侯 霞

(黎明職業(yè)大學(xué) 新材料與鞋服工程學(xué)院,福建 泉州 362000)

隨著生活水平的提升與生活理念的轉(zhuǎn)變,人們對(duì)服裝舒適性提出了更高的要求。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估展開了一系列研究[1],如孫岑文捷等[2]在人工氣候艙中進(jìn)行人體著裝試驗(yàn),分析皮膚溫度及衣下濕度等生理指標(biāo)對(duì)舒適性的影響,袁圍圍等[3]選擇多種不同材料展開性能測(cè)試,引入因子分析方法完成服裝面料舒適性評(píng)估。上述兩種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比較高昂的費(fèi)用,同時(shí)還會(huì)受到環(huán)境等多方面因素的影響,所以評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到一定限制。鑒于此,本研究提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估方法。

1 研究方法

1.1 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估指標(biāo)挖掘

與傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)相比,深度學(xué)習(xí)的操作過(guò)程更加簡(jiǎn)單,用戶只需要輸入原始數(shù)據(jù)即可,故更加適用于分析深層次及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù),以下主要通過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲取接觸舒適性評(píng)估指標(biāo)的特征數(shù)據(jù),同時(shí)組建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)性的關(guān)聯(lián)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以卷積運(yùn)算為核心計(jì)算方法,其基本組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本組成結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic composition and structure of convolutional neural network

在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)中,通過(guò)輸入層輸入全部針織材質(zhì)服裝的接觸舒適性評(píng)估數(shù)據(jù)[4-5],通過(guò)卷積運(yùn)算對(duì)輸入數(shù)據(jù)的特征展開提取和過(guò)濾,計(jì)算公式如下:

(1)

在池化層中,為確保后續(xù)接觸舒適性評(píng)估順利進(jìn)行[6-7],對(duì)挖掘到的全部數(shù)據(jù)特征展開降維處理,計(jì)算公式如下:

(2)

式中:Gxyz為數(shù)據(jù)特征降維處理結(jié)果;M為池化塊總數(shù);Nspp為池化窗尺寸;down表示向下取整。

全連接層需要將特征矩陣轉(zhuǎn)換為向量,同時(shí)調(diào)整對(duì)應(yīng)的維數(shù),使其能夠和樣本標(biāo)簽之間展開對(duì)比分析。

1.2 針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估方法

針織材質(zhì)服裝對(duì)人體的壓力是影響人體舒適性的主要因素,主要表現(xiàn)在人體防護(hù)及運(yùn)動(dòng)效率等多個(gè)方面。采用文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]的方法對(duì)針織材質(zhì)服裝的壓力舒適性展開研究,不同類型服裝舒適壓力參考值如表1所示。

表1 不同類型服裝舒適壓力參考值Tab.1 Pressure rence values of different types of clothing

服裝類型不同,人們對(duì)服裝舒適壓力的要求也存在比較明顯的不同。另外,由于所在環(huán)境及穿著者狀態(tài)不同,人體所承受的壓力也不同。針對(duì)不同類型著裝的受力情況,假如超過(guò)設(shè)定范圍,會(huì)對(duì)服裝的運(yùn)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生影響,同時(shí)穿著者的活動(dòng)范圍也會(huì)受到一定程度的影響,甚至還會(huì)損害健康。所以,針織材質(zhì)服裝的舒適壓力超過(guò)設(shè)定范圍時(shí),便無(wú)法滿足人體生理需求。選擇接觸舒適性更好的服裝[10-11],穿著者才能獲取更好的體驗(yàn)。

分析針織材質(zhì)服裝接觸舒適性的內(nèi)涵及相關(guān)影響因素可知,穿著者的心理及身體感受來(lái)源于主觀過(guò)程,受到服裝自身屬性及穿著者心理因素等多方面影響,而服裝舒適壓力值則是影響舒適性的客觀因素,所以評(píng)估過(guò)程中需要將主、客觀評(píng)價(jià)方法有效結(jié)合。

服裝不僅會(huì)使人體產(chǎn)生觸覺感知,還會(huì)產(chǎn)生感覺刺激,為人體各個(gè)系統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的信號(hào)。人體各個(gè)系統(tǒng)接收到對(duì)應(yīng)的刺激信號(hào)后,會(huì)形成神經(jīng)生理脈沖,將其傳輸至大腦,大腦接收到信號(hào)后展開人體調(diào)節(jié)。圖2給出了針織材質(zhì)服裝接觸舒適感知形成過(guò)程[12-13]。

圖2 針織材質(zhì)服裝接觸舒適感知形成過(guò)程Fig.2 Formation process of contact comfort perception of knitted clothing by contact pressure method

