基于乳房運動學參數的運動文胸舒適性研究

余越云 吳志明

摘要： 為了探究運動中乳房舒適性與乳房位移、速度、加速度之間的關系，文章選擇了5款不同款式和面料成分的運動文胸。運用Matlab R2020a軟件建立相對位移坐標系統，將乳房位移數據轉化為相對軀干的位移數據，并通過一階、二階求導分別計算出速度、加速度。運用SPSS軟件進行非參數檢驗分析，發現不同款式運動文胸對乳房位移和速度有顯著影響，對加速度無顯著影響。運動文胸主體面料中的氨綸含量較高，則運動時乳房震動的位移、速度和加速度也越大，對乳房的保護效果越弱。結合主觀舒適性評價分析與斯皮爾曼分析發現，乳房舒適性與加速度沒有相關性，而與位移和速度相關，且與速度的相關性略大于位移。

關鍵詞： 運動文胸;舒適性;位移;速度;加速度;三維運動捕捉

中圖分類號： TS941.17

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）09-0060-07

引用頁碼： 091110

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.09.010（篇序）

Research on the comfort of sports bras based on breast kinematics parameters

YU Yueyuna， WU Zhimingb

（a.School of Textile Science and Engineering; b.School of Design， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Abstract： To investigate the relationship between breast comfort and breast displacement， velocity and acceleration during exercise， five sports bras with different styles and different fabric compositions were selected. A relative displacement coordinate system was established using Matlab R2020a software to firstly convert the breast displacement data into relative torso displacement data. Then， the velocity and acceleration were calculated by the firstorder and secondorder derivation. It was found through nonparametric test analysis on SPSS software that different styles of sports bras significantly affected breast displacement and speed， with no significant impact on acceleration. The higher the content of spandex in the main fabric of the sports bra， the greater the displacement range， velocity and acceleration of the breast vibration during exercise， and the slighter protective effect on the breast. It is found through subjective comfort evaluation and Spearman analysis that there exists no correlation between breast comfort and acceleration， but it is correlated with displacement and velocity， and it is more correlate with velocity than displacement.

Key words： sports bra; comfort; breast displacement; velocity; acceleration; threedimensional motion capture

收稿日期： 20210302

修回日期： 20210824

基金項目： 教育部人文社會科學研究青年基金項目（20YJCZH063）

作者簡介： 余越云（1995），女，碩士研究生，研究方向為現代服裝設計。通信作者：吳志明，教授，wxwuzm@163.com。

隨著體育運動的普及，熱愛運動健身的女性與日俱增。有研究表明，在運動過程中超過72%的女性運動員會感受到乳房疼痛[1]。穿著運動文胸對乳房在垂直方向上的位移限制是不穿文胸的50%[2]，穿著運動文胸跑步能最大減少乳房6 cm位移[3]，可以有效控制保護乳房，減輕乳房疼痛。因此，運動文胸的舒適性受到了越來越多人的關注。

目前關于舒適性的研究，一方面圍繞壓力舒適性和熱濕舒適性研究[4-6];另一方面研究運動舒適性，以乳房位移作為運動文胸舒適性的參考依據，研究乳房運動規律[7-9]。研究顯示，乳房運動舒適性與乳房位移呈負相關，垂直軸向上的波幅是影響舒適性的主要因素[8-9]，且乳房的疼痛隨乳房運動速度減小而減弱[10]。運動中乳房的運動規律，除了研究位移變化規律，還應該對速度和加速度作為乳房運動學參數進行分析[11-13]。

本文比較了不同款式和不同面料成分的運動文胸對乳房運動學的影響，分析了在三維方向上乳房的位移、速度和加速度等運動學參數，研究了乳房運動舒適性與乳房運動學參數的相關性，對運動文胸的舒適性研究有著非常重要的意義，并對未來文胸的設計改良提供了參考依據。

1實驗

1.1樣衣分析

人體皮膚延伸度為30%～40%，運動文胸面料需要有良好的彈力，且面料彈力程度要高于皮膚延伸度，否則會有牽引、僵硬感[14]。此外，運動文胸還需要有良好的耐磨性、吸濕透氣性，才能給予乳房有效的支撐和保護，以及良好的穿著舒適性。目前主要使用聚酯纖維、錦綸、氨綸等化纖材料。

