基于三维人体测量技术的紧身运动衣研究

黄利筠 宋良圆

摘 要： 紧身运动衣（通用型）是人们在运动中穿着的方便运动的服装，可以更好的适应人体运动，提高运动效率、保护人体。三维人体测量技术不断的发展与成熟，为服装的舒适性、合体性研究提供数据和技术支撑。虚拟服装CAD设计、试穿等技术都是服装设计发展的趋势，是满足人们个性化、舒适性、合体性的必然需求。本文以三维人体测技术为基础，综述了目前国内外对紧身运动衣的研究成果与现状。

关健词：三维人体测量；紧身运动；衣合体性；人体运动

紧身运动衣是指人们在不同运动时穿着的专门的运动服装，是为满足人们不同运动及动作需求，对人体起到一定保护作用，避免在运动时肌肉振动、组织损伤，同时有吸湿排汗的功能。利用三维人体测量技术进行紧身运动衣设计使运动时的人体更加舒适。

1 紧身运动衣与人体运动

《The Engineering of Sport-7》中指出，当人体在日常健身活动或专业竞技运动比赛当中身穿紧身运动装，不仅可使人体运动时服装和空气间的摩擦阻力减小，而且此类服装对人体表面产生的压迫感和束缚力对人体运动时的生理活动产生积极作用，从而促进人体运动时的发挥水平。当进行离心动作时，如：跳远、跳高、跑步等运动，肌肉组织和脂肪会发生不同程度振动，可能会导致肌腱、肌肉损伤。在《力量与素质训练研究》期刊2005，19期一篇题为《Influence of Moderate Prophylactic Compression on Sport Performance》的论文指出，紧身运动衣产生的压迫会给活动关节提供一定的机械支持，限制其活动范围，防止肌肉或肌腱拉伤[]。近年来，作为商业产品，紧身衣被认为在提高运动耐力、力量及速度上有积极作用。目前，国际上解释紧身衣促进运动表现的原因大体上有四点：加速了血液循环；改变了运动学参数；增加了肌肉本身的功能性；减少了软组织的振动。

综上，紧身运动装所产生的压迫力一定程度上可提高运动水平并促进运动能力恢复。

2 三维人体测量技术

随着科技的发展，生活水平提升，人们对服装舒适性、保健性、卫生等方面的意识增强。尤其是对紧身类运动装的要求在个性、美观、合体、卫生、舒适等方面有了更高要求，三维人体扫描系统、虚拟CAD服装设计是服装业发展的一个必然趋势。

三维人体测量技术与传统测量比，耗时更短、数据更精准、可测更多部位。德国TechMath扫描仪20秒内捕80000个数据点，获85个相关部位尺寸。美国TC2在6秒内完成整个扫描过程，得到45000个扫描点，采集人体80万个数据，并通过计算机形成人体尺寸数据表，形象的反映体型特征。TC2不仅可扫描正常姿势还可对特定姿势扫描。德国VITUS Smart XXL是基于激光光学三角测量的原理，是目前三维人体测量法中最精确的技术。这项技术用在多个领域，如服装三维设计，三维虚拟试衣，量身定制，三维动画设计，医疗体育等领域。

3 三维人体静动态尺寸测量方法及结构分析

3.1 静态尺寸数据提取

本文对人体数据提取及体型研究是用德国VITUS SMART LC三维人体扫描仪和虚拟样衣软件系统Vidya进行的。VITUS Smart LC扫描仪从左、右、后三方向进行同步扫描，生成360度三维人体数据。扫描范围扩大到2100mm高，900mm三角底座，900mm宽，占地面积小于3mm。根据客户需要，扫描范围可增加减少。且人体从上到下的扫描时间小于12秒。

人体扫描结束后用Vidya数据处理软件功能，通过运算获取40项人体尺寸，也可自动提取所需数据。人体测量项目根据测量目的决定，据本文结构设计的需要，对100位18-25岁南方女生进行了人体测量。

在固定测量环境下，对紧身运动衣结构有用的尺寸提取建立数据库。再进行个案的聚类分析，将人体数据与人工取得数据对比，查找错误。据此数据建立人体模型，为服装设计、版型修改及虚拟试穿提供便利。

