基于形態(tài)分析的男性戶外登山服結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周幸子, 王朝暉, 張龍琳, 李 琴

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,上海 210051;2.西南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,重慶 400715)

戶外登山服裝的運(yùn)動(dòng)舒適性要求較高,而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是研發(fā)登山服的關(guān)鍵[1]。由于人體是復(fù)雜曲面體,附著體表的服裝,除彈性面料,大多服裝面料的伸展性不如皮膚優(yōu)異。適用于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的服裝結(jié)構(gòu),通常不能滿足在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的松量需求。因此,一些學(xué)者基于靜、動(dòng)態(tài)人體尺寸,根據(jù)體表皮膚形變率對(duì)服裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2-8]。常用的皮膚形變測(cè)量方法有三維掃描捕捉[3]、網(wǎng)格法[4-5]、體表描線法[6-8]和石膏法等,而動(dòng)態(tài)姿勢(shì)是皮膚形變測(cè)量的關(guān)鍵,其根據(jù)服用場(chǎng)景來(lái)確定。王永進(jìn)等[4]利用17種網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下的網(wǎng)格線變化,確定網(wǎng)球服的功能分割線。李秀青等[6]利用體表畫(huà)線法測(cè)得6個(gè)騎行動(dòng)作下的右腿體表變化。馮洋等[7]歸納了4個(gè)足球技術(shù)動(dòng)作下的皮膚伸縮變化,設(shè)定足球褲松量。劉鵬林等[8]通過(guò)11個(gè)戶外運(yùn)動(dòng)下的上半身體表網(wǎng)格線變化分析其對(duì)軟殼沖鋒衣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響。

為了實(shí)現(xiàn)服裝合體性與運(yùn)動(dòng)舒適性的和諧統(tǒng)一,明確不同形變方向上形變量對(duì)設(shè)計(jì)至關(guān)重要[9]。本文首先確定20種實(shí)驗(yàn)姿勢(shì),再利用網(wǎng)格法進(jìn)行人體靜、動(dòng)態(tài)體表尺寸變化實(shí)驗(yàn),得到關(guān)鍵部位體表形變特點(diǎn)。隨后對(duì)形變率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,探討如何進(jìn)行登山服的松量、款式及面料設(shè)計(jì)。

1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)量樣本選擇

實(shí)驗(yàn)共招募10位20～30歲正常體態(tài)男性(在校大學(xué)生)作為被測(cè)者,身高173～177 cm、胸圍90～98 cm、腰圍79～85 cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)在室溫(20±2) ℃,濕度50%±5%的環(huán)境條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)服為繪有2 cm×2 cm網(wǎng)格線的合體套裝,面料含黏膠67.4%、錦綸29.6%和氨綸3.0%混紡(溫州辛吉斯服飾有限公司)。先由3名被測(cè)者穿著,完成20種實(shí)驗(yàn)姿勢(shì),隨后3名同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)服的網(wǎng)格變化程度進(jìn)行預(yù)估,最后在預(yù)估分析中選取實(shí)驗(yàn)服網(wǎng)格變化幅度較大的人體部位作為待測(cè)關(guān)鍵部位。待測(cè)關(guān)鍵部位包含:肘圍、臂根圍、肘長(zhǎng)、手臂外長(zhǎng)(前腋點(diǎn)經(jīng)肘圍外中點(diǎn)至后腕點(diǎn))、手臂內(nèi)長(zhǎng)(后腋點(diǎn)經(jīng)肘外中點(diǎn)至前腕點(diǎn))、肩寬、后背寬、腋下肋長(zhǎng)(腋點(diǎn)到腰線長(zhǎng)度)、胸圍、腰圍、腹圍、背長(zhǎng)及臀圍;總襠圍(前腰中點(diǎn)經(jīng)襠底部至后腰中點(diǎn))、大腿根圍、膝圍、前大腿長(zhǎng)(大轉(zhuǎn)子到膝蓋前中點(diǎn))、前小腿長(zhǎng)(膝蓋前中點(diǎn)到踝骨)、后大腿長(zhǎng)(大轉(zhuǎn)子到腘窩)及后小腿長(zhǎng)(經(jīng)腘窩到踝骨)。在正式實(shí)驗(yàn)中,3名同學(xué)分別對(duì)10位受試者的關(guān)鍵部位進(jìn)行具體測(cè)量,為控制測(cè)量誤差,3組數(shù)據(jù)差值在0.10 cm內(nèi),取其平均值記錄。靜、動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度形變率α的計(jì)算公式為:

式中:正值表示伸長(zhǎng),負(fù)值表示收縮。

1.3 實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)確定

人體有8組連接點(diǎn),其中肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度較大,服裝的應(yīng)變表現(xiàn)為滑移、褶皺、延展或限制人體運(yùn)動(dòng)等。而頸部、腕關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的活動(dòng)對(duì)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響較小,在此不做研究。本文根據(jù)人體五大關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和范圍[9],得到人體在登山運(yùn)動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)的幅度最大動(dòng)作,以此確定20種實(shí)驗(yàn)姿勢(shì),包括19種動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)和自然站立的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)姿勢(shì),如圖1及表1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)Fig.1 Experimental gestures

表1 字母代號(hào)與實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)對(duì)照Tab.1 The comparison between letter code and experimental gestures

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

圖1(a)中標(biāo)注的箭頭反映了肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響,以肘突為基準(zhǔn)中心,手臂外側(cè)皮膚明顯拉伸,肘彎部位明顯收縮。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得肘部、手臂根部、手臂內(nèi)側(cè)和外側(cè)的皮膚伸長(zhǎng)率如表2所示。圖1(b)中b、c、d、e、f、g、h線表明肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)以后腋點(diǎn)為中心,肩關(guān)節(jié)的后伸和內(nèi)收使腋下肋長(zhǎng)、胸圍和背寬發(fā)生明顯拉伸。實(shí)驗(yàn)測(cè)得肩部、后背和腋下體側(cè)的皮膚伸長(zhǎng)率如表3所示。人體扭動(dòng)后,圖1(c)中h、i、j、k和l反映了腰關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響,使皮膚在腋下肋長(zhǎng)、背部和腹部產(chǎn)生拉伸。實(shí)驗(yàn)測(cè)得胸部、腰節(jié)、腹部、后背和體側(cè)的皮膚伸長(zhǎng)率如表4所示,其中K和L動(dòng)作下,腋下肋長(zhǎng)存在兩組數(shù)據(jù),前者表示左側(cè)腋下肋長(zhǎng),后者表示右側(cè)腋下肋長(zhǎng)。圖1(d)中i、j、k、l、m、n、o和p反映髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)下裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響,臀部及襠部周?chē)つw的變化明顯。實(shí)驗(yàn)測(cè)得臀部、腹部和襠部的皮膚水平、垂直伸長(zhǎng)率如表5所示。被測(cè)者完成膝關(guān)節(jié)活動(dòng)時(shí)也伴隨著髖關(guān)節(jié)活動(dòng),圖1(e)中m、n、o、p、q、r、s和t線反映了膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)下裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)得大腿根部、膝部、大腿和小腿的皮膚水平、垂直伸長(zhǎng)率如表6所示。

表2 肘關(guān)節(jié)動(dòng)作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.2 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the elbow joint movement %

表3 肩關(guān)節(jié)動(dòng)作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.3 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the shoulder joint movement %

表4 腰關(guān)節(jié)動(dòng)作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.4 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the waist joint movement %

表5 髖關(guān)節(jié)動(dòng)作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.5 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the hip joint movement %

表6 膝關(guān)節(jié)動(dòng)作影響下關(guān)鍵部位的體表皮膚形變率Tab.6 The body surface skin deformation rate of the key parts affected by the knee joint movement %