在選取實驗樣衣前，調研了淘寶旗艦店熱搜的50款主體面料由聚酯纖維和氨綸組成的運動文胸，發現聚酯纖維/氨綸成分主要在80/20～90/10，如圖1所示。

根據市場調研結果，本文選取了5款熱銷款（迪卡儂體育用品有限公司）運動文胸，尺碼為M碼，款式和面料成分如表1所示。

款式對比實驗中，3款文胸11#、21#、3#使用的面料成分及裝飾工藝不完全一致，經查閱文獻[7]得出運動文胸的保護效果主要受胸部包裹部分和肩帶部分的影響，因此，保證主體面料成分及組織結構接近，可視為影響防震效果的面料不變。這3款運動文胸所采用的主體面料聚酯纖維/氨綸成分接近，分別為82/18、84/16、84/16，均為平紋組織。

面料對比實驗中，11#、12#文胸的主體面料聚酯纖維/氨綸差異較大，分別為82/18和90/10;21#、22#文胸主體面料聚酯纖維/氨綸差異不大，分別為84/16和90/10。

1.2實驗對象

實驗選擇6名體型基本在GB/T 1335.2—2008《服裝號型女子》中165/88A范圍內，平時穿著文胸尺寸為80B的女性健身愛好者，上下胸圍差在12.5～15 cm，身體健康，無乳房手術史，并且有一定健身蹦床使用經驗。實驗對象基本數據的平均值如表3所示。

1.3三維運動捕捉實驗

實驗要求志愿者穿著運動鞋和緊身健身長褲，依次換上運動文胸，使用Opti Track三維運動捕捉系統（美國Natural Point公司）。為捕捉志愿者運動時的乳房位移，需在關鍵部位粘貼反光標記點，共8個，依次為：左側乳頭點（B1）;乳房內側水平4 cm處（B2）;乳房外側水平4 cm處（B3）;乳房下側垂直4 cm處（B4）;乳房上側垂直4 cm處（B5）;胸骨角上切跡（O1）;右側第十根肋骨下緣與右乳頭點對齊處（O2）;左側第十根肋骨下緣與左乳頭點對齊處（O3），如圖2所示。

粘貼完標記點后，需要在每次測試前均進行標定。先將健身蹦床放置于攝像機的最佳捕捉區域，志愿者站立于蹦床中央，做Tpose，確定測試捕捉點。然后根據節拍器（0.5 s/拍），進行勻速高抬腿運動，雙腿保持交替至水平，在穩定狀態后采集數據并保存。

1.4主觀評價實驗

本文采用Mason等[15]提出的十級量表來評估實志愿者在運動時的乳房舒適性，0表示運動時乳房“最舒適”，5表示“沒感覺”，10表示“最不舒適”，如圖3所示。實驗對象分別穿著4款運動文胸，測試結束后，立刻進行主觀評價，從個人感官角度對運動文胸進行評分，并記錄結果。

2實驗結果分析

2.1三維捕捉實驗分析

2.1.1數據處理

對各標記點的所有實驗數據進行預處理，修復缺失數據，刪除無效和異常數據，將標記點三個方向的原始位移與時間數據導入Excel。志愿者在高抬腿運動時，軀干會有六個自由度的運動，為準確研究乳房的運功規律，需要排除軀干的運動[16]。本文以胸骨上切跡（O1）和左右側第十跟肋骨下緣對齊乳頭點處（O2、O3）建立相對位移參考坐標系，如圖4所示。運用Matlab R2020a軟件將在大地坐標系統下的乳房上標記點的位移數據轉為新坐標系下的相對位移數據。

以O1、O2、O3建立相對位移坐標系i，O1點為坐標系原點，確定Y軸方向，Y軸為左右方向，向左為正;三點確定的平面的法向量x→=O1O2×O2O3作為X軸，為前后方向，向前為正;XOY面的法向量z→=O2O3×x→作為Z軸，為垂直方向，向上為正。

