基于乳房运动学参数的运动文胸舒适性研究

余越云 吴志明

摘要： 为了探究运动中乳房舒适性与乳房位移、速度、加速度之间的关系，文章选择了5款不同款式和面料成分的运动文胸。运用Matlab R2020a软件建立相对位移坐标系统，将乳房位移数据转化为相对躯干的位移数据，并通过一阶、二阶求导分别计算出速度、加速度。运用SPSS软件进行非参数检验分析，发现不同款式运动文胸对乳房位移和速度有显著影响，对加速度无显著影响。运动文胸主体面料中的氨纶含量较高，则运动时乳房震动的位移、速度和加速度也越大，对乳房的保护效果越弱。结合主观舒适性评价分析与斯皮尔曼分析发现，乳房舒适性与加速度没有相关性，而与位移和速度相关，且与速度的相关性略大于位移。

关键词： 运动文胸;舒适性;位移;速度;加速度;三维运动捕捉

中图分类号： TS941.17

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2021）09-0060-07

引用页码： 091110

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.09.010（篇序）

Research on the comfort of sports bras based on breast kinematics parameters

YU Yueyuna， WU Zhimingb

（a.School of Textile Science and Engineering; b.School of Design， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

Abstract： To investigate the relationship between breast comfort and breast displacement， velocity and acceleration during exercise， five sports bras with different styles and different fabric compositions were selected. A relative displacement coordinate system was established using Matlab R2020a software to firstly convert the breast displacement data into relative torso displacement data. Then， the velocity and acceleration were calculated by the firstorder and secondorder derivation. It was found through nonparametric test analysis on SPSS software that different styles of sports bras significantly affected breast displacement and speed， with no significant impact on acceleration. The higher the content of spandex in the main fabric of the sports bra， the greater the displacement range， velocity and acceleration of the breast vibration during exercise， and the slighter protective effect on the breast. It is found through subjective comfort evaluation and Spearman analysis that there exists no correlation between breast comfort and acceleration， but it is correlated with displacement and velocity， and it is more correlate with velocity than displacement.

Key words： sports bra; comfort; breast displacement; velocity; acceleration; threedimensional motion capture

收稿日期： 20210302

修回日期： 20210824

基金項目： 教育部人文社会科学研究青年基金项目（20YJCZH063）

作者简介： 余越云（1995），女，硕士研究生，研究方向为现代服装设计。通信作者：吴志明，教授，wxwuzm@163.com。

随着体育运动的普及，热爱运动健身的女性与日俱增。有研究表明，在运动过程中超过72%的女性运动员会感受到乳房疼痛[1]。穿着运动文胸对乳房在垂直方向上的位移限制是不穿文胸的50%[2]，穿着运动文胸跑步能最大减少乳房6 cm位移[3]，可以有效控制保护乳房，减轻乳房疼痛。因此，运动文胸的舒适性受到了越来越多人的关注。

目前关于舒适性的研究，一方面围绕压力舒适性和热湿舒适性研究[4-6];另一方面研究运动舒适性，以乳房位移作为运动文胸舒适性的参考依据，研究乳房运动规律[7-9]。研究显示，乳房运动舒适性与乳房位移呈负相关，垂直轴向上的波幅是影响舒适性的主要因素[8-9]，且乳房的疼痛随乳房运动速度减小而减弱[10]。运动中乳房的运动规律，除了研究位移变化规律，还应该对速度和加速度作为乳房运动学参数进行分析[11-13]。

本文比较了不同款式和不同面料成分的运动文胸对乳房运动学的影响，分析了在三维方向上乳房的位移、速度和加速度等运动学参数，研究了乳房运动舒适性与乳房运动学参数的相关性，对运动文胸的舒适性研究有着非常重要的意义，并对未来文胸的设计改良提供了参考依据。

1实验

1.1样衣分析

人体皮肤延伸度为30%～40%，运动文胸面料需要有良好的弹力，且面料弹力程度要高于皮肤延伸度，否则会有牵引、僵硬感[14]。此外，运动文胸还需要有良好的耐磨性、吸湿透气性，才能给予乳房有效的支撑和保护，以及良好的穿着舒适性。目前主要使用聚酯纤维、锦纶、氨纶等化纤材料。

