基于感性工学的上衣口袋设计优化

刘津池，于 淼，张 俊，王 侠，金佳勤

(1.青岛大学 纺织服装学院，山东 青岛 266071；2.武汉纺织大学 服装学院，湖北 武汉 430073)

1 引言

口袋是服装结构中的重要实用部件[1]，也是服装细节设计的组成部分之一，而服装细节设计是以用户需求为基础的[2]，所以服装细节的开发与创新应使服装充分满足人的需求[3]。但是我国服装企业对口袋这一服装细节的舒适度研究和设计关注不足[4]，多沿用惯例，可能导致实际穿着中口袋贴合程度不高，舒适度欠缺。本文将人的主观体验作为“人-服装-环境”系统的核心，并把人体工效学、感性工学与服装细节设计有效融合在一起[5]，设定了基于感性工学动作分析的模拟插袋试验，重点研究了上衣口袋开口大小、角度等与人体活动及各项重要人体参数的量化关系，从而让服装能更好地充当人体 “第二肌肤”的角色[6]，提升消费者对上衣口袋的满意度。

2 实验设计

选定体型接近标准体的30名20岁～24岁大学生作为实验对象，男女各15名。实验对象穿着白色无袋紧身上衣，进行静态人体测量和动态模拟插袋实验，记录实验数据。选用紧身上衣做实验用衣，能减少服装与身体之间的间隙，确保实验准确性，并且可使实验对象在模拟插袋实验中以上衣口袋使用舒适为第一准则[7]，实现通过实验对象的感性来确定产品的设计特征[8]。

2.1 静态人体测量

实验对象穿着实验用衣，赤足站在实验台上，脚后跟并拢，前脚掌自然分开，保持立位正常姿势，测量实验对象的基本人体参数。需要注意的是，测量手部参数时测量其惯用手数据。测量项目包括：身高、胸围、腰围、臀围、腰围线高、臀围线高、小臂长、手肘长、手掌长(不含手指)、手掌掌宽、手掌掌围、净手掌长。

2.2 动态模拟插袋实验

动态实验分现场观察、运动模式分类记录和事件后视频分析[9]三部分。现场观察实验对象动作趋势并记录重要点、角度数据；按插袋动作中手插入口袋、手从口袋出来两种情况分别进行实验数据记录及分析处理；实验后对照视频进行验证分析，确保实验可信度。

在实验对象模拟手插口袋动作时，使用视频记录仪全程记录，并在视频记录中截取两帧特定画面：(1)插袋动作开始后，手臂在向下、向前运动的过程中，中指指尖刚接触到身体表面，此时默认接触到紧身上衣即为接触到身体(后文称画面1)；(2)手掌在插袋动作刚好完成时(此时手掌即将向后、向外、向上运动，后文称画面2)。实验过程中同时使用相机记录上述两帧画面，与视频记录仪中的视频截图进行对照。

2.2.1动态实验坐标系设定

动态实验着重从微观角度观察人体变化[10]。本文动态实验通过定位关键点，将手插口袋过程中手掌与身体相对位置的微观变化数量化，使本研究更具科学性。关键点客观数据采集需要建立参照系：记实验对象正面人体中心线与人体腰围线交点为原点O,坐标(0,0)；以腰围线所在直线为 X 轴，实验对象左手方向为 X 轴正方向；以实验对象正面体表中心线所在直线为 Y 轴，其中实验对象头部方向为 Y 轴正方向；X 轴、Y 轴均以1 cm为一个单位长度。

2.2.2关键点坐标及角设定

观察视频记录并截取画面1为标记时刻1，用指示贴纸对测量点做标记，如图1所示。标记实验对象肱骨头点为点 A，肱骨滑车点为点 B。手掌中指指骨根部中心点为点 C。画面1中，中指指尖与身体接触点记为点 E。大拇指虎口外缘与身体接触点记为点F。

记画面2为标记时刻2。取点C在实验对象身体表面投影为点D，在水平方向上过点D做辅助线与Y轴交点记为点G。在画面2中点C与其在实验对象身体表面投影点D重合。

自制倾斜角度量角器：将透明长尺直边与量角器0°射线边重合，并用透明胶带将二者缠绕绑定，扩展该系统适用范围，可测算相距更远三点所构成的角。将量角器的直边中心点钻孔，记做点H，过点H穿系材质均匀的悬垂线，该线另一端悬系重物，使能在重力作用下自然下垂且保持静止状态。

图1 模拟手插口袋示意图

用上述器材测量：原量角器的直线边两端紧密贴合B点、C点，使悬垂线能保证自然悬垂且不晃动的稳定状态，悬垂线贴合量角器，读出该线指示的数值，即量角器直线边与竖直方向悬垂线的锐角夹角∠CHP。此时，∠BHK为插袋动作完成时实验对象整只手臂肘点以下抽象线条与其腰围线夹角。

