基于非接觸式人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于非接觸式H維人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形的計(jì)算 方法，適用于各種壓力服裝包括緊身運(yùn)動(dòng)衣褲，塑身衣褲，壓力醫(yī)療襪，壓力挪帶等。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力服裝，即能夠在人體的特定部位產(chǎn)生壓力的服裝。包括具有豐胸、收腹、提臀 及美腿功效的塑身衣褲；具有改善下肢血液循環(huán)、緩解和治療靜脈疾病功能的醫(yī)療襪和挪 帶；具有促進(jìn)體內(nèi)微循環(huán)、減弱肌肉震動(dòng)引發(fā)能量損耗、增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)機(jī)能的緊身運(yùn)動(dòng)衣褲如騎 行服等。
[0003] 壓力服裝小于人體的凈體尺寸，穿著到人體后產(chǎn)生不同程度的拉伸變形，人體相 應(yīng)部位被束縛產(chǎn)生一定壓縮及形態(tài)變化，壓力服裝與人體緊密貼合相互作用中達(dá)到一種共 同形變程度，即定義為共偶變形。共偶變形不僅與壓力服裝的面料性能、服裝結(jié)構(gòu)有關(guān)，還 與人體形態(tài)、解剖學(xué)結(jié)構(gòu)、及皮膚和皮下組織力學(xué)性能有關(guān)。共偶變形將是壓力服裝評(píng)價(jià)其 塑身美體、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)功效及人體舒適性的重要直接或間接評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0004] 目前，在塑身美體方面，有研究者采用接觸式測(cè)量人體穿著塑身衣后的H維尺寸 變化；采用非接觸式H維掃描儀器掃描人體穿著塑身服裝前后的狀態(tài)，通過(guò)CAD軟件如 Geomagic、AUTOCAD等獲取不同圍度截面的尺寸變化包括周長(zhǎng)、厚度及寬度，用于表征塑身 效果。但是，接觸式測(cè)量誤差大；CAD軟件是基于H角面片信息獲取圍度輪廓與實(shí)際差異 大，且只能獲得有限特征截面輪廓。有研究者在人體同一圍度采用分段多項(xiàng)式擬合腿部輪 廓曲線，擬合精度受到分段位置和數(shù)量限制，且計(jì)算量大不適合腿部多圍度的輪廓曲線擬 合。在醫(yī)療襪及緊身運(yùn)動(dòng)衣方面未有共偶變形方面的提及及相關(guān)研究。壓力醫(yī)療襪治療 靜脈疾病主要依賴于其對(duì)人體腿部的束縛壓縮作用，該種束縛壓縮引發(fā)的共偶變形間接作 用于腿部靜脈血管，促進(jìn)靜脈回流。因此，共偶變形量的計(jì)算有助于完善醫(yī)療襪功能性的表 征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于非接觸式H維人體 掃描的壓力服裝與人體共偶變形的計(jì)算方法。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于非接觸式人體掃描的壓 力服裝與人體共偶變形算法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1、通過(guò)非接觸式H維人體掃描儀器獲取未穿著壓力服裝狀態(tài)下人體目標(biāo)部 位的H維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，去除與該目標(biāo)部位無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)及噪點(diǎn)從而形成H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集：
[0008] 步驟2、將H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集在人體高度方向上進(jìn)行分層，并設(shè)定每一層的層級(jí)屬性， 從而將H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)集；
[0009] 步驟3、在每一層級(jí)的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)集中，采用傅立葉級(jí)數(shù)進(jìn)行擬合截面的輪廓曲 線；
[0010] 步驟4、通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)擬合曲線函數(shù)計(jì)算未穿著壓力服裝狀態(tài)下的每一層級(jí)的 輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積；
[0011] 步驟5、穿著壓力服裝后，利用與步驟1至步驟4相同的步驟計(jì)算穿著壓力服裝狀 態(tài)下的每一層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積；
[0012] 步驟6、計(jì)算未穿著壓力服裝狀態(tài)下的各層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積與穿著壓 力服裝狀態(tài)下的相應(yīng)層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積的差值，從而得出共偶變形量。
[0013] 優(yōu)選地，在所述步驟2中，將H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù)據(jù) 點(diǎn)集的步驟包括：
[0014] H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集包含每個(gè)點(diǎn)的H維直角坐標(biāo)（x，y，z)，W人體高度方向?yàn)閆軸，進(jìn)行 坐標(biāo)系變換，轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)（r，0，z)，將H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集在Z軸方向進(jìn)行分層，從初始高度zi 開(kāi)始每隔高度Az分為一個(gè)層級(jí)，從而將H維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù) 據(jù)點(diǎn)集。