在选取实验样衣前，调研了淘宝旗舰店热搜的50款主体面料由聚酯纤维和氨纶组成的运动文胸，发现聚酯纤维/氨纶成分主要在80/20～90/10，如图1所示。

根据市场调研结果，本文选取了5款热销款（迪卡侬体育用品有限公司）运动文胸，尺码为M码，款式和面料成分如表1所示。

款式对比实验中，3款文胸11#、21#、3#使用的面料成分及装饰工艺不完全一致，经查阅文献[7]得出运动文胸的保护效果主要受胸部包裹部分和肩带部分的影响，因此，保证主体面料成分及组织结构接近，可视为影响防震效果的面料不变。这3款运动文胸所采用的主体面料聚酯纤维/氨纶成分接近，分别为82/18、84/16、84/16，均为平纹组织。

面料对比实验中，11#、12#文胸的主体面料聚酯纤维/氨纶差异较大，分别为82/18和90/10;21#、22#文胸主体面料聚酯纤维/氨纶差异不大，分别为84/16和90/10。

1.2实验对象

实验选择6名体型基本在GB/T 1335.2—2008《服装号型女子》中165/88A范围内，平时穿着文胸尺寸为80B的女性健身爱好者，上下胸围差在12.5～15 cm，身体健康，无乳房手术史，并且有一定健身蹦床使用经验。实验对象基本数据的平均值如表3所示。

1.3三维运动捕捉实验

实验要求志愿者穿着运动鞋和紧身健身长裤，依次换上运动文胸，使用Opti Track三维运动捕捉系统（美国Natural Point公司）。为捕捉志愿者运动时的乳房位移，需在关键部位粘贴反光标记点，共8个，依次为：左侧乳头点（B1）;乳房内侧水平4 cm处（B2）;乳房外侧水平4 cm处（B3）;乳房下侧垂直4 cm处（B4）;乳房上侧垂直4 cm处（B5）;胸骨角上切迹（O1）;右侧第十根肋骨下缘与右乳头点对齐处（O2）;左侧第十根肋骨下缘与左乳头点对齐处（O3），如图2所示。

粘贴完标记点后，需要在每次测试前均进行标定。先将健身蹦床放置于摄像机的最佳捕捉区域，志愿者站立于蹦床中央，做Tpose，确定测试捕捉点。然后根据节拍器（0.5 s/拍），进行匀速高抬腿运动，双腿保持交替至水平，在稳定状态后采集数据并保存。

1.4主观评价实验

本文采用Mason等[15]提出的十级量表来评估实志愿者在运动时的乳房舒适性，0表示运动时乳房“最舒适”，5表示“没感觉”，10表示“最不舒适”，如图3所示。实验对象分别穿着4款运动文胸，测试结束后，立刻进行主观评价，从个人感官角度对运动文胸进行评分，并记录结果。

2实验结果分析

2.1三维捕捉实验分析

2.1.1数据处理

对各标记点的所有实验数据进行预处理，修复缺失数据，删除无效和异常数据，将标记点三个方向的原始位移与时间数据导入Excel。志愿者在高抬腿运动时，躯干会有六个自由度的运动，为准确研究乳房的运功规律，需要排除軀干的运动[16]。本文以胸骨上切迹（O1）和左右侧第十跟肋骨下缘对齐乳头点处（O2、O3）建立相对位移参考坐标系，如图4所示。运用Matlab R2020a软件将在大地坐标系统下的乳房上标记点的位移数据转为新坐标系下的相对位移数据。

以O1、O2、O3建立相对位移坐标系i，O1点为坐标系原点，确定Y轴方向，Y轴为左右方向，向左为正;三点确定的平面的法向量x→=O1O2×O2O3作为X轴，为前后方向，向前为正;XOY面的法向量z→=O2O3×x→作为Z轴，为垂直方向，向上为正。

