基于三维人体测量技术的合体式男装袖窿结构研究

王竹君，邢英梅，李婷玉

(安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000)

基于三维人体测量技术的合体式男装袖窿结构研究

王竹君，邢英梅，李婷玉

(安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000)

以合体式男装的袖窿结构为研究对象，通过非接触式三维人体扫描仪采集臂根围、臂根前后宽等相关部位的数据，并进行配对样本t检验、探索分析、相关分析和回归分析，总结出相关部位的比例关系.结合相关部位的动态分析，重点探讨了影响袖窿结构的两大关键部位——窿门宽和袖窿深并总结出相应的算式，可使合体式服装推板过程中常出现的大号服装袖窿过深的问题在一定程度上得到缓解.

袖窿；合体男装；结构设计；三维人体测量

人体的上肢部分是上体运动频率最高、运动幅度最大的部位，作为对人的上肢起覆盖和装饰作用的重要结构，衣袖直接影响人体穿着服装后的运动舒适性，尤其是合体式衣袖.合体式衣袖结构是由衣片部分的袖窿和与之相对应的袖片结合而成的，袖窿与袖山配伍吻合的效果对合体服装成品的最终品质起着决定性的作用，所以对合体式衣袖结构的研究必然离不开对合体式服装袖窿结构的探讨.

近年来，随着三维人体测量技术的出现与广泛应用，有不少学者利用其研究服装衣身等结构，但专门针对袖窿结构的研究还比较少.本研究以合体式男装的袖窿结构为研究对象，通过三维人体测量技术采集与之相关的人体数据进行分析，在此基础上对袖窿结构的袖窿深、窿门宽等关键部位进行了推导.

1 人体静态数据的采集

人体的上肢运动是以胸锁关节和肩关节为双支点的复杂广域运动，整个上肢可以前后摆动、侧举和上举，运动的幅度在上体中是最大的.而与合体式男装袖窿结构息息相关的人体手臂根部，就位于上肢与肩部对接的转折部位——人体侧面中央略偏前的位置，其前后分别受人体胸宽和背宽等部位尺寸的影响，所以在设计袖窿结构前，需了解静态时这几个部位之间的关系.

为了使所获得的数据更加精确，本研究采用非接触式三维人体测量仪进行人体数据的采集.根据研究的对象和目的，本研究确定采集的人体测量项目为左右臂根围、左右臂根前后宽、胸宽、背宽和胸围等.采集的样本量为200人，抽样范围是年龄在25～40岁、出生地和成长地一致的成年男性，抽样人群主要来自福建，比例在80%以上，其余则来自四川、安徽和贵州.为防止测量过程中出现人为误差和系统误差并提高测量精度，本课题在每次测体时都进行系统校正，并且每人测3次，以降低误差.

2 人体静态数据的分析

在实际测量过程中，难免会出现一些偶然误差和系统误差等导致最终分析结果出现偏差的情况，故有必要对采集来的原始数据进行预处理，以保证分析结果的准确性.

2.1配对样本t检验

由于人体的许多部位是左右对称的，为简化研究，有必要对臂根围、臂根前后宽等所谓“对称”部位进行配对样本t检验.以左右臂根围为例进行配对样本t检验，结果如表1所示.

表1 左右臂根围配对样本t检验Tab.1 Paired-samples t test of left and right upper arm rhizosphere

图1 臂根围直方图Fig.1 Histogram of upper arm rhizosphere

由表1可以看出，t=-1.6，自由度=200，双尾检验概率P=0.81>0.05，可见左右臂根围无显著差异.经进一步检验，臂根前后宽的配对样本测量值之间也无显著差异，故采用二值中的较大值进行下一步研究.

2.2探索分析

通过探索分析可以知道所测得的原始数据是否符合正态分布的规律，以臂根围为例，其直方图如图1所示.经观测可知，臂根围基本符合正态分布且无明显偏峰.经检验，研究所测其他部位数据都近似地服从正态分布.

