基于三維模擬的運動文胸壓力測試

中圖分類號：TS941.26 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2025）07-0090-09

乳房缺乏肌肉組織的支撐，主要依靠皮膚和懸韌帶進行固定[1]，在運動過程中會產生較大的位移和晃動，而且會隨著運動速度的增加而加劇[2]。這不僅會引起女性運動時的不適和疼痛，還可能對乳房組織產生損傷[3-4]。與日常文胸相比，運動文胸將顯著減少女性參加體育活動和鍛煉時的乳房垂直位移[5]。與不佩戴外部乳房支撐相比，一個設計良好且具有支撐性的運動文胸可以將乳房垂直位移減少約 60%^[6] ，從而防止乳房過度晃動。

服裝壓力是評價運動文胸穿著舒適性的重要指標之一，超出服裝壓力舒適閾值會使人體產生較強壓迫感，阻礙血液循環。服裝壓力的客觀測試方法包括流體壓力法、氣壓式測量法、傳感器測量法等[7]。近年來，三維模擬技術的發展為服裝壓力測試研究提供了新的方法，包括使用有限元分析軟件[8-10]或使用專門的服裝仿真軟件來建模，從而測試服裝虛擬壓力。但有限元法通常需要大量的計算資源和時間，不適合應用在企業實際設計生產中。

目前，虛擬服裝壓力的相關研究大多數是通過虛擬壓力來改善或優化服裝設計[1-13]，對虛擬壓力本身的準確性研究相對較少。肖君睿[14]基于VStitcher軟件對女士合體褲虛擬壓力測量值的有效性進行了評估;梅雪蕊等[15]基于CLO3D軟件對短道速滑緊身服虛擬壓力的分布、大小及變化趨勢進行了評價研究，但他們沒有專門針對乳房這一特殊部位進行虛擬壓力的測試研究，且使用的虛擬人臺為普通硬質人臺。因此，本文擬通過Style3D軟件中的硬質人臺與軟體人臺分別對穿著運動文胸時的虛擬壓力進行測試，并與實際壓力進行對比分析，來評估虛擬壓力值的模擬效果，為運動文胸實現虛擬試身提供一定參考。

1實驗

1.1 實驗準備

1. 1. 1 運動文胸款式

實驗選取的運動文胸為A企業訂貨量較高的一款運動文胸，其款式結構如圖1所示。該文胸屬于組合型運動文胸，比單獨的壓縮型運動文胸更加舒適，也比單獨的罩杯型運動文胸具有更好的支撐固定性[16]，且X型肩帶和后背處都有調節扣。

圖1運動文胸的正背面實物圖

1. 1. 2 受試者

實驗選取一名體型標準的女大學生進行運動文胸壓力測試。受試者人體尺寸為：胸圍 89.3cm ，下胸圍 76.6cm ，乳間距 20.1cm ，乳點至肩頸點距離 26.0cm ，肩寬 39.1cm ，腰圍 71.6cm ，臀圍 97.3cm 。

1. 1. 3 壓力測試點位

由于人體具有左右對稱性，實驗僅選取人體一側部位的測量點。乳頭附近屬于人體高敏感的部位，故選取乳點位置P1作為測量點；乳點周圍區域覆蓋乳腺組織，是文胸罩杯支撐乳房的重要作用區域，也是人體胸部壓力分布的重要觀察點，因此以乳點為中心，在乳房表面沿水平方向選取P4-P7，沿豎直方向選取P2、P3作為測量點。此外，選取人體側面與文胸接觸中點P8、下緣P15以及肩胛骨垂直下方與文胸側片接觸中點P9作為測試點，用于研究文胸在側翼區域的承托效果以及壓力分布情況。實驗還沿肩帶方向選取了P10-P14作為壓力測試點，研究文胸肩帶在不同位置的壓力分布及特點。最后，在底部區域選取人體正前方中點下緣P16、正后方背鉤中點P17作為測量點。運動文胸壓力測試點位具體如圖2和表1所示。

Fig.1Physical images of the front andback of a sportsbra

圖2運動文胸壓力測試點位

Fig.2Pressure testing points for sports bras

表1運動文胸壓力測試點位置說明

Tab.1Explanation of the locations of pressure testing points for sports bras

1. 1.4 文胸松緊狀態設定

女性在穿著運動文胸時，根據所處的運動狀態不同，會相應地調整后背搭扣與肩帶的收緊程度，來達到相對更舒適或更減震的效果。因此，實驗將分別測試運動文胸在肩帶與背鉤處于4種不同狀態（a.肩帶與背鉤都正常、b.肩帶收緊背鉤正常、c.肩帶正常背鉤收緊、d.肩帶背鉤都收緊）時的壓力值。

