基于仿真模擬的軟支撐文胸結構優化

引言

女性乳房被視為反映女性形態美的因素之一，并且也是女性健康關注的重點[1]。隨著現代女性健康意識的提升和對身體感知的日益重視，傳統鋼圈文胸在舒適性方面的局限性日益凸顯。這一趨勢推動了無鋼圈內衣市場的快速增長。市場調研表明，兼具良好的承托性與穿著體驗的舒適性仍然是女性消費者的核心訴求[2]。

在此消費升級背景下，軟支撐文胸應運而生，其創新性地融合了無鋼圈文胸的舒適性與傳統文胸的支撐功能。這種新型文胸通過簡化尺碼選擇系統，優化穿著體驗，精準回應了現代女性對文胸產品的多元化需求。作為介于傳統鋼圈文胸與無鋼圈文胸之間的創新產品，軟支撐文胸正在重塑女性內衣市場格局，為消費者提供了更理想的選擇方案。

一、文胸舒適性研究

當前關于文胸舒適性的研究多聚焦于運動文胸，并未單獨涉及軟支撐文胸領域，其無尺碼特性有待深入探討。而如何通過科學的方法優化文胸的設計，提高其力學性能和舒適度，已成為當前研究的熱點。傳統設計過程往往依賴于手工繪圖和物理模型制作，不僅耗時長、成本高，而且難以進行大規模修改和優化[3]。近年來虛擬試衣技術的發展為服裝設計領域帶來了新的變化，快速三維人體建模、高效著裝模擬和真實感動畫模擬將成為未來研究的主要方向[4]。3D 虛擬試衣技術已全面融入服裝設計工作的各個環節，通過多學科交叉實現服裝的創新與優化[5]，并開發出了定制化的服裝設計系統和個性化展示平臺[6]，也有不少學者以用戶需求為視角，針對產品設計方法模型構建進行了研究[7]，滿足了人們對個性化服裝的需求。同時在款式結構設計，圖案設計，模塊化協同設計以及在服裝美觀性評價、合體性評價、壓力舒適性評價和熱濕舒適性研究中均有應用[8]，也有學者開始運用有限元技術建立胸部與文胸力學模型，并不斷優化，從最初的剛體軀干，逐漸增加了軟組織層，以及乳房內部結構[9-10]。也有利用有限元分析法對調整文胸及運動文胸的穿戴仿真和壓力舒適度進行研究[11-12]，探討不同胸圍大小下哪些文胸部件會影響文胸的合適度，分析了文胸杯型、肩帶寬度、背扣位置等因素的作用，旨在提升穿著舒適性。

文中通過聚焦于不同體型人群穿戴同款軟支撐文胸時的應力應變，評估了所選軟支撐文胸的無尺碼特性，通過控制變量法量化分析了文胸各關鍵部位對服裝壓力的影響，并結合用戶主觀評價與客觀實驗數據，以全面提升軟支撐文胸的穿著舒適性與市場適應性，提出優化設計方案。推動軟支撐文胸舒適性研究的進一步發展。

二、軟支撐文胸特性與壓力評估

軟支撐文胸的核心特點在于通過新型材料的應用與結構設計的優化，提升了穿著的舒適性與功能性。引入硅膠新材料作為主要支撐介質，硅膠材料具有柔軟、彈性佳的特點，能夠更好地貼合乳房形態，同時避免鋼圈帶來的壓迫感和不適感。此外，軟支撐文胸的肩帶設計通常偏細，款式簡潔，既滿足了美觀需求，又減少了肩部負擔。在結構設計方面，軟支撐文胸基于乳房形態特征進行特別設計，增強了文胸的穩定性和承重能力。例如，采用W 形防上竄結構，有效防止文胸在穿著過程中向上滑動，確保其穩定性；同時，通過一體式裁剪工藝，減少了接縫對皮膚的摩擦，提升了穿著的舒適性。面料選擇方面，軟支撐文胸多采用光滑貼膚的材料，通常由錦綸與氨綸混合而成。錦綸提供了良好的耐磨性和強度，氨綸則賦予面料優異的彈性，使文胸能夠適應不同體型的穿著需求。部分軟支撐文胸還使用了超細紗線，進一步增強了面料的彈性支撐性能。這種材料的創新應用，不僅提升了文胸的舒適性，還促進了“無尺碼”品類文胸的出現，使其能夠適應更廣泛的消費群體。

