基于三维动作捕捉仪的孕妇裤托腹效果评价

郑晶晶， 阎玉秀， 冯继玲

(1. 浙江理工大学 服装学院， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江省服装工程技术研究中心， 浙江 杭州 310018)

孕妇装作为女性妊娠期间接触最多的产品之一，已经成为现代女性妊娠期的必备品。目前，对于孕妇装的研究大都围绕孕期女性体型变化、孕妇装版型结构、孕妇装市场需求以及孕妇装流行款式与色彩研究为主[1]。现有的研究多偏重于孕妇装的美观性与舒适性，忽视了孕妇群体对孕妇装的功能性需求。

孕妇裤在整个妊娠过程中是常用款式，其服装款式结构设计的功能性研究就显得尤为重要。髋关节是人体最大的关节，其结构特征使其具有先天的稳定性，又具有很大的活动度。髋关节主要功能为负重，将躯体的重量传达给下肢，在维持人体身体平衡和在人体行进过程中起着重要的作用[2-3]。本文通过三维动作捕捉仪，选取运动时髋关节角度的变化作为参考点对孕妇裤的托腹效果进行评价，在现有孕妇裤的基础上提出新的设计方案，以期为孕妇装生产企业开发、生产和设计新产品提供参考。

1 问卷调研

1.1 调研目的

通过问卷调研了解孕妇的体型特征、现有孕妇托腹裤的市场现状、种类、合体性与功用性，了解孕妇常规运动模式。

1.2 问卷分析

本次问卷共回收125份，其中有效问卷112份。表1示出问卷调查分析结果。由选择因素可以看出：购买孕妇装时，注重舒适性的最多，占实验样本的78%；其次是功能性(防辐射、托腹护腰)，有71%的孕妇选择；穿脱方便和安全性，尺寸可调节选择率也较高，超过50%；而美观性和价格以及其他因素选择率较低，可见外观和价格是孕妇考虑购买的因素，但并不是重要的决定性因素。现代女性更加注重在妊娠期对自身与胎儿的保护，选择穿着有针对性防护效果的功能性服装以保证自己与孩子更加安全与健康[4]。由孕妇装的功能性需求选择可见，孕妇最先考虑的功能是具有托腹护腰性，其次是具有防辐射功能，这2个方面的选择率都超过了50%；再次是保温功能、胎儿监控功能和按摩功能，选择占比在1/3左右。究其原因，孕妇妊娠期，体型最明显的变化是腹部的不断增大，同时腹部的重量不断增加，孕妇的身体负荷越来越重，孕妇腹部的前凸式生长导致孕妇的身体重心前移，在无外力的作用下，孕妇为了维持身体的平衡，只有尽量挺起肚子，同时肩部后仰，以达到身体重心趋向于正常人体[5]。长时间使用不正确的姿势进行运动，会使腰椎软组织损伤，甚至出现腰痛的症状。综上，从选择比例上可见，孕妇对孕妇装功能性要求上更希望能有托腹护腰的功效，以此得以缓解。

现代女性孕期的生活方式与以前相比发生了很大的变化，大部分孕妇都认识到妊娠期需要进行适当的针对性运动，孕妇运动能够促进胎儿的健康生长，降低孕妇怀孕期间多种疾病的发生率，降低孕妇分娩的危险。运动已受到广大孕妇群体的关注[6]。表1中运动类型的选择结果显示；98%的孕妇在妊娠期会选择进行适当的散步锻炼；其次44%的孕妇在孕期经常进行伸展运动；39%的孕妇在孕期常进行上下楼梯的锻炼；11%的孕妇在孕期经常进行快走锻炼和孕妇瑜伽；6%的孕妇选择孕妇体操；而跳舞、游泳以及其他的运动方式没有孕妇选择。

表1 问卷调查分析Tab.1 Questionnaire analysis %

除步行锻炼外，伸展运动是选择量最多的锻炼方式，步行运动是孕妇从事频率最高的运动[7]。根据问卷调研，确定孕妇可进行测试的实验项目，进行进一步分析。

2 实验部分

2.1 样品确定

现有的孕妇裤款式主要分为有托腹设计的孕妇裤(高腰、低腰)、无任何设计的普通孕妇裤、背带孕妇裤。其中有托腹设计的孕妇裤，其托腹部位的结构设计比较多变，主要有腰腹1周托腹设计、前腹部托腹设计等款式。在托腹部位的面料使用上多采用弹力较好的针织纯棉面料，背带式的托腹裤在腹部并没有做特殊的托腹设计，其腹部结构一般比较宽松，腹部与其他部位使用相同的面料，相当于在无托腹设计的孕妇裤的基础上增加了肩带的设计，其托腹原理主要是依靠肩部的力量由下往上给腹部一个托力；大部分无托腹设计的普通孕妇裤多使用弹力较好的面料。背带孕妇裤在本文实验中的研究意义小，且与其他款式的孕妇裤缺乏可比性，故本文实验不选择背带托腹裤作为实验样品。综上所述，最终选择市场上常见且使用率较高的5款托腹裤款作为实验样品，如表2所示。