2.3相关分析

通过相关分析可揭示所测部位间的密切程度,如表2所示.

表2 所测人体各部位相关系数Tab.2 Correlation coefficients of body parts measured

由表2可知，胸宽和胸围的相关系数为0.611，检验概率即不相关的概率为0，说明胸宽和胸围相关程度高，胸宽随着胸围的增大而增大.按检验概率的大小，剔除概率大于5%的值，再依照相关系数的大小进行排序，考察涉及袖窿结构设计主要部位之间的相关程度，得到各部位的排序表，如表3所示.

表3 各部位排序表Tab.3 Sorting table of body parts by correlation coefficient

2.4回归分析

通过上述分析，初步可知这些部位之间的线性相关程度，为了进一步量化相关部位间的内在关系，以胸围为自变量，从胸宽、背宽、臂根前后宽和臂根围分别为因变量进行线性回归分析，得到回归方程表,见表4.

表4 回归方程表Tab.4 Regression equation table

为考察所得回归方程对因变量的预测效果，需要对所得方程进行检验,检验所得回归方程拟合效果的参数见表5.

表5 回归方程拟合效果检验参数表Tab.5 Test parameters table of simulation effects of regression equation

R系数是判定一个线性回归直线拟合效果的重要指标之一，而修正R2系数是消除了自变量个数影响的R2系数的修正值[1].D值是Durbin-Watson检验的参数.D-W检验的目的是审查回归方程中误差项的独立性，因为如果误差项不独立，那么对回归方程的任何估计与假设所作出的结论都是不可靠的.D值的值域为(0，4)，在统计学意义中，D≈2，表明误差项与自变量相互独立.根据表5，并充分考虑服装结构设计的实际，说明表4所得的回归方程满足本研究进一步的需要.

3 人体动态数据的分析

在研究合体男装袖窿结构时，仅注意人体相关部位的静态数据和比例关系是远远不够的.因为对于服装而言，在设计时，一般都得在净体胸围的基础上加上一定的放松量后人体才能穿着，所以这时就牵涉到加放量在胸宽、背宽和窿门位置的分配问题,而要想对不同位置加放量的取值有精确的把握，就需要对由于运动引起的相关部位变化量有所了解.于是，在所测人群中测量其上肢在做不同动作时肩宽、胸围、背宽、胸宽等部位数据的变化情况.

从着装用途出发，提取双手抱胸、向外侧举45°、向外侧举90°、向前平举45°、向前平举90°和后振45°等日常活动中影响上肢关节活动范围的几项典型动作.同时，考虑到人在立姿状态进行上肢活动时，躯干和下肢会在人的潜意识作用下进行运动补偿，为提高所测结果的精确度，采用裸身坐姿状态测量[2],结果见表6.

表6 相关人体部位动态变化值Tab.6 Dynamic change values of body parts cm

从表6可以看出，当双手抱胸时，背宽的平均增量为3.95 cm，最大达到5.5 cm，可以说，抱胸时人体背宽的增量对服装的影响最大，肩宽基本上呈变小的趋势，所以对于比较合体的男装，就无需在舒适上给予额外的松量,只是将后肩加大0.5～1 cm，使缝合之后的肩部向前形成一个窝势，以利于上肢向前运动.从抱胸和后振这两个背宽、胸宽增量的极限位置来看，抱胸时背宽的平均增幅为3.95 cm，大于后振时胸宽增加幅度的1.75 cm，背宽与胸宽的增量比约为9∶4，即2.25.

4 合体男装袖窿结构关键部位的设计

图2 合体男装袖窿结构示意图Fig.2 Scheme of sleeve armhole pattern of male′s close-fitting garment

袖窿结构设计的主要工作就是确定袖窿弧线的形态，包括它的弧度和长度.决定袖窿弧线形态的关键因素有很多，如图2所示，包括了冲肩(肩宽与胸宽或背宽的差值)、胸围、胸宽、背宽等.其中，对袖窿弧线形态影响最大的两个部位是窿门宽和袖窿深.

