基于三維動作捕捉儀的孕婦褲托腹效果評價

鄭晶晶， 閻玉秀， 馮繼玲

(1. 浙江理工大學 服裝學院， 浙江 杭州 310018； 2. 浙江省服裝工程技術研究中心， 浙江 杭州 310018)

孕婦裝作為女性妊娠期間接觸最多的產品之一，已經成為現代女性妊娠期的必備品。目前，對于孕婦裝的研究大都圍繞孕期女性體型變化、孕婦裝版型結構、孕婦裝市場需求以及孕婦裝流行款式與色彩研究為主[1]。現有的研究多偏重于孕婦裝的美觀性與舒適性，忽視了孕婦群體對孕婦裝的功能性需求。

孕婦褲在整個妊娠過程中是常用款式，其服裝款式結構設計的功能性研究就顯得尤為重要。髖關節是人體最大的關節，其結構特征使其具有先天的穩定性，又具有很大的活動度。髖關節主要功能為負重，將軀體的重量傳達給下肢，在維持人體身體平衡和在人體行進過程中起著重要的作用[2-3]。本文通過三維動作捕捉儀，選取運動時髖關節角度的變化作為參考點對孕婦褲的托腹效果進行評價，在現有孕婦褲的基礎上提出新的設計方案，以期為孕婦裝生產企業開發、生產和設計新產品提供參考。

1 問卷調研

1.1 調研目的

通過問卷調研了解孕婦的體型特征、現有孕婦托腹褲的市場現狀、種類、合體性與功用性，了解孕婦常規運動模式。

1.2 問卷分析

本次問卷共回收125份，其中有效問卷112份。表1示出問卷調查分析結果。由選擇因素可以看出：購買孕婦裝時，注重舒適性的最多，占實驗樣本的78%；其次是功能性(防輻射、托腹護腰)，有71%的孕婦選擇；穿脫方便和安全性，尺寸可調節選擇率也較高，超過50%；而美觀性和價格以及其他因素選擇率較低，可見外觀和價格是孕婦考慮購買的因素，但并不是重要的決定性因素。現代女性更加注重在妊娠期對自身與胎兒的保護，選擇穿著有針對性防護效果的功能性服裝以保證自己與孩子更加安全與健康[4]。由孕婦裝的功能性需求選擇可見，孕婦最先考慮的功能是具有托腹護腰性，其次是具有防輻射功能，這2個方面的選擇率都超過了50%；再次是保溫功能、胎兒監控功能和按摩功能，選擇占比在1/3左右。究其原因，孕婦妊娠期，體型最明顯的變化是腹部的不斷增大，同時腹部的重量不斷增加，孕婦的身體負荷越來越重，孕婦腹部的前凸式生長導致孕婦的身體重心前移，在無外力的作用下，孕婦為了維持身體的平衡，只有盡量挺起肚子，同時肩部后仰，以達到身體重心趨向于正常人體[5]。長時間使用不正確的姿勢進行運動，會使腰椎軟組織損傷，甚至出現腰痛的癥狀。綜上，從選擇比例上可見，孕婦對孕婦裝功能性要求上更希望能有托腹護腰的功效，以此得以緩解。

現代女性孕期的生活方式與以前相比發生了很大的變化，大部分孕婦都認識到妊娠期需要進行適當的針對性運動，孕婦運動能夠促進胎兒的健康生長，降低孕婦懷孕期間多種疾病的發生率，降低孕婦分娩的危險。運動已受到廣大孕婦群體的關注[6]。表1中運動類型的選擇結果顯示；98%的孕婦在妊娠期會選擇進行適當的散步鍛煉；其次44%的孕婦在孕期經常進行伸展運動；39%的孕婦在孕期常進行上下樓梯的鍛煉；11%的孕婦在孕期經常進行快走鍛煉和孕婦瑜伽；6%的孕婦選擇孕婦體操；而跳舞、游泳以及其他的運動方式沒有孕婦選擇。

