腰省量及配比与下半身形态特征的关系

张雪 金红淑

摘要： 通过腰省量及下半身形态数据采集和相关特征因子提取，获得腰部形态细分及其对应腰总省量和省量配比。以华中地区97名18～25岁在校女大学生为对象，共计进行34项照片和腰部特征截面重合图测量。基于相关分析和主成分分析结果，提取了3个特征值大于1的主成分，其中腰前倾因子和侧腰形态因子与前后腰省量配比和总省量的关系密切，并利用K-均值聚类将其典型指标各细分为3类，交叉组合获得9个腰部形态复合类型，及其对应的腰总省量和省量比，提出了确立腰臀分档值的参考范围和基于腰部形态复合特征识别的腰省结构设计参数依据。

关键词： 腰部截面重合图;腰省量配比;典型指标;K-均值聚类;复合类型

Abstract： This paper aims to acquire the subdivisions of waist morphology and their corresponding total waist dart amounts and ratios， by collecting data about waist dart amount and morphology data of lower body and extracting relevant eigenfactors. 97 female college students aged 18-25 in central China were taken as the research objects and a total of 34 photos and coincidence patterns of waist characteristic sections were measured. Based on the results of correlation analysis and principal component analysis， three principal components with a characteristic value of greater than 1 were extracted. Among them， the waist anteversion factor and side waist morphology factor were closely related to the anterior/posterior waist dart amount ratio and total dart amount， and their typical indicators were subdivided into 3 categories by using K-means clustering. By means of cross combination， a total of 9 composite types of waist morphology， as well as their corresponding total waist dart amounts and ratios were obtained. The present study proposed a reference range of waist-hip grading valueand offered a parameter basis for the waist dart design based on the composite feature recognition of waist morphology.

Key words： coincidence pattern of waist characteristic sections; waist dart amount ratio; typical indicators; K-means clustering; composite type

合體度是体现服装个性化设计品质的核心指标之一[1]。针对下装腰部省结构设计，裙基本型设定了固定的腰省量配比，只满足了标准形态下腰部造型的合体度，但在年龄、腰部形态特征上均未得以匹配，是造成下装腰部造型不服帖的主要原因[2]。因此，以腰部形态特征细分为依据的腰省量合理分配，是提高下装腰部造型合体度的有效途径。

人体形态细分理论研究主要通过多样化人体形态特征提取，为个性化服装结构设计提供参数依据。应对4类臀沟形态的裤装后片原型样板设计[3];基于男裤上档长、全裆长和人体尺寸线性关系的上裆长分档[4];基于肩斜角和BMI指数的衣身肩斜角的线性回归模型[5]等研究，分析了影响服装结构参数的人体形态特征因素，提出了考虑人体形态差异的服装结构设计思路。同时，三维人体扫描[6-8]及照片测量[9-10]成为多元化人体特征分析的主要数据来源，为人体形态特征提取和形态细分提供了技术支撑。

省结构是塑造服装合体立体造型的重要技术手段，赵晓刚等[11]基于东北青年女子标准人台，分析了上装原型腰省量配比;蒋丽君等[12]分别以乳间距和乳深距、背宽和肩胛骨高为特征变量建立了原型胸省量和背省量的数学模型。以上设定上装省量的方法均以标准人体展开讨论，未涉及人体特征差异下省量变化规则的讨论。另一方面，平良木啓子[13]基于女性上半身形态特征和原型腰省分配率间关系的分析，提出了对应腰部前倾、后倾和中间组体型的腰省分配率，为应对人体形态特征差异的腰省结构设计提供了理论支撑。

由此，本文通过青年女性腰省量和下半身形态数据采集，以及与腰省相关的特征因子提取，获得多维度腰部形态细分及其对应的腰省量配比和总省量。经多维度细分指标交叉组合的腰部形态复合类型，整体反映青年女性腰部形态差异的同时，提出下装腰省量及配比的对应关系，为腰部形态特征识别及定制下装腰部的合体性结构设计提供参数依据。

1 下半身形态特征数据采集

下半身人体数据采集采用照片测量和三维人体截面重合图测量的方法。随机抽取华中地区97名18～25岁在校女大学生为测量对象。测量样本包含青年女性腰部形态特征的差异范围，样本数量满足人体测量及其理论研究的一般要求[14]。

被试者穿着浅色贴身短裤和背心，标出体表测量点。根据人体体表测量点定义[15]，下半身形态测量点包括腹部前凸点、臀部后凸点、转子点和外踝点，以及腰侧点（人体腰部冠状面右侧最凹点）。

1.1 照片测量方法与测量项目

1.1.1 照片拍摄方法

照片拍摄采用Canon EOS5D Mark Ⅱ单反相机（中国佳能有限公司），拍摄距离为10 m，镜头高度约1 m，拍摄正面、侧面和背面三个角度的照片。

被测者保持自然直立的姿势，两脚跟并拢，手臂自然下垂，目视前方。体侧放置标有50 cm的标杆，作为照片缩放比例参照。

1.1.2 照片测量项目

参考下半身体表角度测量方法[14]，照片测量项目如图1所示，分别为腰侧角（f）、臀侧角（g）、臀凸上角（m）、臀凸下角（n）、腹凸上角（w）、腹凸下角（z）和下半身体轴倾斜角（u）共计7项。

