服裝領域光學人體測量技術的應用

趙 倩，鄧詠梅

（1.西安工程大學 服裝與藝術設計學院，陜西 西安 710048；2.紹興市柯橋區西紡紡織產業創新研究院，浙江 紹興 312030）

人體測量可通過非接觸式和接觸式來實現，隨著產業升級和研究的深入，非接觸式人體測量被應用于更多領域?；诂F代光學的非接觸式三維人體測量技術，將圖像作為直接檢測對象和信息來源獲取體表信息[1]，信息以點云數據呈現，是人體特征點和特征線的構成基礎，通過軟件處理，用點云數據重構人體虛擬數字化模型[2]。

1 光學人體測量的原理與分類

1.1 光學人體測量的基本原理及在逆向工程中的意義

逆向工程又稱反求工程，主要是獲取產品模型的點云數據，采用曲面重建技術，將產品模型轉換為數字模型，并在此基礎上進行開發和再加工[3]。獲取逆向模型是逆向優化建模的第一步，是用三維掃描儀對已有產品模型進行掃描測量來獲得產品結構數據[4]，從而對被測物進行仿真模擬。

1.2 光學人體測量的分類

光學人體測量可分為激光三角測量法、結構光法、激光測距法、圖像分析法、工業CT（ICT）全息法等。測量方法不同，得到的點云數據形式也不同，可分為4種，如圖1所示。綜合分析各種測量方法，主要基于普通光、激光和紅外3種光源[5]。

1.2.1 普通光掃描法

CubiCam掃描儀采用莫爾條紋法原理（圖2），采用白光快照，只要1 s便可在短距離內形成人體輪廓圖像，分辨率較高，還可消除人體呼吸造成的偏差。

美國[TC]2掃描儀（圖3），采用白光相位原理，通過白光分層測量技術獲取人體點云數據，其原理是將白光正弦曲線投射到被測物上，依據莫爾光投射原理，對被測物表面形成的投射變形圖樣進行計算，得到被測物的表面數據，6臺攝影儀同時采集數據，通過合并形成完整的物體表面形態數據[6-7]。

6臺攝像機分3個位置設置，每個位置的兩臺儀器上下放置，可掃描人體95%左右的表面，圖像解析度是12 mm，精確度為3 mm，可獲得黑白圖像。

1.2.2 激光掃描法

德國Vitus Smart（圖4），可獲取更多人體細節數據，便于在較小空間使用，其激光是對眼睛無損害的級別，運用相似三角形原理，采用激光測距儀多方位測量，計算人體輪廓坐標，形成人體三維模型，通過測量獲取人體尺寸[8]。

Cyberware三維測量系統（圖5），采用更復雜精細的技術和硬件結構，系統軟硬件緊密結合，整個過程由軟件控制，可在軟件系統查看三維結果。從4個方位進行掃描，每個方位的儀器沿豎直方向運動對被測物進行掃描，獲取物體表面完整數據一般需要16 s。通過多個機位的掃描，將數據拼合形成物體表面完整數據，該儀器還會形成一個被測物的24點位彩色結構圖，所以成本偏高。

1.2.3 基于紅外深度傳感器的三維掃描法

基于深度圖像融合獲得的人體三維尺寸信息，是近年的發展熱點。如圖6所示，紅外相機向外發射紅外結構光，通過光學三角測量得到被測物以毫米為單位的深度圖像[9]，多幅深度圖像融合成完整的物體三維重建模型，因小巧便攜、價格低廉和較高的掃描精度等特點，在平衡成本和實用性上具有較大優勢。

基于紅外深度傳感器的Body Line（BL）掃描系統，應用位置傳感探測器（PSD）的光電二極管技術（LED），發射脈沖式紅外線，當被測物反射光源后，投射鏡頭感應其反射光，應用該反射光構造被測物的外部形態，再通過二級鏡頭采集這些光線，探測器感知并聚焦這些光線，抽取三維數據，錯漏數據較少，減少了人體穿著服裝造成的誤差，最終得到接近人體凈尺寸的體表數據[10]，如圖7所示。