在运动中某一时刻，设O1、O2、O3的坐标分别为（X1，Y1，Z1）、（X2，Y2，Z2）、（X3，Y3，Z3），以乳头点B1（X0，Y0，Z0）为例，则：

O2O3=（X3-X2，Y3-Y2，Z3-Z2）（1）

XZ面的方程为：

（X3-X2）（X-X1）+（Y3-Y2）（Y-Y1）+（Z3-Z2）（Z-Z1）=0（2）

则在坐标系i中，B1点的相对坐标为：

Yi=（X3-X2）（X0-X1）+（Y3-Y2）（Y0-Y1）+（Z3-Z2）（Z0-Z1）（X3-X2）（X3-X2）+（Y3-Y2）（Y3-Y2）+（Z3-Z2）（Z3-Z2）（3）

Xi、Zi计算方法同上，每个时刻都要计算。

2.1.2乳房各方向的位移比较

经数据处理后，随机选择有效数据中3段稳定周期（一个周期为4 s），计算每个周期的相对位移，即乳房的相对位移最大值与最小值之差。

根据5款运动文胸的相对位移（每款运动文胸的样本数为18），使用SPSS软件检验数据，发现不符合正态性（P<005），故使用斯皮尔曼相关性检测5款运动文胸的乳头点（B1）、乳房内侧（B2）、乳房外侧（B3）、乳房下侧（B4）、乳房上侧（B5），此5点在前后（X轴）、左右（Y轴）和垂直（Z轴）3个方向上是否存在显著性差异，结果如表4所示。结果表明：乳头点（B1）与乳房上其余4点在0.01级别（双尾）相关性显著（P<0.01），因此，为了简化分析，本文选用乳头点的运动代表乳房的运动，分析6名志愿者穿着此5款运动文胸时乳房的位移、速度、加速度规律。

2.2不同款式的运动文胸比较

2.2.1乳房各方向的相对比较

如表5所示，采用非参数检验的克鲁斯卡尔沃利斯检验进行分析，发现在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，实验选用的3款不同款式的运动文胸对乳房位移有显著差异（P<0.05）。如图5所示，乳头点在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上的位移表明：前后（X）和左右（Y）方向的位移相近，垂直方向上的相对位移明显大于前后和左右方向上的;在3个方向上，3款运动文胸的乳房位移，从大到小依次为21#>3#>11#。乳房的位移越大，说明运动文胸的防震效果越差，对乳房的保护效果越差，所以3款运动文胸对乳房的保护效果从强到弱依次为11#、3#、21#。

2.2.2乳房各方向的相对速度比较

运用Matlab R2020a软件，计算每个样本在相对位移坐标系统下的乳房位移数据的一阶导数，表示乳头点的运动速度。经数据处理后，选择与位移比较时相同的运动周期，计算出每個周期中的相对速度（每款运动文胸的样本数为18）。如表6所示，采用非参数检验的克鲁斯卡尔沃利斯检验进行分析，发现在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，不同款式的运动文胸对乳头点各方向的速度有显著差异（P<0.05）。如图6所示，垂直（Z）方向上的速度显著大于前后（X）和左右（Y）方向;在前后（X）、左右（Y）和垂直（Z）方向上，各款运动文胸速度从大到小依次为#21#>3#>11#，与位移比较结果相同。

2.2.3乳房各方向的加速度比较

运用Matlab R2020a软件，计算每个样本在相对位移坐标系统下的乳房位移数据的二阶导数，表示乳头点的加速度。经数据处理后，选择与位移比较时相同的运动周期，计算出每个周期中的相对加速度（每款运动文胸的样本数为18）。如表7所示，采用非参数检验的克鲁斯卡尔沃利斯检验进行分析，发现仅在垂直（Z）方向上，不同款式的运动文胸对乳房的速度有显著差异（P<0.05），在前后（X）与左右（Y）方向上，无显著差异（P>0.05）。如图7所示，前后（X）方向上的加速度大于左右（Y）和垂直（Z）方向;左右（Y）和垂直（Z）方向上的加速度相近;各款运动文胸加速度从大到小依次为3#>21#>11#，与位移和速度的比较结果不同。