[0015] 優(yōu)選地，在所述步驟3中，第j層級(jí)上目標(biāo)部位圍度截面輪廓的擬合曲線為r( 0， Zj)，則有：
[001引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非接觸式人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形算法，包括如下步驟： 步驟1、通過(guò)非接觸式三維人體掃描儀器獲取未穿著壓力服裝狀態(tài)下人體目標(biāo)部位的 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，去除與該目標(biāo)部位無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)及噪點(diǎn)從而形成三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集，其特征在 于： 步驟2、將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集在人體高度方向上進(jìn)行分層，并設(shè)定每一層的層級(jí)屬性，從而 將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)集； 步驟3、在每一層級(jí)的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)集中，采用傅立葉級(jí)數(shù)進(jìn)行擬合截面的輪廓曲線； 步驟4、通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)擬合曲線函數(shù)計(jì)算未穿著壓力服裝狀態(tài)下的每一層級(jí)的輪廓 曲線的周長(zhǎng)和面積； 步驟5、穿著壓力服裝后，利用與步驟1至步驟4相同的步驟計(jì)算穿著壓力服裝狀態(tài)下 的每一層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積； 步驟6、計(jì)算未穿著壓力服裝狀態(tài)下的各層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積與穿著壓力服 裝狀態(tài)下的相應(yīng)層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)和面積的差值，從而得出共偶變形量。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形算法， 其特征在于：在所述步驟2中，將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù)據(jù)點(diǎn)集 的步驟包括： 三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集包含每個(gè)點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)（x，y，z)，以人體高度方向?yàn)閦軸，進(jìn)行坐標(biāo) 系變換，轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)（r，θ，z)，將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集在z軸方向進(jìn)行分層，從初始高度21開(kāi) 始每隔高度△ z分為一個(gè)層級(jí)，從而將三維數(shù)據(jù)點(diǎn)集轉(zhuǎn)化為目標(biāo)部位不同層級(jí)的二維數(shù)據(jù) 點(diǎn)集。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形算法， 其特征在于：在所述步驟3中，第j層級(jí)上目標(biāo)部位圍度截面輪廓的擬合曲線為r( Θ，Zj)， 則有：
,式中，aQ，&i，匕是傅立葉級(jí)數(shù)的系數(shù)，傅立葉 級(jí)數(shù)的階數(shù)η越大則擬合精度越大。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于非接觸式人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形算法， 其特征在于：在所述步驟4中，第j層級(jí)的輪廓曲線的周長(zhǎng)為C( Zp，則有：
，式中，；r，（Θ，Zj)為r(0， Zj)的一階導(dǎo)數(shù)； 第j層級(jí)的輪廓曲線的面積為S (ζρ，則有：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于非接觸式三維人體掃描的壓力服裝與人體共偶變形的計(jì)算方法，通過(guò)非接觸式三維人體掃描儀器獲取未穿著/穿著壓力服裝狀態(tài)下人體體表的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再將三維點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為二維點(diǎn)數(shù)據(jù)，再通過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)擬合曲線函數(shù)獲得各圍度截面的周長(zhǎng)和面積，計(jì)算未穿著壓力服裝與穿著壓力服裝在各圍度截面的周長(zhǎng)和面積差值，從而得出共偶變形量。本發(fā)明從理論上看，建立了一套壓力服裝與人體共偶變形的計(jì)算方法；從實(shí)際應(yīng)用的角度上看，有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)壓力服裝如壓力醫(yī)療襪，指導(dǎo)臨床治療靜脈疾病，有助于壓力服裝功能性表征。
【IPC分類】G06T17-00, A61B5-107, G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104537183
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510009299
【發(fā)明人】王永榮, 王云儀, 王革輝, 王敏, 朱力甦, 胡青云
【申請(qǐng)人】東華大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日