基于三维人体扫描的枕型研究现状分析

侯梦婕，王 瑄，戴 鸿(. CAD， 35；. ， 70048)

1 引言

健康问题已经随着人们健康意识和生活水平的不断提高成为当今社会的热点问题[1]。人在睡眠中度过一生时间的三分之一，睡眠作为健康的重要影响因素之一[2]，是一种重要的生理需求，是机体免疫系统自我修复、内脏器官排毒的重要时段，睡眠健康直接关系着人们的身心健康。

长久以来人们一直认为睡眠是机体消除疲劳所需要的一种休息过程，但在睡眠阶段人体的脑电波并非出于静止状态，此时机体的各种生理功能，如运动功能、感觉功能、自主神经功能，也随着睡眠深度的变化，在不同程度上进行着有规律的活动[3]。大量失眠流行病学调查显示，失眠人群数量在不断增长，不同年龄、不同职业的人群都存在不同程度的睡眠障碍，而睡眠障碍将严重影响人们的生活质量。目前，国内医学界已经认识到健康对睡眠的重要性[4]，睡眠医学也取得一定成果，但是真正意义上的睡眠医学学科还没有建立[5]。枕头作为一种睡眠工具，在睡眠健康产业中具有重要地位。

目前在枕头的实际设计生产中，仍主要以经验为主，其规格分类则仅以颈部弯曲弧度为控制参数，这使睡枕很难满足消费人群的实际需求，造成枕头生产者与市场需求一定程度上脱节，因而迫切需要对枕型的结构设计进行研究，而枕型结构的设计基于人体测量技术。人体测量技术在交互教学、仿真、医学训练、外科手术、人体建模、三维动画及服装领域都有着广泛的应用。以往的人体测量方法效率低，而且会有许多因素影响测量的精确性。随着三维人体扫描技术的出现和发展，枕头的量身定制、三维虚拟设计等都成为现实。

2 国内外研究现状

2.1 人体测量相关研究

传统的人体测量技术以软尺、人体测高仪、角度计、测距计、可变式人体截面测量仪等为主要工具，可以直接测量出人体各部位的体表长度和横截面形状，使用工具简单，操作方便，因此在服装业中长期被采用。但由于这些方法都是接触式的测量，往往会使被测者感到窘迫或疲劳，或因测量者技术不够熟练造成测量误差。尽管传统的测量方法目前仍广泛使用，但其不足之处显而易见。

随着接触式及非接触式三维人体扫描仪技术的成熟，三维人体扫描技术弥补了常规接触式人体测量的不足，在科研和服装工业中的应用也越来越广，主要研究领域包括：建立人体数据库、体型研究、制订并修改服装号型系统、建立标准人台和人体模型；服装工业的批量定制系统；成衣展示的数字化和虚拟试衣；建立服装快速反应系统。使用三维人体扫描技术不仅可以快捷地获得人体数据，建立人体体型的数据库，更有助于修改和制订各行业相关工业生产标准，改变我国服装号型标准陈旧滞后的状况，使人体测量变得高效、准确、科学[6]。

2.2 枕头结构相关研究

枕头是长期生活经验积累的产物，是睡眠所需的工具。枕头包括枕芯和枕套，枕芯是指枕头内部的填充物，枕套是指包裹枕芯并直接接触人体皮肤的枕头最外层面料。

枕头最早的雏形是古人类垫于首下的石头、木头、兽皮等；夏商周时期盛行玉石制作虎头枕；秦汉时期出现鸡鸣枕，两端起、中间凹的造型符合人体工学；隋唐时期以凹面枕和倒梯形枕为主；宋代的软枕多为绣枕，也称“金缕枕”；明代的枕头顶部通常绣鸳鸯图案；清代开始盛行茶枕、药枕，把茶叶及中草药装入枕中以起保健作用；近代以来，既有中国传统的花卉、山水等绣花装饰枕，也有西式的荷叶边小洋枕。直至现代，人们对枕头的要求日益提高，既需要满足人们的生理需求，又需要满足人们的心理需求。现代枕头根据造型可分为扁平形、立方形、凹形、凸形、S形，根据材料可分为羽绒、天然乳胶、记忆棉、中草药等。

