三维参数化人体建模的体型分类方法

西安工程科技学院学报

Jo urnal of Xi’an University of Engineering Science and Technology

　第21卷第3期(总85期)2007年6月Vol.21,No.3(Sum No.85) 文章编号:16712850X(2007)0320326205

三维参数化人体建模的体型分类方法

谷　林1,张　欣2

(1.西安工程大学计算机科学学院,陕西西安710048;2.西安工程大学服装与艺术设计学院,陕西西安710048)

摘要:分析了国标中按照胸围腰围差值将人体体型分类所存在的问题.根据对300多位18～24

岁女性的实际测量数据,通过聚类分析,提出了人体体型分类必须按基本部位进行.并以女体体

型分类为例,给出了体型分类的基本部位及分类指标,确定了影响各部位围度形状的关键数据.

关键词:人体体型;参数化人体;人体围度曲线;体型分类

中图分类号:TS941.26 文献标识码:A

近年来,随着服装业竞争的加剧和消费者对服装合体性、舒适性要求的提高,服装的个性化、小批量、快速生产已经成为一种趋势,对服装的三维CAD设计也提出了新的要求.三维参数化人体建模不仅是实现三维服装CAD的核心技术之一,同时也是家居、汽车等与人体相关的三维应用环境所依赖的技术.三维参数化人体建模通过对有限个人体基本部位特征数据的调节来改变人体的体型,实现具有三维显示效果的数字人体.因此,研究人体体形特征的数字化、参数化,建立人体体型的数学模型,用数学的方法来描述人体体型显得尤为重要.

在服装设计中,我国各企业使用的人体号型标准不完全统一.它们大都仅靠身高、体重、胸围、腰围、臀围数据指标,将人体进行简单直接的分类.我国现行的国家服装号型标准是1997年《服装号型》标准经过第二次修订后,于1998年6月1日正式实施的,该标准以人体净胸围和净腰围的差数为依据划分人体体型,将人体体型分为苗条、标准、稍胖、肥胖等4类[1].这种简单分类已远远不能满足业界在人体建模时对人体体型乃至对人体关键部位围度形状细化的要求.随着人体测量技术的发展,人体数据的采集越来越容易,但是,在众多的人体数据中哪些数据是描述人体体型的数据,哪些数据又是适合作为体型特征参数的数据,至今没有统一的标准[2].本文通过对大量在校女大学生人体测量数据的统计分析,在借鉴、对比以往的女体体型分类方法的基础上,提出了一套参数化人体建模中体型分类的指标,并通过编写计算机图形模拟显示程序,对所制定的指标进行测试验证,结果表明了本分类指标的合理性.

1　体型分类基本部位的选择

基本部位是通常能够粗略反应人体体型情况,便于测量并被大多数人熟知的服装常用量身部位.这些部位应对应于构成服装整体的某一服装部位,且与人体其他部位的尺寸具有较高的相关程度,以便用人体基本部位的尺寸计算出人体其他部位尺寸[3].

利用法国力克公司生产的非接触式激光三维人体扫描仪,对300余名年龄在18～24岁之间的在校女大学生进行精确测量,获取了身高、颈臀距、腰膝距、下体长、腰高、臀高、臀后突点高、会阴高、腹高、腹部前

收稿日期:2006203209

基金项目:陕西省科技厅工业攻关计划项目(2007K07211)

通讯作者:张欣(19562),女,陕西省西安市人,西安工程大学教授.E2mail:xianzhangxin@https://www.docsj.com/doc/5713490094.html,

突点高、肩胛骨高、胸高、颈椎点水平距、颈窝点水平距、腰围水平距、臀前突点水平距、胸前高点水平距、胸后点水平距、腹前突点水平距、腹后高点水平距、颈中围、颈根围、上体左侧躯干长、上体右侧躯干长、肩宽、左肩幅、右肩幅、左肩斜角、右肩斜角、前胸宽、乳间距、左肩颈点至乳峰点长、右肩颈点至乳峰点长、胸围、胸腔带围、下胸围、后背宽、背长、腰节长、腰臀距、上裆总长、腰围、左腰臀长、右腰臀长、上臀围、臀围、臀部后突围、腹围、腹部前突围等反映人体长度和围度的有效数据

.

