三维人体测量技术的研究进展及应用

周 琦

(九江学院，江西 九江 332005)

人体测量技术是准确把握人体尺寸及特征，确保服装合体的必要手段[1]。本文总结了传统手工测量技术与三维人体测量技术两者的优缺点，三维人体测量技术的研究及应用进展，并针对现阶段三维人体测量技术存在的问题提出了建议及未来的发展方向。

1 传统手工测量技术与三维人体测量技术对比

传统手工测量技术一般通过皮尺、马丁尺、角度计、测距计等工具，由测量者根据自己的经验，直观地测量出人体数据。优点是测量工具简单、廉价，测量结果直观。缺点是耗时长，测量数值的稳定性偏低，缺乏量化标准，容易存在系统误差和偶然误差，精确度低，难以进行快速、大规模的人体测量[2]。

三维人体测量技术是集光学技术、计算机图形学、信息处理和计算机视觉等于一体的测量技术。系统可以在几秒内完成全身扫描，再通过软件提取并输出多项人体数据。三维人体测量技术的优点是测量速度快、耗时短、精确度高，且能进行大规模的人体测量。缺点是设备价格昂贵且数据转化复杂，普及率较低。

2 三维人体测量技术的研究进展

欧、美、日本等发达国家从20世纪70年代便开始进行三维人体测量技术研究，并研发了多种三维人体测量系统。国内三维人体测量技术研究虽起步较晚，但近年来许多高校研究出多种三维人体测量系统，并取得了大量成果。但目前，这些研究在实际应用中还存在系统不稳定、测量精度不高等问题。三维人体测量技术的发展现状主要包括三方面：测量参数提取技术、测量方法及代表性的三维人体测量设备。

2.1 人体测量参数提取技术研究现状

三维人体测量设备对人体扫描后，会得到不同的数据格式和模型，并从中提取出一些重要的人体特征参数。相关研究者在人体特征参数的提取方面已取得一定成果，蒋丽君[3]通过增加五个派生变量来表征颈部形态比例关系，使用因子分析方式获得颈部特征因子，再通过快速聚类，构建了颈部规格系统；陈敏之等人[4]通过设计多个体型特征识别项目，用模糊聚类法对女子体型进行模糊细分，研发了女子体型识别专家系统，可快速、有效地模拟专家进行体型评价，并对5种典型着装进行特征部位形态识别，生成相应的服装标识。

2.2 三维人体测量方法发展现状

目前三维人体测量方法主要包括激光测量法、莫尔条纹测量法和摄影测量法。

2.2.1激光测量法

激光测量法是运用相似三角形的原理，设置多个不同方位激光光源，接收人体表面反射光，最后通过分析反射光的时间间隔，光轴角度与强度，计算得相应的数据，如英国Cyberware全身扫描仪。激光测量法的优点是精准度比较高，缺点是测量时对人体的动静态要求比较高，且激光测量有一定的辐射，要将其功率控制在一定的范围内，以保障测量时对人体无害。

2.2.2莫尔条纹测量法

莫尔条纹测量法是把光投射到人体身上，得到相关的莫尔数据信息，再经分析与计算得到人体数据，如美国TC2分层轮廓测量系统。莫尔条纹测量法的优点是测量方法比较简便，缺点是测量不够精确。

2.2.3摄影测量法

摄影测量法是利用被测者的影像来建模的方法，如立体摄影测量与投影条纹相位测量。立体摄影测量法是通过对人体摄影，分析同一点在两幅图像的关系，最后通过计算得该点的数值。投影条纹相位测量法是让光栅投影在人体上形成图像，再进行相位测量得到人体三维数值。摄影测量法是当前比较成熟的一种三维人体测量技术，但存在精度不高的缺点。

2.3 代表性的三维人体测量设备

目前具有代表性的三维人体测量设备有美国TC2分层轮廓测量系统，它可在10 s内完成人体4万多个点的扫描，并计算出人体特征参数，与真实尺寸误差在0.6 mm以内；德国Tec Math人体扫描系统，可在20 s内完成人体8万多个点的扫描，并计算出人体特征尺寸，与真实尺寸误差在0.2 mm以内，是目前使用较多的测体设备；英国Cyberware全身扫描仪，其有4个扫描头，各扫描头在移动中从多个视角扫描，只需10 s，随后拟合出人体模型；上海工程技术大学开发的基于Kinect的三维人体测量设备，可在5 s内捕获待测者点云数据，并通过计算人体特征数据，生成三维人体模型。目前，该系统已在多地广泛应用[5]。

3 三维人体测量技术的应用

3.1 数据库的建立

三维人体测量技术测量出的数据可建立大规模的人体数据库，为标准人台的开发、体型的分类和人体测量学等研究提供数据基础。西安工程科技学院、东华大学等高校均建立了人体数据库，为服装企业私人定制和规模化定制业务的发展打下了坚实的基础，提高了我国服装行业的国际竞争力。

