正侧面形态特征驱动的青年女性腰腹臀体型分类

蔡晓裕 钟泽君 顾冰菲

摘要： 为完善国内青年女性体型分类，对108名在校女大学生进行手工和三维人体测量，获取手工和三维数据。以三维数据为基准，根据高度值、角度值及其他参数，对腰腹臀进行分析。选取影响较大的16个参数，如腰腹臀矢横径比、后臀凸角、前腹凸角等作为指标进行主成分分析和聚类分析。最终汇总出6个因子，即水平围度因子、横矢径比因子、侧面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子，并将青年女体腰腹臀形态分为4类，建立分类规则。最终以此分类规则为基准，对原始样本和15名新增样本进行判别验证，说明此分类的可行性和合理性。

关键词： 人体轮廓;腰腹臀;三维点云;形态参数;体型细分

中图分类号： TS941.17

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2020）10004806

引用页码： 101109

DOI： 10.3969/j.issn.1001 7003.2020.10.009（篇序）

Classification of young womens waist abdomen hip shapesdriven by front and lateral morphological characteristics

CAI Xiaoyua， ZHONG Zejuna， GU Bingfeia，b，c

（a.School of Fashion Design & Engineering; b.Clothing Engineering Research Center of Zhejiang Province; c.Key Laboratory of Silk CultureHeritage and Products Design Digital Technology， Ministry of Culture and Tourism， Zhejiang Sci Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In order to improve the body type classification of young women in China， manual measurement and three dimensional measurement were carried out for 108 female college students to obtain manual data and 3D data. Based on 3D data， according to the height values， angle values and other parameters， the waist abdomen hip was analyzed. Sixteen parameters affecting the waist abdomen hip were extracted as the indicators for principal component analysis and clustering analysis， including the width/depth ratios of waist， abdomen and hip， convex angle of back hip， and convex angle of front abdomen. Finally， six factors were concluded， namely horizontal girth， horizontal radius vector ratio， side convex angle， waist angle， abdomen angle and hip angle. Furthermore， the waist abdomen hip shapes of young women were classified into four types， and then type classification rules were established. In the end， based on this rule of type classification， the human body data of the original samples and 15 new samples were discriminated to verify the feasibility and rationality of this classification.

Key words：

body silhouette; waist abdomen hip; 3D point clouds; morphological parameter; body type classification

收稿日期： 20200318;

修回日期： 20200915

基金項目： 国家自然科学基金项目（61702461，61702460）;中国纺织工业联合会科技指导性项目（2018079）;浙江理工大学科研业务费专项资金资助项目（2020Q051）;浙江理工大学高等教育科学研究课题资助项目（Xgz1805）;浙江理工大学优秀研究生学位论文培育基金项目（2019M26）

作者简介： 蔡晓裕（1997），女，硕士研究生，研究方向为数字化服装技术。通信作者：顾冰菲，副教授，gubf@zstu.edu.cn。

随着国内外服装行业竞争的不断加剧，人们对服装的整体要求也更加严格。服装企业生产的产品既要满足市场对于时尚产品快速反应的需要，也要满足人们对服装合体性、舒适性的要求。裤装是服装行业中重要的服装门类之一，也是销售量和需求量较大的服装种类[1]。同时，裤子作为日常着装重要的一部分，其合体性被广泛认为是影响其外形、销售最重要的单体因素，甚至超过了裤子的款式、色彩、价格及面料质地[2]。同一件服装穿在围度相同的人体上，由于体型不同会导致该服装穿着舒适性存在巨大差异，因此体型分析成为研究的热点[3]。

由于人体腰腹臀部位曲面较多，结构复杂，使得裤子裆部需要设计的因素繁多，如裆深的设计、裆宽及前后裆宽分配等，因此必须对各个因素有深刻的认识和了解，才能设计出合理的裤装版型[4]，更好显示女性的身材[5]。不同的体型所需裤子的合体性设计是不同的[6]，但是目前中国主要使用的体型分类标准是按照胸腰差值将人体划分为Y（19～24 cm）、A（14～18 cm）、B（9～13 cm）、C（4～8 cm）四类，此分类方法仅简单地基于人体胸围和腰围的整体特征，缺少了人体重要部位形状特征分析，且未考虑女性腹部和臀部的特征差异。随着青年女性对裤装合体性要求的增加，人们迫切需要更细分化的腰腹臀部位分类来区分不同的下体体型，从而设计并生产出更为贴体的裤装，来满足青年女性消费者对服装的各种需求[7]。