图1　女大学生数据聚结树如图1所示,在测量数据中选

择对人体体型影响较大的数据进行

系统聚类分析,得到聚结树形图.系

统聚类法的基本原理是将一定数量

的样品各自看成一类,根据样品之

间的距离将距离最小的样品合并成

一类;然后再考虑合并后的类与其

他类之间的距离,再进行合并;重复

这一过程,直至将所有样品合为所

要求的类数.类与类之间的距离有

许多定义方法,不同的定义就产生

了系统聚类的不同方法.本文采用

样本间的相关系数作为衡量样本间

距离的指标,用个体之间最大相关

系数来定义类与类之间的距离.

从图1中可以看出,由于女体

曲线特征明显,围度、宽度特征绝大

多数由胸围、腰围、臀围共同决定.

这三围是构成服装并反映服装合体

度的重要部位,且被大多数人熟悉.

因此,反映女体躯干部体型的基本

部位应是胸部、腰部和臀部.

2　基本部位截面的曲线

形状变化

由于人的形体千差万别,几乎

找不到完全相同的两个个体.因此,

需要利用有限个体型来归纳反映无

限的形体.所谓体型是由各种标准

所定义出的外形特征,体型是一种类别,因而有一个范围,只要变化不

超过此范围,则认为体型没有改变.体型所表达的是一个整体特征,这种特征将千差万别的形体类别化.在服装设计生产中,必须根据体型的分类制作出相应人台.合理的体型分类不仅能正确地反映人体形状的变化,而且可以简化人台的研制从而降低其成本.

表1　我国国家号型标准中成年女体体型划分体型代号Y A B C 胸围与腰围差24～1918～1413～98～4到目前为止,人们惯用的人体分类

方法一般是通过人体的一些关键长度和围度的尺寸将整个人体体型进行直接的分类.比如我国国家号型标准中,将成年

女子的胸围与腰围两个尺寸作为服装号型的基本尺寸,用胸腰差的大小来划分人体体型,分为Y 、A 、B 、C 等4种,如表1所示.

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这种划分方法并不能很好地反映女体的体型变化,实验结果也验证了这种情况.

选取胸围与腰围差相同的同龄女体(以下分别称女体1、女体2和女体3),按国标体型分类法显然应属于同一体型.然而,当分别截取其胸部、腰部和臀部时,可看到如图2所示的截面曲线.从图2中可以清楚地看出,虽然胸围与腰围差完全相同,但三围的截面曲线形状有着很显著的不同.事实上,在对大量的女体截面曲线进行比较时发现,当胸围腰围差相等时,女体的三围形状都存在着多种变化,而胸围腰围差不同时,也会出现曲线形状相似的情况,且三围形状分别变化.因此,本文提出,对人体体型分类必须分部位进行,应按照影响各部位的主要因素进行分类.在描述人体体型时,也应标明该体型为X 型胸、Y 型腰、Z 型臀

.

(a )女体1胸围截面 (b )女体2胸围截面 (c )女体3

胸围截面

(d )女体1腰围截面 (e )女体2腰围截面 (f )女体3

腰围截面

(g )女体1臀围截面 (h )女体2臀围截面 (i )女体3臀围截面

图2　同类体型人体的三围截面曲线

3　基本部位的分类指标

利用法国力克公司生产的非接触式激光三维人体扫描仪对300余名年龄在18～24岁之间的在校女大学生进行精确测量,获取大量反映人体长度和围度的有效数据.这些数据固然能对人体体型进行很好的描述,但数据种类繁多,其中有些数据对大多数用户来说较难测量,且不易统一测量标准.通过对数据的整理,首先将数据按前面所定的基本部位分类,即分为胸部数据、腰部数据和臀部数据.然后选择基本部位围度截面曲线明显不同的人体,对比其对应数据,提出以下分类指标:

(1)　胸部分类指标　经过对胸部特征尺寸与胸部数据之间进行相关性分析,发现胸上围形状与身高、胸前后点水平距之比的相关性最高,而胸围形状与胸围与下胸围之比、胸围与乳间距之比、胸围与前胸宽之比、胸前后点水平距之比的相关性最高.因此,取胸围与下胸围之比、胸围与乳间距之比、胸围与前胸

823 西安工程科技学院学报 第21卷

图3　三维参数化人体模拟显示程序运行界面

宽之比、胸前后点水平距之比

作为胸部形状分类指标.

(2)　腰部分类指标　经

过对腰部特征尺寸与腰部数

据之间进行相关性分析,确定

身高与颈腰距比、腹前突高与

腹高差、腹前突围与腹围比、

身高与腹突高比、腹突围与腰

围比作为腰部形状分类指标.