1.2 腰部三维特征截面重合图测量

1.2.1 三维人体扫描方法

三维扫描仪器为OKIO-Body Scan天远人体三维扫描系统（北京天远三维科技有限公司）。

扫描时，两手臂张开约30°，目视前方，两脚站立在固定位置，根据扫描效果选择最优。

1.2.2 腰部特征截面重合图测量方法

根据腰部体表测量点，确认并截取人体扫描数据的WL位、腹部前凸点位、臀部后凸点位和大腿最大幅位4个腰部特征截面（图2），并导入AutoCAD进行截面重合，获得腰部截面重合图。

参考下半身外包围及腰省测量方法[14]，绘制如图3所示的下半身外包围线、基准线及腰省线等测量参考线，步骤如下：

1）连接腰部外凸特征点，绘制下半身外包围线;外包围对应下装身幅所需最小尺寸[14]。2）在外包围的最宽和最厚处绘制切线，垂直相交呈矩形，作为外包围位宽度和厚度;同一方法绘制腰围矩形，确认腰围位宽度和厚度。3）取外包围宽/2确定y轴，与外包围线相交于a和d，与腰围线相交于b和c;在y軸上确定外包围厚/2和腰围厚/2分别为e和f，经e和f的中点O绘制x轴，与腰围矩形相交于c′。4）以c′为端点在x轴取腰围厚/2长，绘制垂线与y轴平行并与x轴相交于O′;以O′为中心点，每间隔30°绘制射线作为腰省线（实线，省1～省5），并在相邻两腰省线之间绘制省间中线（虚线，Ⅱ～Ⅴ）;相邻两腰省间中线（虚线，Ⅱ～Ⅴ）间的外包围与WL线的差为相应腰省的省量。

测量时，考虑实际人体截面形状的不规则性和左右非对称性，外包围线和腰围线的矩形分别与腰部和腰线最凸起处相切，保证腰部形态尺寸的包容性，并以y轴为对称轴测量左右两侧腰省量并取其平均值。

1.2.3 腰部特征截面重合图测量项目

腰部特征截面重合图测量项目共计27项，包括腰省测量6项，腰部形态测量21项。

腰省测量包括省量比例和总省量计6项，其定义如表1所示。腰部形态测量项目及定义如表2所示，包括围度、宽度、厚度等测量项目，以及腰部扁平率等计算项目。

2 腰部形态特征数据基本统计量

利用SPSS Statistics 23数据统计分析软件对样本数据进行基本统计分析。

2.1 下半身控制部位尺寸基本统计量

下半身控制部位尺寸的基本统计量和单样本T检验的结果如表3所示。以国标GB/T 1335.2—2008《服装号型女子》中160/84 A体型下半身控制变量（腰围、臀围）尺寸作为检验值，平均臀围显示了显著性差异，本次样本的臀围平均值比国标略大。

2.2 腰省量统计结果

基于腰省比例基本统计结果，以文化式裙基本型腰省比[14]为检验值的单样本T检验结果如表4所示。

将样本的总省量均值设为100%，省1至省5腰省比均值分别为5.26%、8.11%，10.31%、10.87%和15.42%，显示了青年女性所特有的腹凸小和臀凸大的形体特征。另外，将样本的腰围和总省量均值作为基本尺寸，算得文化式裙基本型的前后腰省比（省1、省2、省4和省5）均为8.30%，侧腰省（省3）为16.70%，前后腰省比例相等，侧腰省为前后腰省比例的两倍。单样本T检验结果显示，除了省2之外，其他腰省比均显示了显著性差异，说明文化式裙基本型的腰省比例设定与青年女性腰部形态特征差距较大。

3 影响腰省的腰部特征因子提取

经单样本Kolmogorov-Smimov检验，下半身形态特征变量均服从正态分布。通过腰省与下半身形态特征变量的相关性分析，提取影响腰总省量及比例的腰部形态特征因子。

3.1 腰省与下半身形态特征变量的关系

腰总省量及比例与腰部形态特征变量间的相关性分析结果如表5所示。

腰前倾角（β）、腰前倾差（ytq）、臀凸（ab）分别与前腰省比例（省1、省2）显示了r=0.7以上的负显著性相关，与后腰省比例（省4、省5）显示了r=0.7以上的正显著性相关。其中，后腰省比例（省5）与以上形态特征变量间的相关系数均达到了r=0.9以上。以上结果表明，腰部前倾与臀部凸起这两个腰部特征同前后腰省量比例间的密切关系，即腰前倾程度或臀凸较大，前腰省比例较小，后腰省比例较大。