表1 問卷調查分析Tab.1 Questionnaire analysis %

除步行鍛煉外，伸展運動是選擇量最多的鍛煉方式，步行運動是孕婦從事頻率最高的運動[7]。根據問卷調研，確定孕婦可進行測試的實驗項目，進行進一步分析。

2 實驗部分

2.1 樣品確定

現有的孕婦褲款式主要分為有托腹設計的孕婦褲(高腰、低腰)、無任何設計的普通孕婦褲、背帶孕婦褲。其中有托腹設計的孕婦褲，其托腹部位的結構設計比較多變，主要有腰腹1周托腹設計、前腹部托腹設計等款式。在托腹部位的面料使用上多采用彈力較好的針織純棉面料，背帶式的托腹褲在腹部并沒有做特殊的托腹設計，其腹部結構一般比較寬松，腹部與其他部位使用相同的面料，相當于在無托腹設計的孕婦褲的基礎上增加了肩帶的設計，其托腹原理主要是依靠肩部的力量由下往上給腹部一個托力；大部分無托腹設計的普通孕婦褲多使用彈力較好的面料。背帶孕婦褲在本文實驗中的研究意義小，且與其他款式的孕婦褲缺乏可比性，故本文實驗不選擇背帶托腹褲作為實驗樣品。綜上所述，最終選擇市場上常見且使用率較高的5款托腹褲款作為實驗樣品，如表2所示。

2.2 運動模式確定

根據查詢并閱讀相關資料可知，在懷孕期間最適合孕婦的運動是步行，步行運動包括散步、散跑、慢跑、快走、上下樓梯等，步行運動是孕婦從事頻率最高的運動[8]。同時結合問卷調研結果確定5個比較符合孕婦常規鍛煉的運動模式。步行運動選擇孕婦最常進行的散步、慢跑、上下樓梯；伸展運動選擇針對下肢鍛煉的腿部左右拉伸鍛煉與腿部前后拉伸鍛煉。

表2 孕婦托腹褲實驗樣品Tab.2 Pregnant women abdominal pants experimental samples

2.3 三維捕捉實驗與主觀評價實驗

Qualisys動作捕捉系統由9個相機組成，懸掛在實驗室頂部，環繞實驗室排列，使整個實驗室都處于相機視野疊區域內，實驗室覆蓋區域為10 m×10 cm的正方形。系統配有專門的運動捕捉軟件及數據導出軟件，進行系統設定，捕捉過程控制，捕捉數據的編輯處理、輸出等[9]。

2.3.1實驗對象選取

根據問卷調研結果，適合的實驗者為孕周為24～32的孕婦。本次被試者一共3名，分別為孕周為28周(7個月)的孕婦A、孕周為25周(6個月)的孕婦B和非孕婦C。3名被試者的基本信息如表3所示。

表3 被試者基本情況Tab.3 Experimenter′s basic information

2.3.2主觀評價實驗

被試者分別穿著5款實驗托腹褲，穿好后在靜態(站立)狀態下，按圖1的主觀階梯，對5款托腹褲綜合舒適感進行靜態穿著評價打分，包括：穿著時是否掉襠、卡襠；腰部、腿部、臀部緊繃彈力；腰線高低；腰頭的松緊度是否合適以及穿著托腹感等。之后被試者分別穿著5款托腹褲，在動態(5個實驗運動)狀態下，同樣按照圖1的主觀階梯，分別對每款托腹褲進行上述情況的綜合舒適感和托腹感的動態穿著評價打分。最后綜合被試者的靜態與動態的評價分數，總結每款托腹褲存在的問題。

2.3.3三維捕捉實驗

在被試者下肢的關節等部位黏貼捕捉反光球，被試者分別穿著每款測試托腹褲，按照動作模型做出相關動作，進行實驗時根據5個動作的強度進行了順序安排。首先進行動作強度較小的散步作為熱身；然后進行腿部左右拉伸運動活動開肢體；之后進行強度稍大的上下樓梯運動；接下來進一步加大運動強度進行慢跑；最后進行腿部前后拉伸運動，緩解運動后肢體的酸痛。根據以上動作順序，將各項動作分別命名為動作1、動作2、動作3、動作4、動作5，如圖2所示。通過儀器捕捉反光球的運動軌跡進行動態模型采集，建立動態和靜態的骨骼模型，最后導出整個動作周期下髖關節的所有角度數據。

3 實驗結果分析

3.1 主觀評價分析

表4示出各款式動靜態穿著主觀評分。可見，無論是靜態還是動態狀態，各被試者穿著時綜合舒適的感覺和托腹感的趨勢都是一致的。根據主觀評分可見，綜合舒適感由高到低排列的款式依次為：2#、1#、3#、5#、4#。托腹感由高到低排列的款式順序為：2#、3#、1#、4#和5#，4#款式和5#的托腹感相同。

根據主觀評價打分，把5款孕婦托腹褲存在的問題歸納如表5所示。

3.2 動作捕捉儀實驗分析

3.2.1有效實驗數據篩選

通過三維動作捕捉系統與生物力學分析軟件Visual3D相結合，生成準確的人體運動模型，并導出髖關節角度值。

圖2 5個實驗動作Fig.2 Five experimental movements. (a) Action one; (b) Action two; (c) Action three; (d) Action four; (e) Action five

