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国内外服装用人体数据库调查与分析

2015-03-10刘咏梅张小雪郭云昕

纺织学报 2015年6期
关键词:体型尺寸服装

刘咏梅,张小雪,郭云昕

(东华大学 服装·艺术设计学院,上海 200051)

国内外服装用人体数据库调查与分析

刘咏梅,张小雪,郭云昕

(东华大学 服装·艺术设计学院,上海 200051)

人体体型数据是服装设计开发和生产制造的基础依据。人体体型数据库提供了人体体型的大数据平台,实现了人体体型数据的数字化储存和检索,为人体体型特征研究和成衣设计生产提供了重要的技术支持和数据支撑。通过探讨服装业对人体数据的更新需求及人体数据的获取方法、发展趋势等;并经过多渠道调研,汇总国内外22个人体数据库的研究建立、运行使用以及数据含量等基本情况,基于尚在运行使用中的数据库进行框架特征和功能分析,为人体数据库的查询使用和研究建立提供借鉴。

人体体型数据;人体测量;数据库框架;数据库功能

人体体型数据在服装设计生产中有着重要的作用。人体体型大数据基础是服装设计制造中号型归类和规格设计的重要依据,建立数据库平台实现人体体型大数据的数字化储存和检索,为研究人体体型特征、群体体型特征变化,为企业生产制造提供必要的数据支持和技术支撑。

国内外对该方面的研究都在持续积极探索中,关于人体体型数据库(简称人体数据库)的建立,英国、美国、日本和韩国等国家开始较早且已有了较权威的数据库平台,国内起步较晚,仍处于探索阶段。我国服装业规模巨大,随着服装生产制造的品质要求提升,对人体体型的研究以及人体体型大数据的查询成为必然。以此为出发点,调查分析国内外人体数据库的基本情况,对比数据库框架和功能,为我国服装用人体数据库的研究和建立提供借鉴。

1 服装用人体数据更新需求和获取

1.1 人体体型数据的更新需求

服装行业学术研究和企业对人体数据有着越来越多的更新需求:随着生活习惯和饮食习惯的变化,人们的体型也发生了变化,测量跟踪并更新人体体型成为迫切需要;基于人体体型大数据基础的号型归类和规格设计为我国本土服装品牌提供了服装结构设计的基础依据;国外品牌进入中国后,亟需掌握目标消费人群的体型,设计和制作适合中国人人体的服装;同时,行业对特定人群如儿童和老年人的人体尺寸和体型,以及特定部位的尺寸如文胸设计所要求的胸部详细尺寸提出了更多的要求。以上种种,无一不反映出对服装用人体数据更新需求的迫切性。

我国标准化研究院于1986—1988年首次进行了全国人体尺寸测量,初步建立了国家级人体尺寸基础数据库,并据此制订了服装号型国家标准GB 1335—1991《服装号型》,这也是过去使用较多的标准。2009年,中国标准化研究院历时4年,采集了23000份不同年龄的中国人三维人体尺寸数据。然而,如今服装研究需求的人体尺寸数据仍旧无处可查,相关研究只能从测量人体开始,耗费大量的精力和财力。

1.2 服装用人体数据的获取

人体测量技术的发展经历了由手动的、接触式的、二维的阶段,向自动的、非接触式的、三维的阶段的发展过程,自动测量和利用计算机处理分析数据成为发展必然。

1.2.1 人体测量技术及发展趋势

依据测量时是否接触人体,测量方法可分为接触式测量法和非接触式测量法[1]。接触式测量包括马丁测量法(Martin),滑动量规法复模法(sliding gauge)和复模法(replica)。从扫描技术的原理上讲,非接触式测量主要包括激光测距获取点云,红外线技术扫描、立体视觉(stereo vision)获取点云,超声波法、以及白光相位法(即莫尔条纹法)等。国外较为成熟的设备有美国[TC]2公司的三维扫描仪、德国Techmath公司的测量系统、美国Cyberware公司的扫描设备和日本的Harnamatsu系统等。通常这类设备价格昂贵、占用空间大并需专业人员来操作。

近几年,深度相机吸引了众多研究者的关注,它拥有传统的三维测量系统所不具备的一些优点,如较低的价格及较高的拍摄速度等。按技术实现原理,深度相机主要分为2类[2]:第一种基于飞行时间(TOF,time of flight),如 Mesa Imaging、PMD Technologies、3DV Inc及Canesta等公司研发的深度相机;第二种方法类似结构光编码(the light coding),代表性的有 PrimeSensor深度相机及Microsoft Kinect深度相机。

