一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法
【专利摘要】本发明涉及一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，包括以下步骤：确定骑行运动下肢骨骼肌活动机制，根据骨骼肌在骑行运动中具体作用，划分下肢骨骼肌运动功能分布图；获取骑行运动下肢皮肤形变矢量，采用聚类分析的方法分析皮肤形变率，划分皮肤形变分布图；测定下肢运动后出汗率，并基于此划分热湿区域分布图；根据骨骼肌运动功能分布图、皮肤形变分布图、热湿区域分布图进行下肢功能分区，构建紧身骑行短裤结构。本发明同时兼具运动功能性及舒适性。
【专利说明】
一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法
技术领域
[0001] 本发明涉及紧身运动服装设计技术领域，特别是涉及一种功能性紧身骑行短裤结 构的构建方法。
【背景技术】
[0002] 体育运动后人体会产生各种运动损伤，经过文献查阅与紧身运动服装消费市场调 查，发现紧身服装产生的压力可以加快运动疲劳恢复、降低血乳酸积聚、减少肌肉振动等积 极作用。但是不适当的压力、压力施加于错误位置会限制运动效能，过大压力会影响心肺功 能，甚至导致严重的身体损害。据此结论，说明只有明确骑行运动过程中下肢骨骼肌活动规 律，才能解决骑行短裤压力施加位置准确性问题;然后在已知已选面料力学性能基础上，根 据下肢皮肤形变计算负松量以施加适当压力，才能使紧身运动服装既满足运动功能又对人 体没有负面作用。
[0003] 目前对紧身功能性服装的研究主要集中在生理作用方面，紧身运动服装结构设计 也仅仅考虑了人体体表形变，没有考虑运动生物力学，对于紧身运动服装如何作用于人体， 如何科学确定松量以达到最佳紧身程度，以及如何具备运动功能性等问题没有涉及到。对 于紧身骑行裤结构与人体之间关系的理解有缺陷，而且市场紧身骑行裤结构分割设计多 变、主观性、随意性强，不符合结构设计科学规律。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，同 时兼具运动功能性及舒适性。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种功能性紧身骑行短裤结构 的构建方法，包括以下步骤：
[0006] (1)确定骑行运动下肢骨骼肌活动机制，根据骨骼肌在骑行运动中具体作用，划分 下肢骨骼肌运动功能分布图；
[0007] (2)获取骑行运动下肢皮肤形变矢量，采用聚类分析的方法分析皮肤形变率，划分 皮肤形变分布图；
[0008] (3)测定下肢运动后出汗率，并基于此划分热湿区域分布图；
[0009] (4)根据骨骼肌运动功能分布图、皮肤形变分布图、热湿区域分布图进行下肢功能 分区，构建紧身骑行短裤结构。
[0010] 所述步骤（1)具体为：运用人体建模仿真技术，分析骑行运动下肢骨骼肌活动机 制，确定下肢发力募集的肌肉群;利用有限元分析方法，分析骑行中骨骼受力情况及易于损 伤的部位，以明确需要防护的骨骼肌具体位置;根据骨骼肌在骑行中具体作用划分骨骼肌 运动功能分布图。
[0011] 所述步骤(2)具体为:采用凝胶拓印与图形像素技术、皮肤形变合方向方法，获取 骑行运动下肢皮肤形变矢量;使用层次聚类分析方法，对下肢单元网格皮肤形变率进行分 类，确定聚类数，将聚类结果填入各单元网格，并绘制皮肤形变聚类分布图。
[0012] 根据单元网格形状利月
计算出横向与纵向线段形变率，规定横 向线段长度为横向形变率的数值，纵向线段长度为纵向形变率的数值，数值为正，则线段箭 头从研究位置点指向外，数值为负，则线段箭头指向研究位置点，运用力的合成同样方法画 出单元网格皮肤形变合方向，其中，SD为皮肤形变率，L'为形变后的长度，L为形变前长度。
[0013] 所述步骤(3)具体为:分别测量不同强度活动下人体出汗量，计算不同运动强度下 下肢出汗率，按照下肢出汗率结果，采用相近归类方法划分下肢热湿分布图。