如何精准找出代表腰腹臀特征的指标和体型参数成为腰腹臀部位分类研究的关键。国内外学者和机构为提高服装的合体性和舒适性对人体体型分类进行了大量的研究，分别运用了人体尺寸信息、人体表面角度大小、人体横纵截面特征、不同年龄段等不同方法展开量化的体型分类实验研究。曾花[8]将腰臀部体型特征分为3类：凸出程度、高度和厚度，对腰臀部特征变量进行分析，最后根据臀围与臀厚之比表示臀部的宽度，结合腰臀差将腰臀部进行聚类分析。Song等[9]使用主成分分析和聚类分析两种统计分析方法，对人体臀部的角度和14个下体特征部位的比例尺寸进行聚类分析，最终将人体下体体型分为3类。Mi等[10]测量了人体侧面的6个空间向量角度，并运用logistic回归分析对人体的上体侧面体型进行分类，最终将男性的上体侧面形态特征分为4个类别。王祺明[11]提取了200名江浙地区女性的人体参数，分析其水平截面的横矢径比，面积与周长比，并与日本女性的数据进行对比。利用自编程序选取胸、腰、臀三围的横截面积与三围围度平方的比值进行聚类，最终将青年女性体型细分为3类，分别为扁平体、中间体型、圆形体。Lee等[12]运用三维扫描获取的女性人体信息，进行尺寸信息的转换处理，变为相应的角缺陷结构，以此代替人体的尺寸信息，将人体根据不同的年龄差异进行体型分类，最终得出了不同年龄段体型所具有的特征差异。

综上所述，这些研究大都依据某特征部位的横矢径比值或结合单一角度值得到人体的体型分类，未充分结合人体正、侧面的轮廓形态特征和特征截面的曲线形态进行分析，考虑的影响因素不够全面。若将人体的冠状和矢状面相结合进行立体组合分类，能够为服装结构设计提供更加完整的控制部位信息，将更有利于服装的立体合体性的提高。因此，本研究提出了一种“正面+侧面”特征相结合的青年女性腰腹臀体型特征分类方法，通过对青年女性正、侧面视角下的形态特征分析，总结出影响腰腹臀部位的具体参数，并通过主成分分析和聚类分析建立青年女性腰腹臀分类规则。最后用新的数据样本，对应分类规则进行验证。此局部体型分类方法为快速服装个性化定制提供基础，具有十分重要的现实意义。同时，也是对现有人体体型细分研究的一个很好的补充，可为服装结构设计提供参考，有较好的实际应用前景。

1 人体实验测量

1.1 采集方法

本研究根据测量标准GB/T 16160—2008《服装用人体测量的部位与方法》，通过手工测量法和三维测量法分别获得了108名18～25岁在校女大学生的手工测量数据和三维点云数据。首先通过手工测量，从高度和围度尺寸出发，获取测试者的基本信息，见表1。然后采用型号为2NX 16的三维人体扫描仪（美国TC2公司），以非接触测量方法对实验对象进行扫描，获取三维人体数据[13]。整个测量过程所处环境的温度为（27±3） ℃，相对湿度为（60±10）%，符合裸体测量的环境标准[14]。

1.2 数据获取

本研究利用Imageware软件对人体三维点云数据进行二次测量，分别从正侧面视角下观察人体腰腹臀形态特征，主要包括腰部至裆部的高度、围度、宽度和厚度变化。在人体正面视角下，选取了人体腰部最细处、肚脐上3 cm处（一般为裤装腰头处，简称裤腰处）、肚脐、腹部、臀部和裆部6个部位，在人体侧面图上选取了人体腰部最细处、腹部、臀部和裆部4个部位，最终通过直接测量或计算方式提取了17个形态参数，具体测量项目和测量示意如图1、图2和表2所示，其中人体横矢径比（Ratio，简称R）是此部位横截面的宽度和厚度的比值，用来反映人体的扁平程度。

2 数据分析

2.1 数据预处理

为确保所选样本数据的准确性和可靠性，将實验得到的人体数据进行筛选。用SPSS软件对腰腹臀特征部位参数进行描述统计和分析，查找并处理异常数据[15]。针对异常数据，查看并对比手工数据和三维点云数据，经数据预处理后，最终确定有效样本量为106个。然后对测量数据进行了正态分布检验，分析结果显示所有变量都近似服从正态分布。以后臀围（GBH）为例，其正态分布Q Q概率图如图3所示，可见各点排列近似一条直线，因此认为后臀围的分布基本服从正态分布。

2.2 主成分分析

为了减少高维数据对后续处理的不便，有必要在聚类分析之前先降维[16]。首先对17个变量进行主成分分析，得到因子分析初始解。从初始解中发现腹下凹角这个变量的信息丢失较严重（近60%），故本次因子提取的总体效果并不理想。因此，把腹下凹角这个变量删除，对16个变量再次进行因子分析，得到各个成分的累积贡献率表。前6个成分的特征值大于1，总累计贡献率约为86%（表3），说明这6个成分能够基本描述腰腹臀部位的形态特征。