女性文胸在實際穿著過程中的肩帶伸長率最大不超過 30%^[17] 。在該范圍內，以受試者穿著運動文胸時能感受到足夠的支撐力又不會過度壓迫為參考，對應調節肩扣后的肩帶初始長度為 23cm ，作為正常長度，此時肩帶伸長率為 8% 。在此基礎上，將肩帶收緊 2.5cm ，作為收緊長度，此時肩帶伸長率為 15% ;正常情況下，女性穿著文胸時以一根手指能伸進下緣較順暢活動為宜，對應到該款運動文胸上為最外面第4列背鉤。以無法將手指伸進下緣活動作為底圍收緊狀態，對應到該款運動文胸上為第2列背鉤。

1. 2 運動文胸實際壓力測試

測試儀器為日本AMI-TECHNO公司研發的AMI3037-Ⅱ氣囊式接觸壓力測試儀，實物圖如圖3所示。傳感器采用極柔軟的無拉伸材質制成的氣囊，厚度在 1mm 以下，測量精度 ±0.1kPa ，且受溫度影響變化很小，適合測量服裝等柔性材料的微小穿戴壓力。進行實驗時，先用記號筆在受試者身上進行位置標記，將氣囊傳感器放置于測試點上，用醫用膠帶固定；待受試者處于放松狀態且呼吸平穩后，開始測量并持續 3min ，選取中間數據較為穩定的1min 來計算平均值。為了排除醫用膠帶本身帶來的壓力誤差，先測量受試者不穿文胸時的初始壓，再穿上文胸記錄測試壓，最后用于分析的壓力值為測試壓減去初始壓。

圖3AMI3037-Ⅱ氣囊式接觸壓力測試儀實物圖 Fig.3Physical image of AMI3037- II airbag-type contact pressure tester

1.3 運動文胸虛擬壓力測試

虛擬壓力測試在Style3D7.1中完成，該版本可以將模特的胸部和臀部調成軟體進行模擬

1.3.1 數字面料制作

在虛擬軟件中還原運動文胸，除了獲取精準的紙樣（見圖4），還需要進行面輔料的還原，包括材質紋理和物理屬性兩方面。面輔料物理屬性測試結果如表2所示。

圖4運動文胸紙樣

Fig. 4Sports bra patterns

表2面輔料物理屬性值

Tab.2Physical property values of fabrics and accessories

1.3.2 虛擬人臺參數設定

按照受試者的人體尺寸在Style3D軟件中編輯好虛擬人臺，實驗將分別對比軟件中硬質人臺與軟體人臺的壓力模擬效果。為排除其他因素干擾，每次模擬時人臺均選用一致的表面參數，并基于普遍適用性考慮，表面間距（可調整范圍 0～10mm 取軟件默認值 1.5mm ，靜摩擦系數（可調整范圍 0～1 ）取軟件默認值0.6，動摩擦系數（可調整范圍 0～1 ））取軟件默認值0.25，最后用于分析的壓力值為進行5次模擬記錄下的每個點位壓力值的平均值。在使用軟體人臺模擬時，胸部剛度（可調整范圍是 3000～10000Pa） 設定3個水平—3000、6000、10000Pa（剛度值越小，人臺胸部越柔軟），分別測試3種胸部剛度水平下軟體人臺的虛擬壓力模擬效果。

2 結果與分析

2.1 實際壓力測量結果與分析

4種文胸狀態下的實際壓力測量結果如圖5所示。將17個測量點劃分成4個區域進行分析：乳房區域（P1-P7）、側面區域（P8、P9）、肩帶區域（P10-P14）、底圍區域（P15-P17）。