4.1胸围加放量的分配

根据本研究的人体动态分析可知，所得的人体背部和胸部运动的最大增量比为9∶4，对半背宽、臂根前后宽和半胸宽按5∶4∶4的比例加放，则半背宽增量约为半胸围增量的38.5%，半胸宽增量约为半胸围增量的30.8%.由于1.5%左右的胸围加放量一般在0.5 cm左右，对于服装结构设计而言，这个量加在胸宽还是背宽，对服装和人的运动性影响微乎其微.为了方便制图，可以把半背宽增量的比例调整为40%的半胸围增量，半胸宽增量的比例调整为30%的半胸围增量，即最终在半背宽、臂根宽和半胸宽处胸围加放量的分配比例为4∶3∶3.还可以从另一方面来验证这一比例的合理性，假如将臂根宽的加放量也归入后背的运动增量中，则前后片加放量的分配比为7∶3，约等于2.33，与前面所述净体背宽与胸宽增量的比值2.25十分接近，这表明服装相应部位的增减比例符合所对应的人体部位.

4.2窿门宽的设计

根据上述分析，可知成品服装的窿门宽由成品服装的半胸围、胸宽和背宽共同决定，即窿门宽=成品半胸围-成品胸宽-成品背宽.故要想确定窿门宽的算式，首先要知道成品的胸宽和背宽,而要想求得成品的胸宽和背宽，就必须得到净体尺寸间的关系.设人体净体胸围为B，服装成品胸围为B*，胸围加放量为Δ，由表4可知，净体胸宽和净体胸围的关系为(以下算式未注明则表示单位均为cm)

净体胸宽= 0.296B+7.954=0.3B-0.004B+7.954.

(1)

本研究所测人群胸围指标的最大值为103.05 cm，最小值为89.40 cm，可算出最大值与最小值之间的差为27.16 cm，则0.004×(103.05-75.89)=0.1 cm，如果用均值89.40代入计算0.004B项，则上下的误差不超过0.05 cm.考虑到服装结构设计的实际，0.05 cm的误差是完全可以接受的，故0.004B项取均值代入式(1)计算，得

净体胸宽≈0.3B+7.7.

(2)

由(2)式继续可推得

成品胸宽=0.5×(净体胸宽+0.3×胸围加放量)=0.15(B+胸围加放量)+3.85=0.15B*+3.85.

(3)

在所测人群中，背宽平均比胸宽大1.2 cm左右，由于人体的对称性，将1.2 cm平均分配到衣片两侧，可以得到成品背宽的算式为

成品背宽=0.15B*+4.45.

(4)

从式(3)和式(4)可以看到，它们的共同点均是“0.15B*+调节数”.之所以取“0.15”这一比例关系，一方面是由于测量所得的静态人体的净体胸宽、背宽与胸围存在比例关系；另一方面，更重要的原因可以从人体半背宽与胸围的增减比例关系上看出来.由上述人体动态测量结果可知，背宽的最大增量为3.95 cm左右，则半背宽增量与胸围增量的比值约为0.16，跟0.15十分接近，这表明如果采用0.15这一比例数，对应的服装部位的增减就与人体部位的增减情况基本一致，符合合体式服装结构设计的基本出发点.

由式(3)和式(4)可得

窿门宽=成品半胸围-成品胸宽-成品背宽=0.5B*-(0.15B*+3.85)-(0.15B*+4.45)=0.2B*-8.3.

(5)

4.3袖窿深的设计

与袖窿窿门宽一样，袖窿深也是一个对袖窿弧线形态影响重大的部位，它的深浅直接关系到穿着服装后人体上肢的活动范围.为研究方便，可将袖窿弧线近似看作一个理想的椭圆，如图3所示，该椭圆的椭圆周长为袖窿弧长，短轴为袖窿的窿门宽，长轴为需求的袖窿深，可先根据椭圆周长公式来求理想化的袖窿深，而后再在其基础上求前后袖窿深.