在運動中某一時刻，設O1、O2、O3的坐標分別為（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）、（X3，Y3，Z3），以乳頭點B1（X0，Y0，Z0）為例，則：

O2O3=（X3-X2，Y3-Y2，Z3-Z2）（1）

XZ面的方程為：

（X3-X2）（X-X1）+（Y3-Y2）（Y-Y1）+（Z3-Z2）（Z-Z1）=0（2）

則在坐標系i中，B1點的相對坐標為：

Yi=（X3-X2）（X0-X1）+（Y3-Y2）（Y0-Y1）+（Z3-Z2）（Z0-Z1）（X3-X2）（X3-X2）+（Y3-Y2）（Y3-Y2）+（Z3-Z2）（Z3-Z2）（3）

Xi、Zi計算方法同上，每個時刻都要計算。

2.1.2乳房各方向的位移比較

經數據處理后，隨機選擇有效數據中3段穩定周期（一個周期為4 s），計算每個周期的相對位移，即乳房的相對位移最大值與最小值之差。

根據5款運動文胸的相對位移（每款運動文胸的樣本數為18），使用SPSS軟件檢驗數據，發現不符合正態性（P<005），故使用斯皮爾曼相關性檢測5款運動文胸的乳頭點（B1）、乳房內側（B2）、乳房外側（B3）、乳房下側（B4）、乳房上側（B5），此5點在前后（X軸）、左右（Y軸）和垂直（Z軸）3個方向上是否存在顯著性差異，結果如表4所示。結果表明：乳頭點（B1）與乳房上其余4點在0.01級別（雙尾）相關性顯著（P<0.01），因此，為了簡化分析，本文選用乳頭點的運動代表乳房的運動，分析6名志愿者穿著此5款運動文胸時乳房的位移、速度、加速度規律。

2.2不同款式的運動文胸比較

2.2.1乳房各方向的相對比較

如表5所示，采用非參數檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進行分析，發現在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，實驗選用的3款不同款式的運動文胸對乳房位移有顯著差異（P<0.05）。如圖5所示，乳頭點在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上的位移表明：前后（X）和左右（Y）方向的位移相近，垂直方向上的相對位移明顯大于前后和左右方向上的;在3個方向上，3款運動文胸的乳房位移，從大到小依次為21#>3#>11#。乳房的位移越大，說明運動文胸的防震效果越差，對乳房的保護效果越差，所以3款運動文胸對乳房的保護效果從強到弱依次為11#、3#、21#。

2.2.2乳房各方向的相對速度比較

運用Matlab R2020a軟件，計算每個樣本在相對位移坐標系統下的乳房位移數據的一階導數，表示乳頭點的運動速度。經數據處理后，選擇與位移比較時相同的運動周期，計算出每個周期中的相對速度（每款運動文胸的樣本數為18）。如表6所示，采用非參數檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進行分析，發現在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，不同款式的運動文胸對乳頭點各方向的速度有顯著差異（P<0.05）。如圖6所示，垂直（Z）方向上的速度顯著大于前后（X）和左右（Y）方向;在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，各款運動文胸速度從大到小依次為#21#>3#>11#，與位移比較結果相同。

2.2.3乳房各方向的加速度比較

運用Matlab R2020a軟件，計算每個樣本在相對位移坐標系統下的乳房位移數據的二階導數，表示乳頭點的加速度。經數據處理后，選擇與位移比較時相同的運動周期，計算出每個周期中的相對加速度（每款運動文胸的樣本數為18）。如表7所示，采用非參數檢驗的克魯斯卡爾沃利斯檢驗進行分析，發現僅在垂直（Z）方向上，不同款式的運動文胸對乳房的速度有顯著差異（P<0.05），在前后（X）與左右（Y）方向上，無顯著差異（P>0.05）。如圖7所示，前后（X）方向上的加速度大于左右（Y）和垂直（Z）方向;左右（Y）和垂直（Z）方向上的加速度相近;各款運動文胸加速度從大到小依次為3#>21#>11#，與位移和速度的比較結果不同。

