1、第 3 章 三维人体扫描仪在服装定制中的应用三维人体扫描仪集中出现在上世纪九十年代末期，凭借其在测量速度、非接触性、测量数据的稳定性等方面的优势，迅速引起了各相关行业的关注，并且在影视动漫、计算机游戏、艺术与雕塑、人体工学、医药和法医学鉴定、皮肤病学、人类学、生物统计与生物安全学、体育健康、 时装与美容行业、通讯等领域迅速得到了应用(Apuzzo 2007)。下面，结合国内、国外三维人体测量技术的发展现状，尤其是在服装定制行业中的应用，介绍该技术在服装定制行业中的发展和应用情况。1. 国内三维人体测量技术发展现状对于国内服装行业来说，三维人体扫描技术有二十多年的应用历史，但该技术的总体水平仍处
2、于学术研究和产品研发的阶段。目前，我国主要有东华大学、北京服装学院、西安工程科技学院、苏州大学、浙江理工大学、中原工学院、广州大学、中国标准局等院校、研究机构或企业购买了三维人体扫描仪，并从事相关的学术研究及三维扫描仪系统的研发。表 3-1 是几种三维人体扫描仪在国内的应用情况。表 3-1 几种人体扫描仪的应用情况品牌 扫描方式 应用单位TC2 正弦光栅相位法 东华大学、浙江理工大学、江南大学、广州大学Cyberware激光片光法 国内暂无VITUS 激光片光法 西安工程大学、天津工业大学、大连工业大学SYMCAD 编码矩形光栅法 武汉纺织大学、苏州大学Voxelen 激光片光法 北京服装学院
3、综合来看，这些院校机构在服装三维人体扫描技术的应用和研发方向上，主要有以下几方面的内容：1.1 依据三维扫描原理，进行三维人体测量系统开发华中科技大学李德华、朱洲等人研发了一种三维全身扫描仪。该仪器使用线激光源并采用双摄像机互补多扫描头数据融合的方法，获取人体表面的完整点云数据；天津工业大学李晓久、李津等人于2001 年着手研制开发了以自然光源为基础的单机拍摄的非接触式三维人体扫描系统。该系统以人体图像作为尺寸测量信息的载体从中提取有用的人体 2D 信息，再通过 2D-3D 的转换得到人体真实尺寸；大连轻工业学院肖正杨等人依据计算机视觉中的双目视觉理论，进行基于数字化立体裁剪的人体非接触式测量
4、技术研究。1.2 三维人体数据提取软件的开发北京航空航天大学宁涛等人从事人体尺寸信息自动提取的研究开发，探索出若干计算人体尺寸信息的几何方法和软件算法；华中科技大学朱洲提出了一个在分割人体扫描点云的基础上自动提取人体测量尺寸的方案。浙江大学陆国栋等人在人体模型前处理的基础上，按照人体测量学的方法对三维扫描人体的特征点进行定义，并针对特征点的分布规律给出一个可变步长的搜索方法，较好解决了人体尺寸数据提取问题( 陆国栋 , 许鹏, and 徐文鹏 2005)。天津大学田庆国等人提出了一种利用三维人体点云数据测量人体关键尺寸的方法，测量了人体 34 个关键部位的尺寸和周长，较好解决了人体快速测量的问
5、题( 田庆国 et al. 2007)。1.3 三维扫描图像优化处理天津工业大学李晓久等人在利用数字图像信息进行人体尺寸计算过程中，发现通过三维扫描得到的人体数字图像存在几何畸变，分析了导致几何畸变的原理，并根据光学成像原理和实验提出了校正的数学模型和方法( 张文斌 et al. 2006)。1.4 三维扫描数据的利用与开发三维扫描数据的利用与开发，一个重要方面就是虚拟人体创建。中国纺织大学张瑞云、李汝勤等采用曲面建模方法对服装 CAD 中的人体曲面进行了研究，华中理工大学武剑洁、樊劲等人采用基于特征的人体曲面建模方法进行虚拟人台的开发。基于特征的人体曲面建模是根据人体的特殊性，将人体模型划分
6、为头、上中下部躯干、左右臂、左右手、左右脚等基本的结构特征，每一部分都有自己的数据结构和造型方法。目前，在虚拟人体研究领域，主要采用基于特征的参数化设计思想建立人体模型，这是基于传统的几何建模方法上的一种更为抽象化的建模方法。浙江大学人工智能研究所的秦可等人利用对三角网格表示的三维人体模型进行参数化信息提取等方式，对服装人体的参数化研究已经取得了初步的研究成果( 徐军 and 何梅娟 2007)；西安工程科技学院吴龙、张欣等人，提出了参数化人台设计技术路线，通过多边形曲面造型方法实现了参数化人台设计(吴龙 et al. 2005)。恒源祥 （集团）有限公司申请了一项虚拟人台应用方法的专利（CN