3.1 動(dòng)態(tài)姿勢(shì)下的體表形變分析

3.1.1 動(dòng)態(tài)姿勢(shì)權(quán)重分析

登山過(guò)程中,人體會(huì)做出許多大幅度動(dòng)作,若所穿登山服的松量過(guò)小,則會(huì)產(chǎn)生阻礙。由于在整個(gè)過(guò)程中人體動(dòng)作并非持續(xù)處于較大幅度,為使登山服松量充分滿足較大幅度、甚至最大幅度的動(dòng)作,將導(dǎo)致服裝結(jié)構(gòu)失去平衡,且過(guò)于寬松會(huì)對(duì)處在其他動(dòng)作狀態(tài)下的人體產(chǎn)生負(fù)面影響。本文結(jié)合登山過(guò)程,考慮多個(gè)部位、多個(gè)動(dòng)作,分析不同動(dòng)作可能出現(xiàn)的頻率,頻率越高,可在一定程度上代表該動(dòng)作對(duì)關(guān)鍵部位體表皮膚形變的影響越大。

通常情況下,權(quán)重值憑主觀經(jīng)驗(yàn)給出,有時(shí)不能客觀反映實(shí)際情況[10]。在此類(lèi)經(jīng)驗(yàn)判斷法中,可加權(quán)多個(gè)估值以減少誤差。本文采用專家估測(cè)法,將某戶外登山俱樂(lè)部的20名專業(yè)級(jí)成員視為“專家”,讓其在互不影響的情況下,分別給出在整個(gè)登山運(yùn)動(dòng)中,在各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)影響下的19種動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)出現(xiàn)的頻率,其意見(jiàn)有效性相同,最后加權(quán)得到19種姿勢(shì)的權(quán)重值(姿勢(shì)A在不同關(guān)節(jié)影響下的權(quán)重不同)。設(shè)因素集U={u1,u2,…,u20},表示實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)出現(xiàn)頻率(表7),k=20,n=19。

表7 專家估測(cè)法權(quán)重Tab.7 The weighting factor chart of expert estimation mehtod

表8 各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)影響下不同動(dòng)作的權(quán)重Tab.8 The weighting factor chart of different movementsof five joins

3.1.2 體表形變值

本文定義了各關(guān)鍵部位的加權(quán)體表形變率,為表7中的運(yùn)動(dòng)方式權(quán)重與該運(yùn)動(dòng)引起的對(duì)應(yīng)關(guān)鍵部位體表形變率的乘積之和,考慮多個(gè)實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)對(duì)同一關(guān)鍵部位的共同作用,而非最大的體表形變率。表9中關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)源于GB/T 1335.1—2008《服裝號(hào)型(男子)》人體靜態(tài)數(shù)據(jù),該部位的體表形變值等于該部位尺寸數(shù)據(jù)與其加權(quán)體表皮膚形變率的乘積。

3.2 體表形變對(duì)登山服設(shè)計(jì)的影響

3.2.1 對(duì)松量設(shè)置及制版參數(shù)的影響

本文的體表變化實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)形態(tài)變化松量,即為使人體在登山時(shí),體表變化不受服裝牽制而需增加的松量。且寬松量應(yīng)設(shè)置在皮膚延展性大的部位,適應(yīng)動(dòng)作的伸展方向需求[9]。

表9 登山服關(guān)鍵部位體表形變值Tab.9 The body surface deformation values of the key parts of mountaineer garment

基于文獻(xiàn)[11]115-120中男裝標(biāo)準(zhǔn)基本紙樣的制版方法及紙樣放縮的設(shè)計(jì)原則,以身高175 cm、胸圍95 cm、背長(zhǎng)42.5 cm、腰圍82 cm、臀圍94 cm、褲口圍43 cm為例,分析體表變化值對(duì)形態(tài)變化松量及制版參數(shù)的影響(表10),其中制版參數(shù)列中的各部位結(jié)構(gòu)參數(shù)已加入了形態(tài)變化松量。

登山服在各部位的制版參數(shù)推到如下:

1)考慮胸圍、腰圍和臀圍的圍度形變值,根據(jù)變形放量方法,將后側(cè)縫、前側(cè)縫、后中縫、前中縫的追加放量配比設(shè)置為2.5︰2.5︰1︰1,相關(guān)研究表明該配置比更適用于戶外服的放量設(shè)計(jì)[11]127-129,即將胸圍形變值9.52 cm按1︰5︰1分配給前胸寬、袖窿寬和后背寬,分別是1.36、3.40 cm和1.36 cm。為適應(yīng)軀體向前彎曲,將衣長(zhǎng)在背長(zhǎng)加后領(lǐng)高的基礎(chǔ)上增加背長(zhǎng)形變值5.57 cm。為適應(yīng)動(dòng)態(tài)肩部小幅拉伸,將前、后肩線增長(zhǎng)1.79 cm,對(duì)應(yīng)樣板的后肩寬增加1.30 cm。

2)袖窿開(kāi)深量為側(cè)縫放量減去肩升高量的1/2,再加上后肩加寬量,其中側(cè)縫放量為3.40 cm,肩升高量是以前、后中縫放量為參數(shù),此時(shí)前、后中縫放量為1.36 cm,前、后肩的分配比例為0.5︰1.5,分別為0.34 cm和1.02 cm,肩升高量為1.36 cm,后肩加寬量為前后中縫放量的一半加1.00 cm,為1.68 cm,故袖窿開(kāi)深量為4.40 cm,袖窿深線向下平移4.40 cm,新袖窿弧線略微向前偏轉(zhuǎn)。袖長(zhǎng)取臂長(zhǎng)加上手臂外側(cè)形變值8.73 cm,袖肥取手臂根圍加上手臂根部形變值2.88 cm,以滿足手臂運(yùn)動(dòng);袖山高根據(jù)變形放量設(shè)計(jì)方法,從基本袖山高減去袖窿開(kāi)深量而剩余部分[11]127-129。

3)因大、小腿縱向拉伸,褲長(zhǎng)在股上長(zhǎng)-3.00 cm+股下長(zhǎng)的長(zhǎng)度基礎(chǔ)上再增加大、小腿的形變值4.35 cm,故將褲口線下移4.35 cm?？傄d圍不變,立襠長(zhǎng)不變,這是因?yàn)槿粞澴恿⒁d小于股上尺寸,在穿著時(shí)使褲腰自然向人體實(shí)際腰圍移動(dòng),促使橫襠貼合人體臀部。這在運(yùn)動(dòng)功能上是合理而有效的,因?yàn)榱⒁d超出人體股上尺寸越多,褲子越遠(yuǎn)離人體,對(duì)下肢牽制力就越大[11]190-193。為彌補(bǔ)動(dòng)態(tài)腿部的圍度寬松度,橫襠線以上的部分與腰圍和臀圍相關(guān),將前、后片腰圍寬增加腰圍形變值1.45/4=0.36 cm,前、后片臀圍寬增加臀圍形變值1.65/4=0.86 cm,大腿根圍寬順勢(shì)增加;在膝圍線和褲口線處直接加大橫向放松量從而加大肢體的活動(dòng)空間,增加肢體舒展的自由度,前、后片中襠圍寬增加膝圍形變值5.39/2=2.70 cm,褲口寬也增加5.39/4=2.70 cm,可保持褲腿H型造型。

表10 體表形變值對(duì)形態(tài)變化松量和制版參數(shù)的影響Tab.10 The influence of the body surface skin deformation value on themorphologic change margin and structure parameters cm

3.2.2 對(duì)款式設(shè)計(jì)的影響

通過(guò)體表實(shí)驗(yàn)可得運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下體表變化較大的部位為肘部和膝部,可利用設(shè)置合理分割線進(jìn)行“加量”或“減量”實(shí)現(xiàn)立體結(jié)構(gòu),提高穿著者的運(yùn)動(dòng)自由度,減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的服裝阻礙,優(yōu)化運(yùn)動(dòng)舒適性。肘部可采用分片設(shè)計(jì),方案一可在袖肘進(jìn)行橫向切展、縱向加量,以保證肘部前屈的活動(dòng)量,再縱向分片調(diào)整,使袖子整體呈前傾狀,符合手臂自然下垂?fàn)顟B(tài)，如圖2(a)所示;方案二在肘部進(jìn)行“X”字切展加量,設(shè)置省道形成“肘凸”,后袖片分上、中、下三片縫合,再與前袖片縫合,如圖2(b)所示;膝部設(shè)計(jì)可類(lèi)似肘部,進(jìn)行“H”字切開(kāi),在膝蓋前部加量,在腘窩處減量,形成“膝凸”,適應(yīng)人體膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如圖2(c)所示。