(3)　臀部分类指标　与

以上方法类似,经过对臀部特

征尺寸与臀部数据之间进行

相关性分析,确定臀高与臀突

高差、身高与臀高突高差之

比、臀围与上臀围之比、臀后

突围与臀围之比作为臀部形

状的分类指标.

按照以上各部位的分类

指标,对人体各基本部位数据

进行聚类分析,分类数量从3

类开始逐渐递增.通过对不同

分类数的聚类分析结果进行

对比,发现将各基本部位分为

7～8类能够较清晰地区分出

人体各部位的特征形状.4　系统实现

该方法通过在C ++Builder 环境下编程实践,获得良好的造型效果.程序运行界面如图3所示.通过用户输入各分类指标涉及的数据,可以显示出对应形状的人体模型,并可通过旋转从任意角度观察人体形状.

5　结　论

(1)　表现人体体型的数据繁多,使用所有测量数据不论是从生产企业还是从事与人体相关的设计者的角度考虑都是不现实的.尤其是三维人体的参数化表示,需要通过少数的几个人体特征数据准确判断出人体体型.

(2)　由于人体的高、矮、胖、瘦不同,因此,简单的使用部分直接测量数据来描述人体体型,尤其是在区分人体围度形状上是不科学的.事实证明也是不准确的.

(3)　由于属于同一体型的人体,在身高等方面的差别会导致其在各种其他数据上的差别,因此,以往使用特征数据的差值来判断体型的方法是不合理的.

(4)　究其以上原因,经过对比分析,当使用基本部位的某些关键数据之间的比值来描述其围度形状时,效果良好.

参考文献:

[1]　于晓坤,王建萍.人体体型与服装号型的匹配关系及其在电子商务中的应用[J ].东华大学学报:自然科学版,2003,29

(1):43248.

9

23第3期 三维参数化人体建模的体型分类方法

033 西安工程科技学院学报 第21卷

[2]　王花娥.女性人体躯干部分体型特征参数探讨[J].北京纺织,2005,26(5):59261.

[3]　夏鹏泽,曾长松,俞咏涛.人体基本部位尺寸变化研究[J].中国人体防护装备,2002,15(3):18220.

[4]　刘正,张欣.基于逆向工程技术的虚拟个性化人台的制作[J].天津工业大学学报,2005,24(3):38240.

A method of som atotype for3D parametric modeling of hum an body

GU L i n1,Z H A N G X i n2

(1.School of Computer Science,Xi′an Polytechnic University,Xi′an710048,China;

2.School of Fashion and Art Design,Xi′an Polytechnic University,Xi′an710048,China)

Abstract:According to t he state standards,bodily form is classified by t he difference between circumfer2 ence and waistline.The existed problems in t his classificatio n are analyzed.By measuring more t han300 females between18and24years old,t he accurate data of female body are acquired.These data are ana2 lyzed by clustering.As a result,a met hod of so matotype is argued in accordance wit h basic part s of body.This met hod is cited in female somatotype,and t he basic part s of female somatotype and t he clas2 sification indexes are also given.Finally,t he key data of influencing t he circumference shape of basic part s are determined.

K ey w ords:human bodily form;paramet ric human body;human body circumference curve;somatotype

编辑、校对:武　晖(上接第321页)

参考文献:

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[2]　姚穆,周锦芳,黄淑珍,等.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2003:76280.

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[4]　任忠海,郭雅琳,刘德钧,等.等离子体引发亚麻化学改性的研究[J].纺织学报,2005,26(2):48250.

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[6]　何文元.改性苎麻纤维的性能研究[J].上海纺织科技,2004,32(2):13215.

Study on flax f ibers modif ied by alkali2urea

Z H A I X ue2j un1,GUO Yan2,B EN De2pi ng2,Q I A N X i an2,H A N f en g2li2,GA O Qi ang2

(1.School of Science,Xi′an Polytechnic University,Xi′an710048,China;

2.School of Textile and Material,Xi′an Polytechnic University,Xi′an710048,China)

Abstract:The varity of flax fibers p hysical mechanical p roperties are st udied when t he fibers modified in t he alkli2urea.The ort hogonal experiment met hod is applied to select t he prime properties,such as bat h ratio,temperat ure,time,alkali do sage,urea do sage etc.In t his way,flax fibers not only can keep orig2 inal characteristic,but also t he fibers can be more soft and flexibility.Meanwhile,clearly crimp in sur2 face of flax will be usef ul for spinnability and increase t he flax p roduct value.

K ey w ords:flax fibers;chemical modified;crimp performance

编辑:董军浪;校对:武　晖