图3 袖窿椭圆示意图Fig.3 Scheme of sleeve armhole ellipse

已知椭圆周长为l，短半轴为b，长半轴为a，由椭圆周长公式l=2πb+4(a-b)可得

(6)

相关资料表明，合体式服装袖窿弧长(AH)与服装半胸围(HB*)关系为AH≈0.935HB*，将此连同窿门宽=0.2B*-8.3代入袖窿深算式，则可得到袖窿深与服装胸围的关系为

理想袖窿深≈0.12B*+4.7.

(7)

实际上，按人体的一般要求，即使是正常的体型，其后窿深也要大于前窿深，对于男性体这一差值一般约为2.4 cm[3-5].将其平均分入前后窿深中，同时考虑到垫肩厚度一般在1.5 cm左右，由式(7)可以推得实际的前后袖窿深为

前窿深=0.12B*+4.7-0.2+垫肩厚=0.12B*+6，

(8)

后窿深=0.12B*+4.7+2.2+垫肩厚=0.12B*+8.4.

(9)

根据此制图算式，胸围每增减4 cm，袖窿深就相应增减0.48 cm，即袖窿深与胸围的增减比例约为1∶8.3，与我国成年男性袖窿深与胸围的增减比例1∶10比较接近.同时，采用0.12B*的比例数，与采用0.15B*比例数相比,在推板时袖窿深随胸围增减的趋势有所减缓，使得合体式服装在推板过程中常出现的大号服装袖窿过深的问题在一定程度上得到了缓解.

5 结语

以合体式男装的袖窿结构为研究对象，通过高精度、高效率的非接触式三维人体扫描仪，采集了臂根前后宽和臂根围等部位的人体静态数据，并进行了配对样本的t检验、探索分析、相关分析和线性回归分析，总结出了各部位间的比例关系，并在此基础上研究了人体相关部位的动态变化，进而对影响袖窿结构的两大关键部位——窿门宽和袖窿深进行了重点探讨，总结出袖窿深以0.12B*为比例数的算式能缓解合体式男装在推板过程中常出现的大号服装袖窿过深的问题.

[1] 卢纹岱.SPSS for Windows统计分析[M].3版.北京：电子工业出版社，2008：295.

[2] 王新亭，张建国.基于标记点测量方法的上肢日常活动测量研究[J].天津科技大学学报，2004(9)：31-34.

[3] 李熠，吴志明.从人体结构角度浅析男女装基础样板的差别[J].中原工学院学报，2005(10)：62-65.

[4] 王璇，刘建萍.男西装袖窿结构参数的研究[J].天津工业大学学报，2004(2)：31-33 .

[5] 陈谦.男西服袖隆几何参数的研究[J].中原工学院学报，2006(2)：44-47.

Researchonarmholepatterndesignofmaleclose-fittinggarmentbasedon3Dbodymeasurementtechnology

WANG Zhu-jun, XING Ying-mei, LI Ting-yu

(DepartmentofTextileandApparel,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China)

In this paper, the body data referred are gathered by three dimensional human body measurement technologies, according to the method of sleeve armhole pattern design of male close-fitting garment. The proportion relationship between human body parts is fixed，through paired-samplesttest, explore analysis, correlation analysis and regression analysis. After analyzing the effect of different body movement, the width and depth of sleeve armhole are explored as key points. The conclusion contributes to solving the problem that the depth of sleeve armhole in big size garment derived by pattern grading is unsuitable.

armhole; male close-fitting garment; pattern design; 3D body measurement

2013-11-13

安徽省高等学校省级优秀青年人才基金项目(2012SQRL089)；安徽工程大学青年科研基金项目(2007YQ050)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201210363124)

王竹君(1982-)，男，福建福州人，讲师，主要研究方向为数字化服装设计与工程.

TS941.16

A

1674-330X(2014)01-0030-05