7、200710093825.2） ，此方法所述虚拟人台由至少 100 个截面及分别表征各个截面的 40-70 个型值点构成，可以进行较为精确的参数化调节(徐军 and 何梅娟 2007) 。综上所述，我国在三维扫描仪及其应用方面的研究取得了一定的成果，但是与国际上的研究相比，仍有较大差距。我国目前的研究方向集中在三维扫描辅助软件的开发、三维扫描数据的优化处理、虚拟人台的创建、虚拟服装展示、服装 CAD 等方面。2. 三维人体扫描仪在大规模人体测量中的应用目前，三维人体扫描仪在服装业中的最大应用就是快速准确地收集大量的人体数据，并通过数据的处理和体型的分析，获得准确的号型系统，进而为网络化的单量单
8、裁和批量生产的成衣生产体系提供了技术保障。2.1. 国内利用三维人体扫描技术进行人体普查与数据库建设的情况目前，国内利用三维人体扫描仪进行较大规模人体测量的单位多为服装院校，比如东华大学服装学院与日本华歌尔公司于 2003 年合作测量中国三大区域女体共 4，000 人次，与恒源祥公司自 2001 年以来持续合作测量中国四大地区的男体近 3，000 人，测量仪器均采用TC 2 三维人体扫描仪，并与恒源祥集团共同建立了男子人体数据库及人体虚拟人台；北京服装学院与北京爱慕内衣公司于 2000 年针对本校及北京其他多所院校的在校女大学生（年龄段 1824 岁）1，300 人左右进行女体测量，计测手段是
9、马丁计测法、照相计测法和光栅非接触测法；2004 年广州大学纺织服装学院与法国 TPC 学院共建的“赛博服装科研中心” ，致力于建立我国最大的 “中国三维人体数据库” ；还有西安科技学院、浙江理工大学、 中原工学院、广州大学、苏州大学等其他院校也陆续针对在校学生进行了小规模的人体三维计测研究，建立各自的人体数据库。除了高等院校在进行三维人体测量之外，我国总后军勤装备研究所使用 BM-1 人体尺寸非接触测仪对全军男、女军人进行了人体抽样测量，建立我国军人服装用人体尺寸数据库， 并对我国军人的体型特征进行了深入研究，建立比较完善的军服号型系统。(张文斌 et al. 2006)2.2. 国外三维人
10、体测量技术在大规模人体测量中的应用作为国家信息基础设施的一部分，国外的政府及服装、与人体设计相关行业较早认识到国民体型普查的重要性，并将人体数据作为一项重要的基础数据资源来看待。服装号型系统是服装制造的基础性数据标准，其准确性与服装的适体性和销售的成功率关系重大；号型系统的准确性有赖于大量、及时、准确和科学的国民体型计测工作，它对于服装的号型设计和款式设计具有重要的指导作用。近年来，多个发达国家开展了国民体型的普查工作，并更新了其市场内部的号型标准，其中影响较大的项目包括有英国的 SizeUK、美国的 SizeUSA、法国的 SizeFrance，此外，亚洲的日本、韩国、泰国、南美洲的巴西、大
11、洋洲的澳大利亚等国家也陆续开展了此类工作。在这些项目中，英国的 SizeUK 项目首开利用三维人体扫描仪进行大规模人体普查工作的先河，成为此类国民体型普查工作的成功范例。下面，就以该项目为例，介绍国外三维人体测量技术在人体普查（获取服装定制所需数据的基础方法）中的应用情况，其中所述事实，来自该项目主任、伦敦大学学院计算机科学系教授 Philip Treleaven 的报告UK National Sizing Survey-SizeUK(Bougourd and Treleaven 2010)。2.2.1 项目简介SizeUk 项目于 2000-2002 年开展，共计扫描了 11， 000 个人
12、体（其中女体占比 50%，男体占比50%；年龄在 16-90+，不包括儿童） ，扫描状态分为两种：站姿和坐姿。然后利用计算机软件在每个站姿人体上自动提取了 130 个身体部位的尺寸，同时利用手工测量方法，量取 8-10 个人体数据。这些扫描数据，包括号型和体型数据、三维点云数据，均保存在 UK National Sizing Survey (http:/www.sizemic.eu/)数据库内，可以进行在线访问和数据挖掘工作。SizeUK 项目是一个多种组织分工合作的项目，项目参与者包括英国政府、英国主要的服装零售商、该领域领先的学术和科技公司。其中，零售商负责招募和测量终端消费者，并鼓励消费