[0014] 所述步骤(4)中依照下肢功能分区选择最合适面料，并根据皮肤形变方向确定分 区布纹方向。
[0015] 有益效果
[0016] 由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果:本发明采用基于人体建模仿真技术确定骨骼肌的运动生物力学作用机制，明确了骑行 短裤对骨骼肌防护的具体位置，基于凝胶拓印与图形像素技术、皮肤形变合方向方法获取 皮肤形变矢量，为骑行短裤的松量设定与分区布纹方向提供了基础数据，测量骑行运动后 下肢不同部位出汗率数据，并以各分区要求为依据，不同部位选择不同性能面料，准确地解 决了热湿舒适性问题。
【附图说明】
[0017]图1以60rpm骑行的13块肌肉发力变化图；
[0018]图2 (a)踏板在18°位置时股骨应力云图；
[0019]图2(b)踏板在90°位置时股骨应力云图；
[0020]图2 (c)踏板在165°位置时股骨应力云图；
[0021]图2(d)踏板在270°位置时股骨应力云图；
[0022]图3骑行运动下肢骨骼肌运动功能划分图；
[0023]图4下肢网格图；
[0024] 图5骑行运动下肢皮肤形变方向图；
[0025] 图6骑行运动单元网格皮肤形变率聚类分析图；
[0026]图7下肢皮肤形变率聚类分布图；
[0027] 图8(a)单元网格合方向计算方法示意图；
[0028] 图8(b)肚脐点位置单元网格合方向计算实例图；
[0029] 图9不同运动强度人体各部位出汗分布图；
[0030] 图10下肢热湿区域分布图；
[0031] 图11紧身骑行短裤结构分割线图；
[0032] 图12紧身骑行裤平面结构图及各片布纹方向图；
[0033]图13是本发明实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0035]本发明的实施方式涉及一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，包括以下步 骤:确定骑行运动下肢骨骼肌活动机制，根据骨骼肌在骑行运动中具体作用，划分下肢骨骼 肌运动功能分布图；获取骑行运动下肢皮肤形变矢量，采用聚类分析的方法分析皮肤形变 率，划分皮肤形变分布图；测定下肢运动后出汗率，并基于此划分热湿区域分布图；根据骨 骼肌运动功能分布图、皮肤形变分布图、热湿区域分布图进行下肢功能分区，构建紧身骑行 短裤结构。
[0036]下面以一个具体的实施例来进一步说明本发明，如图13所示。
[0037] 本发明的对象为骑行短裤，因此所需研究的部位为腰线以下与小腿以上部分，右 腿踏板在最高位置为〇°，踏板最低位置为180°，骑行一圈踏板回到最高位置规定为360°，0° ~180°为右腿骑行蹬踏阶段，180°~360°为骑行提拉阶段。
[0038] 1)确定下肢骨骼肌运动功能区域分布
[0039]运用人体建模仿真技术分析骑行运动过程中下肢的13块肌肉、股骨、三个关节活 动机制，图1可以发现下蹬阶段募集的主要发力肌肉是股直肌、股中间肌、股内侧肌、股外侧 肌、比目鱼肌，这几块肌肉位于大腿前及小腿后下部位;而提拉阶段募集的主要发力肌肉为 股二头肌、半键肌、半膜肌、腓肠肌、股薄肌、胫骨前肌、阔筋膜张肌，发力肌肉主要位于大腿 前后的中间部位;臀大肌发力很小，腹肌属于非发力肌肉；髂胫束及膝关节的肌腱、韧带与 筋膜骑行时与膝关节摩擦，容易引发膝关节外侧疼痛；图2股骨有限元分析股骨体中间段外 侧部位、股骨头及股骨体近端受力最大，易于产生损伤，膝关节的近端远端力与膝关节前后 力都很大，是骑行发力的关键部位。
[0040]基于以上分析结果大腿前部位划分为下蹬肌肉发力运动功能区，大腿后部位划分 为提拉肌肉发力运动功能区，臀大肌与腹肌为非发力肌肉区，髂胫束、膝关节两侧与股骨划 分为损伤防护区（如图3)。
[0041 ] 2)确定下肢皮肤形变聚类分布及皮肤形变方向
