三維人體測量技術的發展與應用

叢曉丹，姜 洋

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三維人體測量技術的發展與應用

叢曉丹，姜 洋

人體測量是正確把握人體特征的必要手段，它可以掌握人體有關部位的具體數據，進而對數據進行科學分析研究。三維人體掃描系統的非接觸光學測量技術是多學科范疇，涉及光學測量技術、計算機技術、圖形處理技術、數字信號處理技術等，與傳統的測量方法相比，具有測量時間短、數據精確度高且全面等特點，多數軟件可以對獲得的數字化人體進行互動測量。

三維人體掃描技術研究在歐美日等國家起步比較早，技術成熟，早已商業化，尤其是在服裝領域的應用。具有代表性的如美國的TC2(Textile /Clothing Technology Corporation)分層輪廓測量系統、英國的Cyberware全身掃描儀及德國的TechMath人體掃描系統等。美國紡織服裝技術中心(TC2分層輪廓測量方法)研發的人體測量系統，采用白光相位測量技術(Phase Measurement Profilometry)，10 s完成對人體45 000個點的掃描，迅速獲得人體80多個數據尺寸，其精度誤差在0.6 mm內，可以全面精確地反映人體體型情況。Cyberware于1995年研制出了商品化的全身掃描儀WB2和WB4，該掃描儀器用激光掃描三維技術來獲取三維影像，工作站的軟件控制整個掃描及移動過程，只需幾秒便完成一次掃描，然后使用者便可以用工作站上的圖像工具查看掃描結果，多個視角的掃描數據可以融合成一個完整的人體模型。德國的TechMath人體掃描系統可以在20 s內完成掃描過程，能夠捕捉人體的80 000個數據點，其精確度到0.2 mm范圍內。目前，世界上已建立有90多個大規模的人體測量數據庫，其中歐美國家占了大部分，亞洲國家約有10個，這其中日本占了一半以上。如CASER人體測量研究計劃，在美國、荷蘭、意大利等得到了廣泛應用。日本HQLD提出了人體測量和增進人類福祉計劃。英國3D電子商務中心(The center for 3D Electronic Commerce)在網上開展了三維人體數據方面的商務活動。外國公司的三維人體測量系統設備雖然性能好，所測量的數據精確度高，但價格昂貴。

由于三維人體測量技術具有極大的商業價值，獲取空間數據的能力、精度和速度和其他設備集成形成智能化系統等核心技術仍作為各公司的機密嚴格保密。

我國在該領域的研究相對落后，目前一些高校和研究所正在進行這方面的積極探索。

在1983—1988年，我國先后頒布了幾項國家標準，統一了人體測量儀器和方法，為正確開展人體測量工作奠定了基礎。近年，非接觸式三維掃描技術日趨成熟，人體測量技術由原來的手工測量轉向三維掃描人體模型自動測量。由于不同的三維掃描系統技術基礎不同，對同一個體的尺寸測量會存在明顯差異，所以中國國家標準化管理委員會于2009年頒布了《三維掃描人體測量方法的一般要求》，對三維人體測量中25個人體表面關鍵特征點及36個人體表面關鍵特征尺寸給出明確標準。

總后軍需裝備研究所、北京服裝學院研制了雙視點投影光柵體型掃描儀；西安交通大學激光與紅外應用研究所研發了光電人體尺寸測量系統；中山大學基于立體攝像測量方法所開發了“2000服裝CAD系統”。廣州大學紡織服裝學院賽博服裝科研中心投入2 400多萬元開展的“中國三維人體數據庫”項目服裝研究實體仍在研究當中。東華大學、西安工程大學建立的人體數據庫研究，用于開展人體測量和服裝號型標準修訂的相關工作，成為國內規模最大、專業技術水平最高的三維人體掃描研究實體。

國內外三維掃描人體表面點云數據處理和應用對于人體測量學研究、人體形態學、服裝三維設計、工業設計、人體工程、工程設計、數字醫學診斷、三維影視制作、動漫游戲廣告開發等領域都極具價值。隨著三維人體特征提取技術準確度的提高，其應用領域將不斷拓展。