青年女体前臂细部尺寸测量方法研究

王 旭， 冯向伟， 任雨佳， 赵 慧

(河南工程学院 a.服装学院; b.纺织学院， 河南 郑州 451191)

服装和人体有着密不可分的关系，人体测量在服装行业具有极为重要的地位。人体测量技术的发展，经历了由接触式到非接触式，由一维到三维的发展变化。传统手工测量原理简单、便于操作，几乎可以获得所有的人体特征数据，因此得到了广泛而长期的使用。但是手工测量数据通常是测量者根据经验获得，不够客观，并且测量速度较慢，效率低下，也会产生许多人为测量误差，如疲劳测量、裸体测量、异性测量等[1]。三维测量技术弥补了传统方法的不足，具有高效、高精度、高自动化的特点[2]。然而在扫描和重建过程中，由于人体自身遮挡及扫描死角等问题，获取的人体三维点云往往存在大量孔洞，影响测量结果的准确性[3]，尤其是人体四肢内侧的数据漏洞比较明显，对人体四肢的细部尺寸测量存在一定的困难。

目前人体测量标准[4]仅规定了服装用人体测量中主要的围度和长度指标，并未规定人体细部尺寸的测量方法。自1988年我国颁布了GB10000-1988《中国成年人人体尺寸》[5]标准之后，一直没有进行大范围的人体测量。近年来，一些学者利用三维扫描技术对各个地区的人体体型进行划分[6-9]，测量了颈部[10]、肩部[11]、胸部[12]、臀部[12,14]等细部尺寸，而关于人体四肢细部尺寸测量的研究工作较少，一定程度上影响了人台制作、成衣设计、人体建模等工作。本文以前臂细部尺寸测量为目的，邀请100名青年女性志愿者参与实验，对比手工测量和三维人体扫描测量方法的差异，探索减少实验误差的有效测量方式，以便获取更加详细、准确的女体前臂尺寸数据，为人体细部尺寸测量提供一定参考。

1 实 验

1.1 样本选择

实验选择100名18～25岁之间的健康女大学生作为志愿者，体型接近160/84A，身高为160 cm±5 cm，体重为52.5 kg±5 kg，BMI分布在18.5～22.9 kg/cm2之间。

1.2 测量项目

为了对女体前臂的细部尺寸进行具体测量，根据人体手臂的结构和生理特征，根据骨骼点对测量项目进行定位、标记和测量，确定前臂长、腕围、肘围三个基准测量项目，并对前臂(肘围和腕围之间的部分)进行五等分，由下到上依次标记为A点、B点、C点、D点，分别测量前臂A、B、C、D四个点处的围度值(图1)。

图1 手工定位测量图

1.3 测量方法

本文选择手工测量和三维人体测量两种方式。手工测量主要使用马丁测量仪、软尺和激光投线仪等工具，其中激光投线仪可用于标定测量位置，防止测量时尺子发生歪斜，确保测试精度。三维人体测量使用Human Solutions三维人体扫描仪对人体进行全面扫描，利用ScanWorX软件测量出前臂长、肘围和腕围，然后将前臂五等分，分别创建并抽取垂直于前臂轴线的A、B、C和D 4个平行截面，圈选截面上的前臂点云，计算出各自的围度值。

1.4 测量姿势

手工测量方式对测量姿势没有太高的要求，人体自然站立，前臂垂直向下即可。利用三维人体扫描仪进行人体测量时，需按照规定的标准测量姿势进行测量。该测量方式可保证身高、臂长等长度和胸围、腰围等围度尺寸基本准确，尽可能地消除因身体遮挡产生的阴影(数据漏洞)对实验数据的影响。但对于细部尺寸(如手臂围度、大腿围度等)，其测试项目的实验精度无法保证。因躯干遮挡，使得上下肢体的内侧阴影面积较大，见图2中的黑色区域，因而标准测量姿势并不适于肢体细部尺寸的测量。

