预测人体小腿对于服装压力分布的方法技术

本发明专利技术公开了一种预测人体小腿对于服装压力分布的方法，首先，对人体下肢点云数据进行获取后选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数据，并对人体小腿点云数据进行预处理，获得人体小腿的曲面模型，通过人体小腿的曲面模型构建人体小腿三维实体模型，创建人体小腿有限元模型，其中，人体小腿有限元模型中皮肤的弹性模量为150kPa，泊松比为0.46；软组织的弹性模量为60kPa，泊松比0.49；骨骼的弹性模量为7300MPa，泊松比为0.3；将织物套在待测者的小腿上，采用服装压力测试仪对待测者的小腿上的10个测试点获得不同的压力值后，将这10个测试点的压力值作为载荷直接施加在有限元模型中并进行求解，获得待测者的小腿各个部位的等效应力图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纺织领域，更具体地说，是涉及一种预测人体小腿对于服装压力分布 的方法。
技术介绍
服装压力舒适性是影响其整体舒适性的一个非常重要的因素，也是评价服装舒适 性的一项重要指标。服装压是指服装垂直作用于人体所产生的力。过大或过小的服装压力 均不符合人体生理要求。压力过小，不利于人体防护和运动效率的提高，也不符合审美观 念；压力过大，则会造成人体疲乏，影响人体的呼吸、脉搏及血液循环，严重损害身体健康。 合适的服装压力对人体塑形、运动防护、缓解腿部疲劳，辅助医疗都有积极的作用。例如随 着人们生活节奏不断加快，长期站立使得双下肢负重时间加长，很容易导致人体下肢静脉 曲张，并伴有不同程度的沉重感、疼痛、肿胀。于是缓解人体静脉曲张的医用弹力袜或压力 带等产品应运而生，其适当的压力分配对静脉曲张有显著的辅助治疗作用。但很多产品由 于过度紧身而导致对人体束缚力过大，患者普遍反映穿着不舒适。这就需要对此类产品的 压力值进行研究，然后对产品进行改进，但要一一测试人体穿着时各个点的压力值是非常 困难而且耗费时间的。从上个世纪60年代开始，Wm.Kirk等学者就开始关注弹性面料，并在1966年总结 出人体穿着弹性服装时对服装弹性的要求；1970年Denton的研究得到西裤背带的舒适压 力范围，并指出人体不舒适的临界压力大约为6.86kpa。上世纪90年代后，日本的学者对 服装压进行了较多的研究。1995年，Norik.1to等人探讨了织物的物理性能和紧身短裤的 穿着舒适性之间的关系；1997年，Kazuya等人研究并讨论了内衣舒适和内衣压的关系。但 此阶段的研究大多采用主观方法完成对服装压力舒适性的评价，在客观测试和压力预测理 论方面涉及很少。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种预测人体小腿对于服装压 力分布的方法。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:一种，该方法的具体步骤为:A.人体下肢点云数据的获取，即通过四摄像头非接触式三维人体激光扫描仪，采 用三维人体扫描法，将待测者的整个下肢全部扫描出来，形成三维人体下肢的扫描图；B.对于三维人体下肢的扫描图进行截取，选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数 据，并对人体小腿点云数据进行预处理，获得人体小腿的曲面模型；C.通过人体小腿的曲面模型构建人体小腿三维实体模型；D.创建人体小腿有限元模型，即人体小腿主要由厚度为1.5mm的皮肤、软组织以 及内填圆柱状的骨骼组成，并且定义人体小腿部的皮肤、软组织以及骨骼均为各向同性均匀的线弹性材料，其中，人体小腿有限元模型中皮肤的弹性模量为150kPa，泊松比为0.46 ;软组织的弹性模量为60kPa，泊松比0.49 ;骨骼的弹性模量为7300MPa，泊松比为0.3 ；E.