根据主成分因子旋转后的因子载荷矩阵（表4），可以发现：主成分因子1在前腹围（GFA）、后臀围（GRH）、后腰围（GRW）、前臀围（GFH）、后腹围（GRA）、前腰围（GFW）上有较大载荷，可定义为水平围度因子;主成分因子2在腹部横矢径之比（RA）、臀部横矢径之比（RH）、腰部横矢径之比（RW）上有较大载荷，可定义为横矢径比因子;主成分因子3主要在前腹凸角（CAFA）、后臀凸角（CABH）上有较大载荷，可定义为侧面凸角因子;主成分因子4在腰侧角（A1）、裤腰侧角（A2）上有较大载荷，可定义为腰部角度因子;主成分因子5在肚脐侧角（A3）上有较大载荷，可定义为腹部角度因子;主成分因子6在腹部侧角（A4）、臀下凹角（CAUH）上有较大载荷，可定义为臀部角度因子。因此，影响腰腹臀部体型特征的因子主要有水平围度因子、横矢径比因子、侧面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子。

2.3 聚类分析

本研究考虑到样本数量和样本的特殊性，选择系统聚类和K means聚类方法进行聚类。根据表4选取对每个因子贡献量最大的变量，因此，在主成分因子中分别选取前腹围（GFA）、腹部横矢径之比（RA）、前腹凸角（CAFA）、腰侧角（A1）、肚脐侧角（A3）、腹部侧角（A4）作为主要特征因子，对数据进行聚类分析，结果显示腰腹臀部位可以分为四类，见表5。

本研究将这四类人体的点云数据进行归类分析，总结出每一类体型主要参数的分类规则，见表6。结果显示，第一类人体体型，整体体型围度小，横矢径之比大，命名为扁平体;第二类体型整体体型较瘦小，横矢径之比偏大，命名为较扁平体;第三类体型整体围度偏大，横矢径之比较小，命名为较浑厚体;第四类体型整体围度尺寸最大，横矢径之比最小，命名为浑厚体。同时通过对这四类腰腹臀部位正、侧面形态分析发现，侧面视角下形态区别最大，如图4所示。

2.4 验 证

为验证表6中腰腹臀体型分类规则的可行性和精确度，本研究利用初始的106个人体数据和新增15个人体数据进行了判别分析。如表7所示，对角线显示的为准确预测的个数，其余为错误预测的个数。结果显示106个样本中正确分类98个，错误分类8个，正确率达到92.5%。同时，用未分组的15个实验对象，以其腰部、腹部和臀部的围度尺寸和横矢径比对照分类规则进行分类，百分比判别分析结果见表8。15个新样本的分类结果见表9，可见正确分类13个，错误分类2个，正确率达到86.67%。本次验证说明该体型分类规则的有效性较高，但该分类方法的精度还有待提高，主要原因是样本容量的不足，在后续研究中将会继续补充样本量，对该分类结果进行完善和提升。

2.5 腰腹臀体型分类的应用

利用图形学原理可以很好理解人体体型与裤装样板之间的映射关系。通过在人体体表上设定好必要的关键点和线，结合特征部位的横断面形状（如腰部、腹部和臀部），从人体侧面轮廓出发进行合体性裤装样板的制作[17]，如图5所示。同时，需结合腿部体型、裆弯线形态和松量设置再进一步研究。

3 结 论

本研究针对18～25岁在校女大学生，采用三维测量和手工测量两种测量方式，获取青年女性的人体数据，总结了16个与腰腹臀形态密切相关的参数。通过SPSS软件对样本数据进行主成分分析，得到影响腰腹臀部位形态的6个主要特征因子，分别为水平围度因子、横矢径比因子、侧面凸角因子、腰部角度因子、腹部角度因子和臀部角度因子。然后对样本数据进行聚类分析，将青年女性腰腹臀部位主要分为4类，分别为扁平体、较扁平体、较浑厚体和浑厚体，并利用腰部、腹部和臀部的围度尺寸和横矢径比建立了这四类体型的具体分类规则。最终通过106个初始实验对象和15个新增实验对象对此分类规则进行验证，证明了此分类规则的有效性和精确性。后续会增大样本量继续研究，同时将高度参数考虑进来分析，对腰腹臀部位进行进一步细分，并结合其他特征部位形态进行合体性裤装样板的研究。本研究可进一步完善中国青年女性体型分类，为青年女装个性化服装定制提供更多的理论依据。

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