运动捕捉技术在运动服装研发中的应用

邢梦迪，刘 莉

(北京服装学院，北京 100029)

运动捕捉技术在运动服装研发中的应用

邢梦迪，刘 莉

(北京服装学院，北京 100029)

运动捕捉技术是记录物体在三维空间中的运动轨迹并获取其运动参数的一种方法。在运动服装的研发中，运动捕捉技术具有对动作束缚小、采样速率高等优点。文章主要从运动评估和产品设计两个方面探讨了其在运动服装研发中的应用，认为运动捕捉技术是研发功能性服装的一种有效手段，尤其对研究动态人体尺寸和服装尺寸有重要意义。

运动捕捉技术；运动服装设计；动态人体尺寸

由于运动过程的复杂性，有效且简洁地捕捉人体运动过程比较困难，因此之前对运动服装的研究大多是静态研究，而运动捕捉技术能够跟踪、记录物体的运动过程，结合生物力学则能揭示运动状态对人体各部位产生的影响，目前对运动服装的动态研究很好地解决了运动过程中服装对人体的束缚问题，使其能够更好地满足人体的运动需求[1]。

1 运动捕捉技术概述

运动捕捉技术最初是由心理学家Johansson在实验中提出，后经过学者的不断完善，运动捕捉技术取得较快发展，并在运动评估、产品设计等方面得到广泛应用[2]。

1.1 运动捕捉系统的组成

运动捕捉主要是对物体在三维空间中的运动进行记录，通过获取其速度、位置等参数的信息，进而对运动轨迹进行模拟。典型的运动捕捉系统一般由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备等四个部分组成[3-4]，如图1所示。

1.2 运动捕捉系统的分类

运动捕捉系统的分类方式主要有以下几种：从捕捉部位划分，可分为全身运动捕捉和细节运动捕捉；从实时性划分，可分为实时捕捉和非实时捕捉；从技术原理划分，可分为机械式运动捕捉、声学式运动捕捉、电磁式运动捕捉、光学式运动捕捉[5]，详见表1。

由于运动过程的复杂性，研发运动服装就要求捕捉系统能够使设备对运动的束缚最小化并适用于多数运动(跑步、网球等)，因此光学式运动捕捉系统凭借其优势在此方面应用广泛。

图1 运动捕捉系统工作原理

运动捕捉技术系统组成优点缺点机械式关节、刚性连杆、角度传感器(安装在各个关节处)。对环境限制较小；捕捉精度较高；数据处理量较小；可同时捕捉多个对象。对动作限制较大，使用不便。电磁式电磁发射源、接收传感器、数据处理单元。技术成熟，成本低廉；可实时捕捉。对高速运动不太适用；不能对多个对象进行捕捉；对环境要求严格，不能存在强磁场和金属物质。声学式超声波产生器、接收器、处理单元。穿透性很好，能解决人体的遮挡问题；价格低廉。捕捉有较大延迟性；精度不高；声波传输的干扰因素多。光学式标记点、摄像机、数据处理设备。对动作束缚小；采样速率较高。系统整体造价高昂；对环境要求较高；后期处理成本大。

2 运动捕捉技术在运动评估中的应用

由于运动捕捉技术可以捕捉运动员的动作并对其进行量化分析，进而帮助运动员进行训练，因而其在体育运动中的应用较为广泛[6]，主要从皮肤、肌肉、骨骼3个方面对捕捉的数据进行分析。

在人体运动过程中，皮肤具有很强的跟随性，其伸缩性与其在运动时产生的滑移可使皮肤更好地参与人体的运动[7]。张云[8]、严雅洁[9]对进行高尔夫运动的人体进行捕捉，得到运动员肩部、手臂、腋下、背部等部位皮肤的伸缩趋势，有助于了解皮肤伸缩对服装松量、结构线设计等的影响。

骨骼肌的伸缩有效地控制着身体各部位的运动[10]。肖强懋[11]通过捕捉系统对高尔夫球手原动肌群的肌肉力量与全挥杆线速度进行了相关性分析。实验表明，随着技术水平的提高，原动肌群肌肉力量呈现逐步增强的趋势，发现了肌肉力量对运动员成绩的重要影响，为增加肌肉力量的紧身服设计提供了重要指导。