3.2 动态数据提取及结构分析

对日常生活中人们常参加的运动研究，18-25岁女性大部分对跑步、瑜伽、舞蹈有着浓厚的兴趣。从中提取代表性动作作为动态分析。人们日常动作基本是由多个关节的动作复合而成。上肢运动基本以肩、肘、腰脊和腕四部分为支点，每个支点都有特定活动范围。腰脊部活动范围如图1。从中可得，腰脊向前弯曲幅度大于向后，日常前屈较多，所以对动态数据提取时要考虑活动量，后衣身部适当增加些余量，需注意前衣身平整和美观。人体躯干部的运动还包含肩、胸和背，及腋下等部位肌肉、皮肤和骨骼的变形。

图1腰脊部的活动范围

肩关节也是一重要支点，上肢在肩关节处的运动幅度很大，活动较自由。如图2，手臂可侧举、左右摆、上举各个角度。

图2肩关节的活动范围

上臂与前臂是固定体块，肘关节是上臂和前臂的连接点。它的活动范围如图3，肘关节连接上下臂使其自由屈伸，但由于肘关节特定方向性，手臂只可屈，不能后弯。所以，在紧身运动衣结构设计中，衣片应从肘长，袖子从袖下的尺寸上进行运动量追加，對应在袖子上，袖山高应变低，袖肥应加大，可使手臂做上举运动时更有利。

图3肘关节活动 图4虚拟动作一 图5虚拟动作二

经过几种动作测量（图4/5），进行数据提取和分析如表1，得到不同动作下，人体上肢皮肤横纵向变化规律。

表1人体在前倾、抱胸、挺胸及手臂各部位的变化情况 （厘米cm）

手臂侧举时各部位数据变化

从表1可得：侧举时，肩部尺寸变化很大，肩宽很明显的减少，背宽及腋下长呈现增加趋势，躯干有所减小。随着侧举角度增加，肩宽平均减小量变化较大，向前侧举时变化较大。而背宽随侧举角度加大，增加量变大，胸宽尺寸随之减小，侧举时腋下长的变化幅度也较大。

4 国内外研究现状

随着独特性和个性化发展的今天，人们对个性化定制的需求增加，三维人体扫描技术对数据快速、精准、批量测量的优势将实现个性化定制的自动化、科技化，三维人体测量技术在紧身运动衣领域的应用现状分析如下。

4.1 制定服装号型规格和形体分析

对不同地域、国家的人进行测量，获得精确数据，构建能够反映人体特征的精准人体数据库。为服装号型更新和修改提供理论依据，对人体体型进行分类。我国东华大学（TC2）、西安工程科技学院（TechMath）等院校相继建立人体数据库。1999年北服与爱慕内衣公司合作，利用三维测量技术对人体数据库建立，体型胸型分类，为爱慕紧身运动内衣带来更多的高科技含量，也为紧身运动衣的设计研究奠定基础。

4.2 标准人体模型的建立

根据三维人体测量系统所建立的数据库，建立人体模型。分为标准和特殊人体模型。标准人模是专门对服装压力、宽松量进行研究的。“暖体假人”是用于测量、评价服装隔热、透湿等舒适标准的重要工具。1998年东华大学与日本华哥尔公司合作测量女性的胸部形态数据，采用美国的三维人体测量仪TC2对南部地区的人体体型特征参数进行分析。

4.3 个性化量身定制

从数据库中调取消费者的尺寸数据信息，根据消费者的个人需求进行个性化设计修改，包括对放松量、宽度、长度等方面的修改，达成电子订单。通过CAD系统，进行最终设计，制作平面样板，最后生产。个性化定制日后可能会实现完全网络化。

4.4 虚拟三维试衣系统

根据消费者的数据信息建立虚拟人体模型，消费者可在款式库挑选款式，还可对颜色和部件自由搭配，试穿着装后静动态下的动画效果。同时可检测不同面料或结构下紧身运动衣对人体运动状态下的肌肉压迫强度、人体表面的横纵向皮肤变化率。

除以上成果，台湾佳资集团结合人体美学、结构力学、解剖学等领域对紧身运动塑身衣进行人性化的设计研究。浙江大學、中原工学院、江南大学等也陆续对三维人体测量技术下的人体体型、紧身运动衣进行研究。

5 结语

随着大众运动兴起，紧身运动衣作为运动装的分支成为新型产业。目前，对紧身运动衣的研究焦点是其功能性和舒适性，如何既能满足人们运动时的功能性需求又能减少运动时服装的位移使人体更舒适，这是研究所需解决的问题。因此在对紧身运动衣设计时，首先需利用三维人体测量技术进行体型确定以及静态/动态下人体的尺寸信息，确定合理的服装宽松度，还要考虑面料回弹力、吸湿排汗效果，使运动装穿着舒适轻便，提高运动效率。

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