[0042]按照发明专利201510020299.1画网格方法，在下肢指定位置画181个单元网格(如 图4)，所有网格图平面展开示意图如图5所示，采用凝胶拓印与图形像素技术、皮肤形变合 方向方法，获取骑行运动下肢皮肤形变矢量(如图5)，采用SPSS层次聚类分析方法对单元网 格皮肤形变率进行聚类，分别设置聚类数5、6、7、8、9进行聚类分析，比较五种聚类数所得聚 类结果优劣，确定聚类数为9时比较合适，把聚类结果填入各单元网格，图6中数值越大表示 皮肤形变率越大，依据聚类结果在人体上用不同颜色描绘出皮肤形变率分布图（如图7)。 [0043]如图8 (a)所示，根据皮肤形变"合方向"方法计算181个单元网格方向。这里以肚脐 点单元网格为例介绍计算过程，该单元网格刚好为矩形，因此横向和纵向网格线垂直，已知 静止站立下该网格线横向长度为38mm，纵向长度为37mm，而12骑行姿势下横向网格线平均 长度为45 . 34mm，纵向网格线平均长度为23 . 2 5mm，根据皮肤形变率计算公式： X100%得到横向皮肤形变率为19.3 %，纵向皮肤形变率为-37.2 %，该计算公式 中，SD为皮肤形变率，L '为形变后的长度，L为形变前长度。皮肤形变率转化为网格横向与纵 向方向线段长度19.3mm和-37.2mm，正值表示箭头方向从肚脐点沿横向网格线向外，而负值 表示纵向箭头方向指向肚脐点。在此基础上从箭头端点画出两个方向的平行线，并连接对 角线就确定出该单元网格皮肤形变的合方向（如图8(b))，其他180个单元网格皮肤形变方 向以同样方法得到。
[0044] 3)确定下肢热湿区域分布
[0045] 分别测量不同强度活动下人体出汗量，图9显示了两种运动强度下人体各部位出 汗率，臀上部出汗率几乎是下肢其他各部位出汗率两倍，另外，随着运动强度增大，腹部出 汗率增加速度最大。根据图9人体下肢出汗率分布结论，下肢可以划分为图10所示热湿分布 图，臀上部出汗率最大，单独划分为一个区域;小腿内侧出汗率划分一个区域;腹部出汗率 增加速度大也要单独划分一个区域;大腿外侧及大腿前中出汗率相近，划分为一个区域;大 腿内侧、大腿后中及小腿后中与小腿外侧划分为出汗率最小区域。
[0046] 4)构建紧身骑行短裤结构与选择合适面料
[0047] 把肚脐点定为腰线位置，肚脐点以上为骑行裤腰部松紧带，裤脚口位置定位在从 膝盖中心以下两个网格宽度。根据每个部位需要的性能重点，选择运动功能区域图、皮肤形 变率聚类分布图、热湿区域图中分界线，下肢划分为10个功能分区，构建出紧身骑行短裤结 构(如图11和图12所示），下面对骑行短裤结构中10个分区选择合适面料的过程进行了详细 的分析，其他类似紧身运动服装参照此方法选择面料。
[0048] ①区出汗率增加快，需要重点考虑热湿舒适性，因此按照热湿区域图分界线划分， ①区属于非运动功能区，骑行过程中皮肤形变小，因呼吸不可受过大压力，选择面料要考虑 低模量高弹性、网眼以利于吸湿排汗。
[0049] ②区与①区一致，但为保护隐私不可选择网眼透孔面料，选择低模量、吸湿排汗弹 性针织面料。
[0050] ③区出汗率最大，因此按照热湿区域分割线划分，而且该分割线运动功能区、皮肤 形变聚类分割线重合。该区是非运动功能区、皮肤形变小，因此在面料选择上不用考虑运动 功能性与皮肤形变，而选择网眼吸湿排汗弹性针织面料。
[0051 ]④区属于非运动功能区，纵向皮肤形变大，选择纵向低模量，横向模量较大的吸湿 排汗面料。
[0052] ⑤区属于肌腱与韧带防护区域，需防护因摩擦产生的损伤，选择高模量、低弹性针 织面料。
[0053] ⑥区为膝盖部位，是下肢皮肤拉伸形变最大部位，而且该区膝关节运动幅度也最 大，因此为了不阻碍膝关节运动，需要选择低模量高弹性针织面料。
[0054]⑦区皮肤收缩形变最大，为骑行发力关键关节，选择低模量高弹性针织面料以免 阻碍关节弯曲。
[0055]⑧区为骑行提拉阶段发力肌肉区，根据肌肉生物力学原理，外力压缩能加快血液 循环以增大肌肉力，需要采用经向高模量、炜向低模量的弹性针织面料，以免阻碍膝关节纵 向拉伸，另外图6显示该区的皮肤形变方向为大约45°，因此布纹方向选45°。
[0056] ⑨区为蹬踏阶段发力肌肉区，同样选择经向高模量、炜向低模量弹性针织面料。
[0057] ⑩区为肌腱与韧带防护区域，防护因摩擦产生髂胫束损伤，选择有稳固作用的高 模量、低弹性针织面料。
