CN101311967B - 一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立方法及虚拟人台 - Google Patents

Abstract

一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立方法，包括：a)以直接测量法，分不同地区、年龄段，选择100-400个人体样本，测得人体各部位的一元数据40-70个；b)对上述数据进行分析，得到不同地区、年龄段人体样本的中间体型数据；c)选择不少于200人的样本进行三维非接触式人体测量；d)对人体三维模型进行预处理，使用人体模型的点云数据进行标准化，获得人台至少100个，较好的是120-180个截面，每个截面用40-70个，较好的是66个型值点表征；e)计算所述人体模型样本的三维平均形态，修正处理得到三维虚拟人台。根据本发明，可在短时间内形成符合实测体型的人台实体；并根据不同地区、年龄段为服装生产合体性、虚拟试衣及裁剪、服装功能研究、规格标准及我国民体型的原型提供依据和数据。缩短人台设计周期。

Description

一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立方法及虚拟人台

技术领域

本发明涉及一种虚拟人台的建立方法及虚拟人台，具体地说，本发明涉及一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立方法及其虚拟人台。

背景技术

虚拟人数据集在医学、航天、航空、影视制作乃至军事等领域都有着广泛的应用价值，例如，南方医科大学现正尝试将虚拟人数据集运用于美容整形。因为，现阶段做美容整形手术，要术后才知整形是否成功。引进虚拟人数据库后，整形医生可以先在电脑操纵的“虚拟人”脸上“动刀”，试验成功后，才进行手术。

又如，“中国虚拟人男一号”在南方医科大学构建成功。“中国虚拟人男一号”系用精密切削刀将尸体横向切削成零点二毫米薄片，每切下一片，就用高效数码相机和扫描仪拍照，然后转化为数据，输入电脑，最后由电脑合成三维的立体人类生理结构。“虚拟人”没有感觉和思想，但生物数据和人相同。

上述由人体解剖形成的虚拟人具有的生物数据主要用于医学、航天、航空、影视制作乃至军事等领域。但由于所述虚拟人仅仅是基于单个人体，而并不是基于不同地区、年龄段的实测人群体型所构建的虚拟人，且其数据偏于生物数据，因此无法应用于服装等领域。

另一方面，目前的服装用人台生产技术采用雕塑实体的方法。雕塑实体人台，既不能提供具实的设计稿，亦不能短时间内形成符合实测体型的人台实体，更不用说应用于对不同地区、年龄段的实测人群体型的服装虚拟试衣及服装虚拟立体裁剪。因为，应用于不同地区、年龄段的实测人群体型的服装等领域的虚拟人，或者虚拟人台必须具有以下功能或作用：

1、为服装生产的合体性提供依据。无论是服装批量生产商还是个体制作者，要生产出舒适合体的服装，都必须以对目标消费者的人体计测为基础，从而适合人体的生长、静态或日常运动时的变化。

2、为标准人台设计提供依据。标准人台是简化和美化了的人体，常用于服装立体裁剪、商品检查或服装展示。人台的尺寸设计必须建立在大量的对实际人体各部位计测数值的统计和处理的基础上，才具有实用意义。

3、为服装规格标准的制订提供依据。通过大范围的人体计测，将所得数据进行整理、分析，是制订正确、合理的服装规格标准的必要前提。

4、为服装功能研究分析提供依据。在服装教育和科研中，经常会涉及到服装对人体体表的压迫度、体表温度与透气性关系、伴随运动产生的体型变化及皮肤的伸缩、偏位等方面的研究，因此必须进行精确的人体数据测量。

为此，国际服装业界都充分利用知识化和信息化这一先进生产力，在服装产品形成的各个环节进行技术创新。目前，国际上采用服装CIMS系统以改变服装企业传统的设计方式、制造方式、营销方式和经营模式，集CAD、PDM(服装设计信息管理)、CAPP(服装工艺信息管理)、CAM(服装设计结果输出)和企业管理、营销网络为一体，实现快速反应。

三维人体测量系统具有扫描时间短，精确度高、测量部位多等多种优于传统测量技术和工具的特点。三维测量的数据可直接用于服装CAD设计软件，对人体进行度身定制。三维服装CAD设计是建立在人体测量获得的人台或人体模型基础之上的，通过交互式立体设计(在人模上用线勾勒出服装的外形和结构线)，配合相应软件生成二维的服装样板片。度身定制系统MTM是将服装产品重组以及服装生产过程重组转化为批量生产。通过三维测量系统获得的客户尺码数据，由电子订单网上传输到生产的CAD系统，系统根据相应的尺码数据和客户对服装款式的要求(放松量、长度、宽度等方面的数据)，在样板库中找到相应的匹配样板，最终进行系统的快速生产。

我国目前尚无适合本国国民体格的人台原型。要建立适合的原型，最根本的途径就是首先建立人体体型尺寸的检测系统，在不同区域进行大量的人体计测，为我国原型的建立提供数据依据。