13、者到指定网站进行注册和其他数据的登录工作。英国服装院校进行数据收集和处理，创建并维护数据库，提供数据分析所需的专家意见；同时，负责培训手工测量师，测量 10 个人体部位的数据，这些部位包括：体重、身高、头围、头顶高、上胸围、臂根、袖长、手长和掌围，并以此作为参与者受教育的机会。人体扫描仪供应商（TC 2）提供自动测量所需软件，依靠该软件自动提取站姿人体的 130 个部位的尺寸；英国Bodymetric 公司负责数据安全和在线数据库服务工作。(Treleaven 2004)。 参与该项目的英国服装公司可以获得一套标准数据分析的光盘。这些数据将能够提供足够的体型信息，用以生产符合当代人体体型的人体
14、模台，并且可以统一号型信息，避免由于采用不同统计方法而产生的差异。为方便某些公司进行数据挖掘工作，以更好的获取体型和号型信息，SizeUK 项目提供在线访问原始数据的服务。如此大量、准确和价格相对低廉的数据，不仅仅能用于服装行业，还能被用于诸如安全座椅设计、飞机座舱设计和其他人体工学办公场所设计等行业。此外，3D 扫描系统还能用于并促进网络定制工作。随着测量成本的大幅下降，人们可以实现“走进附近的购物中心，扫描人体，在线下单，坐等收货”的定制模式，而且该定制产品是极好的个体适应的定制产品，与现有购买成衣的模式及效果大为不同。2.2.2 项目成果SizeUK 项目是世界上首次大规模应用三维人体扫
15、描仪开展国民体型计测工作的项目，其收集的三维人体扫描数据，具有重要的商业价值（保守估计在三百万英镑以上） ，可以为服装行业以及其他与人体工学密切相关的行业提供了准确的、反映当代人体特征的数据信息，其数据分析及服务工作主要包括以下几个方面：（1） 在线软件工具该项目提供一套在线软件，可以对数据库进行访问，其功能主要包括数据完整性检验、分析三维人体特征、提取特征部位数据、区域市场号型表、区域市场数据等。（2）数据分析服务该项目可以对某些不具备数据分析能力而又需要数据信息的公司提供定制服务，可以提供特定区域、年龄群体、性别和定制的数据服务。（3）成套数据分析除上述服务外，该项目还可以利用其专家库和学
16、术方面的优势，提供经由专业数据分析方法生成的、成系统的国民体型数据，这些成套数据可以以不同的信息特征来分组获得。比如，测量数据分析可以提供的服务包括体型范围分析、聚类分析、平均体型、均值和中位数、号型覆盖率等；体型分析和尺码表服务，可以为市场研究、产品开发提供三维可视化的数据服务，而且可以提供人体某一特定部位的数据分析结果。2.2.3 项目意义（1）该项目开创了应用三维人体扫描仪进行大规模人体扫描，创建国民人体计测数据库的先河在该项目开展之前，英国采用的都是上世界五十年代的人体号型，并且在此之前，英国从来没有针对男体的号型普查。发达国家的人们发现，由于生活方式的改变，国民体型在迅速发生变化，由
17、此导致的服装适体性问题越来越突出。因此，该项目的成功实施，不但获得了英国国民的最新的体型数据信息，为服装制造、汽车制造、航空航天等其他行业提供了最为坚实可靠的基础数据支持。（2）该项目影响并带动其他国家开展国民体型普查鉴于国民体型普查的重要的基础性科学资源价值，世界上其他国家都陆续采用三维人体测量技术开展了国民体型普查工作。在欧洲，SizeUK 已经被当作国民体型调查的成功模式来对待，欧盟委员会和欧洲纺织业联盟鼓励所有成员国开展全国性人体普查，以最终建设欧洲人体体型数据库 EDA，开发覆盖整个欧洲民众的号型标准。受此项目影响，世界其他国家也陆续利用三维人体扫描仪开展了国民体型普查工作。2003
18、 年，美国也对 13 个州 10，000 多人进行了人体普查。利用 TC2 公司研发的三维人体扫描仪进行大规模人体测量，创建了新的美国服装号型标准系列（SizeUSA） 。同时期，法国纺织品与服装研究所花费 100 万欧元，对上万名不同年龄段的法国人进行调查研究，重新划定国人的服装规格。此外，国外的一些知名大型销售商，也都进行各自目标群体的三维测量工作，并建立属于自己目标群体的人体数据库，通过分析与丰富的实际操作经验建立了自己的号型尺寸系统，以更好地适应和服务各自特定的消费者群体。3. 人体数据的提取原理及人体特征点3.1. 光学三维测量（Triangulation）光学三维测量是用光学原理来
