基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于非接触式H维人体扫描的压力服装与人体共偶变形的计算 方法，适用于各种压力服装包括紧身运动衣裤，塑身衣裤，压力医疗袜，压力挪带等。
【背景技术】
[0002] 压力服装，即能够在人体的特定部位产生压力的服装。包括具有丰胸、收腹、提臀 及美腿功效的塑身衣裤；具有改善下肢血液循环、缓解和治疗静脉疾病功能的医疗袜和挪 带；具有促进体内微循环、减弱肌肉震动引发能量损耗、增强运动机能的紧身运动衣裤如骑 行服等。
[0003] 压力服装小于人体的净体尺寸，穿着到人体后产生不同程度的拉伸变形，人体相 应部位被束缚产生一定压缩及形态变化，压力服装与人体紧密贴合相互作用中达到一种共 同形变程度，即定义为共偶变形。共偶变形不仅与压力服装的面料性能、服装结构有关，还 与人体形态、解剖学结构、及皮肤和皮下组织力学性能有关。共偶变形将是压力服装评价其 塑身美体、医疗、运动功效及人体舒适性的重要直接或间接评价指标。
[0004] 目前，在塑身美体方面，有研究者采用接触式测量人体穿着塑身衣后的H维尺寸 变化；采用非接触式H维扫描仪器扫描人体穿着塑身服装前后的状态，通过CAD软件如 Geomagic、AUTOCAD等获取不同围度截面的尺寸变化包括周长、厚度及宽度，用于表征塑身 效果。但是，接触式测量误差大；CAD软件是基于H角面片信息获取围度轮廓与实际差异 大，且只能获得有限特征截面轮廓。有研究者在人体同一围度采用分段多项式拟合腿部轮 廓曲线，拟合精度受到分段位置和数量限制，且计算量大不适合腿部多围度的轮廓曲线拟 合。在医疗袜及紧身运动衣方面未有共偶变形方面的提及及相关研究。压力医疗袜治疗 静脉疾病主要依赖于其对人体腿部的束缚压缩作用，该种束缚压缩引发的共偶变形间接作 用于腿部静脉血管，促进静脉回流。因此，共偶变形量的计算有助于完善医疗袜功能性的表 征。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于非接触式H维人体 扫描的压力服装与人体共偶变形的计算方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于非接触式人体扫描的压 力服装与人体共偶变形算法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1、通过非接触式H维人体扫描仪器获取未穿着压力服装状态下人体目标部 位的H维点云数据，去除与该目标部位无关的数据点及噪点从而形成H维数据点集：
[0008] 步骤2、将H维数据点集在人体高度方向上进行分层，并设定每一层的层级属性， 从而将H维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数据点集；
[0009] 步骤3、在每一层级的二维数据点集中，采用傅立叶级数进行拟合截面的轮廓曲 线；
[0010] 步骤4、通过傅立叶级数拟合曲线函数计算未穿着压力服装状态下的每一层级的 轮廓曲线的周长和面积；
[0011] 步骤5、穿着压力服装后，利用与步骤1至步骤4相同的步骤计算穿着压力服装状 态下的每一层级的轮廓曲线的周长和面积；
[0012] 步骤6、计算未穿着压力服装状态下的各层级的轮廓曲线的周长和面积与穿着压 力服装状态下的相应层级的轮廓曲线的周长和面积的差值，从而得出共偶变形量。
[0013] 优选地，在所述步骤2中，将H维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数据 点集的步骤包括：
[0014] H维数据点集包含每个点的H维直角坐标（x，y，z)，W人体高度方向为Z轴，进行 坐标系变换，转化为柱坐标（r，0，z)，将H维数据点集在Z轴方向进行分层，从初始高度zi 开始每隔高度Az分为一个层级，从而将H维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数 据点集。
[0015] 优选地，在所述步骤3中，第j层级上目标部位围度截面轮廓的拟合曲线为r( 0， Zj)，则有：
[001引
【主权项】
1. 一种基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法，包括如下步骤： 步骤1、通过非接触式三维人体扫描仪器获取未穿着压力服装状态下人体目标部位的 三维点云数据，去除与该目标部位无关的数据点及噪点从而形成三维数据点集，其特征在 于： 步骤2、将三维数据点集在人体高度方向上进行分层，并设定每一层的层级属性，从而 将三维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数据点集； 步骤3、在每一层级的二维数据点集中，采用傅立叶级数进行拟合截面的轮廓曲线； 步骤4、通过傅立叶级数拟合曲线函数计算未穿着压力服装状态下的每一层级的轮廓 曲线的周长和面积； 步骤5、穿着压力服装后，利用与步骤1至步骤4相同的步骤计算穿着压力服装状态下 的每一层级的轮廓曲线的周长和面积； 步骤6、计算未穿着压力服装状态下的各层级的轮廓曲线的周长和面积与穿着压力服 装状态下的相应层级的轮廓曲线的周长和面积的差值，从而得出共偶变形量。
2. 如权利要求1所述的一种基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法， 其特征在于：在所述步骤2中，将三维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数据点集 的步骤包括： 三维数据点集包含每个点的三维直角坐标（x，y，z)，以人体高度方向为z轴，进行坐标 系变换，转化为柱坐标（r，θ，z)，将三维数据点集在z轴方向进行分层，从初始高度21开 始每隔高度△ z分为一个层级，从而将三维数据点集转化为目标部位不同层级的二维数据 点集。
3. 如权利要求1所述的一种基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法， 其特征在于：在所述步骤3中，第j层级上目标部位围度截面轮廓的拟合曲线为r( Θ，Zj)， 则有：
,式中，aQ，&i，匕是傅立叶级数的系数，傅立叶 级数的阶数η越大则拟合精度越大。
4. 如权利要求1所述的一种基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法， 其特征在于：在所述步骤4中，第j层级的轮廓曲线的周长为C( Zp，则有：
，式中，；r，（Θ，Zj)为r(0， Zj)的一阶导数； 第j层级的轮廓曲线的面积为S (ζρ，则有：
【专利摘要】本发明涉及一种基于非接触式三维人体扫描的压力服装与人体共偶变形的计算方法，通过非接触式三维人体扫描仪器获取未穿着/穿着压力服装状态下人体体表的三维点云数据，再将三维点数据转为二维点数据，再通过傅立叶级数拟合曲线函数获得各围度截面的周长和面积，计算未穿着压力服装与穿着压力服装在各围度截面的周长和面积差值，从而得出共偶变形量。本发明从理论上看，建立了一套压力服装与人体共偶变形的计算方法；从实际应用的角度上看，有助于优化设计压力服装如压力医疗袜，指导临床治疗静脉疾病，有助于压力服装功能性表征。
【IPC分类】G06T17-00, A61B5-107, G06F17-50
【公开号】CN104537183
【申请号】CN201510009299
【发明人】王永荣, 王云仪, 王革辉, 王敏, 朱力甦, 胡青云
【申请人】东华大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月8日