三维人体测量方法的研究.pdf

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1、纺织学报第二十二卷第四期2 6 1 - L 6 1 】 三维人体测量方法的研究 李勇付小莉尚会超 ( 郑州纺织工学院，郑州，4 5 0 0 0 7 ) 捕要：人体测量是服装结构设计中正确把握 体特征的必要手段。分析了传统手工人体测量方法的优缺点阐述了三维人 体测量的意义和在当今服装业中开发应甩的必要性和紧迫性，并对三维人体测量的各种方法作比较，提出它们发展的主要方向。 关词：三维人体测量方法光电法光学图像 击 中圈法分类号：“ I S9 4 1 1 三维人体测量的意义 为了对人体体型特征有正确而客观的认识，除 了傲定性研究外，还必须把人体各部位的体型特征 数字化，用精确的数据表示人体各部位的特

2、征。人 体测量是正确把握人体特征的必要手段，只有通过 人体测量，掌握了人体有关部位的具体数据，在进行 服装结构设计时才能使各部位的尺寸有可靠的依 据，保证服装适合人体的体型特征，使着装既舒适又 美观。人体测量是服装工业化生产中制定号型规格 标准的基础，服装号型规格标准即是归纳总结出的 适应不同国家、地区的人体体型的共同规律。它的 制定，是建立在大量人体测量的基础上的。即通过 人体普查的方式，取得大量的人体数据，然后对数据 进行科学的分析研究，以制定出正确的号型标 泄“。 纵观当前世界服装业的发展，服装结构从平面 裁剪向立体裁剪转向，设计由二维向三维发展，定做 服装业的发展已成为世界服装业发展的

3、重要趋势， 服装C A D 与C A M 技术迅速发展。服装设计的立 体化、个体化和时装化已成为当今的潮流。合身裁 剪的概念已成为新一代服装供应的指导性策略。西 方零售商都预测大量生产或自由码将不再出现，甚 至大、中、小码也跟着消失。服装业要增强自身的竞 争能力，必须走向合身裁剪，准确、快速的身体三维 测量显得尤为重要。服装制造业希望用三维人体自 动测量系统来提高服装制造业的自动化水平，提高 产品的质量和产品的生产效率，创造服装品牌，增强 企业的市场竞争力。所以，三维人体尺寸自动测量 系统的研制与开发工作势在必行。 2 传统的手工人体测 传统的人体测量方法的主要测量工具是软尺、 角度计、测高计

4、、测距计和滑动计等，依据测量基准 对人体进行接触测量，可以直接测出人体各部位竖 向、横向、斜向及周长等体表面长度。方法简便、直 观，使用工具简单，可以获得较细致的人体数据，因 而在服装业中长期使用。但是，这些方法大多建立 在手工测量的基础上或凭经验观察，因而人体的某 些特征数据难以取得。由于是接触测量，测量时间 比较长，往往使被测者感到疲劳和窘迫；同时测量的 精确度与测量者的技巧有很大关系，容易给测量结 果带来一定的误差。此外人体所具有复杂的形状， 传统的测量方法无法进行更深入的研究。我国民 族、人口众多，不同民族、地区人体体型差异很大，现 有手工测量人体尺寸的方式也无法快速准确地进行 大量人

5、体的测量，这不仅阻碍了服装工业的顺利发 展和成农率的提高，不利于创造服装品牌，也不利于 快速准确地制定服装号型标准，从而阻碍了与国际 标准接轨及我国服装行业整体科技水平的提高。 3 非接触式三维人体自动测量 人体测量技术在近几十年的发展中，大致经历 了由接触式到非接触式、由二维到三维，并向自动测 量和利用计算机测量、处理和分析的方向发展。非 接触三维自动测量是现代化人体测量技术的主要特 征。它弥补了常规的接触式人体测量的不足，使测 量结果更加准确、可靠。三维人体自动测量作为现 代图像测量技术的一个分支它是以现代光学为基 础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视 觉等科学技术为一体的测量