19、采集物体表面三维空间信息的方法和技术。近二十年来，随着计算机技术的发展，光学三维测量技术也获得了迅速的发展，并逐步解决了许多实用问题。人体测量是三维光学测量的典型应用领域，目前市场上能够见到的三维人体扫描仪，均是采用光学三维测量技术。三角测量法是光学三维测量的基本方法。光学三维测量的基本方法可以分为两大类：被动三维测量和主动三维测量或无源三角测量和有源三角测量。被动三维测量属于无源三角测量，是利用现场光使用两个或两个以上的照相机成一定夹角对物体进行拍摄，根据被测点在不同像面上的相互匹配关系，来解算物点的三维坐标。采用双相机系统与人眼双目立体视觉的原理类似，因此又称双目视觉，该方法对于有限特征点
20、的目标识别、运动位置确定以及形态变化的理解与分析有重要的价值，因此在机器视觉领域被广泛应用。主动三维测量属于有源三角测量，采用结构光照射方式，由于物体表面对结构光场的调制，可以从携带有三维面形信息的观察广场中解调得到三维面形数据。这种方法可以获得高密度点云数据，具有较高的观测精度，因此被广泛应用于外轮廓的测量。主动三维测量又分为直接三角法和相位测量法。直接三角法是指运用三角几何关系直接求解的方法；而相位测量法是在三角法的基础上依据投影光栅相位变化来求解的方法。从广义上讲，任何三维测量的结构光透射位置、被测量物体位置和拍摄位置都成三角关系，都属于三角测量的范畴。而主动三维测量的三角关系又是从双相
21、机被动测量原理演变过来的，因此，它们都遵循摄影测量学上的基本原理 共线方程。3.2. 共线方程共线方程是光学摄影测量中最基本的方程，几乎所有摄影测量的理论方法都是以此为基础。共线方程可通过理想的针孔成像模型构建，虽然实际成像系统由透镜构成，但理想透镜原理上与针孔模型相同，其核心是：像点是物点和光心的连线与图像屏幕上的交点，即三点共线。摄影测量中有 3 个不同层次的坐标系：物空间坐标系、相机坐标系、图像坐标系。共线方程实际是通过相机坐标系作为中间坐标系来建立图像坐标系与物空间坐标系之间的关系。共线方程的齐次坐标矩阵表达式为：(1)1=1112131421222324313233341式中： 为投
22、影矩阵， 为物点空间的位置坐标； 为=111213142122232431323334 (， ， ) (,)拍摄图像的空间点对应的像素坐标。 为中间转换坐标系（相机坐标系）的 轴坐标，消去 ，式（ 1） 转换为 2 个线性方程式，即：(2)311132123313312132223323=14342434共线方程在数学上描述了对于理想系统，物点在像点和光心的连线上，但是物点在连线上的具体位置却无法确定，因为对于一台相机而言，只有两个方程，却有 3 个未知数。即在没有其他附加条件下，耽搁相机是无法实现对空间物点定位。3.3. 双相机被动测量使用 2 台或 2 台以上不同位置的相机对同一物点进行测
23、量时，则可以得到多组共线方程，即有 2 （ 2）个代数方程，则物点坐标就可以解出来。每台相机的射线对空间物点进行交会定位，简称线线交会。这就是三角测量法的基本原理。图 3-1 为多台相机对空间物点 P 成像的示意图。由此可见，物点 P为相机光心 和相应的像点 组成的射线的交点。 图 3-1 多相机交会示意图设空间点 P 由第 个相机拍摄的图像点为 ，则共线方程（2）可写为方程组(， ， ) (,)(3)311132123313312132223323=14342434 由于方程的个数变成 2 （ 2） ，多于未知数的个数，于是该方程组变为超定方程组，因此，可用 最小二乘法求解确定空间点的坐标。
24、最简单使用双相机测量，可以对于物体特征点的空间位置进行测定，如果要确定的特征点数量有限，该方法有很强的实用性。然而，当需要重构曲面，如人体曲面，需要对曲面上很多点进行测定，则需要对左右像面上的特征点进行匹配，但匹配错误也是不可避免的，特别是解算点密度很高的情况。3.4. 激光片光法使用激光结构光代替双相机法中的某一台相机，则激光光源、相机、物体构成一个新的三角关系，是直接三角测量的主要应用形式之一。激光片光，是通过柱面组合透镜将线光束扩散为一维片光束，片光与物体表面相交的光条由第 3 位置的相机位拍摄成数字图像，相机与物点之间遵循共线方程。如图3-2 所示。图 3-2 激光片光三角测量将激光片