2.2 运动模式确定

根据查询并阅读相关资料可知，在怀孕期间最适合孕妇的运动是步行，步行运动包括散步、散跑、慢跑、快走、上下楼梯等，步行运动是孕妇从事频率最高的运动[8]。同时结合问卷调研结果确定5个比较符合孕妇常规锻炼的运动模式。步行运动选择孕妇最常进行的散步、慢跑、上下楼梯；伸展运动选择针对下肢锻炼的腿部左右拉伸锻炼与腿部前后拉伸锻炼。

表2 孕妇托腹裤实验样品Tab.2 Pregnant women abdominal pants experimental samples

2.3 三维捕捉实验与主观评价实验

Qualisys动作捕捉系统由9个相机组成，悬挂在实验室顶部，环绕实验室排列，使整个实验室都处于相机视野叠区域内，实验室覆盖区域为10 m×10 cm的正方形。系统配有专门的运动捕捉软件及数据导出软件，进行系统设定，捕捉过程控制，捕捉数据的编辑处理、输出等[9]。

2.3.1实验对象选取

根据问卷调研结果，适合的实验者为孕周为24～32的孕妇。本次被试者一共3名，分别为孕周为28周(7个月)的孕妇A、孕周为25周(6个月)的孕妇B和非孕妇C。3名被试者的基本信息如表3所示。

表3 被试者基本情况Tab.3 Experimenter′s basic information

2.3.2主观评价实验

被试者分别穿着5款实验托腹裤，穿好后在静态(站立)状态下，按图1的主观阶梯，对5款托腹裤综合舒适感进行静态穿着评价打分，包括：穿着时是否掉裆、卡裆；腰部、腿部、臀部紧绷弹力；腰线高低；腰头的松紧度是否合适以及穿着托腹感等。之后被试者分别穿着5款托腹裤，在动态(5个实验运动)状态下，同样按照图1的主观阶梯，分别对每款托腹裤进行上述情况的综合舒适感和托腹感的动态穿着评价打分。最后综合被试者的静态与动态的评价分数，总结每款托腹裤存在的问题。

2.3.3三维捕捉实验

在被试者下肢的关节等部位黏贴捕捉反光球，被试者分别穿着每款测试托腹裤，按照动作模型做出相关动作，进行实验时根据5个动作的强度进行了顺序安排。首先进行动作强度较小的散步作为热身；然后进行腿部左右拉伸运动活动开肢体；之后进行强度稍大的上下楼梯运动；接下来进一步加大运动强度进行慢跑；最后进行腿部前后拉伸运动，缓解运动后肢体的酸痛。根据以上动作顺序，将各项动作分别命名为动作1、动作2、动作3、动作4、动作5，如图2所示。通过仪器捕捉反光球的运动轨迹进行动态模型采集，建立动态和静态的骨骼模型，最后导出整个动作周期下髋关节的所有角度数据。

3 实验结果分析

3.1 主观评价分析

表4示出各款式动静态穿着主观评分。可见，无论是静态还是动态状态，各被试者穿着时综合舒适的感觉和托腹感的趋势都是一致的。根据主观评分可见，综合舒适感由高到低排列的款式依次为：2#、1#、3#、5#、4#。托腹感由高到低排列的款式顺序为：2#、3#、1#、4#和5#，4#款式和5#的托腹感相同。

根据主观评价打分，把5款孕妇托腹裤存在的问题归纳如表5所示。

3.2 动作捕捉仪实验分析

3.2.1有效实验数据筛选

通过三维动作捕捉系统与生物力学分析软件Visual3D相结合，生成准确的人体运动模型，并导出髋关节角度值。

图2 5个实验动作Fig.2 Five experimental movements. (a) Action one; (b) Action two; (c) Action three; (d) Action four; (e) Action five

