效果，服裝更加貼合人體，將腰部扎口分為上下2部分，扎口下部采用組織2，上部采用橫向收縮性更大的組織3。

根據皮膚形變，區域G宜選用低彈面料，但由于成年女性人體下肢脂肪中心帶主要位于區域G和區域E，為減小面料對該部位的壓迫感，采用中彈面料。各區域選取編織組織結果如表7所示。

表7 服裝區域選用組織結構列表Tab.7 organizational structures for clothing area selection

目前，瑜伽服面料常采用彈性纖維和其他纖維混合編織，具有手感柔軟、透氣性高和彈性好等優點[18]。本文選用氨綸和錦綸為原料，采用圣東尼無縫內衣圓機編織實物，機器為8路成圈裝置，每路成圈系統裝備有8個紗嘴，采用2號紗嘴穿氨綸，6號紗嘴穿錦綸，其中錦綸在奇數路和偶數路分別采用S捻和Z捻紗線，減小線圈的歪斜效應[19]。在編織過程中嚴格控制紗線張力，保證喂紗張力相同，減小線圈大小差異，提高布面平整度。通過上機編織及縫合，無縫瑜伽褲成品如圖6所示。

圖6 無縫瑜伽褲Fig.6 Seamless yoga pant

4 結 論

本文通過研究瑜伽運動中人體下肢皮膚形變，結合緯編無縫工藝設計原理，分析了緯編無縫瑜伽褲分區結構設計方法。得到如下結論。

1)通過分析人體下肢圍度特征，選取縱橫向基準線對人體下肢體表劃分，測量并計算在瑜伽動作下的體表皮膚變化率。采用數據分級的方法將皮膚形變數值劃分區間，得到瑜伽姿態下的下肢皮膚變化網格圖，并結合無縫服裝工藝原理，建立了基于皮膚形變的緯編無縫瑜伽褲原型。

2)通過組織結構的橫向密度和不同拉伸率下的服裝壓力，進行服裝橫向圍度的尺寸設計，并通過不同組織結構的縱向拉伸性能，進行縱向長度結構設計。根據橫向和縱向設計要求，基于緯編無縫瑜伽褲原型對無縫瑜伽褲進行分區結構設計，并進行上機編織實物，為無縫瑜伽褲的結構設計提供了新的設計理論和參考。