25、光与物空间坐标 相平行，则光面方程可写为 =式中 为常数， 。当激光片光源沿 z 轴平行移动时，可以认为在 位置进行 =1,2, =1,2,扫描。将式（4）与式（2）联立就可以解出激光面与物体相交位置的点的空间坐标。激光片光法是层层扫描，激光发射源和相机组成一个固定的扫描头，由扫描头整体移动完成对物体曲面的扫描。激光法大都采用红色激光光谱，不受环境光线干扰，因此不需要全暗环境，可在正常的室内照明环境下进行测量。3.5. 编码光栅法编码光栅法是直接三角测量的另一主要应用形式。不同于激光片光的线结构光，编码光栅法最常用的是矩形黑白光栅的面结构光。矩形投影光栅具有多条黑白条纹边沿构成的光面与物体相交
26、，每个光面都可与成像系统的共线方程联解，求出相交光带上物点的三维坐标。不同于激光的红色光谱，矩形黑白光栅通常使用日常照明的白光，因此，比较容易受到环境光线的干扰，需要在暗室条件下使用。另外，投影光栅与相机组成的测量单元通常不能像激光系统一样可以移动，是固定使用的，在人体全表面测量时，需要多个测量单元多位置联合工作，各部位测量的三维曲面拼接生成完全人体表面。3.6. 三角法与人体测量人体具有复杂的外观形态，不仅在水平方向上具有 360环绕封闭曲面，在垂直方向也有凹凸起伏的波峰波谷。而由投射光源与相机组成的三角测量单元通常只对某一区域的曲面有效，要完全实现对人体全方位的测量，需要多单元联合使用才能
27、实现。对于人体圆周方向，为了让人体每个部分都能得到有效的测量，通常在人体四周均匀分布 34 个扫描单元，这样每 2 个扫描单元之间都存在一定的扫描重叠区，通过数据的精简可以去除重叠部分，从而获得完整和连续的人体扫描数据。美国 Cyberware 系统、德国 VITUS 系统、日本 Voxelen 系统均采用激光扫描方式，其 4 个测量单元分布在人体水平的 4 个对角线上，各单元发射的激光片光处于完全相同的平面，4 个测量单元置于垂直移动的机械机构上，同步上下移动完成整个人体的扫描。采用激光机械扫描的方式，通常需要 1020s才能完成扫描，然而对于人体的某一截面而言，其激光扫描的时间是很短的，即
28、使人体有轻微晃动，也不影响扫描结果的准确性。对于使用面结构光投射的编码光栅法，如法国的 SYMCAD 系统，通常不采用激光线结构光的移动扫描方式，而采用上线多组固定式测量单元来完成整个人体的扫描，其单个测量单元的扫描速度很快，12s 就可以完成，但由于每个单元投射的编码面结构光栅，其光面方程组都是唯一的，因此，不同的测量单元不能同时扫描，要依次进行投射扫描才能完成整个人体的扫描。测量单元多，盲区少，测量精度高，但是扫描过程相对较慢。由以上光学三角测量原理分析可知，三维人体扫描仪尺寸提取技术的实质是计算机图形图像学，即利用图像中的像点，根据三角测量原理，推算被测物体的尺寸。由此可见，如果图像中像
29、点的选取出现偏差，则推算到人体（物点）上的部位就会出现类似“失之毫厘，谬以千里”的误差。因此，在人体尺寸提取过程中，人体测量学的标准、特征点（特殊像点）的标定和识别等工作就显得极为重要，这直接关系到数据提取的精度和数据的可靠性问题。(Treleaven 2004)(Simmons and Istook 2003)3.7. 人体特征点根据人体测量学的定义，特征点是指：A landmark is an anatomical structure used as a point of orientation in locating other structures (Websters, 1987).（
30、特征点人体解剖结构中具有定位功能的点。 ）但是，大部分都不可能具有专业的人体解剖学知识来准确识别人体众多的特征点。即使经过专门学习和训练的测量师，完成这个测量过程也是非常苦难和耗费时间的。1988 年开展的针对美国军人的人体测量普查信息显示，完成一个人体的标定特征点、测量和记录信息工作，平均耗时 4 小时。因此，特征点的快速定位和准确获取，就成为提高测量速度和精确度的首要问题。在本文中，特征点的确定主要以表 2-1 和图 2-3 中所述计测点为准，同时参照美国的 ASTM D5219-94d 中的有关定义，有关美国 ASTM D5219-94d 的详细内容请参看附录 1。4. 三维人体扫描仪数