将织物套在待测者的小腿上，采用服装压力测试仪对待测者的小腿上的10个点测试获得不同的压力值后，将这10个测试点的压力值作为载荷直接施加在有限元模型中并进行求解，获得待测者的小腿各个部位的等效应力图；上述10个测试点通过以下步骤获得:将待测者的膝盖下沿至小腿与足背的腕横纹处四等分，获得五条均匀间隔的水平环线，从上而下依次为第一环线、第二环线、第三环线、第四环线以及第五环线，以第五环线的“解溪穴”为起点，沿小腿的正面垂直向上获得第一垂线，第一垂线与第一环线、第二环线、第五环线的交点分别为第一测试点、第二测试点以及第四测试点；将第一垂线沿小腿外周面旋转180度获得第二垂线，第二垂线与上述五条水平环线的交点从上而下分别为第五测试点、第六测试点、第八测试点、第九测试点以及第十测试点；将第一垂线沿小腿外周面向小腿的外侧旋转90度获得第三垂线，第三垂线与第二环线、第三环线的交点分别为第七测试点以及第三测试点。所述步骤B的具体步骤为:B1.将三维人体下肢的扫描图在Geomagic Studio中进行截取，选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数据；B2.对小腿部分的点云数据进行减少噪声、去除体外孤点和冗点处理，从而得到一个完整的小腿点云数据；B3.通过数据封装操作生成STL格式的三角面片模型，对三角面片进行填充孔、去除特征、光滑打磨处理，得到一个不变形的人体三角网格模型；B4.对人体三角网格模型进行轮廓线技术处理，探测轮廓线、探测曲率、细分/延伸轮廓线，进行曲面片处理；B5.完成曲面的处理，拟合成一个曲面模型。所述步骤E中不同测试点的对应压力值获得方法为:对同一测试点进行若干次采集后的算术平均值。与现有技术相比，采用本专利技术的一种，采用非接触式三维人体扫描仪对实验者进行小腿部位数据的扫描，获得其外轮廓的点云数据，在逆向工程软件里进行曲面模型的拟合，快速、简便地建立三维人体有限元模型，把10个关键点的服装压力值作为载荷输入，用以模拟并展示人体小腿各部位的服装压力分布情况。应力分布图不仅可以直观的显示实验中人体小腿10个关键点的服装压力分布情况，还可以预测小腿其他各部位的压力值大小，并以三维模拟显示的方式呈现出来，从而达到服装压力分布与预测的目的。【附图说明】图1为本专利技术的一种的主体流程示意图；图2为本专利技术的方法中的小腿测试点分布的前视图；图3为图2中的小腿测试点分布的后视图；图4为本专利技术中选取小腿测试点的压力绷带示意图；图5为本专利技术的实施例中的人体下肢三维扫描图；图6为本专利技术的实施例中的小腿曲面模型图；图7为本专利技术的实施例中的人体小腿三维实体模型图；图8为本专利技术的实施例的人体小腿有限元模型图；图9为本专利技术的实施例的压力边界载荷施加示意图；图10为本专利技术的实施例的位移变形图；图11为本专利技术的实施例的应力云图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。参见图1所示的一种，该方法的具体步骤为:A.人体下肢点云数据的获取，即通过四摄像头非接触式三维人体激光扫描仪，采用三维人体扫描法，将待测者的整个下肢全部扫描出来，形成三维人体下肢的扫描图；B.对于三维人体下肢的扫描图进行截取，选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数据，并对人体小腿点云数据进行预处理，获得人体小腿的曲面模型；C.通过人体小腿的曲面模型构建人体小腿三维实体模型；D.创建人体小腿有限元模型，即人体小腿主要由厚度为1.5mm的皮肤、软组织以及内填圆柱状的骨骼组成，并且定义人体小腿部的皮肤、软组织以及骨骼均为各向同性均匀的线弹性材料，其中，人体小腿有限元模型中皮肤的弹性模量为150kPa，泊松比为0.46 ;软组织的弹性模量为60kPa，泊松比0.49 ;骨骼的弹性模量为7300MPa，泊松比为0.3 ；E.将织物套在待测者的小腿上，采用服装压力测试仪对待测者的小腿上的10个点测试获得不同的压力值后，将这10个测试点的压力值作为载荷直接施加在有限元模型中并进行求解，获得待测者的小腿各个部位的等效应力图；上述10个测试点通过以下步骤获得:I)材料选取再请参见图4所示的压力绷带，压力绷带50选取市场上普遍使用的医用弹力袜的面料(面料成分为锦纶70%，氨纶30%，具有良好的拉伸弹性)，制作成及膝长度的压力绷带作为此次服装压力舒适性研究用材料。