結(jié)合上述分析,采用心理學(xué)中的數(shù)量估計(jì)法將變量轉(zhuǎn)換為相關(guān)矩陣中的不同因子,對(duì)針織材質(zhì)服裝的性能指標(biāo)展開降維處理,可以更加準(zhǔn)確地反映針織材質(zhì)服裝的性能。對(duì)面料展開因子分析之前,需要優(yōu)先考察不同指標(biāo)之間的相關(guān)性,如指標(biāo)之間不具有相關(guān)性,則無(wú)法完成相關(guān)因子的提取,同時(shí)也將失去因子分析的意義。因子分析主要運(yùn)用降維相關(guān)理論,可以將多個(gè)存在關(guān)聯(lián)的指標(biāo)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成少數(shù)無(wú)關(guān)聯(lián)的綜合指標(biāo)。

設(shè)定原始變量矩陣為X、因子分析矩陣為Z,對(duì)應(yīng)的表達(dá)式如下:

(3)

(4)

式中:m為樣本數(shù);n為多因子中影響因素的總數(shù)。

各個(gè)因子和原始變量之間的關(guān)系如下:

X=BZ+E,

(5)

式中:B為負(fù)荷矩陣系數(shù);E為殘差向量。負(fù)荷矩陣系數(shù)B及殘差向量E可以表示為以下形式:

(6)

在正交模型中,各個(gè)因子之間不存在任何關(guān)聯(lián)。當(dāng)殘差產(chǎn)生的影響較小時(shí),可以忽略不計(jì),對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可以表示為以下形式:

X=BZ。

(7)

假設(shè)Z中的各個(gè)分量不存在任何關(guān)聯(lián),則需要采用特殊的方式分析不同的因子,同時(shí)獲取對(duì)應(yīng)主因子分析的數(shù)學(xué)模型:

Z=AX。

(8)

式(8)中的A代表主因子變換矩陣,對(duì)應(yīng)的表達(dá)形式如下:

(9)

通過(guò)上述分析,獲取觸壓舒適性和穿著感覺之間的相關(guān)系數(shù)如下:

(10)

利用相關(guān)系數(shù)構(gòu)建針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估體系[14-15]:

Pxyz=R/a(XZ)mn,

(11)

式中:Pxyz為針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估結(jié)果;a為相關(guān)程度。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用問(wèn)卷調(diào)查法,將針織材質(zhì)服裝作為研究對(duì)象,針織材質(zhì)服裝的使用情況作為調(diào)查內(nèi)容,消費(fèi)者的舒適性、消費(fèi)行為及審美偏好等作為主要設(shè)計(jì)要素,具體如表2所示。

表2 問(wèn)卷要素Tab.2 Questionnaire elements

為確保問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性,需要對(duì)全部問(wèn)卷數(shù)據(jù)展開詳細(xì)的調(diào)查與分析,同時(shí)將無(wú)價(jià)值的數(shù)據(jù)刪除,進(jìn)而獲取有效數(shù)據(jù)。問(wèn)卷發(fā)放和回收情況如表3所示。

表3 問(wèn)卷發(fā)放和回收情況Tab.3 Distribution and recovery of questionnaires

結(jié)合上述問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果,選取如圖3所示的材料試驗(yàn)機(jī)展開仿真實(shí)驗(yàn)。圖4給出了3種不同方法的針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估準(zhǔn)確率對(duì)比。

圖3 材料試驗(yàn)機(jī)Fig.3 Material testing machine

圖4 針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估準(zhǔn)確率對(duì)比Fig.4 Comparison of the accuracy of the contact comfort evaluation results of different methods of contact pressure

分析圖4可知,針對(duì)不同評(píng)估對(duì)象,采用不同方法獲取的評(píng)估結(jié)果存在明顯差異。與文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]的方法相比,采用本方法得到的評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確率更高。

為進(jìn)一步驗(yàn)證本方法的優(yōu)越性,測(cè)試3種不同方法的評(píng)估時(shí)間,結(jié)果如表4所示。

表4 針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估時(shí)間對(duì)比Tab.4 Comparison of contact comfort evaluation time of different methods for knitted fabrics

由表4可知,各方法的評(píng)估時(shí)間明顯不同。用3種評(píng)估方法對(duì)不同編號(hào)的服裝進(jìn)行測(cè)試,本方法的評(píng)估時(shí)間明顯較少,說(shuō)明本方法可以更快地完成針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)估方法評(píng)估時(shí)間較長(zhǎng)及準(zhǔn)確率較低等問(wèn)題,提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的針織材質(zhì)服裝接觸舒適性評(píng)估方法。在已有方法基礎(chǔ)上,引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取評(píng)估數(shù)據(jù)的特征,可以有效獲取更加準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果,同時(shí)還能減少評(píng)估時(shí)間。