綜上所述，軟支撐文胸通過新材料、新工藝和結構優化，實現了舒適性與功能性的平衡，為文胸設計領域提供了新的發展方向。其設計特點如圖1 所示。

（一）實驗文胸：市面上文胸款式繁多，根據罩杯外觀、厚度、雞心高低分成不同款[13]。由于不同內衣品牌的尺碼標準并不統一，并且存在款式、杯型、面料等一系列差異。基于這種現狀，Ubras 品牌創新性地推出了“無尺碼內衣”，一款軟支撐文胸能夠同時滿足A 到D 罩杯的廣泛需求。通過相關市場調研，最終在Ubras品牌中選擇了一款銷量領先，設計日常且尺碼為75（A～C）的軟支撐文胸作為實驗文胸。基本參數見表1。其款式特色包括3/4 杯型設計、窄肩帶、寬側比以及U 形背部設計，內置軟支撐膠條，如圖2。

（二）測評試驗

1．三維掃描：實驗中篩選了15 名健康女性作為受試者，其日常穿著文胸尺碼分別為75A、75B 和75C，每個尺碼各5 人。所有受試者均無胸部手術史或明顯體態異常，以確保實驗數據的代表性和可靠性。受試者在實驗前均被告知實驗流程及注意事項。

實驗采用光學非接觸式三維人體掃描系統進行數據采集。該設備由4 個測量柱組成，每個測量柱上安裝有4 臺高精度深度相機，共計16 臺相機從不同方位同步采集人體全身數字圖像。通過軟件控制，系統能夠快速捕捉人體表面幾何信息，并生成高精度的點云數據。實驗在恒溫恒濕的實驗室內進行，室內溫度控制在（22±2）℃，相對濕度為（50±5）%。受試者提前30 分鐘進入實驗室，以適應環境并保持身體狀態穩定。

掃描前，受試者需脫去上身衣物，確保身體表面無任何遮擋物。受試者站立于掃描區域中心位置，身體自然挺直，雙臂張開至與軀干呈約15°夾角，以避免遮擋腋下區域。同時，受試者需保持平穩呼吸，以減少因呼吸運動引起的測量誤差。掃描過程中，系統自動完成圖像采集，并在后臺進行數據重建，生成受試者的三維數字化模型。

最終獲取的三維人體模型用于提取關鍵人體特征數據，如身高、體重、胸圍、下胸圍，表2 展示了3 位具有代表性的受試者（75A、75B、75C）的基本人體特征數據統計結果。為確保實驗數據的準確性和可重復性，實驗過程中采取了嚴格的質量控制措施，包括設備校準、環境條件監控以及受試者姿勢標準化。

2．壓力測試：根據15 位受試者的穿戴體感主觀評價結果，可以初步評估軟支撐文胸在不同體型人群中的舒適性和適應性。C 罩杯在穿著軟支撐文胸時的不適感較強，集中在胸部與后背處，B 罩杯感覺良好，A 罩杯會有輕微空杯現象，無不適感。綜合考慮，選擇C 罩杯為研究對象，對底圍、側比、后比、乳點和肩部等關鍵區域進行客觀的壓力測試。測試將采用Novel pliance-32 壓力測試系統，通過在每個待測區域安置5 個壓力傳感器并進行3 次測試。具體數值范圍為：底圍（1.5～1.9kPa）、側比（3.5～5.9 kPa）、后比（1.5～3.0 kPa）、乳房（2.0～2.5kPa）、肩帶（2.2～3.9 kPa）。

（三）文胸三維建模：基于三維掃描獲取的人體維度數據，在Style 3D 軟件中通過編輯模特功能調試出與受試者實際尺寸相匹配的人體模特如圖3。

為了更真實地反映乳房在文胸支撐下的自然狀態，本研究結合乳房形態特征與人體工學原理，將乳點位置適當上調約2 cm。使其能夠更好地模擬乳房在文胸承托下的自然形態。基于實驗文胸的尺寸數據，利用Style 3D 軟件繪制了3/4 杯型文胸的2D 版片。實驗文胸的主體面料由71% 錦綸與29% 氨綸混合而成，這種面料組合不僅具有良好的彈性與回彈性，還能夠提供適度的支撐與貼合感。因此，在面料庫中，選用了物理屬性相近的尼龍混紡高彈面料進行模擬，以確保虛擬試衣結果的準確性。肩帶部分采用柔軟且具有一定彈性的針織面料，以減少對肩部的壓迫感。同時，在支撐條處添加了粘襯材料，并賦予其適當的厚度與硬度，以增強文胸的整體支撐性能，防止文胸在穿著過程中發生移位或變形。

