[發明專利]一種基于非接觸式三維人體掃描的服裝壓力分布預測方法

在審

• 申請號: 201410654945.5
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104376172A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 王永榮;張佩華;胡青云;孫悅;王志煒
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及紡織服裝技術領域，特別是涉及一種基于非接觸式三維人體掃描的服裝壓力分布預測方法，適用于各種壓力服裝的壓力分布預測包括緊身運動衣褲，塑身衣褲，壓力醫療襪，壓力繃帶等。

背景技術

壓力服裝，即能夠在人體的特定部位產生壓力的服裝，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、緩解和治療靜脈疾病功能的醫療襪和繃帶；具有促進體內微循環、增強運動機能的緊身運動衣褲如騎行服等。服裝壓力的大小和分布是實現以上功能的關鍵。

目前，表征壓力大小的方法有直接測試和理論計算兩種方法。在直接測試方面，現有的服裝壓力測試裝置，是把感壓元件插入服裝與人體之間，測量并通過相應的元件顯示服裝壓力值。直接的服裝壓力測試只能測試有限點的壓力，準確度受到測試位置、人體曲率及皮下組織性能等的影響。如放在腿部和織物之間的傳感器將會減小截面的曲率半徑結果使傳感器上的張力增加。另外，也有可能引起軟組織移動，傳感器嵌入軟組織影響壓力的讀取。在理論計算方面，包括有限元力學分析和基于Laplace方程計算壓力分布。在有限元分析中由于人體復雜的多層解剖學結構及其非線性材料屬性，很難確定準確的力學模型參數，增加了結果的不確定性，且費用昂貴。Laplace方程用于估算壓力分布簡單便捷，但目前的應用中假設人體維度截面為不同半徑的圓柱體，未考慮不同部位的曲率半徑，且未考慮人體穿著壓力服裝的壓縮及共偶變形，這些因素降低預測壓力值的準確性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于非接觸式三維人體掃描的服裝壓力分布預測方法，能夠提高預測的準確性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于非接觸式三維人體掃描的服裝壓力分布預測方法，包括以下步驟：

(1)通過非接觸式三維人體掃描儀器獲取穿著壓力服裝狀態下人體體表的三維點云數據，對三維點云數據點集進行分層，轉化為不同層級屬性的二維數據點集；

(2)在每層級中，采用傅立葉級數進行擬合截面的輪廓曲線；

(3)通過傅立葉級數擬合曲線函數計算每層級二維輪廓曲線的周長和各點的曲率半徑；

(4)通過拉伸測試儀測試壓力服裝的各截面織物的拉伸性能獲得拉伸應力-應變曲線，從而得到拉伸應力；

(5)根據獲得的曲率半徑和拉伸應力采用拉普拉斯方程計算服裝壓力分布。

所述步驟(1)中，通過非接觸式三維人體掃描儀進行掃描，去除與被測處無關的數據點及噪點形成數據點集，包含每個點的三維直角坐標信息，以人體高度方向為z軸，進行坐標系變換，轉化為柱坐標；對被測處的數據點集在z軸方向進行分層，把三維點云數據轉化為二維數據點集；并在壓力服裝上進行標注，測試每一高度上壓力服裝在未穿著狀態下的維度截面周長尺寸。

所述步驟(2)中采用傅立葉級數進行擬合截面的輪廓曲線的擬合曲線函數為其中，r(θ，z_j)為在第j層級上被測處維度截面輪廓的擬合曲線函數，a₀，a_i，b_i是傅立葉級數的系數，n為傅立葉級數的階數。