2 光學人體測量在服裝領域的應用

基于以人為本的理念，實現更具價值的研究成果，圍繞人體體表數據研究，使各產業獲得了更多的發展可能。例如，在影視制作中為動畫人物設計動作，需要捕捉人體動態數據；在口罩設計中，需要考慮更多的人體數據，形成更優化的結構，使得醫務工作者長時間佩戴也不會產生勒痕等。

2.1 體型數據庫的建立

只有對人體體型作統計分析，才能將產品設計和市場需求接軌，形成健康的產業運作。大部分企業有自己的號型規格，這與他們的目標群體有關，即他們針對的客戶體型就是他們號型規格的設計原則，而往往很難獲得準確、真實的體型特征數據。沒有大數據的統計，小樣本的測量無法實現真正的群體規則。三維掃描技術可以獲取目標群體準確的大量參數，其精細程度可以滿足研究者和企業的所有設計需求，并且可通過多種渠道采集數據，不僅可以獲得更多群體資訊，還可以引導新產品的開發。

2.2 數字化人臺的建立

立體裁剪彌補了平面設計在曲面設計中的眾多不足，然而，傳統的方式常常耗費大量人力和物力，成本高，且耗時長。服裝產業數字一體化發展，從服裝設計到生產、銷售都進入了數據處理的快速時代。基于三維掃描獲取的人體數據形成數字化人臺，可以對群體的體型劃分提供有價值的信息，也可以為更多功能性服裝的研發提供技術參數和評價基礎。

2.3 量身定制（MTM）

系統首先通過三維人體測量獲得客戶人體數據，以需求為導向，形成下單式設計規則，設計師根據訂單要求在設計系統中進行從服裝設計到成品制作的操作。完成一個訂單的過程，一般為3天，是降低成本、減少庫存、提高效率的有效手段。隨著輔助產業的發展，例如工藝的實現和產業鏈的成熟，訂制化服裝設計的服務質量和效率會有所提升。

2.4 數字化服裝博物館

在共享型社會理念之下，數字化服裝博物館應運而生。高校建立自己的服裝數字博物館，通過仿真服裝面輔料、款式、技術、工具等，讓學生或者參觀者了解本校服裝專業的發展歷史和研究成果，具有直觀、交互性高的優點。企業將自己的產品和專利制作成數字化宣傳物料，用于對外交流和商談平臺宣傳。

2.5 在其他領域的應用

約90%的女性對自己的身材不滿意，希望通過服裝來修飾體型，而現有的塑身衣舒適性普遍較低[11]，為了達到減小圍度的目的，過大的服裝壓力會對人體的生理和心理健康產生傷害。通過建立人體仿真模型和服裝模型，模擬壓力分布，進行功能性和舒適性壓力研究。根據塑身需求調整壓力分布，制作有效且較符合服用要求的塑身服裝，同時還可以通過模擬來評價其服用性能[12]。

體育運動的精彩絕妙之處在于失之毫厘、差之千里。三維運動捕捉系統可以捕捉各個時空的細微動作，形成固定模型，獲取準確參數，如位置、角度力量等，幫助提升運動成績[13]。

近年來，乳腺癌術后乳房重建被越來越多的臨床醫生重視，并已成為乳腺癌全程管理的重要部分[14]，作為美容項目的乳房整形也日趨受到青睞，三維建?？梢詫崿F虛擬手術的演示。

3 結語

隨著交叉產業的升級和服裝產業需求的提升，快速、準確地獲取人體體表數據成為至關重要的工程研究基礎，而眾多數據采集手段都各有優勢和不足，這與需求的多樣化有關，應根據具體的需求選擇測量方式。此外，數字化時代的發展越來越精細，未來有待形成更高效、精確和全面的采集方式。