非接触式三维人体扫描技术的应用分析

郭 娟,羿 莹

(1.大连工业大学，辽宁 大连 116034；2.河南科技大学，河南 洛阳 471023)

进入21世纪后，服装行业也进入了快速发展的阶段，服装快速化反应是市场竞争的基础，如何在最快的时间做出让消费者满意的服装是占领市场的重要途径。三维人体扫描技术以扫描时间短、扫描数据多、扫描结果精确的特点被服装企业所认可，如何让三维人体扫描技术更好更快地与服装产业结合是目前亟待解决的问题。

1 非接触式三维扫描的概述

三维人体扫描的过程是通过光发生器产生的某种特殊光线，投射到被扫描物体上，然后利用传感器接收反射光线，并通过光电转换器形成所需的数字信号，再由模拟软件处理转换为空间点坐标来呈现物体的特征[1]。在扫描过程中需要利用时间差测量法、三角测量法和相位测量法来获取数据。

时间差测量法是利用光束的传播时间来测量被测点与参考平面的距离，由于激光的偏向性好，所以采用激光效果会比白光好；三角法轮廓测量技术以三角测量原理为基础，通过照射在被测物体上的光的出射点、投影点和成像点三者之间的几何关系确定物体各点的高度；相位测量法是利用光栅条纹受投影物体高度影响的现象来测量三维物体的表面轮廓。当均匀光栅垂直投影到平整表面，将得到均匀分布的光栅条纹；当光栅投影到高度有变化的物体上时，光栅条纹则要发生变形，并且呈非均匀分布，这是由于投影光栅被物体的高度所调制造成的[2]。

2 三维人体扫描技术在服装领域的应用

目前三维人体扫描技术在服装领域已经有广泛的应用，具体应用可分为在个性化服装定制上的应用、工效学上的应用、特殊部位服装款式的设计。

2.1 三维人体扫描技术在个性化定制上的应用

服装个性化定制是未来的一个发展趋势，为了促进个性化定制的快速发展，人们利用三维扫描技术来提高效率和准确率。目前的应用主要体现在量身定做和虚拟试衣两个方面。

2.1.1量身定做

随着生活水平的不断提高，人们对个性化服装的需求不断增长。大批量生产的服装已经无法满足人们的追求，而传统的定制服装不仅生产周期长、量身麻烦，尺寸数据也会因裁缝的手艺和习惯不同，导致定制服装的效果没有预期的好，这是个性化服装定制的一个瓶颈。而通过非接触式三维人体扫描系统，短短几十秒甚至几秒的时间，就可得出能够精确反映人体特征的100多个数据点，建立相应的数据库，为顾客挑选出最适合的服装尺寸，满足消费者对个性化服装定制的需求，这种方法既可以在传统的定制服装上使用，也适合网上定制[3]。

2.1.2虚拟试衣

虚拟试衣是消费者借助虚拟的，和自己身体特征相同的模特，通过软件实现换装。这些服装可从虚拟人台上脱下，展开成更加直观的二维平面板型，既可为CAD制板提供修改的依据，也为服装设计师修改服装样板提供了更加快捷方便的方法，使服装的设计和修改避免主观想象[4]。对于消费者来讲，可以根据虚拟试衣的结果表达对款式造型、服装松量的意见和建议。对于服装生产销售企业来讲，可以提高市场反应速度，缩短定制周期，降低库存和成本，进而提高经济效益。

2.2 工效学上的应用

三维人体扫描技术在工效学上的应用主要可以归纳为服装合体性、人体体型分析与号型的制定等领域。

2.2.1服装合体性

服装合体性是影响消费者购买服装的一个非常重要的因素，它涉及到服装与人体、环境等多重关系，所以服装合体度评估是非常重要的一个环节。传统的主观评价主要有3步：首先找到一个理想状态的试衣模特，然后对号型进行合理适当的缩放，最后根据选择好的模特的试衣穿着情况进行评估，通过比较穿着者与服装之间的松量、贴合程度、人体动静运动状态等，最终分析该服装合体性情况。传统评价方法的缺点在于不够准确，非常依赖评估者的主观判断。通过三维人体扫描技术，可以将裸体和着装后的三维图像实时输出，然后借助二者的三维图像比较扫描之前设定的关键点和关键部位，从而以三维直观的方式呈现出人体皮肤与服装表面之间的空间分布形态，并得到服装与人体之间的空隙、厚度、体积等物理量，用具体的数据和图像证明来评价服装的合体性[5]。这种评价方法测量部位多，精确高效，为服装合体性的评估提供了有效的依据。