为了方便以后研究该压力绷带的服装压力舒适范围，我们模仿塑身类服装的款式结构，在该压力绷带上依次装上六列扣36、37、38、39、40、41以界定绷带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测人体小腿对于服装压力分布的方法，其特征在于：该方法的具体步骤为：A.人体下肢点云数据的获取，即通过四摄像头非接触式三维人体激光扫描仪，采用三维人体扫描法，将待测者的整个下肢全部扫描出来，形成三维人体下肢的扫描图；B.对于三维人体下肢的扫描图进行截取，选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数据，并对人体小腿点云数据进行预处理，获得人体小腿的曲面模型；C.通过人体小腿的曲面模型构建人体小腿三维实体模型；D.创建人体小腿有限元模型，即人体小腿主要由厚度为1.5mm的皮肤、软组织以及内填圆柱状的骨骼组成，并且定义人体小腿部的皮肤、软组织以及骨骼均为各向同性均匀的线弹性材料，其中，人体小腿有限元模型中皮肤的弹性模量为150kPa，泊松比为0.46；软组织的弹性模量为60kPa，泊松比0.49；骨骼的弹性模量为7300MPa，泊松比为0.3；E.将织物套在待测者的小腿上，采用服装压力测试仪对待测者的小腿上的10个点测试获得不同的压力值后，将这10个测试点的压力值作为载荷直接施加在有限元模型中并进行求解，获得待测者的小腿各个部位的等效应力图；上述10个测试点通过以下步骤获得：将待测者的膝盖下沿至小腿与足背的腕横纹处四等分，获得五条均匀间隔的水平环线，从上而下依次为第一环线、第二环线、第三环线、第四环线以及第五环线，以第五环线的“解溪穴”为起点，沿小腿的正面垂直向上获得第一垂线，第一垂线与第一环线、第二环线、第五环线的交点分别为第一测试点、第二测试点以及第四测试点；将第一垂线沿小腿外周面旋转180度获得第二垂线，第二垂线与上述五条水平环线的交点从上而下分别为第五测试点、第六测试点、第八测试点、第九测试点以及第十测试点；将第一垂线沿小腿外周面向小腿的外侧旋转90度 获得第三垂线，第三垂线与第二环线、第三环线的交点分别为第七测试点以及第三测试点。...

【技术特征摘要】
1.一种预测人体小腿对于服装压力分布的方法，其特征在于:该方法的具体步骤为:A.人体下肢点云数据的获取，即通过四摄像头非接触式三维人体激光扫描仪，采用三 维人体扫描法，将待测者的整个下肢全部扫描出来，形成三维人体下肢的扫描图；B.对于三维人体下肢的扫描图进行截取，选取脚踝到膝盖的小腿部分的点云数据，并 对人体小腿点云数据进行预处理，获得人体小腿的曲面模型；C.通过人体小腿的曲面模型构建人体小腿三维实体模型；D.创建人体小腿有限元模型，即人体小腿主要由厚度为1.5_的皮肤、软组织以及内 填圆柱状的骨骼组成，并且定义人体小腿部的皮肤、软组织以及骨骼均为各向同性均匀的 线弹性材料，其中，人体小腿有限元模型中皮肤的弹性模量为150kPa，泊松比为0.46 ;软组织的弹 性模量为60kPa，泊松比0.49 ;骨骼的弹性模量为7300MPa，泊松比为0.3 ；E.将织物套在待测者的小腿上，采用服装压力测试仪对待测者的小腿上的10个点测 试获得不同的压力值后，将这10个测试点的压力值作为载荷直接施加在有限元模型中并 进行求解，获得待测者的小腿各个部位的等效应力图；上述10个测试点通过以下步骤获得:将待测者的膝盖下沿至小腿与足背的腕横纹处四等分，获得五条均匀间隔的水平环 线，从上而下依次为第一环线、第二环线、第三环线、第四环线以及第五环线，以第五环线的 “解溪穴...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠帆，李艳梅，顾沁婷，韩清云，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：