人台是服装设计与生产的基本工具，基于实测人群体型形态和细部尺寸的人台是人台生产厂家研究的目标。目前的人台生产技术采用雕塑实体的方法，既不能提供具实的设计稿，亦不能短时间内形成符合实测体型的人台实体。而且，所述实体人台无法提高研究精度，也无法分地区、年龄段选择足够的样本。另外，测量方法使用直接测量法，无法为服装生产的合体性提供依据，无法为服装规格标准的制订提供依据，更无法为服装功能研究分析提供依据和精确的人体数据测量，及为建立适应我国国民体型的原型提供依据。

本发明者发现：运用人体测量技术(接触法)和非接触式三维人体测量技术、三维人体体型数据处理技术及计算机图形处理技术，对人体进行计测，使用预处理后人体模型的点云数据进行标准化，可提供一种于实测人群体型的虚拟人或虚拟人台，满足上述要求。

本发明的目的在于：提供一种虚拟人台的建立方法及虚拟人台，所述虚拟人台系一种基于实测人群体型的、可应用于服装用实体人台的制作、服装虚拟试衣及虚拟立体裁剪等各种研究或生产领域。

本发明的目的又在于：提供一种中华虚拟人台的建立方法及中华虚拟人台，所述中华虚拟人台可应用于服装用中华实体人台的制作、服装虚拟试衣及虚拟立体裁剪等研究或生产领域。

根据所述虚拟人台的建立方法，运用人体测量技术(接触法)和非接触式三维人体测量技术、三维人体体型数据处理技术及计算机图形处理技术，对人体进行计测，可提供一种中华虚拟人或者虚拟人台。由此，可以在短时间内形成符合实测体型的中华人台实体。所述实体人台可大幅度提高研究精度，并根据不同的地区、年龄段选择足够的样本。所述虚拟人台的测量方法使用直接测量法，可以为服装生产的合体性、服装规格标准的制订、服装功能研究分析、精确的人体数据测量及为建立适应我国国民体型的原型提供依据。

发明内容

本发明提供一种虚拟人台的建立方法，所述方法包括如下步骤：

a)以直接测量法，分不同地区、不同年龄段，分别选择定量人体样本，对人体的长度、围度、角度等部位进行大量的静态测量，所测数据为一元数据，测量的部位数据为40—70个；

b)对上述直接测量法测量、采集的人体数据进行分析，得到不同地区、不同年龄段人体样本的中间体型数据；

c)根据上述分析得到的不同地区、不同年龄段人体样本的中间体数据，再选择不少于20人的样本进行三维非接触式人体测量，所述三维非接触式人体测量数据为点—线—面—体的体型数据，使所述体型数据和相应的中间体数据吻合；

d)对上述三维非接触式人体测量获得的人体三维模型进行预处理；

使用预处理后人体模型的点云数据进行标准化，即，

使躯干部分平行于z坐标轴，以一组平行于xoy平面的平行截面去均匀截取人体模型部分，获得120个截面，每个截面使用60个型值点来表征截面的形状。所述型值点是计算机图形学的一个术语，在本发明中即指，控制和表征人台形状的点，这些点处于人体表面。

e)对上述三维模型的样本数据根据合理、科学的算法进行平均形态分析；

f)修正处理，对通过e)获得的平均形态作对称处理，以使得人台两侧完全对称，得到最终的三维虚拟人台。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，在确定测体项目时，如胸围、腰围、臀围等测定项目的名称、术语、测量方法等方面都严格遵守最新国家标准GB/T5703-1999《用于技术设计的人体测量基础项目》的有关规定和国际标准IS03635(Size Designation of Clothes Definitions and Body Measurement Procedure)。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，抽样采取概率抽样。为了操作可行性强，提高效率，保证精度，具体采用分层整群随机抽样。即，按照人类学的观点将除台湾以外的全国各省、市、自治区分成以下华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域作为层，每个层内随机抽取100-400个人体样本作为群。

根据研究精度，理论上是可以分更多的不同地区及不同年龄段。但如果将地区或年龄段过分细化，其体型差异并不明显，考虑到中华人体体型特点及服装上对体型研究的要求，同时也要考虑实际的可操作性和成本问题。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，应该在一定条件下确定最低限量的取样量n的值，n的确定依所选统计量而异，本次测量置信度水平定为99％，以最大限度的覆盖各类人体。常用的近似公式：

$n={\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\α}}^2\×{\mathrm{\σ}}^2/{\mathrm{\Δ}}^2$

——α水平的概率(a＝0.01时，，u，＝2.58)。

σ——总体标准差

△——最大允许误差。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述人体样本的较好的取样量n为300。该取样量完全满足服装研究需要。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，更好的是，所述人体样本的取样量为400。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，可能采取的主要部位以及容许最大绝对误差和从历史资料获得的标准差数据如下：

部位	最大允许误差Δ(cm)	标准差σ(cm)	σ/Δ
				身长	1.0	6.2	6.2
胸围	1.5	5.5	3.7
				腰围	1.0	6.7	6.7
臀围	1.5	5.2	3.5
				颈前—前腰	0.4	2.3	6.6
颈后—后腰	0.4	2.2	6.3

以σ/Δ的数值可知，腰围的精度相对要求较高，因而主要考虑腰围，若对于腰围的精度能够满足要求，则其它指标的精度也能得到满足。计算如下：n＝2.582×6.72＝298.8，规整为300人。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述静态人体测量采用的测量仪器为马丁(Martin)测量仪。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，按20—30岁，30—40岁及40—50岁三年龄段进行分类。其主要原因为：人体测量成本和客观条件的限制，人体生长规律的原因，服装市场的原因等。