31、据提取方法比较如前所述，三维人体扫描仪，在扫描速度、非接触性、数据交互性等方面，较之传统手工测量具有明显的优势，可以在十几秒的时间内，获取人体多达百余部位的数据。但是，三维扫描技术在实际应用中也存在一些问题。概括起来，这些问题可以总结为两点：首要问题是，针对三维人体扫描仪来说，目前还没有统一的标准对测量方法和测量术语进行界定。目前，国际上有关身体和服装测量比较权威的标准是由 ASTM 和 ISO 创立的，但是，这些标准中的方法，都需要靠触摸身体、或者人体做出某些动作才能获得结果。换言之，这些标准中的大部分方法均不适用于三维人体扫描仪，专门用于三维人体扫描仪的测量方法和测量术语亟待创建。由于不同
32、的人体扫描仪采用完全不同的扫描测量技术，从而使得它们没有可比性。从目前可知的扫描技术来说，获取扫描数据的技术，差别很大，而且数据处理过程也没有标准化可言，从而使得数据交换成为巨大障碍。第二个问题是，扫描仪制造商不愿意分享其数据提取技术。扫描仪制造商会告诉人们扫描数据是如何获取的，但是，从来不会告知人们特征点是如何确定的、数据是通过哪些体征点获取的，对于提取数据的数学模型和算法更是讳莫如深。虽然，从商业角度考虑，这些行为都是可以理解和接受的，但是，这些行为也造成了适用于三维人体扫描仪的国际标准的建立，阻碍了扫描技术和数据提取技术的标准化和进一步发展。在人体测量过程中，手工测量可以用手感知身体部位
33、的骨凸点等，但是，对于三维人体扫描仪来说，必须依靠图像中的某些特征和软件的算法来识别和确定特征点。因此，三维扫描仪获取的尺寸的方法，对于测量结果就具有了决定性影响。下面，将选取三种有代表性的三维人体扫描仪，对其数据提取软件的工作原理进行对比和分析，以期说明不同三维人体扫描仪输出数据误差的来源及其原因。4.1. 三种人体扫描仪及其软件介绍4.1.1. TC2 （http:/）TC2（Tailored Clothing Technology Corporation） 公司始建于 1981 年，现改名为 Textile/Clothing Technology Corporation。 TC2 三维人
34、体扫描仪，是世界上第一款面向服装领域应用的人体扫描仪，是该公司预见到快速、保护隐私和精确的人体测量技术是未来服装个性化定制发展的基础，规模化定制的成为服装行业发展的必然趋势、为增强美国服装行业的竞争力而开发设计的。该三维人体扫描仪配套的软件是：ImageTwin，可以实现对点云数据的读取和尺寸自动提取功能。4.1.2. Cyberware （http:/）三维人体扫描仪制造领域另一重要品牌是 Cyberware，该公司创立于 1982 年。目前，该公司致力于开发满足个性化定制要求的三维人体扫描仪及其处理技术，在三维人体扫描、虚拟试衣、人体测量和人体工效学方面具有较高的技术优势。Cyberwar
35、e 拥有多种扫描仪，能够完成人体整体扫描的是 WB4 和 WBX。其中，WB4 是一款能够识别色彩信息的三维人体扫描仪，WBX 是为军服定制开发的封闭式的三维人体扫描仪。其配套软件是CySurf 或 CyEdit，可以对点云数据进行编辑、光顺、精简等操作，实现对人体尺寸的自动提取。4.1.3. SYMCAD （http:/）该公司（TELMAT）于 1992 年推出了其第一款三维人体扫描仪 SYMCAD（The System for Measuring and Creating Anthropometric Database） ，并且在 1995 年首次被用于法国海军军服项目。其配套软件，可以
36、实现人体尺寸的自动提取等功能。4.2. 三维人体扫描仪数据提取原理比较如前所述，三维人体扫描仪需要按照一定的特征点识别方法和算法，完成对点云数据的尺寸提取工作。下面就举例说明其工作原理，并探讨其存在的一些问题。4.2.1. 颈根围（Neck-Neckbase）（1）. 传统测量方法。按照人体测量学的定义，颈根围的定义是，过（后面）第七颈椎点和（前面）锁骨凸点的圆周长度（The neckbase is defined as the circumference of the neck taken just over the cervical at the back and at the top o