腰总省量与腰侧收值（ytc）之间显示了r=0.8以上的正显著性相关，说明侧腰形态是影响总省量的主要因素，即腰侧曲度较大，腰总省量也较大。

3.2 腰部形态特征因子提取

为明确影响腰省的下半身形态特征因子，基于上述腰省量及比例与腰部形态特征变量间的相关关系，剔除与腰省无相关性的变量，并确认变量的非共线性特征后，将10个腰部形态特征变量和5个腰省变量作为分析变量进行主成分分析。

主成分分析采用最大方差因子轴旋转法，共提取了3个特征根均大于1的主成分，累计贡献率达到87.144%，结果如表6所示。主成分1中的腰省比例（省1、省2、省4、省5）和特征变量腰前倾角（β）、腰前倾差（ytq）和臀凸（ab）显示了08以上的载荷系数，解释为影响前后腰省比例的腰前倾因子;主成分2中外包围、外包围厚、HL宽和WL厚显示0.8以上的载荷系数，解释为腰部形态因子;主成分3中总省量、腰侧收值（ytc）和外包围扁平率显示了0.7以上的载荷系数，解释为影响腰总省量的侧腰形态因子。

其中，主成分1以腰部侧面形态为表征，显示了腰省比例与腰部前倾形态的关系;主成分3以腰部正面形态为表征，显示了总省量与腰臀围度差，及腰部宽厚比的关系。

4 腰部形态特征细分

根据腰省与腰部正面和侧面形态的关系，以及综合易测得的原则，从主成分1中筛选腰前倾差（ytq）、臀凸（ab），从主成分3中筛选腰侧收值（ytc）作为腰省比例的典型指标，运用K-均值聚类方法对青年女性腰部正面和侧面形态进行分类。参考已有文献，考虑聚类数K过少时同组内差异较大[16]，过多时不利于形态特征的有效识别等因素，将腰部正面和侧面形态各细分为3类。

4.1 腰部正面形态特征细分

腰部正面形态特征的聚类中心经10次迭代后收敛，表7显示了近似聚类中心的样本例和最终聚类结果。腰侧收值（ytc）的聚类中心差值约为1.00 cm，F值为221.71，组间方差显示了显著性差异。

根据各聚类中心选出的代表样本（No.69、No.65和No.10）的腰总省量和正面轮廓图，正面腰部形态描述为直筒型、中间型和沙漏型3类。直筒型的腰总省量最小，均值为（25.03±2.78） cm，正面腰侧轮廓弯曲不明显;沙漏型的腰总省量最大，均值为（32.24±2.29） cm，胯部凸出较大，正面腰侧轮廓曲度明显。腰部正面形态特征差异显现了与腰臀形态和尺寸差的间接关系，为下半身腰臀分档值的确立提供参考范围。

此外，中间型和沙漏型的案例占比和为76.29%，反映了青年女性中为数较多的人具正面腰部形态特征。

4.2 腰部側面形态特征细分

腰部侧面形态的聚类中心经5次迭代后收敛，表8显示了接近聚类中心的样本例和最终聚类结果。侧面腰部前倾形态细分为3类时，臀凸（ab）和腰前倾差（ytq）的聚类中心差值较为接近，F值分别为108.705和213.079，组间方差显示了显著性差异。

根据各聚类中心选出的代表样本（No.33、No.20和No.12）的腰省比例和侧面轮廓图，腰部侧面形态差异明显，描述为后倾体、中间体和前倾体。后倾体的前后腰省比差值最小，腰围线被外包围线包含，腹凸明显;前倾体的前后腰省比差值最大，腰围线与外包围线在前中心相切，臀凸特征明显。腰部侧面形态细分显现了人体腰部结构特征的差异，及其对前后腰省量取值的影响。

4.3 腰部形态细分组合

为了获取青年女性腰部形态差异的综合特征描述及其对应的总省量和腰省量配比，将正面侧腰曲度和侧面腰部前倾的细分类型交叉组合获得了9个腰部形态复合类型。9个腰部形态复合类型的代表样本及其截面重合图如图4所示，后倾体-直筒型的腰总省量最小，前后腰省配比差距不大;前倾体-沙漏型的腰总省量最大，前后腰省配比差距明显。

以上9个腰部形态复合类型反映了青年女性多维度腰部形态差异，为下装腰臀分档值的确立，以及基于腰部形态复合特征识别的合体造型下装定制，提出了取值范围和参数依据。

5 结 论

本文通过腰省及下半身形态数据采集和腰省相关特征因子提取，获得腰部形态细分及其对应的腰总省量和配比。主要结论如下：

1）基于相关分析结果，通过主成分分析提取了3个特征值大于1的主成分，累计贡献率为87.144%。其中，腰前倾因子和侧腰形态因子分别与前后腰省量配比和总省量的关系密切。

2）以腰前倾因子和侧腰形态因子中的典型变量将侧面腰部形态和正面腰部形态各分为3类，交叉组合获得9个反映青年女性腰部形态差异的复合类型及其对应的总省量和腰省量配比，为确立腰臀分档值和基于腰部形态复合特征识别的下装合体造型定制提拱了参考范围和参数依据。

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