当然，其他年龄段也可以按相同的方法进行虚拟人台的建立，人台的建立方法不受地区或年龄段的影响，适用于任意地区，任意年龄段。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，对人体测量采集得的数据进行分析，得到各地区、各年龄段的中间体型数据而进行的具体的分析和获得各地区、各年龄段的中间体型数据。

选择进行三维测量的样本在体型的形态上要与所建立地区、年龄段人群的中间体型接近。反映到静态测量的尺寸上，所选样本的各部位尺寸，要尽可能接近与相应中间体的部位尺寸。例如：要建立虚拟人台的直接测量得到的中间体胸围尺寸为92cm，则在选择三维测量的样本时，所选样本的胸围尺寸应尽可能接近92cm。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述人体样本的直接测量分华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述人体样本的直接测量分20-30岁，30-40岁及40-50岁三个年龄段。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述静态测量的一元数据包括：人体各部位的长度、宽度、围度、角度、围厚、局部的高度、间隔等的体型数据，……等。例如：

长度方向：身长：170.23cm，背长：43.12cm等

围度方向：胸围：92.00cm，腰围：76.25cm等

角度方向：肩斜角：22.3度等

根据本发明的虚拟人台的建立方法，作为所述静态测量的一元数据的人体各部位的长度包括身长和背长；所述宽度包括：前胸宽，后背宽，胸宽，腰部宽及臀宽；所述围度包括前、后胸围，前、后腰围，前、后腰围，前、后臀围及腋围；所述角度包括：左、右肩倾斜角，颈后、倾角，前、后中心倾角，后臀突倾角，腰上背倾角及肩胛倾角；所述围厚包括：胸围厚，腰围厚，臀围厚，腹部厚及腹臀厚；所述局部的高度包括：胸高、腹部高、脐高、肩峰高、腋高、腰高、膝高、臀高、颈前高及颈椎高；所述间隔包括：颈侧—肩峰、肩峰间隔、前后腋间隔、颈前—前腰、肩峰—茎突，肩峰—衬点，颈侧—后腰等的体型数据(所述数据可选全部或根据其重要性大小仅选部分)。

所测得的数据即为人体各部位的实际测量值。表征方法即为：部位+测量数据+单位。测量的数据的精度范围由仪器精度确定，在仪器的精度下再估读一位。

更具体地，由于本研究主要应用于服装研究领域，所以在测量部位上选择了40—70个，考虑的是能满足服装研究的需要。在满足研究精度的前提下，要尽可能减少工作量，降低测量成本。66个测量部位已完全能满足中华人体体型的服装研究的需要。

更具体的测量部位见下表(测量时数据记录使用表)：分别为：

1	身长		34	胸宽
						2	体重		35	腰部宽
3	头围		36	臀宽
						4	颈围		37	胸围厚
5	胸围		38	前后腋间隔
						6	前胸围		39	腰围厚
7	后胸围		40	臀部厚
						8	乳头间距		41	腹部厚
9	前胸宽		42	前后中心距
						10	后背宽		43	腹臀厚
11	颈侧—肩峰		44	颈侧点间隔
						12	肩峰间隔		45	左肩倾斜角
13	腰围		46	右肩倾斜角
						14	前腰围		47	颈后倾角
15	后腰围		48	颈侧倾角
						16	腹围		49	前中心倾角
17	臀围		50	后中心倾角
						18	前臀围		51	后臀突倾角
19	后臀围		52	肩胛倾角
						20	腋围		53	腰上背倾角
21	上臂围		54	颈前高
						22	小臂围		55	胸高
23	颈前—前腰		56	腹部高
						24	背长		57	脐高
25	肩峰—茎突		58	肩峰高
						26	肩峰—衬点		59	腋高
27	手掌长		60	腰高
						28	总档围		61	膝高
29	大腿围		62	颈椎高
						30	小腿围		63	臀高
31	脚长		64	股下长
						32	颈侧—前腰		65	手臂前倾
33	颈侧—后腰		66	坐姿腰高

中间体型数据即是平均数据。例如：华东地区20—30年龄段男子中间体的胸围数据，就是该地区，该年龄段所有样本的胸围实际测量值之和再除以样本数。

选择适量样本进行三维人体测量时，在理论上来说，其样本数是越多越好。但由于选择进行三维测量的样本体型上要和所测的中间体型数据接近，因此符合条件的样本数量有限，样本的搜集存在很大困难。考虑到精度的需要，最终确定为不少于200个。较好的是300-400个。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述三维非接触式人体测量数据为使用三维人体扫描仪进行三维人体扫描得到，通过扫描仪相应的软件BMS(BodyMeasure System)，导出人体的三维模型文件。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述三维非接触式人体测量数据的文件的格式是VRML格式文件。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，对所述三维非接触式人体测量数据，即，点—线—面—体的体型数据所作的预处理，包括去除或修正失真的数据点、标识特征截面、对称处理、截面细分等处理过程。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，人体各部位尺寸服从正态分布规律。均值就是平均数，设X是某个人体尺寸(部位)指标(如身高)，设第i个样本的该部位数据为x_i，则X的均值为：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}(x_1+x_2+...+x_i+...+x_n)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

