基于女性头面部形态尺寸的防护头罩平面结构研究.pdf
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1、 2 0 2 3年第4期 研究探讨基于女性头面部形态尺寸的防护头罩平面结构研究赵宗雅,尹 玲(常熟理工学院 纺织服装与设计学院,江苏 苏州 2 1 5 5 0 0)摘 要:为了设计出与人体的头面部贴合度更高的防护头罩,采集青年女性头面部的尺寸及三维形态,统计分析女性头面部形态的主要特征因子,进一步对人体头、面部进行聚类分类。选择占比最多的头型和脸型,进行三维头部模型的拟合,在此基础上,应用三维软件的展平功能完成头面部的原型样板,为贴合度更高的女性防护头罩设计提供更为准确的原型参考。关键词:头面部形态;防护头罩;原型;适配 中图分类号:T S 9 4 1.2文献标识码:B文章编号:1 0 0 9
2、-3 0 2 8(2 0 2 3)0 4-0 0 0 6-0 4收稿日期:2 0 2 2-0 4-2 6第一作者简介:赵宗雅(1 9 9 9),女,江苏淮安人,本科。通讯作者:尹玲(1 9 7 7),讲师,y i n l i n g c s l g.e d u.c n。头面部集中了人体诸多感官器官,是设计劳动防护用品最关注的地方。同时,头面部区域曲面变化最为丰富,对头戴产品的适配性要求也最高1,因此,设计贴合头面部的产品形态需要准确测量起基本参考作用的人体尺寸和空间形状。由于二维尺寸很难完整表达三维头面部的复杂造型,而有限的头面部三维扫描模型能用来解决实际问题的能力有限,且其数据格式需要通过二
3、次开发插件或独立设计软件工具才可读取使用2。基于此,本文采集女性头面部二维尺寸和三维形态,统计分析影响女性头面部造型的主要因子,并进一步聚类分析,选择占比最多的头型和脸型,进行三维头面部模型的逆向建模,在此基础上,应用三维软件的展平功能完成头面部的二维原型样板,课题研究结果可为贴合度更高的女性防护头罩设计提供更为准确的原型参考。1 女性头面部形态尺寸测量研究招募了8 1个江苏地区女大学生作为受试者。通过样本容量公式算得最小样本容量为6 3个,现有8 1个有效样本满足研究的需要。二维尺寸的测量参照G B/T 5 7 0 32 0 1 0 用于技术设计的人体测量基础项目。测量工具为软尺和马丁测量仪
4、;三维测量参照G B/T 2 3 6 9 82 0 0 9 三维扫描人体测量方法的一般要求,测量设备为3 D C a m e g a C P1 2 0 0非接触三维人体扫描仪(北京博维恒信公司)。基准水平面采用法兰克福平面3。头部的正中矢状面经过鼻尖点、鼻梁点、眉间点、颌下点以及枕后点,可观察人体侧面头面部形态;头部的前头面,也称额状面,观察人体正面头面部形态。参照标准3,4并结合实际需求制定了头面部测量项目,并测量,测量结果见表1。表1 头面部基本信息统计测量指标均值/c m标准差最大值/c m最小值/c m变异系数/%头长1 7.5 70.6 41 9.0 01 6.1 00.0 4头宽1
5、 5.6 60.6 01 7.3 01 4.0 00.0 4头全高2 1.6 50.7 32 3.5 02 0.0 00.0 3头围5 5.4 81.4 05 9.0 05 2.0 00.0 3纵向矢状弧4 2.5 91.4 74 6.0 04 0.0 00.0 3横向冠状弧3 4.6 81.3 13 7.5 03 0.8 00.0 4形态面长1 0.0 00.5 71 2.3 01 0.0 00.0 6两耳屏间宽2 4.5 01.0 52 9.7 02 4.5 00.0 4耳屏点间颌下弧长2 8.0 01.2 23 4.5 02 8.0 00.0 4鼻高4.2 00.2 95.7 04.2