款式编号综合舒适感评分托腹护腰感评分静态动态静态动态1#23210.502#232210.53#2020.50.50.54#98005#17.514.500

髋关节的角度为躯干与股骨的夹角。由于动作模型的不同以及不同被试动作速度存在差异，导出的髋关节角度数据差异较大，且每次动作的时刻存在不同步[10-11]，因此采用每次动作周期中髋关节角度的最大值作为有效参考数据。

3.2.2显著性检验

以1#托腹裤款式为例，验证孕妇和非孕妇的身体状态不同是否对髋关节的角度有显著性影响。

表5 各托腹裤款式存在的问题Tab.5 Problems in styles of maternity pants

2名孕妇被试者A和B穿着1#托腹裤时做各项动作的最大髋关节角度与非孕妇被试者C穿着1#托腹裤做各项动作时的最大髋关节角度进行单因素方差分析，结果如表6所示。可知，不同被试者穿着同一款式的托腹裤进行同一动作时，孕妇与非孕妇的不同身体状态对运动时髋关节的最大角度有着显著性影响，孕妇之间身体状态的不同也对运动时髋关节最大角度也有显著性影响。

表6 不同被试者对髋关节角度影响的显著性检验Tab.6 Significant test of influence of different experimenters on hip angle

检验不同款式的托腹裤对孕妇最大髋关节角度影响的显著性。使用单因素方差分析分别检验孕妇A与孕妇B在进行每个动作时，每款实验托腹裤对进行同一动作时髋关节角度的最大值是否有显著性影响，结果如表7所示。可见，在进行动作1、动作2、动作3、动作4、动作5时，相应的概率为0，小于显著水平0.05，故5款托腹裤对孕妇A和孕妇B在动作周期内最大髋关节角度都有显著性影响。

3.2.3数据分析

以1#托腹裤款式为例，各被试者穿着1#款式。图3为各被试者做每个动作的最大髋关节角度平均值的比较图。

从图3可以看出，3位被试者穿着同一款1#托腹裤进行不同动作时，最大髋关节角度有较大的差异。最大髋关节角度由大到小为孕妇A、孕妇B、非孕妇C。

表7 孕妇A和孕妇B对应的各实验款式对最大髋关节角度影响的显著性Tab.7 Significance of maximum hip angle affected by experimental styles of pregnant woman A and pregnant woman B

图4 孕妇A和孕妇B穿着1#～5#托腹裤进行5个动作时最大髋关节角度比较Fig.4 Comparision of maximum hip angles of pregnant woman A (a) and pregnant woman B(b) wearing 1#-5#abdominal support pants for five movements

图3 被试者穿着1#托腹裤做5个动作时的髋关节角度比较Fig.3 Compansion of hip angles of five movements performed by subjects wearing 1# abdominal pants

可见：非孕妇在其他条件相同时进行同一动作时，最大髋关节角度小于孕妇在相同实验条件下进行相同动作时的最大髋关节角度；怀孕周数小，腹围较小的孕妇在实验条件相同进行相同动作时，髋关节最大角度小于孕周数较大，腹围较大的孕妇。究其原因，孕妇怀孕期间身体质量与体积的增加主要集中于脊柱与骨盆处,即孕妇下半身躯的增加大于其他节段,因而对髋关节产生较大的惯性矩。加上关节变松,从而使脊柱与骨盆处的关节负荷变大[12]。故孕妇运动时的髋关节角度会大于非孕妇，且孕妇在运动时随着自身孕周的增加，腹围增大，孕肚的质量增大，髋关节最大角度也会增大。因此，可通过髋关节角度值大小判断孕妇裤的托腹效果，且髋关节角度值越小，表明孕妇裤的托腹效果越好。

图4示出孕妇A和孕妇B穿着1#～5#托腹裤进行5个动作时的最大髋关节角度。由图4(a)可知，孕妇A做5个动作穿5#款式的孕妇裤时，其最大髋关节角度的均值最大。5#款式为无托腹设计的孕裤，其他款式均为有托腹设计的款式，可见，有托腹设计的孕妇裤在很大程度上对孕妇动作周期内最大髋关节角度起到减小的作用，具有一定的托腹效果。孕妇A进行动作1时，3#款式对应的最大髋关节角度值最小；进行动作2和动作4时，2#和3#款式对应的最大髋关节角度最小；进行动作3和动作5时，2#款式对应的最大髋关节角度最小。由图4(b)可见：孕妇B做5个动作同样也是在穿5#款式的孕妇裤时，其最大髋关节角度的均值最大；进行5个动作时，全部显示2#款式对应的髋关节角度值最小。