对于各地区、各年龄段的人体样本的均值所代表的体型即为中间体型，根据需要将样本数据按地区和年龄段进行归类，由此得到各中间体型的尺寸数据。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，对三维测量获得的人体三维模型进行预处理，包括去除或修正失真的数据点、标识特征截面、对称处理、截面细分等；使得经过处理后的样本数据更加准确，且适合下一步的数据自动处理。

在描述三维形态时通常是：点—线—面—体。的一个结构。最基本的元素是“点”，“线”和“面”是描述构成“体”时“点”的一种拓扑关系。例如要计算多个立方体的平均形状，即多个立方体的平均值，就可以通过计算控制立方体形状的四个“顶点”的空间位置的平均值。然后再还原为立方体，则可认为得到的立方体为所取样本立方体的平均值。空间中点的位置可以用坐标(x，y，z)，多个点的位置平均即可认为是(1/n(x1+x2+…+xn)，1/n(y1+y2+…+yn)，1/n(z1+z2+…+zn))，其中n为样本数。

要使得多个个体人体具有可比性，能够进行平均形态的计算。那么就必须按统一的标准去表征每个实体，类似与上述的立方体的平均值计算。那么每个样本必须具有相同的表征样本形状的点。因此按以下方法对每个样本实体进行标准化：

a)只取每个样本实体的躯干部分。

b)将人体躯干部分(从人体裆部至头顶)与坐标轴的z轴的正方向平行。人体的前面指向坐标轴的y轴的正方向。

c)以相等数量的截面去截取人体躯干部分。截面的数量可根据精度进行选择，为100—300个，较好的是使用120—180个。由于不同人体的躯干部分并不一定高度相等。因此相邻截面间的距离并非一定的。而是根据具体样本的躯干高度以及截面数来确定的。即保证不同个体使用相等的截面去截取，且各截面间是等距的。即使用均匀的一组截面去截取。

d)对应c)中截取的每个截面，使用相等量的点去描述。(点的确定方法见文中所述)

通过以上步骤对每个三维的样本数据进行预处理，即使得各样本之间具有可比性和格式同一性。

然后，就是对这些三维的点进行平均值的计算。即计算每个样本中第i个点在坐标系中的平均位置。得到构成这些样本的平均形态的点的位置。再根据这些点重建平均的人体躯干部分。

以上即为算法的主要思想。概括即为：标准化--→平均形态计算---→模型重建。

平均形态在本发明中即指通过上述方法计算得到的样本三维形状的平均值。计算的数据即为模型的三维数据，具体来说就是构成三维实体的基本元素各个“点”的平均值的计算。

本发明中所述预处理过程大部分都是通过程序让计算机去自动完成的。这些过程对于人台建立来说是必不可少的。这些过程都不受人的主观因素影响。不同的人去操作不会对人台建立产生影响。预处理是进行人台建立的必要步骤，但其不受人的因素以及不同体型人台的影响，不同体型的人台的建立，其预处理的方法和过程是一样的。

根据本发明的虚拟人台的及建立方法，所述虚拟人台只取人体样本实体的躯干部分。

根据上述，根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述预处理包括：

将人体躯干部分，即从人体裆部至头顶部分与坐标轴的z轴的正方向平行，人体的前方指向坐标轴的y轴的正方向；

以相等的至少100个，较好的是120—180个数量的截面去截取人体躯干部分；

对应上述截取的每个截面，使用等量点描述；

对这些三维的点进行平均值的计算，即计算每个样本中第i个点在坐标系中的平均位置，得到构成这些样本的平均形态的点的位置；

再根据上述点重建平均的人体躯干部分。

本发明的虚拟人台由于是在AutoCAD平台下开发工具实现的，因此其成品人台的数据格式为AutoCAD下自定义的一种实体。但我们提供了AutoCAD下数据格式的转换接口，在AutoCAD下可以转换成AutoCAD下的“多面网格”实体。转换成“多面网格”实体后就能很容易的转换成其他格式的数据文件。例如：通过3dMax软件可以导入AutoCAD文件(*.dwg)中的“多面网格”实体(虚拟人台)，然后可以导出或保存成：VRML文件、3ds文件等等三维模型文件。也可通过相关设备进行人台的实体输出，由虚拟人台变成真正的实体人台。

根据上述可知，该虚拟人台可转换成多种格式，便于数据的交换，当然在不同软件中打开也就可以进行不同格式的显示，还可以实样输出。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，该方法使用与所有地区、所有年龄段人群的虚拟人台建立。其虚拟人台建立方法不受区域或年龄段的影响和限制，对于建成的虚拟人台的数据的表征上也是相同的。不同的在于虚拟人台建立过程中使用的数据是不同的。因此最终建立的虚拟人台的数据是不同的。正是由于虚拟人台数据的差异，才使得建立不同地区、不同年龄段的人台成为必要。