6、技术。它在测量被测对 像时把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以 利用，其目的是从图像中提取有用的信息。对三维 人体自动测量技术的研究，美国、英国、德国和日本 等服装业发达的国家开始得较早，大致在7 0 年代中 期开始，且提出了许多新的测量原理和方法 5 - 7J 。 我国在这方面的研究开展得较晚。三维人体自动测 量方法主要有光学图样法( 干涉法、莫尔法、相位法 河南省自然科学基金项目，项目编号0 0 4 0 6 1 0 0 0 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the

7、watermark 【6 2 】- 2 6 2 2 0 0 1 年8 月 等) 和基于图像传感器的光电法。与传统的测量方 法相比较，三维人体测量方法主要特点是快速、准 确、效率高等。通过与计算机辅助服装设计系统相 结合，所测得的数据可直接运用于C A D 系统，以实 现人体测量和服装设计一体化。 3 1 立体摄影测量法 此方法应用位于不同位置的两台摄像机同时对 人体进行摄影，分析人体表面上同一点在两幅图象 上成像点的对应关系，再利用几何光学三角测量原 理计算得到该成像点的三维坐标。这种方法符合人 的视觉特点，但对凹下曲面测量较难，精度也不高。 3 2 激光测量法L 3 J 此方法用多个激光测距

8、仪( 由激光和C c D 摄像 仪组成) 对站立在测量箱内的被测者从多个方位进 行测量。摄像机接受激光光束射向人体表面的反射 光，根据受光位置、时间问隔、光轴角度，与测距仪同 步移动时，可通过计算机算出人体同一高度若干点 的坐标值，从而可测得人体表面的全部数据。这种 方法精度较高，但要求人体在几分钟内保持姿态不 变就较难，虽然激光剂量小但一t L , 理上仍有压力。 3 3 莫尔条纹测量法【3 , 7 , 1 0 自M e a d o w s 等1 9 7 5 年提出奠尔轮廓法以来， 在此基础上提出了影像( S h a d o w ) 莫尔法，投影( p r o j e e t i o n )

9、 莫尔法，扫描( S c a n n i n g ) 莫尔法，及它们的改 进方法，使奠尔等高线三维测量技术不同程度地达 到实用化程度。莫尔条纹测量法即投影莫尔法，是 应用光栅的阴影( 投影) 和光栅形成的莫尔条纹来进 行人体数据测量。但莫尔条纹在计算机自动处理时 遇到的难点是条纹峰值及条纹级数的自动确定，以 及人体表面凹凸性自动识别，此一方法适用于人体 曲面测量，但测量精度不够高，近期有的学者对此作 了改进，提出了投影光栅相位测量技术，以改进上述 之不足。 3 4 L o u g h b o r o u h g 人体影子扫描装置 由英国L o u g h b o r o u h g 大学研制的

10、该设备如附 图所示，它相当于立体摄影测量法，当一个人站立不 动时，投影在其身上的光线将被电视摄影机录取下 来，身体形状由一系列横切面表达，并以平面方式， 各以1 6 点拉曲线表示。此程序重复3 2 片平面，每 一片都与有关骨骼标记相关连，从而重建三维身体 的表面模型。L o u g h b o r o u h g 大学与马莎百货公司 现正利用此方法通过搜集三维人体数据来研究人体 的体型。 3 ，5T C 2 分层轮廓测量方法【9 J 1 6 台投影仪和“台摄像机与人体转盆的捧列 1 、被测人体；2 、3 4 x 投影仪； 4 , 5 、7 一摄像机；6 、1 0 一转盆； 7 、蝴像机；9 、