6、00.0 7鼻宽3.2 00.2 24.0 03.2 00.0 7两眼内宽3.0 00.2 94.5 03.0 00.1 0两眼外宽1 1.0 00.5 31 3.5 01 1.0 00.0 5两下颌角间宽1 5.0 01.6 02 5.0 01 5.0 00.1 1眼高3.9 70.2 04.5 03.5 00.0 562 0 2 3年第4期 研究探讨2 头面部特征尺寸分析对头、面指标分别进行主成分分析,头部特征指标提取了3个公共因子,方差解释率8 0.4%。面部特 征 指 标 提 取 了4个 因 子,方 差 解 释 率7 1.4%,能够覆盖样本的大部分信息。旋转后的因子载荷矩阵见表2、表3
7、。表2 头部特征指标因子分析头部指标因子1因子2因子3头长-0.0 10.1 30.9 3头宽0.9 30.0 5-0.1 0头高0.1 80.7 60.2 8头围0.7 10.3 00.5 4纵向矢状弧-0.2 70.6 40.4 1横向冠状弧0.4 70.7 6-0.2 6表3 面部特征指标因子分析面部指标因子1因子2因子3因子4形态面长0.3 40.1 80.7 10.1 7两耳屏间宽0.7 10.4 40.1 20.0 8耳屏点间颌下弧长0.8 20.1 30.0 60.1 9鼻高-0.1 50.0 20.9 0-0.0 5鼻宽0.6 10.1 6-0.0 7-0.3 3两眼内宽0.2
8、 10.7 60.0 30.0 9两眼外宽-0.0 40.8 80.1 3-0.1 2眼高0.0 90.0 10.0 50.9 3两下颌角间宽0.8 0-0.1 50.0 30.0 8由表2可知,头部指标因子1中贡献最大的为头宽,其次为头围;可将因子1定义为头部宽度因子。因子2中贡献最大的为头高和横向冠状弧,其次为纵向矢状弧,可将因子2定义为头部高度因子。因子3贡献最大的是头长指标,将其定义为头部厚度因子。由表3可知,面部特征指标因子分析,因子1中贡献大的是两耳屏间宽,耳屏间点下颌弧长以及两下颌角间宽。这三个指标都是法兰克福平面以下的面部尺寸,且都为横向弧长,由此将其定义为面宽因子。因子2中,
9、贡献大的指标为两眼内宽和两眼外宽,定义为眼宽因子;因子3中贡献大的指标为形态面长、鼻高,定义为面长因子;组别4定义为眼高因子。3 青年女性头型与脸型分类3.1 头型分类在主成分分析的基础上,对头部样本数据采用K值聚类分析,最终分为5类,见表4。表4 青年女性头型分类结果指标类别1类别2类别3类别4类别5头长/c m1 7.8 01 7.2 01 7.9 01 7.5 01 7.7 0头宽/c m1 6.1 01 5.7 01 6.1 01 5.0 01 5.4 0头高/c m2 2.5 02 1.4 02 1.8 02 1.0 02 1.6 0头围/c m5 6.7 05 4.9 05 7.2
10、 05 3.7 05 5.1 0纵向矢状弧/c m 4 3.4 04 1.2 04 2.8 04 2.1 04 4.0 0横向冠状弧/c m 3 6.4 03 4.7 03 4.5 03 2.6 03 4.6 0样本占比/%1 7.2 83 2.1 01 6.0 51 2.3 52 2.2 2根据表4,类别2头型占比最多,这种头型的头长和纵向矢状弧较小,即矢状面看后脑勺较平,其余尺寸都适中;类别4头型占比最少,主要是这类小基数志愿者的整颗头颅都较小;类别1和类别3占比相近,这两种头型最大的区别在于头高,明显类别1的志愿者颅顶要高于类别3的志愿者;类别5头型宽度较窄,即颅侧较平,头长较大,后枕部
11、更为圆润饱满。3.2 脸型的分类在主成分分析的基础上,对脸型样本数据采用K值聚类分析,最终分为4类,见表5。表5 青年女性脸型分类结果指标组别1组别2组别3组别4形态面长/c m1 1.0 01 0.9 01 1.5 01 0.6 0两耳屏间宽/c m2 7.7 02 5.9 02 9.1 02 7.5 0耳屏点间颌下弧长/c m 3 0.9 02 9.3 03 3.1 03 0.3 0鼻高/c m4.8 04.9 04.8 04.9 0鼻宽/c m3.6 03.5 03.8 03.6 0两眼内宽/c m3.8 03.5 04.0 03.8 0两眼外宽/c m1 2.4 01 1.9 01 2
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