国内有较多研究将微软开发的Microsoft Kinect体感设备应用到三维人体测量及建模当中。这类深度相机虽然成本低,使用灵活,操作简单,但直接获取的点云数据通常带严重噪声和孔洞,分辨率低。为解决该问题,微软研究院的科研人员提出了Kinectfusion算法[3],大幅地提高了扫描的质量。

以美国[TC]2三维扫描系统为例,与以前的白光相位法不同,从2012年第5代三维扫描仪KX-16开始,包括现在最新的版本 TC2-18均采用Primesense公司的depth sensor技术,在价格和体积上均有改善[4]。需要说明的是,微软的 Kinect及[TC]2公司所使用的 Primesense sensor均采用Primesense公司生产的RGBDepth芯片,因此其本质上是相同的。

1.2.2 人体数据的特征和属性

随着三维人体扫描仪的发展,服装用二维尺寸数据从传统的手工测量和记录,发展为软件处理人体模型并自动提取出二维尺寸,扫描的人体模型作为原始的人体整体数据逐渐被利用起来。按照数据属性,人体二维尺寸可分为高度、围度、宽度、厚度、长度和角度等;按照所在的部位,人体二维尺寸又可分为颈部尺寸、肩部尺寸、胸部尺寸、腰部尺寸和臀部尺寸等。

1.2.3 人体测量采样方案

开展人体测量活动时,应该依据测量的目的选择合适的抽样方法。抽样大体上可分为随机抽样和非随机抽样。随机抽样的最大特点是可用样本数据对总体参数进行估计,并计算总体参数可能落入的区间范围,从概率样本中所获信息的含金量是较高的。随机抽样包括简单随机抽样、分层随机抽样、整群随机抽样、系统抽样和多阶段抽样5种。服装用人体测量大都采用简单随机抽样和分层整群抽样。如国家标准研究院在20世纪末设计的人体体型尺寸测量的抽样方案即采用后者:对层进行分类,阐述群的组成,从群的设计效应来计算群的大小;结合估计的目标量采用总体分位数得出估计量的精度;最后,依据估计量的精度得出简单随机样本的样本量,将群的设计效应考虑进去可得分层整群抽样所需的样本量[5]。

2 国内外服装用人体数据库调查

2.1 国内外服装用人体数据库调查状况

国内外服装用人体数据库调查采用文献调查、网络调查、电话调查和问卷调查等方法,在2013年9月至2013年12月期间完成。

调查历时3个月,通过查阅文献、网上搜索和邮件、电话联系等途径,共调查到国内外人体数据库22个,如表1所示。其中:存在相关文献可供查阅的数据库有17个;联系知情人,获取10个相关数据库现状的一手资料;8个数据库有相关的网站平台或网页介绍;10个数据库使用现状为正常,通过付费即可获取数据库中尺寸数据、数据统计分析结果和报告等;8个数据库使用现状为停止,停留在文献研究阶段,并未在实际中应用;另有4个数据库的使用现状为不详,未查到这些数据库的使用现状。

表1 国内外人体数据库使用现状Tab.1 Use of body size database domestic and overseas

2.2 国外人体数据库状况

在调查到的8个国外大型人体数据库中,已确定有7个可正常使用,并在网上可检索到数据库网站或网页链接。这7个人体数据库分别包括英国的SizeUK和 ShapeGB、美国的 SizeUSA、泰国的 Size Thailand、韩国的 SizeKorea、日本的 Size-JPN9294和Size-JPN0406人体数据库等。

CAESAR项目建立的三维人体体型库,结合采用三维人体扫描和手工测量的方法,对涵盖意大利、荷兰和美国等国家约5000名年龄在18~65岁的个体进行人体数据的收集[6]。其中:在意大利和美国使用Cyberware WB4三维人体扫描系统;在荷兰使用Vitronic公司的Viro 3D Pro扫描仪[7]。

英国人体数据库SizeUK项目始于2001年,是世界上首个采取人体扫描作为首要手段来获取测量数据的全国性人体尺寸调查[8]。该项目由政府带头,全国17个零售商以及众多院校、公司机构等参与合作。现在SizeUK中的数据由英国Sizemic公司代为销售,为众多服装企业及相关研究提供有偿服务[9]。