款式編號綜合舒適感評分托腹護腰感評分靜態動態靜態動態1#23210.502#232210.53#2020.50.50.54#98005#17.514.500

髖關節的角度為軀干與股骨的夾角。由于動作模型的不同以及不同被試動作速度存在差異，導出的髖關節角度數據差異較大，且每次動作的時刻存在不同步[10-11]，因此采用每次動作周期中髖關節角度的最大值作為有效參考數據。

3.2.2顯著性檢驗

以1#托腹褲款式為例，驗證孕婦和非孕婦的身體狀態不同是否對髖關節的角度有顯著性影響。

表5 各托腹褲款式存在的問題Tab.5 Problems in styles of maternity pants

2名孕婦被試者A和B穿著1#托腹褲時做各項動作的最大髖關節角度與非孕婦被試者C穿著1#托腹褲做各項動作時的最大髖關節角度進行單因素方差分析，結果如表6所示。可知，不同被試者穿著同一款式的托腹褲進行同一動作時，孕婦與非孕婦的不同身體狀態對運動時髖關節的最大角度有著顯著性影響，孕婦之間身體狀態的不同也對運動時髖關節最大角度也有顯著性影響。

表6 不同被試者對髖關節角度影響的顯著性檢驗Tab.6 Significant test of influence of different experimenters on hip angle

檢驗不同款式的托腹褲對孕婦最大髖關節角度影響的顯著性。使用單因素方差分析分別檢驗孕婦A與孕婦B在進行每個動作時，每款實驗托腹褲對進行同一動作時髖關節角度的最大值是否有顯著性影響，結果如表7所示。可見，在進行動作1、動作2、動作3、動作4、動作5時，相應的概率為0，小于顯著水平0.05，故5款托腹褲對孕婦A和孕婦B在動作周期內最大髖關節角度都有顯著性影響。

3.2.3數據分析

以1#托腹褲款式為例，各被試者穿著1#款式。圖3為各被試者做每個動作的最大髖關節角度平均值的比較圖。

從圖3可以看出，3位被試者穿著同一款1#托腹褲進行不同動作時，最大髖關節角度有較大的差異。最大髖關節角度由大到小為孕婦A、孕婦B、非孕婦C。

表7 孕婦A和孕婦B對應的各實驗款式對最大髖關節角度影響的顯著性Tab.7 Significance of maximum hip angle affected by experimental styles of pregnant woman A and pregnant woman B

圖4 孕婦A和孕婦B穿著1#～5#托腹褲進行5個動作時最大髖關節角度比較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

圖3 被試者穿著1#托腹褲做5個動作時的髖關節角度比較Fig.3 Compansion of hip angles of five movements performed by subjects wearing 1# abdominal pants

可見：非孕婦在其他條件相同時進行同一動作時，最大髖關節角度小于孕婦在相同實驗條件下進行相同動作時的最大髖關節角度；懷孕周數小，腹圍較小的孕婦在實驗條件相同進行相同動作時，髖關節最大角度小于孕周數較大，腹圍較大的孕婦。究其原因，孕婦懷孕期間身體質量與體積的增加主要集中于脊柱與骨盆處,即孕婦下半身軀的增加大于其他節段,因而對髖關節產生較大的慣性矩。加上關節變松,從而使脊柱與骨盆處的關節負荷變大[12]。故孕婦運動時的髖關節角度會大于非孕婦，且孕婦在運動時隨著自身孕周的增加，腹圍增大，孕肚的質量增大，髖關節最大角度也會增大。因此，可通過髖關節角度值大小判斷孕婦褲的托腹效果，且髖關節角度值越小，表明孕婦褲的托腹效果越好。

圖4示出孕婦A和孕婦B穿著1#～5#托腹褲進行5個動作時的最大髖關節角度。由圖4(a)可知，孕婦A做5個動作穿5#款式的孕婦褲時，其最大髖關節角度的均值最大。5#款式為無托腹設計的孕褲，其他款式均為有托腹設計的款式，可見，有托腹設計的孕婦褲在很大程度上對孕婦動作周期內最大髖關節角度起到減小的作用，具有一定的托腹效果。孕婦A進行動作1時，3#款式對應的最大髖關節角度值最小；進行動作2和動作4時，2#和3#款式對應的最大髖關節角度最小；進行動作3和動作5時，2#款式對應的最大髖關節角度最小。由圖4(b)可見：孕婦B做5個動作同樣也是在穿5#款式的孕婦褲時，其最大髖關節角度的均值最大；進行5個動作時，全部顯示2#款式對應的髖關節角度值最小。