圖2 登山服肘部和膝部設(shè)計(jì)Fig.2 Elbow and knee design of mountaineer garment

3.2.3 對(duì)面料選擇的影響

可對(duì)體表相對(duì)變化較大部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)尺寸調(diào)整,同時(shí)選擇具有較強(qiáng)拉伸斷裂強(qiáng)度和高彈的面料對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行輔助調(diào)整。王永進(jìn)等[4]在排球比賽服的衣身設(shè)計(jì)中標(biāo)記拉伸收縮變化大的皮膚部位,為準(zhǔn)確確定加入松量或采用彈性面料的部位提供依據(jù)。根據(jù)前文體表形變實(shí)驗(yàn),橫向的背寬線、大腿根圍線、膝圍線的尺寸變化幅度較大,在設(shè)計(jì)中可通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸并合理配置延展性好、復(fù)原性好的材料,在保證外觀合體前提下,提高穿著者在登山過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)舒適性,滿足其皮膚擴(kuò)展和形態(tài)變化。

3.3 登山服設(shè)計(jì)與試穿

從登山服結(jié)構(gòu)功能性要求出發(fā),采用圖2(a)(c)設(shè)計(jì)登山服的肘部與膝部,根據(jù)表10的制版參數(shù),利用CAD繪制出連帽連體登山服紙樣,再將其導(dǎo)入CLO 3D進(jìn)行虛擬試衣,便于局部調(diào)整,最后樣板如圖3灰色區(qū)域所示。手肘和膝蓋部位設(shè)置防撞軟墊,在一定程度上能夠保護(hù)穿著者。內(nèi)置衣里為滌塔夫T190及網(wǎng)眼面料,使不流通空氣層增多,能夠在寒冷的戶外條件下,保持體溫,減少熱量散失。外層面料經(jīng)過(guò)“三防整理”(拒水、拒油、防污)帶PU涂層的尼龍228T,耐磨耐臟且御寒防風(fēng),價(jià)格便宜,易于控制成本。用束頭裝置調(diào)節(jié)袖口、褲口邊,可減少熱量散失,并有效減少戶外蟲(chóng)類(lèi)等入侵。前中線設(shè)置80.00 cm長(zhǎng)的隱形拉鏈,方便穿脫。圖4展示了虛擬試衣和服裝的實(shí)際穿著效果,試穿者為身高175 cm、胸圍95 cm、腰圍82 cm的正常體態(tài)男性,能順利完成20種實(shí)驗(yàn)姿勢(shì),即服裝無(wú)明顯牽制,有較好的運(yùn)動(dòng)舒適性和自由度。

圖3 登山服左半身樣板Fig.3 The left half pattern of mountaineer garment

圖4 虛擬試穿和實(shí)物試穿Fig.4 Virtual fitting and real fitting

4 結(jié) 論

本文通過(guò)體表畫(huà)線實(shí)驗(yàn)研究人體關(guān)鍵部位的體表靜、動(dòng)態(tài)尺寸變化。利用專家估測(cè)法確定實(shí)驗(yàn)姿勢(shì)對(duì)關(guān)鍵部位體表形變率的影響權(quán)重,加權(quán)計(jì)算關(guān)鍵部位加權(quán)體表形變率和對(duì)應(yīng)的體表形變值,為登山服的形態(tài)變化松量設(shè)置提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)紙樣放縮的設(shè)計(jì)原則和方法,分析人體體表變化值與服裝形態(tài)變化松量之間的關(guān)系式,再根據(jù)其他服用需求等設(shè)計(jì)登山服款式,進(jìn)而繪制體型為175/95A男性H型戶外登山服樣板,制作服裝進(jìn)行試穿。本文提出的基于人體體表形變的登山服設(shè)計(jì)思路,可為功能性服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

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