在3D 界面中，通過虛擬穿著模擬對文胸設計的合理性與穿著效果進行了驗證，如圖4 所示。模擬結果顯示，文胸的版型設計能夠較好地貼合人體曲線，尤其是在乳房下緣與側翼部位，表現出良好的包裹性與穩定性。

（四）關鍵壓力點選取：傳統的壓力測試設備通常僅能測量有限數量的壓力點，測量范圍一般在6 到12 個點之間，這在一定程度上限制了數據的全面性和精確性。相比之下，虛擬壓力測量技術憑借其低成本、高效率、穩定性強、數據易獲取、精度高和操作簡便等多方面優勢，逐漸成為服裝壓力舒適性研究的重要工具。已有研究證實，數字化服裝壓力模擬技術能夠提供準確的壓力舒適度分析與預測。且隨著服裝數字化技術的發展，虛擬壓力在服裝穿著舒適性評價中的應用也更為廣泛。CLO 3D 軟件作為該領域的常用模擬工具，已被學者們用于多種服裝類型的壓力測試[14-15]。此外，同類服裝建模軟件如Style 3D、MarvelousDesigner、VStitcher 和GRIMMBRO 等，也在服裝設計與壓力分析中發揮了重要作用。本研究選取Style 3D 軟件作為虛擬壓力測量工具，以替代傳統的壓力測試設備，實現虛擬環境下的壓力數據采集與分析。不僅能夠高效模擬服裝的穿著效果，還可以計算服裝與人體接觸區域的壓力分布，為文胸設計優化提供可靠的數據支持。

實驗綜合考慮文胸的結構特點與人體受力分布，選取了5 個關鍵區域進行壓力分析，分別為肩帶（A 區）、胸部（B 區）、底圍（C 區）、腋側（D 區）和后背（E 區）。每個區域選取3 個測試點，以確保壓力數據的全面性與代表性，如圖5 所示。

（五）模擬結果分析：虛擬試衣軟件中的壓力模擬系統能夠實時反映人體受壓變化，并通過色彩梯度直觀呈現壓力分布情況。在模擬結果中，紅色區域代表較高的壓力集中區域，表明該部位承受較大的服裝壓力；藍色區域則表示壓力較小，穿著舒適性較高；灰色區域則意味著文胸與人體之間幾乎沒有接觸，表明該部位未受到明顯壓力。以C 罩杯模特穿著實驗文胸的應力分布為例，如圖6 所示。

模擬人體穿著文胸時狀態，根據選取的5 個壓力測試區域，得到各部位壓力值如表3。

通過對比分析，實際測量值與模擬值高度接近，均處于誤差允許范圍內，驗證了虛擬壓力模擬方法的準確性與可靠性。為進一步增強數據的說服力，后續研究將增加測試點數量，以更全面地評估文胸壓力分布特征，為設計優化提供更精確的數據支持。

三、軟支撐文胸優化目標確定

基于壓力評估結果，該款軟支撐文胸設計在舒適性方面的問題主要表現為肩部壓力過大、底圍束縛感強以及腋側支撐不足等。此外，乳突點附近的壓力分布不均也進一步影響了穿戴的整體感受。結合試穿者反饋，針對現有設計進行科學優化，通過系統探討肩帶、杯型、底圍、側比、后比及支撐條等關鍵部位的設計參數及其對壓力分布的影響，從而改善文胸的整體壓力分布，提升穿著舒適性。