SizeUK数据库是针对英国17岁以上的人体进行测量建立的;2009年,英国又开展了名为ShapeGB的针对0~17岁年龄段的人体数据库项目。ShapeGB是一个半公半私的由6个主要零售商、5所院校及一些公司和机构进行合作的项目[10]。2013 年初,Manchester Metropolitan University和ASOS服装公司等的合作项目Size Nottingham将对360位老年人体型数据进行收集[7]。

美国的SizeUSA和SizeUK较为相似。使用SizeUK和SizeUSA数据库可生成24000页的报告,包括每个测量项目的含义、最大值、最小值、频数(总共的或依照年龄、地区、群体和民族等),所选群体的三维体型分析,测量数据和三维体型的相关性分析表等[11-12]。2007 年,Maria等为 SizeUK 人体数据库开发了一系列的三维体型分析工具[13]。

泰国的SizeThailand由政府和服装企业等投资,政府、纺织机构、服装企业和高等院校等参与完成。SizeThailand历时14个月,覆盖全国5个地区,设置了13个数据信息采集点,收录了13442个个体的人体数据信息。最终得到每个被测者超过140个人体尺寸数据,三维人体形状以及一些健康、饮食、生活方式等信息[14]。

韩国的SizeKorea是由韩国技术标准院为构建依据性别和年龄层而变化的身材指数数据而进行的调查。该调查始于1979年,每隔5~7年就会进行一次,截止目前已进行了6次调查。其中,第6次调查是针对14016名7~69岁的男女人体进行直接测量,其测量项目包括身高、胸围和体重等126项;另外还选择了848名20~30岁的男女,进行三维扫描[15]。

日本的Size-JPN9294和Size-JPN0406人体数据库是由日本的HQL机构完成。在1992—1994年,HQL运用手工测量、马丁测量仪和三维扫描仪相结合的方法,建立起年龄覆盖7~90岁的人体数据库Size-JPN9294。2004—2006年,该机构对上述数据库进行更新和补充,形成Size-JPN0406。此外,HQL还对人体局部形态(比如手)建立起数据库;对在日本居住的外国居民建立起专门的数据库,对儿童和老年人等均有相应的数据库[16]。

Body Browser是Google于2012年初对所有用户公开的人体数据库。该数据库是Google团队基于Html5的 WebGL 3D技术,运用 Zygote Media Group提供的人体图像开发而成。简单地说,用户可通过谷歌浏览器在bodybrowser.googlelabs上浏览人体数据模型包括人体模型、肌肉、骨骼甚至是内脏和血管等的三维视图。然而,这只是提供给用户直观的三维人体模型进行浏览,人体模型浏览可按性别、人体表面皮肤、骨骼、内脏和血管等方式浏览。

2.3 国内服装用人体数据库状况

本研究共查到14个国内人体数据库,其中仅有3个数据库正常使用。分别是苏州大学的人体数据库SizeCN、西安工程大学的中国西部三维人体数据库和北京服装学院爱慕人体工学研究所的人体数据库。

苏州大学的SizeCN是由尚笑梅教授带领的团队从2006年起,耗时6年构建完成的。至该平台搭建好时,已收录3000多人的体型信息,以体表大类数据为主,可推算出人体细部尺寸。该项目实现了多元人体测量数据的自动处理和特征的智能提取;建立了二维手工测量数据与三维自动测量数据的关联关系;通过对数据分析验证,手工和三维测量技术规范制定、归类及产业数据提取、数据容量与分配的抽样方法等体系内容的研究,完成了大类服装人体信息数据库建设。

西安工程大学的人体数据库依托项目“中国西部三维人体数据库的建立及应用研究”,由张欣教授及其团队完成。研究人员选取实体关系(E-R)模型设计数据模式,采用MS SQL Server2000作为数据库,结合C/S和B/S结构系统的各自的特点,建立了三维人体数据库的物理结构[17]。实现了以陕西省服装工程技术研究中心为基地的内部、外部信息的保存与共享。三维人体数据库系统实现了包括背景信息、测量数据及扫描信息的录入,以及系统维护、权限管理等功能[18]。同时,可为个人、企业和科研人员提供三维人体测量数据的浏览、查询和统计分析的功能。