Fig.5Comparison chart of actual pressure under different states

從壓力大小來看，肩帶區域肩頂點P10與靠近鎖骨處的P13所受壓力最大，P14與后背肩帶處的測量點P11、P12由于所在部位較平坦、曲率較小，測量值較小；乳房區域乳點部位壓力較小，在豎直方向上，乳房下方壓力要大于上方，在水平方向上，乳房外側所受壓力要大于雞心側，這說明運動文胸的承托聚攏性在發揮作用；側面區域壓力大小則較均勻，但位于人體右后側P9的壓力值要比位于人體正右側P8的壓力值略大，因為P9位于人體背面與側面的交界過渡區域，曲率相對較大。將位于同一豎直方向下的側面區域測量點P8與底圍區域測量點P15進行對比，可以看出在曲率相近時，位于下緣處P15的壓力值更大，說明運動文胸下緣的彈力帶會增加服裝壓，也對整個胸部起到支撐作用。

鉤收緊影響更大，肩帶區域受肩帶收緊影響更大；此外，隨著文胸松緊狀態的變化，肩帶區域和底圍區域的壓力增量相對乳房區域和側面區域更大。

2.2 實際壓力與虛擬壓力對比分析

圖6為運動文胸3D模擬效果。圖7為不同人臺模擬下的虛擬壓力效果圖，其中藍色表示壓力最小，紅色表示壓力最大。硬質人臺的正面壓力圖覆蓋面積相比軟體人臺更少，因為硬質人臺乳房不能推擠，導致有些部位不能與運動文胸充分接觸；對比X區從變化趨勢來看，肩帶收緊和背鉤收緊都會使測量點壓力增大。其中，乳房區域和底圍區域受背3個胸部剛度水平下的軟體人臺受壓圖，發現隨著胸部剛度增加，乳房區域壓力圖顏色變深，紅色區域占比越來越高，說明人臺柔軟度越小（胸部剛度越大），受到的壓力越大。

圖5不同狀態下的實際壓力對比圖

圖6運動文胸3D模擬圖

Fig.63D simulation diagram of sports bras

圖7不同人臺模擬下的虛擬壓力效果圖（以狀態d為例）

Fig.7Virtual pressure effect diagrams under diferent mannequin simulations （taking state d as an example

2.2.1同一狀態下運動文胸虛實壓力對比

各文胸狀態下的實際壓力和虛擬壓力對比分析如圖8所示。乳房區域（P1-P7）軟體人臺壓力測量值與實際壓力較為接近，其中當胸部剛度為 3000Pa 時測得的虛擬壓力折線與實際壓力最貼合；同時也能看出，隨著軟體人臺胸部剛度的增加，所測虛擬壓力值越大，這與前面通過觀察軟體人臺受壓圖得出的結論是一致的。各胸部剛度水平下的軟體人臺在側面、肩帶、底圍區域的壓力值相差無幾，因為軟體人臺只有胸部是柔軟的，胸部剛度變化時對其他區域的壓力變化影響不大；但硬質人臺不僅在乳房區域的壓力值明顯高于軟體人臺，在肩帶及底圍區域所測壓力值也要略高于軟體人臺，說明人臺胸部材質由硬變軟時對其他區域壓力值造成的影響要遠高于軟體人臺胸部剛度變化對其造成的影響。

圖8各文胸狀態下的實際壓力和虛擬壓力對比圖

Fig.8Comparison charts of actual and virtual pressure under various bra conditions

由圖8可知，在乳房區域，硬質人臺所測虛擬壓力值繪制的折線與實際壓力值繪制的折線偏差較大，反而在側面、肩帶及底圍區域，二者所繪折線是較為貼合的，說明胸部柔軟度調整對乳房部位壓力值測量的準確性有一定程度的改善，而肩背處等其他部位本身脂肪含量不高，沒有乳房部位那么柔軟，因此與實際壓力測量值更接近。

在虛擬壓力測試中，與實際壓力存在較大差異的測量點有P1、P14、P17。首先，相對乳房區域其他點位的虛實壓力差值，乳點P1的虛擬壓力值要明顯偏大。因為真實的女性乳房部位柔軟度并不均勻，乳點周圍乳暈部位相對乳房其他區域要更加柔軟，而在虛擬人臺中，雖然可以調整胸部柔軟度，但并沒有做出如此細致的區域劃分，這就導致乳點部位虛實壓力間存在較大偏差。測量點P14與P17對應的虛擬壓力值均接近0，說明在虛擬試穿狀態下，此處的運動文胸不能與人臺表面貼合，處于懸空狀態，檢測不到人體的受壓情況。