本发明方法也不受性别影响和限制。可以用于建立男、女各种虚拟人台。不同之处在于，所建立人台的数据，即建立的人台形态不一样。其数据格式和表征方法以及建立方法均一样。

本发明的预处理过程，即所述“标准化”过程，即将每个样本数据标准化到至少100个，较好的是120—180个截面，每个截面由40—70个，较好的是60个型值点构成。所确定的截面个数以及每个截面上的型值点数由研究精度，经实验后确定。这个过程是按文中算法由程序自动计算确定的。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，在服装制作中使用的人台，常用的为上身人台和下身人台，上身人台主要是人体的裆部至头部部分，用于制作上装，通常不包括手臂部分。下身人台主要是人体的腰部至脚踝部。用于制作下装。本专利方法用于制作最常用的上身人台。

对于一般的服装制作而言，通常，人体上肢没有制作人台的必要。下肢部分由于制作下装的需要，因此有必要建立人台。在今后的服装研究领域，随着计算机技术的发展，全身的人台(包括躯干和四肢)将是发展趋势。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，由[TC2]三维人体扫描仪扫描后得到的数据是人体的模型文件。该模型文件已通过[TC2]三维人体扫描仪的BMS软件的处理，已经人体按特征进行了分割，即将人体分成了躯干、上肢、下肢部分。对于本专利，只使用躯干部分的点云数据。其处理方法就是将其“标准化”。其特征主要有：

1)过程是自动完成的。

2)躯干部分和z坐标轴平行，以一组平行于xoy平面的平行截面去均匀截取人体躯干部分，获得至少100个，较好的是120—180个截面。

3)每个截面使用40—70个，较好的是66个型值点来表征截面的形状。

从而，根据本发明的虚拟人台的建立方法，其所述虚拟人台可在AutoCAD平台下开发实现，其成品人台的数据格式为AutoCAD下自定义的一种实体。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述虚拟人台具有在AutoCAD平台下的数据格式的转换接口，在AutoCAD下可以转换成AutoCAD下的“多面网格”数据实体。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述虚拟人台在AutoCAD平台下，通过3dMax软件可以导出或保存成：VRML文件、3ds文件等等三维模型文件。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，所述虚拟人台在AutoCAD平台下，可通过相关设备进行人台的实体输出，由虚拟人台变成真正的实体人台。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，可以在短时间内形成符合实测体型的人台实体；所述实体人台可大幅度提高研究精度；并根据不同的地区、年龄段选择足够的样本。

根据本发明的虚拟人台的建立方法，可以为服装生产的合体性提供依据，同时为服装规格标准的制订、服装功能研究分析、精确的人体数据测量及为建立适应我国国民体型的原型提供依据。

另外，根据本发明的虚拟人台的建立方法，可使人台制作厂家不断追踪人体体型的变化，设计出符合客观规律的人台系列产品，且在生产前能充分地从任意角度观测和测量虚拟人台。并可运用此技术对人台的设计进行修正和最终确认。可以缩短人台设计周期70％。

本发明又提供一种虚拟人台，所述虚拟人台系运用人体测量技术(接触法)和非接触式三维人体测量技术、三维人体体型数据处理技术及计算机图形处理技术，对人体进行计测，通过[TC2]三维扫描仪获得。

根据本发明的虚拟人台，所述虚拟人台的人体三维数据是以vrml2.0格式文件存储，通过3dmax软件可以将其转换成AutoCAD格式(*.dwg)文件。

根据本发明的虚拟人台，所述人台取人体的躯干部分。

根据本发明的虚拟人台，所述虚拟人台分为华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域。

根据本发明的虚拟人台，所述虚拟人台分为20-30岁，30-40岁及40-50岁三年龄段。

附图的简单说明

图1为在AutoCAD中显示的人体多面网格实体。

图2所示为由人体躯干部分型值点构成的点云数据。

图3所示为腰部附近截面点。

图4所示为利用封闭样条曲线拟合截面。

图5(a)、(b)所示为图4截面的标准化。

图6为用曲线拟合截面后建立的自定义实体。

图7所示为标准化后人体。

图8所示为对虚拟人台截面的对称处理。

具体实施方式

实施例1

首先进行大量的静态男性人体测量。根据研究精度，分六个地区、三个年龄段，分别选择300个人体样本。测量方法使用直接测量法；测量的部位数据达66个。

静态测量采用的测量仪器主要为马丁(Martin)测量仪，马丁测量仪可测出人体各部位纵向、横向、斜向及周长等体表面上的弯曲长度。此套仪器主要包括：

1)身长计(Anthropometer)—测量人体身高、纵向等长度

2)杆状计〔Large Shliding Caliper〕—侧量厚度、幅度

3)滑动计(Shliding Caliper)—测量小范围的宽度

4)触角计(Spreading Caliper)—测量厚度

5)卷尺(Measuring Tape)—测量周长等

6)皮脂厚计(Skinfold Caliper)—测量皮脂厚

7)角度计〔Goniometer〕—测量肩斜度、背部倾角等各种角度部位。

在选定测量项目时，依据本次研究工作的目标，总计选定66个测量项目，选择原则是：满足服装工业对消费者人体体型规律的需求。该66个测量项目分别如前述。

在确定测体项目时，如胸围、腰围、臀围，在名称、术语、测量方法等方面都严格遵守最新国家标准GB/T5703-1999《用于技术设计的人体测量基础项目》的有关规定和国际标准IS03635(Size Designation of Clothes Definitions andBody Measurement Procedure)。