在人体运动系统中，骨骼起着运动杠杆的作用。苏云[12]、李淑媛[13]运用运动捕捉系统对不同水平的高尔夫运动员全挥杆动作进行对比，得到了运动员在全挥杆过程中各部位(膝角、躯干角、肘角等)的角度参数，有助于设计出符合人体工学的高尔夫运动服。

3 运动捕捉技术在运动服装设计中的应用现状

人体在不同姿态时某一部位的变化对服装制作是非常重要的，根据这些变化量，可以得到该部位的舒适量并将其应用到服装结构设计中。

各种动态动作下人体体表皮肤形变是服装松量与结构设计的理论基础，对功能性运动服装的研发更为重要。罗兰等[14]利用运动捕捉和皮肤拓样的方式对人体骑行动作的腿部皮肤形变进行研究，得到腿部各部位的皮肤拉伸形变趋势，基于此得出在进行骑行裤分割线设计时需参考的腿部皮肤形变规律。严雅洁[9]在对进行高尔夫球运动的人体捕捉后，根据运动员的皮肤拉伸规律为高尔夫球服的设计提供了意见，比如应适当缩短肩线，左右两侧可进行不对称设计，服装分割线设计则可参考高尔夫挥杆姿态时皮肤伸缩变化，背部不应采用肩育克设计等。

肌肉活动是在中枢神经系统控制下的一种复杂运动，肌肉收缩时会使血流受阻，使肌肉乳酸积累，导致运动单位传导速度降低，有研究表明紧身压力服可以提高运动员的竞技水平并帮助运动员增加力量、加速血液循环并缓解疲劳[15-16]。因此，洛顺华等[17-18]对人体骑行动作进行捕捉实验以获取人体在骑行运动中下肢骨骼肌的运动规律，在此基础上进行骨骼肌仿真，并结合测量点的压力变化分析得到骑行过程中下肢动态压力变化规律。数据分析表明，测量点动态压力随样裤松量递减而线性增加，研究结果为研究骑行裤不同部位的松量设计提供理论基础，以改善骑行裤舒适性与运动性能。

服装作为人体的第二皮肤，其舒适性很大程度会影响人们的生理和心理感受[19]。汪世奎等[20]对高尔夫运动时的人体各部位进行捕捉，根据人体5大区域的热湿舒适性分布和所选的8种面料的热湿传递性能，通过配比拼接的方式对夏季高尔夫服装的热湿舒适性进行研究。此研究为夏季高尔夫服装材料的选用提供了参考，有助于制作更符合热湿舒适性的服装。

在当前的运动研究中，运动不当或运动量过大等带来的运动损伤已经不容忽视，因此对运动防护产品的开发很有必要。为了缓解长跑过程中的肌肉疲劳并保护膝关节，研究者设计了长、短两款功能裤，通过束带和魔术贴的结合以及可调节性绑带的应用，不仅提高了功能裤的使用灵活性又增强了其保护作用，并且可将实验得到的防护参数用于防护裤的面料选择，并结合面料的弹性进行结构设计进而优化防护裤[21-22]。

4 结语

本文主要从运动捕捉技术和产品设计方面入手，描述了运动姿态和服装之间的联系。服装设计应从生物力学和运动力学的原理出发，对捕捉到的运动参数进行模拟，从而构建一套从动态测量到运动产品开发的新思路，并针对特定的运动研发设计功能性服装。随着运动捕捉技术的不断发展，运动捕捉技术与高性能运动装的结合会更加紧密。

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The Application of Motion Capture Technology in Developing Sportswear

XingMengdi,LiuLi

(Beijing Institute of Fashion Technology, Beijing 100029, China)

Motion capture technology is a method to record trajectory of object in three-dimensional space and obtain the motion parameters. It has advantages of little restraint on action and high sampling rate in developing sportswear. This paper mainly discussed its applications in developing sportswear from the aspects of motion evaluation and sportswear design. It pointed out that motion capture technology is an effective mean to develop functional clothing, especially in the study of dynamic body dimension and clothing size.

motion capture technology; design of sportswear; dynamic body dimension

2017-06-29

邢梦迪(1991—)，女，河南漯河人，硕士研究生。

TS941.2

A

1009-3028(2017)04-0025-04