11、投影仪 T 口美国纺织及服装技术中一I L “ 是通过选用白光 分层轮廓测量方法，以取得人体全身的三维数据。 与密栅云纹法相似，它利用白色光源来投影正弦曲 线在物体表面。当物体不规则的形状令投射的密栅 影子变形，产生的图样将可表示物体表面的轮廓，并 用6 部摄影机检测，然后单个的影像将合并成一完 整图像。 3 6C y b e r w a r e 全身扫描系统 与上述的莫尔投影法不同，英国的C y b e r w a r e 公司于1 9 9 5 年引进一个商品化的全身扫描机W B 2 和W t M 。此设备用激光扫描三角测量技术来获取 三维影像。通过工作站的软件来控制整个扫描及移 动过程。完

12、成一次扫描仅需几秒钟。使用者可用工 作站上的图像工具来看扫描结果，把多个扫描图像 结合起来就构成一完整的人体模型。 3 7 投影条纹相位测量法L 2 J 此方法是一种基于光学干涉计的相位测量技 术，采用一般的白光照明，将光栅投影到人体表面， 对投影在人体表面的光栅图象进行相位测量，从而 获得人体三维尺寸。近年来，由总后军需装备研究 所和北京服装学院共同研制的“人体尺寸测量系统” 就是应用“双视点投影光栅三维测量”原理，通过普 通白色光源，摄取人体前后投影光栅的相位变化，来 取得人体三维信息。通过数据处理，可获取服装设 计所需的尺寸，还可根据需要获取人体图象上任一 点的三维座标。通过人机交互操作

13、，可方便地进行 岛口。口。 邑D口詈口B帽 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第二十二卷第四期2 6 3 【6 3 】 非织造土工布蠕变性能的测试分析 彭涛 ( 青岛大学纺织服装学院，青岛，2 6 6 0 7 1 ) 擅要：采用光杠杆法对非粤 造土工布蠕变量进行测试。根据宴测曲线对建立的线性三元件模型进行参敷拟台。该模型可 较好地描述非织遣土工织物的蠕变性能。 关量词：非织造布土建织物蠕变性能力学模型测试分析 中图法分类号：T S1 7 65

14、 蠕变是指纺织材料在一恒定张力作用下，其变 形随时间的变化过程。它是揭示纺织材料应力一应 变一时间关系的一种基本方法。土工布作为加强材 料应用时，由于长时间受到持续载荷的作用，必须具 备两个主要的功能，即在长时期的工作过程中保持 其强力和只发生很少的蠕变量。文中采用了可测试 微小位移的光杠杆法对非织造土工布的蠕变变形进 行了测试。根据实测曲线，对力学模型进行了参数 拟合。该模型可较好地描述非织造土工布织物的蠕 变性能。 I 试验与分析 1 1 光杠杆法测试原理 光杠杆法是利用光杠杆的等效放大原理，可测 出微小的位移。图1 为光杠杆法测试装置示意图。 其中各元件的名称或作用为，0 为土工织物，1

15、 、2 为 上下夹头，3 为使织物产生恒定负荷的重物，4 为反 光镜，5 为点光源，6 为钢性杆，7 为测量板。如图2 所示，开始时反光镜4 ( 用M 表示) 的法线O O 在水 平位置。试验时在重物3 作用下，土工织物会发生 蠕变，从而带动钢性杆移动，使反光镜4 转动一个角 度而至M ，法线也转同一角度至O N 。根据光的反 射定律，从O 发出的光将反射至O 。O O “ ，O O 及 E O 。的长度可以测量出，变形较小时，由几何关系得 出蠕变量E F t 0 5 E O ”a r c t a n O O O O ”。 1 2 试验结果分析 试验材料：丙纶短纤针刺非织造土工布，重量为 3