抽样采取概率抽样，为了操作可行性强，提高效率，保证精度，具体操作方法采用分层整群随机抽样，即按照人类学的观点将除台湾以外的全国各省、市、自治区分成以下华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域作为层，每个层内随机抽取若干单位作为群。

尽量使被测样本中各年龄段的结构与总体的结构相一致，样本容量根据样本容量与精度的关系确定。

人体测量标准的原则之一是使尽可能多的人被规定的置信度所覆盖，而且对重要尺寸指标的误差落在允许的限度之内。通常工业生产和科学研究中采取至少95％的置信度水平。至于精度，与其它多数抽样调查项目不同的是此时估计量精度的要求主要针对人体尺寸分布情况。

应该在一定条件下确定最低限量的取样量n的值，n的确定依所选统计量而异，本次测量置信度水平定为99％，以最大限度的覆盖各类人体。常用的近似公式：

$n={\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\α}}^2\×{\mathrm{\σ}}^2/{\mathrm{\Δ}}^2$

——α水平的概率(a＝0.01时，，u，＝2.58)。

σ——总体标准差

△——最大允许误差

可能采取的主要部位以及容许最大绝对误差和从历史资料获得的标准差数据如下：

部位	最大允许误差Δ(cm)	标准差σ(cm)	σ/Δ
				身长	1.0	6.2	6.2
胸围	1.5	5.5	3.7
				腰围	1.0	6.7	6.7
臀围	1.5	5.2	3.5
				颈前—前腰	0.4	2.3	6.6
颈后—后腰	0.4	2.2	6.3

以σ/Δ的数值可知，腰围的精度相对要求较高，因而主要考虑腰围，若对于腰围的精度能够满足要求，则其它指标的精度也能得到满足。计算如下：n＝2.582×6.72＝298.8，规整为300人。

对人体测量采集得的数据进行分析，得到华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域及20-30岁，30-40岁及40-50岁三个年龄段的中间体型数据。

人体各部位尺寸服从正态分布规律。均值就是平均数，设X是某个人体尺寸(部位)指标(如身高)，设第i个样本的该部位数据为x_i，则X的均值为：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}(x_1+x_2+...+x_i+...+x_n)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

对于各地区、各年龄段的样本的均值所代表的体型即为中间体型，根据需要将样本数据按地区和年龄段进行归类，由此得到各中间体型的尺寸数据。

根据上述分析得到的中间体数据，选择适量样本进行三维非接触式人体测量；所选择的样本的体型数据必须和相应的中间体数据吻合，且整体形态平衡，对称。

根据上述分析得到的中间体数据，再选择300个人体样本进行三维非接触式人体测量；所选择的样本的体型数据必须和相应的中间体数据吻合，且整体形态平衡，对称。

通过静态接触式测量所测得的仅仅是人体各部位的一元数据。而不能反映人体的具体形态。因此要建立虚拟人台比需以人体的三维体型数据为依据。三维非接触式人体测量是获取人体三维数据的有效手段。

三维非接触式人体测量：是指不直接得到人体尺寸大小，而通过某种媒介(通常是激光、白光)间接得到人体三维影像、轮廓的方法。如廓体影像法、莫尔等高线法、三围人体测量法、[TC2]分层轮廓测量法、全身扫描法等。

本方法使用的是[TC2]三维扫描仪获得人体的三维数据，[TC2]三维扫描仪选用白光分层轮廓计测方法，来取得人体全身的三维轮廓。它利用白色光源来投射正弦曲线到物体表面，当物体不规则的形状令投射的密珊影子变形，产生的图样将可表示其物体表面的轮廓，并用6部摄影机检测，然后个别影像将合成为一个完整三维形象，即可获得物体表面的点的三维坐标。

选择进行三维扫描的样本必须符合一定要求：

各部位尺寸数据和接触式测量得到的中间体一致，即保证样本体型和中间体体型一致。

样本的整体形态需对称，平衡，不能有较大变形、扭曲甚至畸形。主要通过主观评价方法进行选择。

对三维测量获得的人体三维模型进行预处理，包括去除或修正失真的数据点、标识特征截面、对称处理、截面细分等；使得经过处理后的样本数据更加准确，且适合下一步的数据自动处理。

通过[TC2]三维扫描仪获得人体三维数据是以vrml2.0格式文件存储，通过3dmax软件可以将其转换成AutoCAD格式(*.dwg)文件。

之所以选择AutoCAD格式是因为，后续的数据处理工作均在AutoCAD环境下进行。同时由于AutoCAD是个开放的三维CAD平台，可在AutoCAD平台下开发相应的工具进行人体数据处理。

使用[TC2]三维扫描仪的优点还在于它将扫描后点云数据进行了处理，将人体分成躯干、上肢、下肢等部分，如图1所示，对于虚拟人台来说，只需要取人体的躯干部分。

由于是建立虚拟人台的需要，编辑数据只保留人体的躯干部分，从头部至人体的裆部，去除上肢和下肢部分。通过开发的工具软件，获取躯干部分的型值点，如图2所示。

图2中所得数据并非杂乱数据，而是存在一定的关系。即按人体纵向方向，没相隔一定间隔存在一个截面，每个截面又由30个型值点构成，如图3所示为人体腰部附件的一个截面。根据此规律，对于每个截面，利用重心法求出中心点，由于人体的结构特点，该中心点必然落在截面的内部，然后将中心点与截面上的型值点相连，根据连线与x轴正方向的夹角对点进行排序，然后利用排序后的点作为样条曲线的型值点拟合截面的样条曲线如图4所示。