枕头的结构设计需考虑人体工程学中人体头部及颈部曲线的变化，颈部是人体最狭窄的部位，其上撑头颅，下连躯干，在小范围内集中通过人体最重要的主干神经和血管。枕头即要起到支撑、保护人体颈椎的正常生理曲线的功能，又要促进人体睡眠，枕头的设计合理与否直接影响着人体健康。

2.3 国内外相关研究

1996年，美国海军陆战队对男性和女性建立76个维度的人体测量数据库，使用了1988年美国陆军人体测量数据库的数据，进行统计匹配。SJ Park等人[7]采用三维扫描仪测量韩国人的头部形状，将韩国人的头部形状分为4种类型，根据分类开发舒适性枕头；Pei-Te Huang等人[8]采用了人工测量、三维人体扫描系统和压力成像系统，建立了成年人人体测量数据库，研究了适合舒适睡眠的最佳枕头高度。

杨建辉等人[9]根据我国南方14个少数民族群体三项头型指数的构成比数据，对其头型特征进行聚类分析；我国在2006年对3000位工人进行头面部测量，通过非接触的三维人体扫描系统提取数据，将头型分为小型、中型、大型，长窄型和短宽型5类[10]；黄灿艺[11]通过三维人体测量提取了人体颈部相关数据，分析了颈部截面形态、前后颈根比例、立体形态分类；李靖等人[12]利用光栅投影图像测量技术构建飞行员头部三维模型，通过数值拟合方法分析并获得飞行员的头部特征外形参数，按照统计学原理根据头高、头宽、头长尺寸对飞行员的头型进行了科学的分类；牟旭等人[13]采用非接触式三维人体扫描系统对青年女性进行人体测量，提取女性颈部的颈根围和颈中围尺寸数据，总结人体颈部特征并划分人体颈部形态。

以上研究为枕头设计提供了数据基础。枕头的结构应符合人体工程学，从枕头的材料和结构出发为消费者提供舒适性和科学化的产品。随着社会的发展、科技的进步，未来枕头的发展将呈现健康、舒适、环保的趋势。

3 结语

我国睡眠健康产业刚刚兴起，市面上枕头的产品存在技术含量低、制作工艺粗糙、价格高昂、消费者使用效果不佳等问题。结合三维人体扫描技术，提高枕头的舒适性和功能性，才能为枕头行业提供新的机遇，带动枕头行业市场的健康发展。

参考文献：

[1] 张颖，邹奉元.三维人体测量技术的原理及应用[J].浙江理工大学学报(自然科学版)，2003，20(4)：310—314.

[2] N D′Apuzzo.3D Body Scanning Technology for Fashion and Apparel Industry[J].Videometrics IX，2007，6491(13)：649100—649100—12.

[3] 徐继红,张文斌.非接触式三维人体扫描技术的综述[J].扬州职业大学学报，2006，10(3)：49—53.

[4] 张昭华，应思艺，郭云昕，等.三维人体扫描技术在服装工效学中的应用[J].上海纺织科技，2015，43(8)：40—44.

[5] 温武.基于三维人体测量数据的服装结构设计应用研究[D].天津：天津科技大学，2011.

[6] KJ Paek，JR Lee，MS Kim. A Study of Applications of 3D Body Scanning Technology-Focused on Apparel Industry[J].Korean Journal of Human Ecology，2009，18(3)：719—727.

[7] SJ Park，HJ Lee. Development of Selection System of Comfort Pillow[J].Human Factors & Ergonomics Society Annual Meeting Proceedings,2003,47(5):816—820.

[8] PT Huang，MK Alice.Prediction of Optimal Pillow Height by Anthropometric Parameters[J].IFMBE Proceedings，2007，(15)：222—223.

[9] 杨建辉，余跃生.我国南方14个少数民族群体头型特征聚类分析[J].黔南民族医专学报，2005，18(2)：67—68.

[10] L Du，Z Zhuang，H Guan，et al. Head-and-Face Anthropometric Survey of Chinese Workers[J].Annals of Occupational Hygiene，2008，52(8)：773—782.

[11] 黄灿艺.基于服装领部设计的人体颈部形态特征分析[J].国际纺织导报，2008，36(12)：66—68.

[12] 李靖，洪智，徐元铭，等.飞行员头部特征分析及头型分类方法研究[J].航天医学与医学工程，2014，27(6)：430—433.

[13] 牟旭，杨雪莹，钟安华.青年女性颈部形态分析与立领结构研究[J].纺织科技进展，2017，(9)：55—57.