37、f the collarbone in the front） 。（2）. ImageTwin 采用的测量方法 。在该系统中，颈根围被称为“neck ”，是指环绕颈根部的（曲线）周长（ It is the circumference measured right at the base of the neck following the contours） ，不平行于地面。（3）. Cyberware 采用的测量方法。 该系统没有颈根围的测量项目。（4）. SYMCAD 采用的测量方法。该系统对颈根围的定义是：过第七颈椎点和左右颈侧点的平面与颈部相交的曲线的周长（The “neckbase” i
38、s the perimeter around the neck defined by a plane section based on the 7th cervical vertebra and both left and right neck bases） 。由此可见，有关颈根围的定义， ImageTwin 和 SYMCAD 与传统测量标准基本一致，据说Cyberware 是由于军用的目的而没有提供颈根围的测量项目。4.2.2. 胸围（Bust Circumference）（1）. 传统测量方法。胸围是指被测对象正常呼吸状态下，腋点以下过乳点和后肩胛骨凸起的最大水平围度(The bust c
39、ircumference is defined as the maximum horizontal girth at bust level measured under the armpits, over the shoulder blades, and across the nipples with the subject breathing normally)，该平面与地面平行。（2）. ImageTwin 采用的测量方法。胸围（bust）取值于过胸点的最丰满的水平围度(The “bust” measurement is the horizontal circumference taken
40、 across the bust points at the fullest part of the chest)。（3）. Cyberware 采用的测量方法。胸围（chest circumference）是过左右乳突点的水平围度在躯干部位的长度的总和（The “chest circumference” measurement is the sum of the distances separating successive points from the torso segment that lies on or near a parallel place to the X axis wh
41、ich passes through the right and left bust points） 。（4）. SYMCAD 采用的测量方法 。胸围（chest girth）是指经过胸部最突出的点平均高度的水平（围度）的周长(The “chest girth” is the horizontal perimeter measured at the average height of the most prominent points of each breast with the subject standing with arms apart and breathing normally
42、).在胸围的确定中，三种扫描仪都包括了经过胸部最突出点的方法。但是，这些定义对于女体来说，将比较容易实现测量目的，因为女体在胸围和前胸阔（Chest ）的特征上，具有明显的差异；但是，对于男体来说，两者的差异不一定非常明显，因此，胸围和上胸围（Chest Circumference）往往会混为一谈。4.2.3. 腰围（Waist-Natural Indentation）（1）. 传统测量方法。人体自然腰位置在肋骨最低处的水平围度。（2）. ImageTwin 采用的测量方法。腰围是胸和臀之间最小的围度，通过在该范围内上下移动水平圈，不断比较获得腰围的位置。该系统采用一种与臀围有关的公式来定义在