图2 标准测量姿势扫描图

为了减少三维测量中女体前臂上的数据漏洞量，获取女体前臂更多更准确的细部尺寸数据，本文对女体的测量姿势进行探究，尝试了各种姿势，见图3。其中手臂前伸姿势由于肩颈部位的遮挡，CCD摄像头不能完全捕捉到所有的数据点，扫描后漏洞面积较大；手臂垂直上举的姿势因头部遮挡，肘部周围易产生大面积漏洞，且不便于寻找肘点；蹲坐时前臂竖直姿势难以稳定保持，不利于扫描测量。经过对比分析发现，站姿前臂上举、站姿前臂下折、坐姿前臂上举和坐姿前臂下折4个姿势的前臂测试区域正对着地台中心点， CCD摄像头可最大限度地采集到尽可能多的点云信息，因而扫描出的点云数据漏洞较少。此外这些姿势容易保持，肘点突出，便于扫描及后期数据处理。

为了进一步对比这4种姿势的漏洞大小，本文采用Imageware 13.2软件截取肘点和腕点之间的前臂点云进行预处理，并对点云缺失部分进行修补，测量并统计出各种姿势的前臂漏洞面积，计算结果见表1。

表1 不同测量姿势的前臂漏洞面积统计表

由表1可以看出，站立手臂下折姿势的漏洞面积最小，而且该姿势的肘点比较突出，便于后期数据处理，因此可选择站立手臂下折的姿势对志愿者的手臂进行扫描测量。该姿势要求志愿者站立在地台对角线底端(图3(e))，双脚并拢，身体直立静止，肌肉处于自然放松状态，双目平视前方，右侧肘部自然弯曲，保证前臂垂直向下，且前臂正对着测试台中心位置，手掌微微握拳，扫描过程中身体不要晃动，呼吸均匀。

2 对比分析

对比两种方法的100名志愿者的测试数据(图4)发现，手工测量值普遍比三维测量值大，而且手工测量的数据波动较大。分析认为，在三维测量过程中，由于人体自身遮挡及扫描死角等原因，扫描结果存在数据漏洞，尤其是边缘部分较为明显，使得由ScanWorX软件计算得到的各项数值偏小。手工测量过程中存在一些标记点不精确、尺子歪斜或松弛、读数误差等人为因素，从而导致数据波动范围偏大。

(a)手臂前伸 (b)手臂上举 (c)蹲坐前臂下折

(d)站姿前臂上举 (e)站姿前臂下折 (f)坐姿前臂上举 (g)坐姿前臂下折图3 三维人体扫描姿势

手工测量与三维测量的实验数据有一定的差异，为了对比差异的显著性，进行了T检验，结果见表2。由表2可知，在95%的置信水平下，除了B点和C点的测试结果没有显著性差异，其余测试结果均存在显著性差异。分析认为，A点和D点因接近腕点和肘点位置，所以该区域数据漏洞较大，因而存在明显差异，而B点和C点位于前臂中间位置，点云数据缺失较少，因而差异不大。

综上可知，虽然三维人体测量的数据稳定性较好，但由于测量过程中存在一定的数据漏洞，人体点云模型有所失真，使得手工测量与三维测量两种方法存在一定的差异。为了提高测量精度，建议对三维扫描过程中产生的数据漏洞进行修补或模型重建，还原模型原始形貌，然后再进行细部尺寸测量。

图4 手工测量与三维测量数据对比箱图

表2 T检验结果

3 结 论

(1)为获取更多的前臂尺寸数据，利用马丁测量仪和软尺进行手工测量时，可采用分节点的方式多点测量围度尺寸，并配合激光投线仪进行测量，确保数据精度，减少实验误差。

(2)利用Human Solutions三维人体扫描仪进行前臂尺寸测量时，采用标准测量姿势测得的前臂数据漏洞较多。对比发现，采用站立前臂下折姿势测得的数据漏洞最少，测试过程中要求前臂垂直向下，且前臂指向地台中心点。

(3)由于三维扫描方法会产生数据漏洞，所以利用该方法测量的前臂各项尺寸数据均比手工测量的数据小，手工测量存在的误差增大了实验数据的波动性，除中间B点和C点的围度值之外，两种方法的其余指标均存在显著性差异。为此，建议采用三维扫描测量方式获取点云数据，对修补或重建后的模型进行具体的尺寸测量。

参考文献：

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