三维人体测量技术的发展与应用

丛晓丹，姜 洋



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三维人体测量技术的发展与应用

丛晓丹，姜 洋

人体测量是正确把握人体特征的必要手段，它可以掌握人体有关部位的具体数据，进而对数据进行科学分析研究。三维人体扫描系统的非接触光学测量技术是多学科范畴，涉及光学测量技术、计算机技术、图形处理技术、数字信号处理技术等，与传统的测量方法相比，具有测量时间短、数据精确度高且全面等特点，多数软件可以对获得的数字化人体进行互动测量。

三维人体扫描技术研究在欧美日等国家起步比较早，技术成熟，早已商业化，尤其是在服装领域的应用。具有代表性的如美国的TC2(Textile /Clothing Technology Corporation)分层轮廓测量系统、英国的Cyberware全身扫描仪及德国的TechMath人体扫描系统等。美国纺织服装技术中心(TC2分层轮廓测量方法)研发的人体测量系统，采用白光相位测量技术(Phase Measurement Profilometry)，10 s完成对人体45 000个点的扫描，迅速获得人体80多个数据尺寸，其精度误差在0.6 mm内，可以全面精确地反映人体体型情况。Cyberware于1995年研制出了商品化的全身扫描仪WB2和WB4，该扫描仪器用激光扫描三维技术来获取三维影像，工作站的软件控制整个扫描及移动过程，只需几秒便完成一次扫描，然后使用者便可以用工作站上的图像工具查看扫描结果，多个视角的扫描数据可以融合成一个完整的人体模型。德国的TechMath人体扫描系统可以在20 s内完成扫描过程，能够捕捉人体的80 000个数据点，其精确度到0.2 mm范围内。目前，世界上已建立有90多个大规模的人体测量数据库，其中欧美国家占了大部分，亚洲国家约有10个，这其中日本占了一半以上。如CASER人体测量研究计划，在美国、荷兰、意大利等得到了广泛应用。日本HQLD提出了人体测量和增进人类福祉计划。英国3D电子商务中心(The center for 3D Electronic Commerce)在网上开展了三维人体数据方面的商务活动。外国公司的三维人体测量系统设备虽然性能好，所测量的数据精确度高，但价格昂贵。

由于三维人体测量技术具有极大的商业价值，获取空间数据的能力、精度和速度和其他设备集成形成智能化系统等核心技术仍作为各公司的机密严格保密。

我国在该领域的研究相对落后，目前一些高校和研究所正在进行这方面的积极探索。

在1983—1988年，我国先后颁布了几项国家标准，统一了人体测量仪器和方法，为正确开展人体测量工作奠定了基础。近年，非接触式三维扫描技术日趋成熟，人体测量技术由原来的手工测量转向三维扫描人体模型自动测量。由于不同的三维扫描系统技术基础不同，对同一个体的尺寸测量会存在明显差异，所以中国国家标准化管理委员会于2009年颁布了《三维扫描人体测量方法的一般要求》，对三维人体测量中25个人体表面关键特征点及36个人体表面关键特征尺寸给出明确标准。

总后军需装备研究所、北京服装学院研制了双视点投影光栅体型扫描仪；西安交通大学激光与红外应用研究所研发了光电人体尺寸测量系统；中山大学基于立体摄像测量方法所开发了“2000服装CAD系统”。广州大学纺织服装学院赛博服装科研中心投入2 400多万元开展的“中国三维人体数据库”项目服装研究实体仍在研究当中。东华大学、西安工程大学建立的人体数据库研究，用于开展人体测量和服装号型标准修订的相关工作，成为国内规模最大、专业技术水平最高的三维人体扫描研究实体。

国内外三维扫描人体表面点云数据处理和应用对于人体测量学研究、人体形态学、服装三维设计、工业设计、人体工程、工程设计、数字医学诊断、三维影视制作、动漫游戏广告开发等领域都极具价值。随着三维人体特征提取技术准确度的提高，其应用领域将不断拓展。