（一）肩帶寬度變化：文胸設計根據肩帶寬度可分為寬肩帶和窄肩帶兩類。本研究針對軟支撐文胸的特點，選取了4 種肩帶寬度進行壓力對比分析。由于軟支撐文胸與運動文胸和調整型文胸不同，其肩帶設計通常較窄，因此實驗中窄肩帶寬度設定為0.5 cm（Z1），1 cm（Z2），寬肩帶寬度設定為1.5 cm（Z3），2 cm（Z4）。通過對比分析，旨在探討肩帶寬度對文胸壓力分布及穿著舒適性的影響，不同寬度肩帶的軟支撐文胸設計如圖7 所示。

分別提取肩部a1、a2、a3 點的虛擬壓力數據如圖8 所示。分析結果表明，當肩帶寬度為1 cm時，肩部所受壓力最大。適當減小肩帶寬度（如0.5 cm）或增大寬度（如1.5 cm 或2 cm），均能有效降低肩部壓力。這一現象說明肩帶寬度與壓力分布的分散效應有關：較窄肩帶減少接觸面積，而較寬肩帶則通過增加受力面積分散壓力。

（二）杯型變化：罩杯的形狀、大小和材料都會影響乳房壓力分布，不同罩杯形狀對乳房的支撐效果和壓力會有所不同，罩杯的深度和寬度也會影響到乳房下方和側面的壓力集中情況。在保證其他結構尺寸不變的條件下，對3/4 罩杯（Y3）版片進行調整，得到全罩杯（Y4）、1/2 杯（Y2）以及三角杯（Y1）3 款不同杯型的文胸，如圖9 所示。

提取4 種不同杯型文胸在胸部b1、b2、b3 點的虛擬壓力數據如圖10。分析可得，3/4 杯型文胸對胸部施加的壓力最小，其次是全罩杯文胸。對于C 罩杯的女性而言，穿著三角杯和1/2 杯文胸時，胸部承受的壓力較大，舒適度相應較低。

（三）底圍寬度變化：相關研究證實底圍寬度與服裝壓力有一定的關系，肩部和胸部壓力受底圍寬度影響小。實驗文胸的底圍寬度是1.5cm，通過“編輯版片”工具選中底圍邊線，再運用“版片凈邊移動”功能修改底圍下邊線，窄底圍寬度設定為0.5 cm（X1）、1 cm（X2）、1.5 cm（X3），寬底圍寬度設定為2.0 cm（X4）、2.5 cm（X5），不同底圍寬度的軟支撐文胸設計如圖11 所示。

提取4 種底圍寬度的文胸在底圍處c1、c2、c3 點的虛擬壓力數據如圖12。分析可得，底圍寬度過小時，與人體皮膚接觸面積變少，導致壓力減小；當底圍寬度過大，會增大兩邊的拉力導致對皮膚壓力增大。從圖中得知當底圍寬度為2 cm 時，各點壓力減小。

（四）側比高度變化：通過改變側比高度來記錄各測試點壓力變化。實驗文胸的側比高度是9 cm，屬于高側比文胸。實驗設定的高度值分別為9 cm（W1）、8 cm（W2）、7 cm（W3）、6 cm（W4）， 設計如圖13 所示。

提取4 種側比高度的文胸在腋側處d1、d2、d3 點的虛擬壓力數據如圖14。分析可得，側比高度降低，腋側上端壓力增大，當底圍寬度最大時，壓力分散，腋側中間部分壓力最小；底端壓力變化不明顯。

（五）后比中高度變化：后比的高度和彈性都會影響文胸的穩定性和舒適度。優化時考慮到增加或減小后比的寬度，以提供更好的包裹性和支撐性，同時減少對背部的壓力。基礎款后比高度為6 cm，則設定6個高度梯度，分別為3 cm（V1）、4 cm（V2）、5 cm（V3）、6 cm（V4）、7 cm（V5）、8 cm（V6）。文胸設計如圖15。

分別提取后背e1、e2、e3 點的虛擬壓力數據如圖16。分析可得，隨著后比中高度的增加，背部3 點的壓力均有增加，由于后比中高度增加導致U 形設計弧度變小，彈性變小，拉力變大，則對人體的壓力均勻增大。