2.3不同面料成分的运动文胸比较

图8、图9分别为工字形（主体面料聚酯纤维/氨纶分别为82/18和90/10）和T字形（主体面料聚酯纤维/氨纶分别为84/16和90/10）的运动文胸，使用与上文相同的分析方法，比较高抬腿运动时的乳房运动学参数。

研究表明，垂直（Z）方向上的相对位移和速度大于其他两个方向;前后（X）方向上的加速度大于其余两个方向。在3个运动方向上，因工字形的款式稳定性较强，11#和12#的相对位移的差异不显著，T字形的21#的相对位移均大于22#;且3个方向上的速度和加速度，11#和21#均分别大于12#和22#。综合工字形和T字形的研究结果，可得运动文胸主体面料氨纶含量越高，面料弹力越大，穿着时乳房运动位移、速度和加速度越大，对乳房的保护效果越差。

2.4主观运动舒适性分析

实验选择6名志愿者对5款运动文胸的主观运动舒适性进行评分。如表8所示，分值越小，说明乳房疼痛越小，运动文胸的舒适性越高。3款不同款式的运动文胸，志愿者表示款式11#的文胸最舒适，为（2.67±1.63）;款式21#的文胸最不舒适，为（6.00±0.63）;3#为（5.50±1.05）。主观评价结果与客观的数据分析结果一致，即运动文胸的运动舒适性从高到低依次为11#、3#、21#。

工字形的两款运动文胸（11#和12#）比较，以及T字形的两款运动文胸（21#和22#）比较，主观评价结果均为主体面料氨纶含量较低的舒适性较高，与客观的数据分析结果一致。

采用斯皮尔曼相关性分析运动舒适性与乳房位移、速度和加速度的关系，如表9所示。相关系数r=0.1～0.29为低度相关，0.3～0.49为中度相关，0.5～1为高度相关[17]。结果显示：乳房运动舒适度与乳房位移和速度相关性显著（P<001），为高度相关（r>0.5），且与速度的相关性略大于位移;与乳房加速度无关（P>0.05）。图10为穿着5款实验样衣时的主观舒适性评价与客观运动学参数的结果，发现乳房的位移和速度，在不同方向上由大到小依次为垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上由大到小依次为前后>左右>垂直，与位移和速度规律不同，并且相关性分析结果也显示乳房运动舒适度与乳房加速度无关（P>0.05）。因此，认为乳房的

舒适度主要受运动时持续的运动位移和速度影响，而非短暂的加速度大小影响，在运动文胸设计中，降低乳房速度和位移对提高乳房舒适更为重要。

3结论

本文研究了5款运动文胸，在健身蹦床上进行高抬腿运动时，探究了不同款式和不同面料的运动文胸对乳房震动的影响，分析了在三维方向上乳房的位移、速度和加速度等乳房运动学参数，以及运动学参数与乳房舒适性的相关性，得出以下结论。

1） 穿着不同款式的运动文胸运动时，乳房位移和速度大小均有显著差异，乳房加速度的大小无显著差异。根据位移和速度的比较结果，以及主观运动舒适性评价，从优至劣依次为工字形、交叉形、T字形。

2） 比较不同面料成分，后背款式分别为工字形、T字形的运动文胸，发现主体面料的氨纶含量较高则面料弹力越大，乳房震动时的位移、速度和加速度均较大，故对乳房的保护效果越弱。

3） 乳房的位移和速度，在不同方向上依次为垂直>左右>前后，而加速度在不同方向上依次为前后>左右>垂直，与位移和速度规律不一致。在前后、左右和垂直方向上，乳房舒适性与乳房位移和速度均有显著相关，而与加速度无显著相关性，说明运动时主要由乳房垂直和左右方向的运动影响乳房舒适度，受持续的运动位移和速度影响，而非短暂的加速度大小影响。在运动文胸设计中，降低乳房位移和速度对提高乳房舒适更有意义。

4） 未来可以通过乳房位移和速度大小来评价运动文胸的保护效果。

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