[发明专利]基于非接触式人体扫描的压力服装与人体共偶变形算法

说明书

技术领域

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，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，压力绷带等。

背景技术

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绷带；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。

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。

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三维尺寸变化；采用非接触式三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软件是基于三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，这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

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三维人体扫描的压力服装与人体共偶变形的计算方法。

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：

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：

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。

优选地，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z₁开始每隔高度Δz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。

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(θ，z_j)，则有：