43、裆底高以上某一距离为腰围的位置。（3）. Cyberware 采用的测量方法。该系统没有采用利用身体的自然凹陷确定腰围位置的方法，而是采用以肚脐点为特征点的方法来确定腰围。（4）. SYMCAD 采用的测量方法.。人体的自然腰围是人体腹部最窄部位的水平周长。ImageTwin 和 SYMCAD 均采用利用人体自然特征进行腰围定义的方法，与现行标准一致。 但是，遇到肥胖体型，则这些方法会出现较大误差，或者根本无法找到腰围位置。4.2.4. 裆底长（Crotch Length）（1）. 传统测量方法。裆底长是指从前腰中点经过裆底到后腰中点的长度。（2）. ImageTwin 采用的测量方法。裆底长
44、是从前腰过当地到后腰的长度，该系统允许用户调整前后起点和裆底长度。（3）. Cyberware 采用的测量方法。该系统不提供裆底长数据。（4）. SYMCAD 采用的测量方法 。该系统不提供裆底长数据。ImageTwin 是专门为服装制造用途而设计的软件，但它采用的裆底长标准只包括了 ASTM 5586 ，该内容是针对 55 岁以上妇女的。5. 三维点云数据二次开发综上所述，不同三维人体扫描仪制造商采用了不同的数据提取工作原理，在人体特征点选取的方法和实现技术上，具有较大差异，甚至无法提供某些部位的测量数据。并且，目前三维人体扫描仪所采用的人体模型多为西方人体，其人体模型及其依据西方人体统计规
45、律而生成的算法，不一定适用于中国人体。由此，我们也就可以理解，为何不同品牌三维人体扫描仪在会具有不同的测量项目，同一被测对象在不同三维人体扫描仪测量下会输出不同的数值。更为重要的是，由于这些客观差异，对三维人体扫描仪的原始数据进行二次开发就具有重要的现实意义。在本文中，数据二次开发是指，利用更为精确的第三方软件读取点云数据，采用互动的方式，对三维人体扫描仪输出的点云数据，进行交互式测量工作，从而在人体特征部位确定和特征部位尺寸获取方面，提高精度和准确性。数据二次开发的目的和意义在于，在获取点云数据的基础上，探索建立适合东方人尤其是中国人体型特征的数学模型，从而为开发适用于中国人体型的扫描数据提
46、取软件打下基础。并且，在此基础上，探索逐步建立中国人体数据库，为我国人体测量学、人体工效学、装备制造、航空航天科技、服装定制等领域的相关工作，提供重要的基础性数据，为这些行业的科学发展和可持续发展探索可行的途径。参考文献：1. Apuzzo, Nicola D. 2007. “3D Body Scanning Technology for Fashion and Apparel Industry.” In Proc. of SPIE-IS&T Electronic Imaging, ed. Beraldin J., Remondino F., and Shortis M.R, 112. San
47、 Jose (CA), USA.2. Bougourd, Jennifer, and Philip Treleaven. 2010. “UK National Sizing Survey SizeUK”: 111.3. Petrova, a., and S. P. Ashdown. 2012. “Comparison of Garment Sizing Systems.” Clothing and Textiles Research Journal 30 (4) (October 22): 267284. doi:10.1177/0887302X12463603. http:/ Simmons
48、, Karla P., and Cynthia L. Istook. 2003. “Body Measurement Techniques: Comparing 3D Body-scanning and Anthropometric Methods for Apparel Applications.” Journal of Fashion Marketing and Management 7 (3): 306332. doi:10.1108/13612020310484852. http:/ Tierney, Byline Jim. 2008. “Redcats USA Prefers Plus Sizes”: 12.6. Treleaven, Phili