[0058] 5)样裤制作与性能验证
[0059] 按照上述图12平面结构图及面料选择方法各结构分区选择不同面料，制作骑行样 裤，邀请了 10名与样裤尺寸符合者穿着骑行样裤，首先进行静止站立姿势下压力主观测试， 试穿者评价压力大小合适，舒适度高;然后让试穿者穿着普通内裤与骑行样裤分别以60rpm 速度在功率自行车上骑行30分钟，在开始骑行后的3分钟、7分钟、11分钟及15分钟时测试血 乳酸值(选择测试15分钟之前的血乳酸值是因为血乳酸值在运动后期基本不变化），30分钟 骑行结束后穿着普通内裤与骑行样裤静止坐姿下休息25分钟，测试试穿者休息5分钟后、10 分钟后及15分钟后的血乳酸值(选择测试15分钟之前是因为血乳酸值在恢复前期变化明 显）。分别计算10名试穿者穿着普通内裤与骑行样裤两种状态下血乳酸平均值，对比分析两 种状态下不同时间点血乳酸值变化(如表1)，发现穿着普通内裤情况下，骑行过程中血乳酸 值上升更快，而骑行后休息过程中血乳酸值下降更慢，测试结果验证了骑行样裤增加了人 体运动持久性，加快下肢运动后恢复速度。
[0060]
[0062] 表1骑行中及骑行后不同时间点血乳酸值(mmol/L)
【主权项】
1. 一种功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 确定骑行运动下肢骨骼肌活动机制，根据骨骼肌在骑行运动中具体作用，划分下肢 骨骼肌运动功能分布图； (2) 获取骑行运动下肢皮肤形变矢量，采用聚类分析的方法分析皮肤形变率，划分皮肤 形变分布图； (3) 测定下肢运动后出汗率，并基于此划分热湿区域分布图； (4) 根据骨骼肌运动功能分布图、皮肤形变分布图、热湿区域分布图进行下肢功能分 区，构建紧身骑行短裤结构。2. 根据权利要求1所述的功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，所述步骤 (1) 具体为:运用人体建模仿真技术，分析骑行运动下肢骨骼肌活动机制，确定下肢发力募 集的肌肉群;利用有限元分析方法，分析骑行中骨骼受力情况及易于损伤的部位，以明确需 要防护的骨骼肌具体位置;根据骨骼肌在骑行中具体作用划分骨骼肌运动功能分布图。3. 根据权利要求1所述的功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，所述步骤 (2) 具体为:采用凝胶拓印与图形像素技术、皮肤形变合方向方法，获取骑行运动下肢皮肤 形变矢量;使用层次聚类分析方法，对下肢单元网格皮肤形变率进行分类，确定聚类数，将 聚类结果填入各单元网格，并绘制皮肤形变聚类分布图。4. 根据权利要求3所述的功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，根据单元 /.，一./. 网格形状利用级>=1--\1〇〇%计算出横向与纵向线段形变率，规定横向线段长度为横向 形变率的数值，纵向线段长度为纵向形变率的数值，数值为正，则线段箭头从研究位置点指 向外，数值为负，则线段箭头指向研究位置点，运用力的合成同样方法画出单元网格皮肤形 变合方向，其中，SD为皮肤形变率，L '为形变后的长度，L为形变前长度。5. 根据权利要求1所述的功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，所述步骤 (3) 具体为：分别测量不同强度活动下人体出汗量，计算不同运动强度下下肢出汗率，按照 下肢出汗率结果，采用相近归类方法划分下肢热湿分布图。6. 根据权利要求1所述的功能性紧身骑行短裤结构的构建方法，其特征在于，所述步骤 (4) 中依照下肢功能分区选择最合适面料，并根据皮肤形变方向确定分区布纹方向。
【文档编号】A41D31/00GK105996218SQ201610556368
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】骆顺华, 王建萍, 姚晓凤, 刘凯旋
【申请人】东华大学, 山东工艺美术学院