北服-爱慕人体工学研究所的人体数据库,收录有文胸相关尺寸数据。截止到2008年,该研究所陆续为数千名中国女性进行人体测量,建立了中国女子人体体型数据库,征集有效数据近百万条,该体型数据库可按不同年龄段、身高段、出生地等条件进行查询和简单数据分析。此外,研究所还开发了人体体型数据分析与管理软件。

东华大学近些年也有很多建立人体数据库的研究和项目。赵微[19]利用VB对统计软件SPSS进行二次开发,形成了人体数据信息系统应用程序。李惠敏[20]提出将MatLab和Web有机结合起来,建立并实现对象关系型人体测量数据库,完成了人体三维在线建模,丰富了信息查询模块的内容与形式。王鹏[21]采用java card技术,将表示人体3D信息的点云数据一并存入卡内,客户定制服装时,读取卡内的信息,可快速模拟出该客户的三维虚拟人体,进而可完成虚拟试穿。任天亮[22]结合Visual C++2008和SQL Sever2008,完成软件的界面设计,利用ODBC来管理和访问数据库。时延文[23]针对男西装中用到的人体尺寸信息,运用Visual C++结合ADO数据库访问技术建立友好的程序界面,实现对人体数据信息的查询、删除、添加和统计等操作。然而,据调查,这些数据库并没有保存下来。

3 国内外人体数据库对比分析

对正常使用中的人体数据库,从框架和功能2个方面进行对比分析,得到国内外服装用人体数据库的研究现状及国内同国外人体数据库研究的差距。

3.1 人体数据库框架

在进行前期的数据采集工作时,精确的采集方法和完整的采集项目,为后续数据库的顺利搭建提供了保证。分析现有数据库数据信息的采集方法和数据库规模等是必要的。

国内外人体数据库均采用三维扫描为主,辅助以手工测量的方法进行采集数据,国外有3个数据库还进行了关于生活方式和消费习惯等的问卷调查,国内仅有1个。

对各数据库按照开始研究时间的先后进行A到J的编号,其中数据库B、F和G为国内人体数据库,其余为国外人体数据库。以研究时间为横坐标,数据库收录人体总数为纵坐标做象限图(如图1所示)。其中,A人体数据库于1992—1994年建立,收录个体总数在3万以上,远远高于其他数据库,暂不显示在象限图内。从图1中可看出,国外对人体数据库的研究时间开始较早,除E、I数据库以外,其余国外人体数据库收录个体数目均在10000以上。国内数据库多在2000年以后,收录总数在2000~5000人之间。所以,从研究时间和数据库规模上的角度分析,国外人体数据库都领先于国内人体数据库,尤其是规模上,国内仍有较大的提升空间。

图1 数据库建立时间和规模象限图Fig.1 Establishment time and scale of database

从数据库收录个体性别比例(见图2)来看,极个别的数据库中仅收录女性尺寸,绝大部分的数据库是包括男体和女体的尺寸,且从调查中可知,在男女均有的数据库中有2/3的数据库男体和女体各占一半。

图2 数据库收录个体性别分布Fig.2 Gender distribution proportions for sample in database

国内外人体数据库收录个体在年龄上具有较广的覆盖面(见图3)。然而,在收录总数一定的前提下,年龄分布越广,某年龄段内个体数目越少,与之对应的统计分析结果的覆盖率和精准度降低。所以仅考虑年龄的横向广度是不够的,更应该纵向加大某年龄段内个体的总数,这也是国外有些数据库近些年来的研究热点,如在继SizeUK之后,英国于2009年又开展针对0~17岁年龄段的人体数据库项目ShapeGB和2013年初开展的针对老年人的Size Nottingham合作项目。

我国在建立人体数据库时在性别和年龄上应尽可能覆盖面广,同时对每种性别和年龄段的样本量需运用统计学原理进行确定。数据库中每个样本的数据信息应包含基本信息、二维尺寸信息和三维人体模型。另外,一些特定目的如文胸研究和对老年人体型研究等,对人体数据库提出了更高的需求,需要数据库在建立初期测量时即要考虑收录个体的特征和每个个体尺寸项目等。