2.2.2人体体型分析与号型的制定

人体测量过程复杂，需大量数据支撑，当测量的人群多、体型复杂时，传统的人体测量就会变得费时费力，而且准确程度也会降低，而三维人体扫描技术可以快速高效地测量人体数据，对于体型的分析和号型的划分有着不可代替的优势。目前研究人员已经利用这项技术对青年女性站立姿势的体型进行分析研究，并且取得了很好的成果。随着三维人体扫描技术以及三维数据分析技术的日趋成熟，应将研究方向拓宽至各年龄段以及动静态姿势的分析，进一步帮助企业了解各年龄层、不同运动状态下人体体型的变化[5]。还可以对不同地域、国家的人体进行测量，获得有效数据，建立客观、精确反映人体特征、使用方便的人体数据库，为服装号型的修订、更新及人体体型的细分提供理论依据[6]。

2.3 特殊部位服装款式的设计

2.3.1女性文胸的设计

文胸作为女性的贴体服装，在设计时不仅要具有普通服装应有的时尚感，还要满足女性胸部造型和舒适的要求。随着女性自我意识的增强与着装理念、社会地位及消费心理的变化，对文胸的设计提出了更高的要求。女性文胸正向着功能性、舒适性以及保健性方向发展，各类文胸层出不穷。但目前国内内衣生产企业大多采用平面裁剪的方法，制作出样衣后，再根据样衣选出模特进行试衣，这种方法导致文胸难以贴合大多数女性的身形，不利于女性健康。随着人体非接触测量技术的发展，利用三维人体扫描仪能够快捷地获取特定人体的表面数据，并可以此数据为基础建立个性化特征人体的表面模型，根据建模和数据设计出符合女性胸腹结构的立体型文胸，既可以满足女性对个性和审美的要求，又能符合人体工效学[7]，为实现内衣个性化三维设计与快速加工奠定良好的基础。

2.3.2男士内裤的设计

男士内裤是生活的必需品，内裤的合体性会直接影响服装的舒适性和功能性，因此改进男式内裤的款式、面料以及功能性的结构设计至关重要。现在市场上销售的男士内裤大多是通过对其他成品内裤进行剖样或者对模特直接测量，得到腰围数据、全档长、大腿围等基本数据来进行设计的，这种方法得到的人体数据较少，既不利于反映男性的人体结构特征，也会影响内裤的舒适性、合体性。利用三维人体扫描技术可以更加准确地对男士关键部位尺寸进行深入分析，试验表明：男式内裤在腰带处，不能只使用自然腰围尺寸来制图，不同高度有着不同的尺寸设计，可以直接测量或通过回归方程计算平均值；在裤口处，不同边缘的设计，其尺寸有着较大的差异，因此需要按照设计款式测量或计算；男式内裤可实现男性生殖器与臀部软组织的提拉效果。通过三维人体扫描得到的实验结果为男士内裤设计提供了具体的数据参考，使男士内裤结构设计能更好地满足人体工效学[8]。

3 结语

三维人体扫描技术具有直接性、真实性，能够很好地反映出人体与服装之间的关系，在服装行业有很好的应用前景。但是，目前的三维人体扫描技术并不成熟，还有很多问题需要解决。比如大部分三维人体扫描仪基于光学原理，且只能水平投射光线，所以容易发生部位缺失，特别是头部、腋窝、大腿分叉处等；利用白光光栅干涉原理的三维人体扫描仪，无法扫描深色人种的人体情况；三维扫描仪的价位过高无法满足市场的需求。所以解决三维人体扫描技术目前所存在的问题是今后的重点。目前，服装行业正向智能化、信息化、数据化发展，传统的测量方式势必会被取代，三维人体扫描技术的优越性将会进一步得到体现。

[1] 徐继红,张文斌.非接触式三维人体扫描技术的综述[J].扬州职业大学学报，2006，10(3):49—53.

[2] 杨密.人体三维扫描技术研究[J].机电一体化，2011，(9):45—47.

[3] 黄灿艺,崔丽娜.非接触式三维人体扫描技术在服装eMTM中的应用[J].科技资讯，2008，(6):30—32.

[4] 周慧平.基于三维扫描技术的网络服装设计体系开发[J].纺织科技进展,2013,(3):79—83.

[5] 张昭华，应思艺，郭云昕，等.三维人体扫描技术在服装工效学中的应用[J].上海纺织科技，2015，43(8)：40—44.

[6] 夏蕾.服装工业中的三维人体测量技术[J].上海纺织科技，2006，34(6)：76—77.

[7] 李燕.基于三维人体扫描数据的女性文胸立体设计研究[J].针织工业，2008,(6):35—37.

[8] 程哲，李晓喆，库茨米切夫·维克多.基于三维人体测量技术的男式内裤设计分析[J].江苏工程职业技术学院学报，2016，16(2):8—10.