圖5示出孕婦A和孕婦B穿著1#～5#托腹褲進行5個動作時最大髖關節角度與非孕婦C的最大髖關節角度差值比較。圖5(a)示出孕婦A和非孕婦C穿著1#～5#托腹褲進行5個動作時，二者最大髖關節角度均值的差值。可以看出：孕婦A進行動作1、動作2、動作4時，3#款式對應的髖關節角度差值最小；進行動作3、動作5時，2#款式對應的髖關節角度差值最小。圖5(b)示出孕婦B與非孕婦C穿著1#～5#托腹褲進行5個動作時，二者最大髖關節角度均值的差值。可以看出：孕婦B進行5個動作時，全部顯示2#款式對應的髖關節角度差值最小。

3.3 實驗結果

由圖5的數據結果歸納可得孕婦A和孕婦B做各動作對應的托腹效果較好的款式，如表8所示。可見，孕婦A穿著2#款式和3#款式時，體現出托腹效果最好，孕婦B穿著2#款式，其托腹效果最好。

表8 各動作對應的托腹效果較好的款式Tab.8 Each movement corresponds to better abdomen style

3.4 款式設計

利用三維動作捕捉實驗，通過比較孕婦與正常人體進行肢體活動時的髖關節最大角度的差值，最終得出2#款式低腰交叉托腹褲托腹效果最好，3#款式腹部托腹褲托腹效果比2#款式略差。此結果與主觀評價實驗時2#款式托腹感最明顯的結果一致。

雖然實驗結果顯示2#款式的托腹效果最明顯；但是主觀評價問卷也顯示2#款式由于腰線低，易滑落，故以2#款式的孕婦褲的交叉設計為主要設計點，結合3#款式的高腰設計，從而改進腰線低易滑落的問題。改進后的托腹部位的結構設計如圖6所示。

圖6 托腹部位可變化設計Fig.6 Variable design of abdominal part

圖6的托腹部位與褲子部分呈可脫卸的形式。將托腹褲分為2個獨立的部分，腰以上的托腹部位單獨設計，根據孕婦孕期設計不同的規格，托腹部位與褲子用服裝用魔術貼連接，該設計具有以下好處：1)孕婦在穿著使用時，可利用魔術貼隨時調整尺寸大小，將魔術貼去除，可使托腹部位與褲子分離，讓孕婦動作更加方便、安全；2)在穿著裙裝的時候，也可單獨使用托腹部位，增加了孕婦在孕期穿著的多樣性。3)單獨的褲裝可增加腰帶設計，在非妊娠期也可穿著，提高了褲子的穿著利用率。

4 結束語

根據動作捕捉儀實驗與穿著主觀評價實驗結果，對孕婦褲設計提出以下建議。

1)采用柔軟、舒適、有彈性的面料。面料的舒適性對服裝的舒適感起到決定性的影響，且隨著腹圍的增大，有彈性的面料不會增加腹部緊繃感，故在孕婦褲面料的選擇方面，采用比較柔軟且有彈性的面料，減輕孕婦孕期不適感。

2)尺寸的合理性與多樣性。實驗的幾款托腹褲都存在腰部、腹部、腿部、臀部緊繃，彈力不足等問題，這是由于現有的孕婦褲過多依賴于面料的彈力來適應穿著者的各種尺寸，導致穿著時一些部位由于尺寸不合適而產生穿著狀態的不適感。托腹部位與褲子分離設計，使褲子的尺寸與托腹部位的尺寸可以分別設計，孕婦在選擇孕婦褲時，可根據自身的身體狀態采用分離設計的方法分別選擇合適的尺寸，使孕婦褲尺寸的設計更具多樣性。

3)穿脫方面。隨著孕周的增加，孕婦身體負擔越來越重，穿脫衣服等動作會越來越不方便，所以在孕婦裝的設計中，應注意添加一些方便孕婦生活的設計點，例如分離設計，在穿著時可以與褲子分別穿著，然后用魔術貼等連接起來，大大提升了使用的方便性。

此外，由于實驗條件的限制，本文研究存在一些不足之處：孕婦動作隨機性大，孕婦每次進行同一動作時動作幅度有一定的差異，髖關節角度的變化會受到動作幅度差異的影響。本文實驗只選用了5款風格相似，比較有代表性的托腹褲，并考慮到托腹部位的結構設計對托腹效果的影響，其他款式影響因素可能會被忽略。在后續研究中，可針對更多種類的孕婦褲進行深入研究，發現更多的影響托腹效果的因素，使孕婦褲的設計更加完善。

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