16、0 0 9 m 2 ，厚度为2 4 m m ，试样尺寸为2 0 0 5 0 n m l ， 恒定应力为7 0 c N n 2 。 从图3 中可以出，在一恒定负荷( 悬挂约8 4 N 的重锤) 作用下，试样的形变随时间的延长而变化。 刚开始时，其形变随时间的延长急剧增加，在达到一 0 0 0 0 0 o 。0 。口0 0 0 在线和离线测量，并可满足单人特体测量和现场快 速测量的需要。 3 8 新的非接触测量法 此方法主要是经C C D 或C M O S 成像实现三维 人体尺寸的非接触测量，属光电法。与光学图样法 相比，它具有环境适应性好、柔性好、测量范围宽、图 像信息易于管理等特点。目前伦敦大

17、学研究人员正 在研制新型计算机人体扫描系统，就是通过低功率 的传感器对遍布人体全身的3 万个测量点进行测量 而得到精确的人体虚拟三维图像，以获得精确的人 体三维尺寸。 4 总结 从以上国内外的研究情况来看，人体尺寸自动 测量技术正迅速进入服装设计与加工这一传统而又 充满活力的领域，成为提高服装产品市场竞争力的 潜在动力。通过深入分析可以得出以下结论：1 、这 些系统的价格普遍在十万元以上，其成本高于它们 所带来的益处，实用性不强。2 、这些方法虽然都在 一定程度上解决了人体尺寸的非接触式自动测量问 题，但所测结果没有排除人体着装的影响，所得到的 仍然为人体的着装尺寸，与服装业对人体测量的要 求

18、以及C A D C A M 技术的要求仍存在一定的差距。 因此，自动、快速、准确、低成本应当成为今后研制三 维人体测量系统的主要特征。 参考文蕾 1 张方斌： 服装工艺学一结构设计分册 M 北京：纺织工业 出版社，1 9 9 3 2 5 3 7 2 丁其湄，荣国渡，苏红宇：相位测量技术在人体尺寸自动测量 中的应用 J ，| E 京服装学院学报) ，1 9 9 2 ( 2 ) 3 朱辉，杨建国，张瑞云：( 电脑服装设计 M ) ，上海：复旦大学 出版社。1 9 9 6 1 3 8 1 4 5 4 黄宗文，吕逸华等I 青年女子体型测量与分析研究 J ，“t 京 服装学院学报) ，1 9 9 9 (

19、 2 ) ，6 3 6 6 5 S c h n e i d e r CT ，S i n m e i c hK C o n c e p to fo no p t i c a lc t x 舶t e m e a s u r t m 扯t i tn m c h i 舱P r o cS P I E J ，1 3 9 5 ：8 1 6 8 2 1 6 C h o g l eAG O p t i c a la n dd i g i t s lp m c e e , m 】gt e c h n i q u e si nam a c h i n ev i 萄o nm e t m l o g ys y s t

20、d n O p f i c a lE n g i n e e r i n g J ，1 9 8 9 ，2 8 ( 1 2 ) ：1 3 1 1 1 3 1 6 7 M e a d o w s D M ，e t a lG e n m - a t i o n o fs u r f a c e c o n t o u r s b y m o i z ep a t t e r n s ，A p p b e d O p t i e s J ，1 9 9 0 9 ( 9 ) ：1 4 6 7 8 H e m i c k sM ，t - l 矾t ys “LS C oT h 豁C u s t o m - F

21、 i tJ 叫” A p p a r e lI n d u s t r y M a g a z l n e 1 ，1 9 9 5 ( 3 ) ：3 2 3 4 9 T a l t N S A M A B C A DT e x t i l e A 萄a J ，1 9 9 8 ，( 2 ) ：3 7 1 0 Y u ，WM ，F l a r l o e kSC 。Y e c h n l q u eK W “C o n t o u rM e * 一 s u r 锄朗乜o fM o u l d e db r a 疆i e r eC u p sU s i n gaS h a d o wM o i r e T e c h n i q u e ”，P r o c e e d i n g so fT h i r dA r i a nT e x x l i eC o n f e r e a c e ， 1 9 9 5 ( v o l1 ) 3 0 0 - - 3 0 8 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark