骑行运动中男子下肢体表尺寸变化规律

李秀青， 刘 需， 赵欲晓,2

(1. 北京服装学院 服装艺术与工程学院， 北京 100029;2. 361°-北京服装学院高性能运动服装设计研发中心， 北京 100029)

骑行运动中男子下肢体表尺寸变化规律

李秀青1， 刘 需1， 赵欲晓1,2

(1. 北京服装学院 服装艺术与工程学院， 北京 100029;2. 361°-北京服装学院高性能运动服装设计研发中心， 北京 100029)

为更好地设计功能性骑行服结构，分析了骑行运动中男子下肢体表皮肤变化规律。挑选出6个具有代表性的骑行动作，利用体表画线实验法对测试者右腿进行测量，得到男子下肢体表数据并分析数据变化规律。实验发现：腿部各部位皮肤拉伸形变复杂且差异性大，变化率在(-61.10%，110.82%)区间内；腰围线与大腿根围线之间的皮肤形变较为显著，腰围、臀围、大腿根围线的围度变化最显著；在长度方向上，前裆长度减少显著，最小值为-42.01%，到外侧缝线位置减少趋势逐渐减弱，后裆长度增大显著且最大值达61.71%；膝盖的屈伸导致各姿态下膝围区间段的数据变化复杂，且对体长变化影响较大。

骑行服； 体表尺寸； 体表画线法； 动态测量； 服装结构

骨骼、肌肉、皮肤是决定人体体型特征的基本因素[1]，骨骼是人体的支架，在肌肉伸缩时起杠杆作用，运动引起骨骼肌的收缩扩张从而皮肤发生位移，这种运动必然带来人体外形尺寸和形状的变化，了解人体运动结构特点可从根本上理解服装结构设计的原理和实质，对于服装造型和结构设计有着重要的指导意义，使服装更具备适体性和可动性，但是，仅依据人体组织结构设计功能性服装是远远不够的，还需要考量运动中的皮肤拉伸状态对服装样板的影响。相对于西方国家，我国对于皮肤拉伸与服装结构关系的研究相对较少，市场上的服装结构简单，分割线设置混乱、缺乏理论依据等[2]。

骑行服的研究首先要了解骑行运动特点：人体的上肢和躯干主要支撑身体部分体重和控制运动方向，腿部进行周而复始的蹬骑提供动力[3]，腿部肌肉的收缩和舒张使得表层皮肤产生较大变化，功能骑行服不仅要适应皮肤的变化而且要在一定程度上促进运动的产生，通过体表画线法得到骑行动作下体表皮肤变化规律，为后续样板中省道处理的原创性和科学性提供依据,使结构更加专业化、科学化。

1 男子下肢体表尺寸的获取实验

1.1 实验对象

实验采用的测试者体态匀称，身体健康并且本身为骑行爱好者，具有短途或长途自行车骑行活动经验,模特身体指标如表1所示。

表1 测量对象的身体指标信息

注：比体重表示体重千克数除以身高米数平方得出的数字，是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准，正常范围为18.5～24.99。

1.2 实验工具

实验所需工具为：直尺、卷尺、量角器、水性油墨笔、铅垂线、剪刀、卸妆水、棉签等。

1.3 测试者体表画线方案

人体体表尺寸的获取主要采用体表画线法，根据人体骨骼肌肉的分布规律及运动中所需的运动机制进行相应的人体体表画线分区，并进行人体动、静姿态的测量。静、动态测量是指被测试者在静立和模拟骑行姿态下测量人体各标记线的长度，利用对照性原则作为数据采集依据，将被测试者各骑行姿势的数据与静立状态的数据进行对比分析，以研究皮肤的伸展和收缩变化。

根据人体特征选择的腿部横向基准线为腰围线、脐围线、臀围线、大腿根围线、大腿最大围线、膝围线、小腿最大围线、踝围线；纵向基准线为前裆线、后裆线、外侧线、内侧线[4]；腿部骑行动作所涉及的肌肉主要有臀大肌、髂腰肌、股四头肌(髂胫束、股外侧肌、股直肌、股内侧肌)、股后肌群(股二头肌、半腱肌和半膜肌)、小腿三头肌(腓肠肌和比目鱼肌)和胫骨前肌群等[5-8]，结合肌肉的活动特点获取所需的测量基准线。最终组成9条纵线，12条横线的画线方案，具体画法如图1所示。

图1 体表画线Fig.1 Lineation-on-body method. (a)Front; (b)Side; (c)Back

1.4 骑行姿势

以右腿的蹬骑动作为分区，从脚踏板最高点位置(转动力矩为0，称上死点)按顺时针方向转动开始计算曲柄转动的角度，称上死点位置为0°或360°，曲柄前水平方向位置为90°，最低点位置(转动力矩为0，称下死点)为180°，后水平方向为270°。骑行姿态分为：静态，身体自然站立，眼睛平视前方，两脚分开与肩同宽，双手自然下垂置于身体两侧并保持均匀呼吸；坐姿，缩小腹，立骨盆，弓背拱，肘微弯，高踝，以右腿为基准分别取0°位置、90°位置、180°位置、270°位置测量；站姿，模拟站立骑行姿势，臀部离开坐椅，分别取0°位置、180°位置测量[9]，如图2所示。

图2 骑行姿势方案Fig.2 Riding motion. (a)Sitting posture 0°; (b)Sitting posture 90°; (c)Sitting posture 180°; (d)Sitting posture 270°; (e)Standing posture 0°; (f)Standing posture180°

1.5 实验方案

实验在专业实验室中进行，室温为(25 ± 1) ℃; 相对湿度为(65 ± 2)%；风速小于0.2 m/s。受试者穿着实验用内衣休息15 min适应环境，然后测试者静态站立，使用水性油墨笔按照体表画线方案进行画线，待干后被测试者按照实验骑行姿势方案摆动作，测量人员测量体表所画线段长度并记录数据。

2 实验结果与分析

2.1 实验数据分析

由于受试者个体差异性的存在，测量的数据无法直接比较，因此通过数据的平均变化率进行分析。实验测量的数据多且复杂，为能够更加方便准确地分析测量数据，先对整条线进行分析，得到体表的大概变化情况，再进行腿部的分区段分析，进一步了解皮肤在各区域段内的变化情况，最后再针对变化率较明显部位进行变化量分析。本文中体表皮肤变化率正值代表拉伸变化，值越大拉伸越大，负值代表收缩变化，值越小收缩量越大。在分析的表述用语中，横线i,代表体表第i条横线；横i-j，代表第i条横线的第j个区段。纵线的表示方法同理。

2.1.1 整体数据分析

表2示出不同姿态下整线的长度变化率。各姿态下各整线变化率的变化趋势差异性较大，纵线7、横线4(臀围线)、横线5(大腿根围线)、横线8、横线10的离散程度较高，运动过程中各姿态下尺寸变化率的差异程度较明显，皮肤变化显著；纵线8、横线1、横线2、横线6的变化率离散程度低，各姿态的变化率差异性较小。

表2 各姿态下下肢各线的变化率

由表可知整个运动周期中体表皮肤是呈现伸缩变化较显著的状态，其中浅灰色表示变化率的绝对值在5%～9.99%之间，主要表现在纵线1、纵线6、纵线9、横线1、横线5、横线7、横线10的某些姿态；深灰色表示变化率的绝对值在10%～25%之间，主要集中在纵线7、横线4、横线10的某些姿态。综合各姿态的变化率，纵线6、横线4、横线5、横线10的变化率相对较大，纵线7、横线4、横线5、横线10在某些姿态下的变化率较为显著。纵线3～纵线9、横线5在各姿态的变化率主要呈现为负值，横线6～横线9的变化率在姿态1～4中为负值，体表皮肤主要表现为收缩变化。

2.1.2 各线段的整线变化分析

仅从整体进行样板尺寸的分析缺乏说服力，为使样板满足局部关键区域的尺寸变化规律采用分段式的手法进行局部尺寸变化率分析。将下肢共分为3个区域段：第1段腰臀区即横向线包括腰围线到臀围线的4条横线和相应部位纵线；第2段大腿区即横向线包括大腿根围线到膝上围线的4条横线和相应部位纵线；第3段小腿区即横向线包括膝围线到踝围线的4条横线和相应部位纵线。各姿态下各区段的平均变化率见图3～6。

由图3可知，横向线变化趋势相对较为和缓，变化率主要集中在区间(-12%，20%)，各线间的变化差异性不是很明显。腿部纵向线变化幅度大且差异性明显，纵线6～纵线8(后片)的变化幅度最大，皮肤伸缩程度最明显；纵线1～纵线3(前片)的变化幅度紧随其后，前片纵向线的变化幅度明显小于后片。

图3 6个姿态下腿部各线的平均变化率Fig.3 Average change in Six posture

图4 6个姿态下腰臀区段平均变化率Fig.4 Average gradient of WHR section

图5 6个姿态下大腿区段平均变化率Fig.5 Averagegradient of thigh section

由图4可知，腰臀部位纵线1～纵线4(前片)变化率基本处于负值状态，变化率主要分布于(-16%，-45%)区间内，纵线5(外侧缝)的变化幅度不明显，在横坐标轴附近稍有起伏，纵向线5～纵线9(后片)变化率基本处于正值状态，变化率先增大在第二段达到最大值然后变化率再明显地减小，变化率主要分布于(8%，65%)区间内，变化幅度明显比前片大。横向线整体的变化相对平稳，变化率主要分布于(-8%，18%)区间内，而且变化率多为正值。

图6 6个姿态下小腿区段平均变化率Fig.6 Average gradient of leg section

由图5可知，大腿部位纵向的变化幅度较大，纵线6～纵线8(后片)的变化幅度相较最大且依次增大，每条线的变化率从大逐渐减小，最大值达110.82%，最小值-51.02%。纵线2～纵线5(前片)的变化幅度较大，且变化率多为正值，在第八段的变化率表现为最大。横向线变化幅度分布于(-9%，12%)区间内，且整体线的变化趋势较规律。

由图6可知，纵线6～纵线8(后片)变化幅度最大且数值多为负值，在第九段达到最低值，纵线2～纵线4(前片)变化幅度次之，变化率多为正值，在第九段达到最高值。横向线的变化率相较纵向明显趋势平稳，变化率化率多分布于(-5%，15%)之间，各姿态间横线9(膝盖围)的变化率差异性最为明显。

2.1.3 局部变化较明显部位数据分析

表3示出各姿态下关键部位的平均变化量。根据表中方差数据分析，6个姿态下尺寸变化差异性最大的为前裆，膝围和臀围的差异性也较显著，相应各区间变化率如图7所示。

表3 各姿态下关键部位的平均变化量

图7 裆部、膝围线、臀围线各段变化率Fig.7 Rate of change in crotch (a), knee contour (b) and hip line (c)

由图7(a)可知，结合骑行运动的特点分析，裆部线段各区域的尺寸变化对服装结构的影响最显著，前裆的变化率多为负值，最小值为-42.01%，前裆部位皮肤的收缩是非常明显的，后裆的变化率多为正值，最大值为61.71%，皮肤呈现较大程度的拉伸，而且裆部尺寸变化最大的区段位于脐围线与臀围线之间。

根据图7(b)，膝围线在坐姿270°时，横9-3(膝围线第3区段)达到最大伸长变化率17.8%，在坐姿90°时，横9-7(膝围线第七区段)达到最大收缩率10.8%。

根据图7(c)，臀围线在坐姿90°时，横4-8(臀围线第八区段)达到最大伸长变化率17.4%，在站姿0°时，横4-3(臀围线第三区段)达到最大收缩率3.2%。

2.2 体表皮肤变化规律

根据体表测量数据分析可知，在整个运动周期中，体表变化规律为：体表皮肤的横向伸缩明显小于纵向伸缩量，且横向皮肤的伸缩值变化趋势较为缓和，人体体表尺寸在纵向的变化量较大，而且差异性也比较明显，不同区段的变化量也大为不同。

腰臀区段，在纵向上，前片的体表呈现收缩状态，其中前档长的收缩量最大，后片体表伸长，后片伸长量最大值在脐围线与臀围线之间，而且后片的变化幅度大于前片，在横向上，变化率大部分呈现正值，即腰臀部位横向都有所伸长，伸长量相较于纵向的伸长量要低。而且横线1～横线3的伸长率相近，趋势相似，臀围线伸长量最大。

大腿区段，姿态3和姿态5的变化趋势明显低于其他姿态。纵向上，前片体表总体变化趋势是伸长，后片的皮肤呈现不同程度的伸缩，伸缩量变化很大，纵向伸长量最大值集中在大腿根围和大腿最大围之间。横向上，皮肤的伸缩量在不同姿态下的变化趋势也有所不同，其中大腿根围线、大腿最大围线和膝上围线的变化率分布最为离散，各姿态下体表尺寸的变化差异性最显著。

小腿区段，纵向上，姿态3和姿态5的变化量趋势明显低于其他姿态。前片体表皮肤呈现伸长的趋势，后片的皮肤收缩且收缩趋势明显大于前片的伸长趋势，后片收缩量最大值在膝围线和小腿最大围线之间。横向上，各姿态间的变化趋势在膝盖围上表现的差异性最大，横向皮肤以伸长趋势为主，伸长变化率较为接近。

3 肢体形态变化对服装结构的影响

3.1 围度结构处理

相对于皮肤纵向变化数据，横向皮肤变化幅度小，可对相对变化较大部位结构进行适当尺寸调整，同时选择具有较强拉伸断裂强度和高弹的面料对结构尺寸进行辅助调整[10]。骑行过程中，腰围线、臀围线、大腿根围线、膝上围线、膝下围线的尺寸变化幅度较大(腰围变化量均值为4.46 cm，臀围变化均值为2.87 cm)，结构设计中可结合参考变化率和变化量调整结构尺寸，调整值不宜过量以防影响直立状态的活动；同时骑行裤分割线的设计也可作为增减松量的调整方法，其中弧线的设计能够满足一定量的曲面松量需求，而且增加服装的高性能运动性，视觉上给人活泼悦动感。对于尺寸变化幅度较小部位尺寸仅进行微量调整或不调整。

3.2 长度结构处理

人体前后裆的长度变化最显著，前裆收缩量最大，均值为-7.47 cm，后档伸长量略低于前档的收缩量达6.34 cm。结构上可在前档部位收省，省量以2 cm为宜，同时可应用省道的转移，将一部分省转移至其他部位，以减少服装对直立状态的拉伸感[11]；后裆的处理是根据测量值增大裆弯的设计，同时增大后裆裆斜角度，以增长后裆长度，并适当地做后裆向前裆借量调整。受膝盖蹬骑的影响，大腿区段纵线6～纵线8(后片)尺寸变化显著，结构可适当考虑松量，松量值也不宜过大，在股直肌和股内侧肌产生一定压力更有助于运动的发力，小腿区段纵向线6～纵线8(后片)及纵线2～纵线4(前片)皮肤拉伸变化差异显著，结构上在前片膝盖部位加省，后片膝盖部位收省，以满足体长变化的需求，同时给予腓肠肌和比目鱼肌适当压力辅助运动。

4 结 论

1)在各人体物理性能中，运动中的体表皮肤变化规律为服装松量加放和结构分割设计提供数据支撑。骑行裤结构设计的合理性能在很大程度上减少运动员的损伤，起到一定的防护作用。

2)实验表明人体下肢各部位的尺寸拉伸形变复杂且差异性较大，分析数据变化规律应用于骑行服结构设计、款式分割的设计中，使功能性骑行服更加符合运动特性。

[1] 中泽愈.人体与服装[M].袁观洛,译.北京:中国纺织出版社,2000:67-80. NAKAZAWA Heal. Body and Garment[M]. YUAN Guanluo,Translating.Beijing: China Textile & Apparel Press, 2000:9

[2] 罗兰，王建萍.基于运动捕捉的骑行运动腿部皮肤运动形变研究[J].浙江纺织职业技术学院学报，2014，12(4)：39-43. LUO Lan,WANG Jianping.Skin deformation of legs incycling based on human motion capture(HMC) [J].Journal of Zhejiang Textile Vocational Technical College，2014，12(4)：39-43.

[3] LI Li, GRAHARM Caldwell. Task specific Coordination of leg muscles during cycling[J]. ISBS, 2000:215-222.

[4] 刘瑞璞，刘维和.女装纸样设计原理与技巧[M]. 2版.北京: 中国纺织出版社,2000: 162-172. LIU Ruipu,LIU Weihe.Women Pattern Design Principles and Techniques[M]. 2nd ed. Beijing:China Textile & Apparel Press, 2000: 162-172.

[5] LI Li, CALDWELL. Muscle coordination in cycling: effect of surface incline and posture[J]. Journal of Applied Physiology, 1998:85, 927-934.

[6] 李之俊.自行车运动的科学与实践[M].上海：上海科学技术文献出版社,2009：2-17. LI Zhijun.Science and Practice of Cling[M].Shanghai: Shanghai Science and Technology Literature Press, 2009：2-17.

[7] SUZUKI S,WATANABE S, HOMMA S.EMG activity and kinematics of human cycling movement sat different constant velocities[J].Brain Research,1982:240, 245-258.

[8] 诺依曼.骨骼肌肉功能解剖学[M].刘颖,师玉涛，闫琪，译. 北京:人民军医出版社,2014：2. NEUMANN. Skeletal Muscle Functionanatomy [M]. LIU Ying, SHI Yutao, YAN Qi, Translating.Beijing: People′s Military Medical Press, 2014:2.

[9] 伯特.BIKE FIT:骑行姿势设定指南[M].张光准, 译.北京:人民邮电出版社,2015:4 BERT.BIKE FIT: Riding Position Setup Guide [M].ZHANG Guangzhun, Translating. Beijing: People′s Posts and Telecommunications Press, 2015:4

[10] FIIGO Heinrich, SUCHOMEL Friedrich, BURROW Tom. Tencel high performance sportswear[J]. Lenzinger Berichte,2006(85):44-50.

[11] 杨娟，曹叶青，胡娇.基于骑行动作分析的自行车骑行裤的优化设计[J].针织工业，2013(18)：50-53. YANG Jun,CAO Yeqing,HU Jiao.Optimal design of cycling pants based on the analyzing riding motion[J].Knitting Industries，2013(18)：50-53.

Study on size changes of man′s lower limb body in riding motion

LI Xiuqing1, LIU XU1, ZHAO Yuxiao1,2

(1.CollegeofFashion,BeijingInstituteofFashionTechnology,Beijing100029,China;2. 361°High-performancesportsweardesignR&Dcenter,BeijingInstituteofFashionTechnology,Beijing100029,China)

In order to provide reference for the design of functional riding clothes, the man′s lower limb skin change rule during riding was analyzed. The contraction and relaxation of the muscles of the legs caused a greater change in the surface of the skin, and six typical riding actions were selected, and the testers′ right leg size data were measured by lineation-on-body method to obtain man′s lower limb body surface data and the data change rule was analyzed. It is found that, the tensile deformation of the skin of all parts of the leg is complicated and varies considerably, with the variation rate of -61.10% to 110.82%. The skin deformation between the waist line and the crotch line is significant, and the biggest one is the girth change of the waist line, the hip line and the thigh contour line; in the longitudinal direction, the front crotch reduces the most, with the minimum value of -42.01%, and the decreasing trend gradually becomes smaller in the position of the outer side suture; the rest crotch increases the most with the maximum of 61.71%; and knee movement causes more complicated changes in the knee line and a greater impact on the body length.

riding clothes; skin size; lineation-on-body method; dynamic anthropometry; garment structure

10.13475/j.fzxb.20160706607

2016-07-22

2017-04-15

北京市教委科技计划项目(AJ2016-13);北京服装学院2016年研究生科研创新项目(X2016-017)

李秀青(1990—)，女，硕士生。主要研究方向为服装结构设计。赵欲晓，通信作者，E-mail：cnbjslm@126.com。

TS 941.73

A