圖9為各文胸狀態下虛擬壓力相對于實際壓力差值的絕對值。如圖9所示，比較a ?^b?c?d 各個文胸狀態下虛擬壓力相對于實際壓力差值的絕對值，也可以較直觀地看出乳房區域測量點在胸部剛度為3000Pa 時的虛擬壓力與實際壓力差值相對最小，硬質人臺所測虛擬壓力值偏差較大；側面、肩帶、底圍區域在使用硬質人臺測量時的虛擬壓力與真實壓力差值相對更小，在使用3種胸部剛度水平的軟體人臺時所測虛擬壓力與實際壓力的差值非常接近，相比硬質人臺誤差更大。

Fig.9Comparisonchartsoftheabsolutevaluesofdiferencesbetweenvirtualandactual pressuresundervarious braconditions

2.2.2 不同狀態下運動文胸虛實壓力對比

本文以文胸狀態a作為對照組，計算各個點在文胸狀態b、c、d下相對于狀態a的壓力變化率（舍棄P14、P17兩個壓力點，因為這些點在文胸狀態a的壓力測量值有0存在，無法計算變化率），結果如圖10所示。

圖9各文胸狀態下虛擬壓力相對于實際壓力差值的絕對值對比圖

圖10各個點在文胸狀態 時相對于狀態a的壓力變化率對比圖

Fig.1OComparison charts of pressre change rates at various points in bra states b，c，and d relative to state amp;

橫向比較來看， b，c，d 狀態下虛擬壓力與實際壓力變化趨勢大體保持一致，但仍存在一定差異。3種胸部剛度水平下的軟體人臺在各點位壓力變化率均較接近;在乳房區域，軟體人臺所測壓力變化率相比硬質人臺更接近真實人體；在側面、肩帶、底圍等其他區域，軟體人臺與硬質人臺所測壓力變化率趨勢較為一致，沒有特別明顯的差異。

縱向比較來看，3種狀態下的壓力變化率均為正值，說明肩帶收緊或背鉤收緊都會使各測量點壓力值變大；乳房及底圍區域c狀態相對于a狀態的壓力變化率要明顯高于b狀態，肩帶區域b狀態相對于a狀態的壓力變化率要明顯高于c狀態，說明背鉤收緊對乳房及底圍區域壓力影響更大，肩帶收緊對肩帶區域壓力影響更大。這與之前對4種狀態下實際壓力的變化趨勢分析是一致的。

2.3 相關性分析與線性擬合

由前面的分析可以得出：對于乳房區域，軟體人臺（胸部剛度為 3000Pa 的壓力測量值與真實值更加接近；對于側面、肩帶及底圍區域，硬質人臺的壓力測量值與真實值更加接近，因此分別對它們進行相關性分析。首先經正態性檢驗（Shapiro-Wilk檢驗）得，乳房區域壓力數據滿足正態分布（ （Pgt;0.05） ，故使用Pearson相關系數;側面、肩帶、底圍區域壓力數據不滿足正態分布（ Plt;0.05） ，故使用Spearman相關系數。結果表明，乳房區域虛擬壓力與實際壓力的相關系數為0.781，且假設檢驗顯著性 Plt; 0.001，存在顯著線性相關關系；側面、肩帶、底圍區域的虛擬壓力與實際壓力的相關系數為0.975，且假設檢驗顯著性 Plt;0.001 ，二者也存在顯著線性相關關系。

以虛擬壓力為 x ，實際壓力為 y ，進行線性擬合。乳房區域線性回歸擬合結果如圖11（a）所示，決定系數 R² 為0.609，說明該模型可以解釋 60.9% 的數據。側面、肩帶、底圍區域線性回歸擬合結果如圖11（b）所示，決定系數 R² 為0.947，該模型可以解釋94.7% 的數據，解釋度較高。

圖11不同區域虛擬壓力與實際壓力的線性回歸擬合

Fig.11Linear regression fitting of virtual pressure and actual pressure in different areas

3結論

為評價運動文胸虛擬壓力值的模擬效果，本文基于真人受試者與Style3D仿真軟件中的虛擬人臺（包括硬質人臺及3種胸部剛度水平的軟體人臺）對4種松緊狀態（肩帶與背鉤正常、肩帶收緊背鉤正常、肩帶正常背鉤收緊、肩帶與背鉤收緊）下運動文胸的17個測量點分別進行了實際壓力與虛擬壓力測試，并將結果進行對比分析，得出以下結論：

a）虛擬人臺的受壓分析圖可以較準確地反映穿著運動文胸時人體主要受壓區域（以紅色顯示）為乳房區域、側面區域、肩部區域及底圍區域，且隨著人臺胸部柔軟度增大，乳房區域能更好地與運動文胸貼合，但所測壓力值也隨之變小。