（六）支撐條造型變化

軟支撐文胸通常使用柔軟的材料來提供支撐。優化時，可以通過變換支撐條造型，確保文胸在提供足夠支撐的同時，不會對乳房產生過大的壓力。市面上一些文胸嘗試通過增加或減少支撐條根數，以及變換位置等方式來提升文胸支撐力，平衡乳房壓力分布。本研究分析了以下5種不同支撐條造型下乳房壓力變化。基礎款是在胸部下方內置一根完整的硅膠條（U2），另外4 款分別是將基礎款拆分為兩部分（U1），分散壓力；由于硅膠條的柔軟度較高，可內置兩根膠條提升支撐力（U3）；在文胸雞心下部分增加部分膠條（U4）；在胸墊兩側增加部分膠條（U5），提升文胸與人體的貼合力。造型如圖17。

分析圖18 所示數據可知，調整支撐條的造型對胸部上端的壓力影響并不顯著。U1 款b3 點處壓力有所降低，意味著該款文胸對乳房底部施加的壓力有所減少。U3 款在增加支撐條數量后，胸部壓力變化并不顯著；U4 款在降低對乳房底部的壓力方面有所成效，但其他兩個測量點的壓力變化并不明顯。U5 款則是有效減少了乳突點處的壓力。

四、軟支撐文胸優化設計

前述系列虛擬壓力試驗測評結果表明，調整支撐條分布，適度增加底圍與側比高度，降低后比中高度與肩帶寬度，均能夠有效提高軟支撐文胸的壓力舒適性。

依據提出的優化方案對軟支撐文胸的結構進行調整，包括改變支撐條的分割與增加兩側嵌入面積，將肩帶寬度降至0.75 cm，寬度底圍寬度增加至2 cm，側比高度增至9.5 cm，并將后比中高度降至3 cm，能夠有效減小壓力。調整后的版型如圖19 所示。

優化前后15 個測試點的壓力變化對比如圖20。具體數據顯示，肩部a1、a2、a3 點壓力分別降低了21.2%、50.0%、25.0%；胸部b2、b3 兩點無明顯變化，b3 點壓力降低了52.8%，底圍c1、c2、c3 點壓力分別降低了6.3%、28.6%、40.0%，側比d1、d2、d3 點壓力分別降低了14.1%、6.5%、2.2%，后比e1、e2、e3 點壓力分別降低了22.7%、30.1%、77.8%。這些變化表明C 罩杯人體穿著優化后的軟支撐文胸時的壓力舒適性得到了明顯改善。一款能夠滿足多種罩杯群體需求的軟支撐文胸，除了采用高彈性面料以適應不同身材外，通過微調版型來減緩壓力也是一種有效的策略。

將優化后的文胸版型在A、B 罩杯模特身上模擬，結果表明各部位壓力均有所改善，證明了該種優化方案的有效性。后續研究可以進一步探討不同結構優化對文胸舒適度的影響，包括支撐條的材料選擇、版型的細化調整、不同面料的組合使用等。幫助設計師更全面地理解文胸設計中的關鍵因素，并為消費者提供更加個性化和舒適的內衣產品。

結論

本研究通過實驗與模擬相結合的方法，評估了基礎款軟支撐文胸對A、B、C3 種罩杯體型人群的壓力適應性。結果表明，該文胸的無尺碼設計未能充分滿足A 至C 罩杯人群的需求，其中C 罩杯女性表現出明顯的不適感，且單純增大杯型并不能有效緩解壓力分布問題。

研究通過虛擬壓力分析對軟支撐文胸的5 個關鍵部位進行了系統性優化。優化后的文胸在關鍵區域壓力值顯著降低：肩部壓力降低21.2% ～ 50.0%，乳突點底端降低52.8%，底圍壓力降低6.3% ～ 40.0%，腋側周圍降低2.2% ～ 14.1%，后背壓力點降低22.7% ～ 77.8%。研究證實，通過優化支撐條分布、調整底圍結構、改良側比寬度及后背造型設計，可有效提升文胸的壓力舒適性。這些優化方案為解決無尺碼文胸的普適性問題提供了可行的技術路徑。

基于靜力學視角的研究成果，分析了軟支撐文胸與人體靜力學變化的關系，明確了結構因素對人體壓力分布的影響機制。這些發現為文胸設計創新提供了重要的理論支撐。然而，考慮到實際穿著中人體多處于運動狀態，未來研究需要向動力學領域延伸，結合個體乳房形態、尺寸及運動特征，開展個性化力學性能仿真與結構優化研究，從而推動了文胸設計向更精準、更舒適的方向發展。