3 实验数据预处理

剔除非常规数据，保证实验数据总体上的有效性，使其基本能够真实反映实验对象的实际体型特征。用控制变量法做单变量分析，尽可能减少在数据处理过程中上衣口袋开口角度和开口大小两个变量之间的相互干扰。

动态实验中，观察者一方面观察实验对象在模拟手插口袋动作时对上衣口袋最佳开口角度、开口大小等因素的人因动作认知，从而根据实验对象对自身触觉、肌肉感知、平衡感的不自觉外在表现，得出基于实验对象本身与上衣口袋之间关系的评价；另一方面对实验对象进行问询，考察其在特定动作下对自身舒适程度的感知、对目标参数优化方向的感知，基于最终数据记录并根据数据得出人体手部对上衣口袋开口角度、大小的最佳舒适度承载区间[11]。

在对数据样本做均值的假设检验时，发现这些数据样本的均值趋近于正态分布，因此可以确定30组样本数据在本次实验中足够大，即本文设置的实验是有效的。本研究是基于动作分析的实务操作性研究，对动态、静态数据分别进行可信度分析，得到Cronbach α系数约为0.6187>0.6，即实验数据可信。

4 上衣口袋设计优化

在模拟手插上衣口袋实验时，需要确认实验测量时选取的动作数据能够真实实现实验对象最佳的手插口袋体验，并通过一定的实验设计找到符合他们感性要求的细节设计[12]。另外，无图案设计便于数据的测量，进一步减少实验误差。

4.1 口袋开口角度设计优化

小臂及手掌抽象线条与口袋开口抽象线条垂直时，实验对象手部与口袋两侧边缘间接接触时，向口袋某一侧边垂直方向压力理论上取最小值，即在上衣口袋开口线的垂直方向上，最大限度减少了口袋合缝处面料向内侧张力导致的对手掌的间接施压，从而使手掌实际所受的压力最小，确保实验对象获得理论上的最佳手插口袋体验，此时上衣口袋开口角度为最优的上衣口袋开口角度。∠CHP是实验对象插袋过程中整个手掌进入上衣口袋时量角器直边与在自然重力下悬垂的悬垂绳构成的锐角，此时由图1可知∠CHP与∠BHK互为余角，故∠BHK为此时上衣口袋设计的理论最优开口角度。

现行上衣口袋设计惯例中实验对象手部相关角度一般取平角，而以画面2中手部三角骨中心点为基准点，三角骨和中指指骨根部的连线与三角骨中心点和肘点连线呈向下开口的钝角。并且在更大规模的模拟实验中发现在手掌放置在腰部最为舒适的部位时，手掌理论中心点不与小臂成平角。那么相应的中肘点(肘点和手入口袋手臂弯曲时上下臂相交内侧点两个点的中点)和滑车点中点与中指指骨连线的实际角度应当大于现行设计惯例30°～45°。如图2所示，实验对象在插袋中感觉最为舒适的上衣口袋开口角度约为46°～60°。

对口袋开口角度做均值处理，发现口袋开口角度与性别有一定相关性，得出在这一条件下男女最佳口袋开口角度应该分别为43.3°～53.7°和44.4°～55.8°。结合前文分析取三个范围的交集，上衣口袋设计优化后最佳开口角度应为46°～53.7°。

图2 口袋开口角度区间分布图

4.2 口袋开口大小设计优化

口袋开口大小的设计优化应当在假定上衣口袋开口角度处于最佳区间的情况下进行。在手掌插袋过程中，口袋开口上下两缘最大距离之和必须大于或等于最大掌围，才能保证手掌在理论上能完全进入口袋中。考虑到手掌进入上衣口袋的舒适性，手掌上下需各余2 cm的余量，加上口袋开口为层叠的双层设计，故而一共有8 cm的余量。一方面口袋缝纫部位在实际插袋中对手掌有垂直向内的压力，另一方面在日常插袋过程中手掌不可能从口袋开口中心进入口袋，所以需保证手掌进入口袋或手掌持物进入口袋时的基本舒畅。在确定上衣口袋开口大小的最主要决定因素为手掌围后，口袋开口周长应是手掌围长度加 8 厘米，设为T。此时上衣口袋开口直线长度为T/2。在身体重要参数中的身高与口袋开口大小的相关系数约为 0.78，因此建立口袋开口大小与身高的代数关系符合统计学与逻辑推断的合理性要求，最终得到人体身高X与口袋开口大小Y的 X、Y 轴散点图及相关回归方程为 y=0.0875x+0.3439，如图3所示。

图3 口袋开口大小和身高的散点图及相关回归方程示意图

5 结语

通过静态人体测量和动态模拟插袋实验得到人因动作认知量化数据和相关客观数据，并依据这些数据得到上衣口袋设计细节中的口袋开口角度为46°～53.7°，上衣口袋开口大小y与身高x回归方程为y=0.0875x+0.3439。为服装生产企业上衣口袋设计方案的选取提供了参考，并一定程度上提升了设计美观度和消费者对上衣口袋的使用体验。上衣口袋设计优化不仅是服装版型研究的需要，也是生产发展的现实需求。