b）胸部柔軟度調整對乳房部位壓力值測量的準確性相比硬質人臺有較大改善，對于乳房區域，胸部剛度為 3000Pa 的軟體人臺壓力測量值與真實值更加接近，對于側面、肩帶及底圍區域，硬質人臺的壓力測量值與真實值更加接近，且它們分別顯著線性相關，并可通過線性回歸關系根據虛擬壓力值大致估算實際壓力值，為運動文胸壓力舒適性評價提供參考。

c狀態b、c、d下虛擬壓力與實際壓力變化趨勢大體保持一致，肩帶收緊或背鉤收緊都會使各測量點壓力值變大，且能反映出肩帶和背鉤緊度對不同區域壓力影響的差異，其中，背鉤收緊對乳房及底圍區域測量點壓力影響更大，肩帶收緊對肩帶區域測量點壓力影響更大。

目前在虛擬軟件中文胸罩杯是通過省道設計和轉移來實現的，還無法還原實際生產中的一體壓模成型工藝，未來還需通過虛擬仿真軟件模擬算法與壓力測試算法的不斷優化升級來提高虛擬壓力模擬的準確性。

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Pressure testing of sports bras based on 3D simulation

WANG Jianpingab，，ZHANG Huila，，CHENLzhoul，，HENFengln2 （1a.College of Fashion and Design；1b.Key Laboratory of Clothing Design and Technology，Ministry of Education；1c.Shanghai Belt and Road Joint Laboratory of Textile Inteligent Manufacturing， Donghua University，Shanghai 2OOO51，China；2. Orient International Holding Shanghai Rongheng International Trading Co.，Ltd.，Shanghai 2OO086，China）

Abstract：Garment pressure isone of the key indicators for evaluating the wearing comfort of sports bras.In recent years，the development of 3D simulation technology has provided new methods for garment pressure testing， namely，obtaining virtual pressure by simulating the pressure distribution of garments on the human bodythrough computer software. However，the accuracy of virtual pressure values remains to be validated，particularly for tightfitting garments like sports bras， which have stringent comfort requirements.

To investigate the accuracy of virtual pressure value simulations for sports bras， subjects and virtual mannequins in Style3D simulationsoftware were usedas objects of study.Under four tightness states （normal shoulderstraps and back hooks，tightened shoulder straps and normal back hooks，normal shoulder straps and tightened back hooks，and tightened shoulder straps and back hooks），real and virtual pressure values at17 measurement points while wearing sports bras were measured and compared. Three major conclusions were drawn. First，the pressreanalysis diagrams of the virtual mannequin can accurately reflect the main pressure areas on the human body in wearing a sports bra，including the breast area， side area，shoulder area，and underbust area. As thesoftness of the mannequin's chest increases，the breast area aligns beter with the sports bra，while the measured pressure values decrease accordingly.Second，adjusting chest softness significantly improves the accuracy of pressure measurements inthe breast area compared to the rigid mannequin.Specifically，for the breast area，the pressure measurements of a soft mannequin with a chest stiffness of 3000Pa are closer to the real values. For the side area，shoulder straps，and underbust area，the pressure measurements of rigid mannequins are closer to the real values，and theyare significantly linearly corelated.Through linear regression，actual pressure values canbe roughly estimated based on virtual pressure values.Third，the change trends of virtual and actual pressures remain largely consistent under states b，c，and d. Tightening the shoulder straps or back hooks increases the pressure valuesat allmeasurement pointsand reflects the diferent impacts of shoulder strapand back hook tightnesson pressure in various areas.Specifically，tightening the back hooks has a greater impact on pressure at measurement points in the breast and underbust areas，while tightening the shoulder straps has a greater impact on pressure at measurement points in the shoulder strap area.

Experimental test results can provide reference for evaluating the pressure comfort of sports bras and offer a basis forrealizing virtual fiting of sports bras.Currently，bra cups in virtual software arerealized through dart design and dart transfer， which cannot yet replicate the seamless molding processused in actual production.In he future，it is necessary to continuously optimize andupgrade virtual simulation software algorithms and pressure testing algorithms to improve the accuracy of virtual pressure simulation.

Keywords： sports bra; soft mannequin; virtual fiting; pressure comfort; 3D simulation； virtual pressure