2.3不同面料成分的運動文胸比較

圖8、圖9分別為工字形（主體面料聚酯纖維/氨綸分別為82/18和90/10）和T字形（主體面料聚酯纖維/氨綸分別為84/16和90/10）的運動文胸，使用與上文相同的分析方法，比較高抬腿運動時的乳房運動學參數。

研究表明，垂直（Z）方向上的相對位移和速度大于其他兩個方向;前后（X）方向上的加速度大于其余兩個方向。在3個運動方向上，因工字形的款式穩定性較強，11#和12#的相對位移的差異不顯著，T字形的21#的相對位移均大于22#;且3個方向上的速度和加速度，11#和21#均分別大于12#和22#。綜合工字形和T字形的研究結果，可得運動文胸主體面料氨綸含量越高，面料彈力越大，穿著時乳房運動位移、速度和加速度越大，對乳房的保護效果越差。

2.4主觀運動舒適性分析

實驗選擇6名志愿者對5款運動文胸的主觀運動舒適性進行評分。如表8所示，分值越小，說明乳房疼痛越小，運動文胸的舒適性越高。3款不同款式的運動文胸，志愿者表示款式11#的文胸最舒適，為（2.67±1.63）;款式21#的文胸最不舒適，為（6.00±0.63）;3#為（5.50±1.05）。主觀評價結果與客觀的數據分析結果一致，即運動文胸的運動舒適性從高到低依次為11#、3#、21#。

工字形的兩款運動文胸（11#和12#）比較，以及T字形的兩款運動文胸（21#和22#）比較，主觀評價結果均為主體面料氨綸含量較低的舒適性較高，與客觀的數據分析結果一致。

采用斯皮爾曼相關性分析運動舒適性與乳房位移、速度和加速度的關系，如表9所示。相關系數r=0.1～0.29為低度相關，0.3～0.49為中度相關，0.5～1為高度相關[17]。結果顯示：乳房運動舒適度與乳房位移和速度相關性顯著（P<001），為高度相關（r>0.5），且與速度的相關性略大于位移;與乳房加速度無關（P>0.05）。圖10為穿著5款實驗樣衣時的主觀舒適性評價與客觀運動學參數的結果，發現乳房的位移和速度，在不同方向上由大到小依次為垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上由大到小依次為前后>左右>垂直，與位移和速度規律不同，并且相關性分析結果也顯示乳房運動舒適度與乳房加速度無關（P>0.05）。因此，認為乳房的

舒適度主要受運動時持續的運動位移和速度影響，而非短暫的加速度大小影響，在運動文胸設計中，降低乳房速度和位移對提高乳房舒適更為重要。

3結論

本文研究了5款運動文胸，在健身蹦床上進行高抬腿運動時，探究了不同款式和不同面料的運動文胸對乳房震動的影響，分析了在三維方向上乳房的位移、速度和加速度等乳房運動學參數，以及運動學參數與乳房舒適性的相關性，得出以下結論。

1） 穿著不同款式的運動文胸運動時，乳房位移和速度大小均有顯著差異，乳房加速度的大小無顯著差異。根據位移和速度的比較結果，以及主觀運動舒適性評價，從優至劣依次為工字形、交叉形、T字形。

2） 比較不同面料成分，后背款式分別為工字形、T字形的運動文胸，發現主體面料的氨綸含量較高則面料彈力越大，乳房震動時的位移、速度和加速度均較大，故對乳房的保護效果越弱。

3） 乳房的位移和速度，在不同方向上依次為垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上依次為前后>左右>垂直，與位移和速度規律不一致。在前后、左右和垂直方向上，乳房舒適性與乳房位移和速度均有顯著相關，而與加速度無顯著相關性，說明運動時主要由乳房垂直和左右方向的運動影響乳房舒適度，受持續的運動位移和速度影響，而非短暫的加速度大小影響。在運動文胸設計中，降低乳房位移和速度對提高乳房舒適更有意義。

4） 未來可以通過乳房位移和速度大小來評價運動文胸的保護效果。

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