由于三维扫描获得点云数据中，每个截面的数据点数有可能会缺失，为了精度需要和使得不同截面可以进行平均，将截面再进行标准化，具体方法为：

以中心点为基点，与x轴正方向夹角为a为步长的一组射线与样条曲线求交点，作为新的型值点(图5a所示)。其中夹角a＝360/新的型值点数；在确定新的型值点数时要保证0，90，180，270度方向必须有型值点。经实验发现取型值点数60较合适，如图5b中蓝色点为确定的新的型值点以及中心点。

按以上方法对每个截面进行拟合，并在AutoCAD中利用开发的程序进行自动识别，并生成自定义的一种人台实体，其形态如图5所示。

同时由于不同人体的高度不同，每个人体对应的截面数可能会不同。因此对于纵向的截面数也要进行标准化。即使得每个个体都具有相同的截面数m。具体方法为：

●根据截面的z坐标确定躯干部分的高度h。

●按h/m为步长求中间截面。

中间截面的求法按中间截面的上下两截面的相应型值点连线上的比例点作为中间截面的型值点。

如图6所示为标准化后人体，其中截面数m取120，可以看到截面比原来更多。人体轮廓也更细腻。

按照上述方法对每个样本的三维图形进行标准化，以便进一步的形态平均分析。

a)将预处理后人体模型按一定的计算方法进行平均形态的分析计算。计算得这些样本的三维平均形态。

通过预处理，各样本的数据格式已经保持一致，后续的步骤就是进行平均形态的计算。由于标准化后的样本具有相同的截面数，且每个截面又具有相同的型值点，因此采用一一对应的方法进行平均形态的计算，计算方法即：

以两个个体平均为例，即第一个人体的第i个截面的第j个型值点与第二个人体的第i个截面的第j个型值点进行平均，其中0<＝i<120，0<＝j<60。即坐标的x，y，z的平均值，作为平均形态的第i个截面的第j个型值点。

b)对平均形态进行的对称处理，得到最终的虚拟的、三维的人台。

由以上步骤得到的人台即可作为特定年龄段、特定地区的标准人台的基本形状。人体是基本对称的，但具体的每个人不可能完全对称。虚拟人体并非特定个体，而是代表某一群体的体型特征。因此我们将每个截面以中心点按y轴方向进行对称处理，如图7所示。通过对称处理后的人台，左右侧完全对称。

在上述步骤中，步骤a)是为了选择适当的样本数，进行人体测量以获得人体的各部位尺寸数据，为b)提供原始的分析数据。在测量时主要使用马丁测量仪。测量方法及部位名称术语等均与国家标准一致。

步骤b)是根据数理统计中相关原理，使用SPSS分析软件进行数据的分析，获得各地区、各年龄段的中间体型数据。为c)提供选择三维测量用样本的标准依据。

步骤c)根据直接测量法分析得到的结论，通过测量并比较样本的部位尺寸数据，选择与各中间体的体型非常接近的样本，利用[TC2]三维人体扫描仪进行三维人体测量，以获得三维的人体轮廓形态。样本的选择是该步骤的关键。

步骤d)是进行三维数据处理的准备步骤。必须对三维测量得到的原始数据进行必要的预处理。

步骤e)是获得最终人台的关键步骤，三维模型的样本数据根据合理、科学的算法进行平均形态分析。所采用的算法将直接影响最终的人台形态的准确性。

步骤f)是后处理步骤，通过e)获得的平均形态需要作对称处理以使得人台两侧完全对称。

实施例2

除了进行三维非接触式人体测量的定量人体样本为120，人体躯干部分的截面数量为180之外，其他如同实施例1得到虚拟人台。

上述实施例形成的中国华北东北地区实测人体体型中华虚拟人台，其部分中间体型部位及数据(cm)如下：

部位	北方总体平均(cm)
		身高	171.80
颈椎高	146.59
		腰高	109.21
头围	57.25
		颈围	43.82
胸围	90.17
		腰围	78.64
臀围	92.35
		臂长	57.21
肩宽	42.61

上述实施例形成的中国华东地区实测人体体型中华虚拟人台，其中间体型部位、数据如下：

部位	华东总体平均(cm)
		身高	167.78
颈椎高	144.14
		腰高	105.54
头围	57.09
		颈围	40.13
胸围	88.81
		腰围	78.98
臀围	91.09
		臂长	56.87
肩宽	42.37

上述实施例形成的中国华中地区实测人体体型中华虚拟人台，其中间体型部位、数据如下：

部位	华中总体平均(cm)
		身高	170.04
颈椎点高	144.81
		腰高	105.96
头围	59.14
		颈围	44.04
胸围	92.89
		腰围	83.35
臀围	93.95
		臂长	59.36
肩宽	42.15