图3 数据库收录个体年龄分布Fig.3 Age distribution for sample in database

3.2 人体数据库功能

调查发现,现存人体数据库的功能大都集中在数据统计、体型分析、人体建模和生成报告等4大功能:1)数据统计,是指对数据库中某些尺寸进行简单地统计分析,如均值分析、方差分析和最大最小值分析等。现存的国内外人体数据库都有数据统计功能;2)体型分析,指数据库具备按照一定的人体尺寸和某种标准对相似人体进行归类的功能。体型表达的是一个整体特征,这种特征可将千变万化的形体类别化。如国际上通用的BMI身体指数、我国国标中将女子体型分为Y、A、B、C 4类等体型分析方法。国内外人体数据库中均有此功能;3)人体建模,指查看和编辑数据库中的三维人体模型,甚至通过输入一定的参数生成和修改人体模型。国外8个人体数据库中仅韩国人体数据库SizeKorea具备此功能;国内人体数据库中苏州大学的SizeCN和西安工程大学的中国西部三维人体数据库具有人体建模的功能;4)生成报告,是指数据库可对数据进行某些统计分析,并将统计分析的结果以报告的形式展现给用户。国外大型人体数据库大都具备此项功能,国内人体数据库尚未将此功能作为一个独立的功能进行设计。

以上比较分析可知,在建立数据库时,其功能模块可从这4部分入手。数据统计是人体数据库的基本功能;体型分析,体现了服装行业对人体数据库的特殊需求。这二者应该在数据库有所体现;人体建模,是随着非接触式三维扫描仪的发展而新兴的功能模块,有较大的挖掘空间,可依据实力适当地实现;在全国或区域大规模人体测量项目中,如能直接在数据库中实现对人体体型数据统计报告的生成,则可省去借助其他单独的统计软件进行分析的繁琐,提高对体型数据的利用效率。

4 结语

通过调查和分析国内外人体数据库的框架及功能可得以下4点结论。

1)国外人体数据库大都规模较大,普遍被测体数目较大,覆盖率广,对相关行业具有较大的指导意义;国内人体数据库一般是院校和特定企业项目合作的结果,测量样本特征比较单一,数目有限,且成果仅为合作企业享用;另外,国家标准化研究院虽开展全国范围内的人体测量,但是大部分企业和院校很难使用其大量的测量数据和详细的数据统计分析结果。

2)更加细分化专业化的人体数据库是人体数据库发展的一个方向。这种细分化和专业化可体现在针对某身体部位、某个年龄段或某类人群的人体而搭建的人体数据库。如继SizeUK之后,英国于2009年又开展针对0~17岁年龄段的人体数据库项目ShapeGB和2013年初开展的针对老年人的Size Nottingham合作项目,是对目标人群进行细分建立专门的数据库。

3)在人体数据库的可检索性方面,国外数据库有较好的体现,但是数据库对公众开放的程度仍然有很大的提升空间。比如,数据库中原始的人体尺寸数据的获取大都并未开放,而这些数据对科研具有较大的价值。

4)国外人体数据库样本数量可观,对数据分析的利用较充分,可供国内借鉴和参考。然而,在建立起的人体数据库中,作为人体数据来源的三维模型文件,调查到的国外人体数据库只是将模型储存在数据库中,而数据库平台本身对其进行的操作和利用不够充分,人体三维模型比单纯的数字具有更大的利用价值,如通过编写插件,使数据库同三维建模软件联动起来,可以更好地对人体模型进行利用。

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Survey and analysis on domestic and overseas human body database for garments'use

LIU Yongmei,ZHANG Xiaoxue,GUO Yunxin
(Fashiono·Art Design Institute,Donghua University,Shanghai200051,China)

Human body anthropometric data is fundamental basement for fashion design and manufacturing.And body database provides a platform to store and retrieve those data digitally.It's also important support both in technology and data for body size characteristic research and apparel manufacturing.This paper attempted to carry out discussions on apparel industry's requirements,obtaining technology and development trends of human body anthropometric data.A survey via multi channels showed basic situations of the establishment,operation and data information 22 human body databases domestic and overseas.We also conducted a comparative analysis of frame feature and function module among databases in normal used to provide guidance and accumulation for use and establishment of human body databases.

body anthropometric data;human body measurement;database frame;database function

TS 941.2

A

10.13475/j.fzxb.20140502607

2014-05-12

2014-12-03

刘咏梅(1969—),女,副教授,博士生。主要研究方向为服装先进制造技术。E-mail:liuyongmei@dhu.edu.cn。

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