图5示出孕妇A和孕妇B穿着1#～5#托腹裤进行5个动作时最大髋关节角度与非孕妇C的最大髋关节角度差值比较。图5(a)示出孕妇A和非孕妇C穿着1#～5#托腹裤进行5个动作时，二者最大髋关节角度均值的差值。可以看出：孕妇A进行动作1、动作2、动作4时，3#款式对应的髋关节角度差值最小；进行动作3、动作5时，2#款式对应的髋关节角度差值最小。图5(b)示出孕妇B与非孕妇C穿着1#～5#托腹裤进行5个动作时，二者最大髋关节角度均值的差值。可以看出：孕妇B进行5个动作时，全部显示2#款式对应的髋关节角度差值最小。

3.3 实验结果

由图5的数据结果归纳可得孕妇A和孕妇B做各动作对应的托腹效果较好的款式，如表8所示。可见，孕妇A穿着2#款式和3#款式时，体现出托腹效果最好，孕妇B穿着2#款式，其托腹效果最好。

表8 各动作对应的托腹效果较好的款式Tab.8 Each movement corresponds to better abdomen style

3.4 款式设计

利用三维动作捕捉实验，通过比较孕妇与正常人体进行肢体活动时的髋关节最大角度的差值，最终得出2#款式低腰交叉托腹裤托腹效果最好，3#款式腹部托腹裤托腹效果比2#款式略差。此结果与主观评价实验时2#款式托腹感最明显的结果一致。

虽然实验结果显示2#款式的托腹效果最明显；但是主观评价问卷也显示2#款式由于腰线低，易滑落，故以2#款式的孕妇裤的交叉设计为主要设计点，结合3#款式的高腰设计，从而改进腰线低易滑落的问题。改进后的托腹部位的结构设计如图6所示。

图6 托腹部位可变化设计Fig.6 Variable design of abdominal part

图6的托腹部位与裤子部分呈可脱卸的形式。将托腹裤分为2个独立的部分，腰以上的托腹部位单独设计，根据孕妇孕期设计不同的规格，托腹部位与裤子用服装用魔术贴连接，该设计具有以下好处：1)孕妇在穿着使用时，可利用魔术贴随时调整尺寸大小，将魔术贴去除，可使托腹部位与裤子分离，让孕妇动作更加方便、安全；2)在穿着裙装的时候，也可单独使用托腹部位，增加了孕妇在孕期穿着的多样性。3)单独的裤装可增加腰带设计，在非妊娠期也可穿着，提高了裤子的穿着利用率。

4 结束语

根据动作捕捉仪实验与穿着主观评价实验结果，对孕妇裤设计提出以下建议。

1)采用柔软、舒适、有弹性的面料。面料的舒适性对服装的舒适感起到决定性的影响，且随着腹围的增大，有弹性的面料不会增加腹部紧绷感，故在孕妇裤面料的选择方面，采用比较柔软且有弹性的面料，减轻孕妇孕期不适感。

2)尺寸的合理性与多样性。实验的几款托腹裤都存在腰部、腹部、腿部、臀部紧绷，弹力不足等问题，这是由于现有的孕妇裤过多依赖于面料的弹力来适应穿着者的各种尺寸，导致穿着时一些部位由于尺寸不合适而产生穿着状态的不适感。托腹部位与裤子分离设计，使裤子的尺寸与托腹部位的尺寸可以分别设计，孕妇在选择孕妇裤时，可根据自身的身体状态采用分离设计的方法分别选择合适的尺寸，使孕妇裤尺寸的设计更具多样性。

3)穿脱方面。随着孕周的增加，孕妇身体负担越来越重，穿脱衣服等动作会越来越不方便，所以在孕妇装的设计中，应注意添加一些方便孕妇生活的设计点，例如分离设计，在穿着时可以与裤子分别穿着，然后用魔术贴等连接起来，大大提升了使用的方便性。

此外，由于实验条件的限制，本文研究存在一些不足之处：孕妇动作随机性大，孕妇每次进行同一动作时动作幅度有一定的差异，髋关节角度的变化会受到动作幅度差异的影响。本文实验只选用了5款风格相似，比较有代表性的托腹裤，并考虑到托腹部位的结构设计对托腹效果的影响，其他款式影响因素可能会被忽略。在后续研究中，可针对更多种类的孕妇裤进行深入研究，发现更多的影响托腹效果的因素，使孕妇裤的设计更加完善。

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