本实施例形成的中国西北地区实测人体体型中华虚拟人台，其中间体型部位、数据如下：

部位	西北总体平均(cm)
		身高	165.28
颈椎高	138.12
		腰高	100.21
头围	56.58
		颈围	41.20
胸围	88.57
		腰围	79.54
臀围	89.42
		臂长	58.12
肩宽	42.36

上述实施例形成的中国西南地区实测人体体型中华虚拟人台，其中间体型部位、数据如下：

部位	西南总体平均(cm)
		身高	160.52
颈椎高	142.23
		腰高	103.43
头围	55.65
		颈围	39.80
胸围	87.38
		腰围	78.93
臀围	88.39
		臂长	55.75
肩宽	41.32

上述实施例形成的中国两广福建地区实测人体体型中华虚拟人台，其中间体型部位、数据如下：

部位	两广福建总体平均(cm)
		身高	162.32
颈椎高	142.85
		腰高	102.23
头围	56.18
		颈围	39.25
胸围	87.26
		腰围	77.20
臀围	88.81
		臂长	56.25
肩宽	40.59

实施例3

除了进行三维非接触式人体测量的定量人体样本为400，人体躯干部分的截面数量为200，人体样本为女性人体之外，其他如同实施例1得到虚拟人台。

根据本发明的虚拟人台的建立方法及虚拟人台，可以在短时间内形成符合实测体型的人台实体；所述实体人台可大幅度提高研究精度；并根据不同的地区、年龄段选择足够的样本。

根据本发明的虚拟人台的建立方法及虚拟人台，可以为服装生产的合体性提供依据，同时为服装规格标准的制订提供依据；为服装功能研究分析提供依据和精确的人体数据测量；及为建立适应我国国民体型的原型提供依据。

根据本发明的虚拟人台的建立方法及虚拟人台，也可为其他需要应用我国国民体型原型的技术领域提供依据。

另外，根据本发明的虚拟人台的建立方法及虚拟人台，可使人台制作厂家不断追踪人体体型的变化，设计出符合客观规律的人台系列产品，且在生产前能充分地从任意角度观测和测量虚拟人台。并可运用此技术对人台的设计进行修正和最终确认。可以缩短人台设计周期70％。

Claims (12)

1.一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立方法，所述方法包括如下步骤：

a)以直接测量法，分不同地区、不同年龄段，分别选择100-400人体样本，对人体各部位进行静态测量，所测数据为一元数据，测量的部位数据为40-70个；

b)对上述直接测量法测量、采集的人体数据进行分析，得到不同地区、不同年龄段人体样本的中间体型数据；

c)根据上述分析得到的不同地区、不同年龄段人体样本的中间体型数据，再选择不少于200人的定量人体样本进行三维非接触式人体测量，所述三维非接触式人体测量数据为点-线-面-体的体型数据，使所述体型数据和相应的上述中间体型数据吻合；

d)对上述三维非接触式人体测量获得的人体三维模型进行预处理，所述的预处理包括：

将人体躯干部分，即从人体裆部至头顶部分与坐标轴的z轴的正方向平行，人体的前方指向坐标轴的y轴的正方向；

以相等数量的一组平行于xoy平面的平行截面去均匀截取人体模型部分，截面的数量根据精度进行选择，为100-300个；

对应上述截取的每个截面，使用等量点描述，即每个截面使用40-70个型值点来表征截面的形状；

e)对上述三维模型的样本数进行平均形态的分析计算，计算得这些样本的三维平均形态，即

对上述三维点进行平均值的计算，计算每个样本中第i个点在坐标系中的平均位置，得到构成这些样本的平均形态的点位置，再根据上述点重建平均的人体躯干部分；

f)修正处理，对通过e)获得的平均形态作对称处理，以使得人台两侧完全对称，得到最终的三维虚拟人台。

2.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述人体样本的取样量n为300。

3.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述相等数量的平行截面为120-180个。

4.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述人体样本的取样地区分华北东北、华东、华中、西北、西南、两广福建六个自然区域。

5.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述静态测量的一元数据包括：人体各部位的长度、宽度、围度、角度、围厚、局部高度及部位间隔的体型数据。

6.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述三维非接触式人体测量数据为使用三维人体扫描仪进行三维人体扫描得到，通过扫描仪相应的BodyMeasure System软件，导出人体的三维模型文件。

7.如权利要求1或6所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述三维非接触式人体测量数据的文件的格式是VRML格式文件。

8.如权利要求1或6所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，对所述三维非接触式人体测量数据，即，点-线-面-体的体型数据所作的预处理，包括去除或修正失真的数据点、标识特征截面、对称处理、截面细分处理过程。

9.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述虚拟人台取人体样本实体的躯干部分。

10.如权利要求1所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述虚拟人台在CAD平台下开发实现，其成品人台的数据格式为CAD软件所定义的实体数据。

11.如权利要求1或10所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述虚拟人台具有在CAD平台下的数据格式的转换接口，在CAD平台下可以转换成多面网格数据实体。

12.如权利要求1或10所述的虚拟人台的建立方法，其特征在于，所述虚拟人台在CAD平台下，通过3dMax软件导出或保存成VRML文件、3ds文件三维模型文件。

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