3.2 标准人台的开发

在进行服装设计、制作的过程中，需要用到标准人台，以提高服装尺寸的精度和设计的效率。若将三维人体测量得到的人体信息简化、拟合和运用合适的算法，就可以完整地表达人台的体型，从而开发出标准人台。同理，也可以建立一些特殊体型人体模型，以提升产品的适应性，促进企业生产效益的提升。

3.3 人体体型的分类

汪东升等人[6]用三维人体测量技术测量了210名青年男性人体数据，选取立裆与身高比以及臀腰凸差作为体型分类标准，采用K-means聚类分析，将青年下肢体型分成了深裆平臀体、深裆圆臀体、中裆平臀体、中裆圆臀体和浅裆标准体5类。蔡晓裕等人[7]用三维人体扫描技术测量了108名在校女大学生体型数据，并进行主成分分析和聚类分析，汇总出6个因子，最终将青年女体腰腹臀形态分为扁平体、较扁平体、较浑厚体和浑厚体4类，并验证了此种分类方法的可行性和合理性。余佳佳，李健[8]以407名东部地区女性为研究对象，采用三维人体测量技术测量人体66项数据，通过相关分析和分层聚类分析等，选取乳下围扁平率、身腰比、胸腰差、臀腰差4个代表性特征变量，最终将女性体型分为14类，并检验得出分类结果合理有效。

3.4 虚拟试衣

虚拟试衣系统结合了三维建模、体感交互、人体模型重建及模拟等技术，消费者通过软件构建自己的虚拟模特实现换衣，可以节约资源，节省时间，给人们带来便利。三维人体测量技术为虚拟试衣提供了基础。2011年森动数码有限公司推出了亚洲首个3D虚拟试衣间，当购物者站在试衣镜前时，系统就自动进行三维扫描并获取人体相关信息，然后自动放映试穿效果的三维图像。

3.5 量身定制化服务

量身定制是一种以顾客为中心，满足顾客对穿着效果的个性需求的服装设计系统。量身定制化服务利用三维人体测量技术对人体进行测量，直接在虚拟人体模型上进行设计，根据相应的人体数据和客户对服装款式的要求，可以直接在人体模型上实现三维立体裁剪和纸样设计，从而实现服装设计、生产和销售一体化的量身定制。如刘芳[9]利用Visual Studio2010和OpenGL软件建立一个图形交互界面，实现了服装原型的自由缩放和多角度查看穿着效果，提供多种图案用于服装纹理样式的选择，实现了服装的量身定制化服务。成思源等人[10]研究了人体个性化设计大批量定制模式下的关键技术，分析了三维人体测量技术与表面建模、模块化设计和参数化设计、配置设计等相关技术的作用原理及关系。

4 三维人体测量技术的不足与建议

4.1 三维人体测量技术的不足

(1)三维人体测量要求被测者在测量过程中保持固定姿势，若测量中出现运动，会导致部分数据丢失，造成数据准确性降低；(2)当被测者过于肥胖并存在大量赘肉时，会导致标定的胸围线和腰围线发生偏移，进而影响到相关数据的准确性；(3)三维人体测量由于设备价格昂贵、测量空间需求较高和数据转化复杂等原因，在中国服装企业中普及率较低。

4.2 三维人体测量技术的建议

当前国内三维人体测量技术的研究主要集中在测量后数据的处理和分析，为使我国三维人体测量技术进一步向国际先进水平靠拢，提供以下建议。

4.2.1测量过程可视化和建立回放系统

为实时监测被测者的姿势，及时纠正错误姿势，应实现测量过程可视化；另外，为减少被测者在测量中出现晃动，提高测量数据的准确性，应建立回放系统。

4.2.2与生物识别技术相结合

准确识别相关骨骼点的位置是测量人体数据的基础，研究者们在进行人体测量前，大多尝试各种方法以准确找到重要骨骼点位置，将三维人体测量技术与生物识别技术相结合，可准确地识别重要骨骼点，可进一步提高测量效率和准确度。

4.2.3实现测量网络化和智能化

未来的三维人体测量系统将不只停留在测量阶段，还应该实现能够在网络上自动进行尺寸测量并获取相关数据等自动识别智能化功能[11]。

5 结语

三维人体测量技术具有准确度高、自动化程度高、效率高等优点，目前广泛应用于数据库的建立、标准人台的开发、人体体型的分类、虚拟试衣、定制化服务等方面，但其仍存在对被测者要求高、标定误差大等问题，未来需进一步开发出智能化、网络化、低成本的三维人体测量技术系统，以更好地促进服装行业的发展。