饮食行为指导与3D体型模拟分析仪有机结合机制

张晓娜，刘保鹏，和耘锋，孙梦月，张明飞

新乡工程学院（新乡 453003）

随着社会经济的快速发展、人民生活水平不断提高、生活方式的变化和生活环境的恶化，肥胖和慢性病的发病率也在不断增加[1]，因此营养知识和膳食行为对健康与寿命的影响也逐渐被人们所重视[2]。如何提高居民的心理重视程度、指导居民合理营养安排膳食、帮助居民建立正确的营养观念、培养良好的饮食习惯、提高居民健康体质，成为人们关注的重要问题。

为有效预防和控制肥胖、慢性病，国内外研究人员在软硬件等方面进行不同层次的研究。撖涛等[3]通过将生物电阻抗与人体成分测试仪有机结合，收集测试者信息，计算出体质指数等多项人体成分参数，对测试者的身体状况进行有效评估，通过定期监测脂肪含量，以更直观的方式指导测试者进行健美和减肥；肖晓明等[4]运用计算机原理设计人体成分分析仪，通过收集监测体重和阻抗参数，可以精确监测人体健康状况；李钊等[5]通过Android平台的数据解析技术，采用分节段测量方法能够更准确地分析人体成分指标，在疾病评估和运动指导等方面都具有指导作用；张勇等[6]通过3D建模技术构建虚拟试衣镜App，用几何与物理建模相结合的方式将人体模型与服装造型统一，为顾客选购服装提供有效参考；闫丹等[7]通过文献检索总结体成分的不同测定方法，提出体成分比例失调是各类疾病发生的根源，体成分测量将在疾病的监测和预防上具有相当大的潜力等。国内外关于人体成分分析仪的研究也比较多，但是关于饮食行为指导与3D体型模拟分析有机结合的研究比较少。

因此，利用红外线扫描人体体型、测量体脂指数、大数据统计分析和3D建模等近年来发展起来的新兴技术，对测试者真实体型进行3D建模，并根据测试者具体身体情况为其量身定制完美体型，并根据每个人的具体状况进行膳食、心理及运动指导，最终帮助测试者摆脱亚健康状态，达到身体健康、身心合一，大幅降低各种慢性病的比率，提高全民身体素质，进而促进国民经济良性健康发展。

1 构建3D体型模拟分析仪

1.1 3D体型模拟分析仪模型

随着社会的快速发展、人们生活水平提高，健康问题更加受到人们重视。结合3D建模技术、大数据处理技术及增强现实（augmented reality，AR）技术，提出3D体型模拟分析仪构建思路。

图1 3D体型模拟分析仪结构示意图

1.2 3D体型模拟分析仪关键点

1.2.1 体脂称

在3D体型模拟分析仪的下方嵌入智能体脂称，录入用户身体的相关数据。体脂秤是基于生物电阻抗分析法（bioelectrical impedance analysis，BIA）测量人体组成成分，获取测试者的相关数据。该方法的原理是将安全的微弱交流电信号导入人体，利用人体组分导电率的不同来判断人体成分组成，收集测试者水分、蛋白质和脂肪等数据，传输到通信模块进行综合分析，根据测试者的年龄、性别和最终分析结果，对其身体健康状况进行评估[8]，让测试者对身体成分、脂肪分布、体型特点等有一个全面了解[9]。

1.2.2 红外线传感装置

红外线传感装置是利用红外线扫描测试者体型，测量胸围、腰围、臀围等尺寸，经过数据处理和分析，形成人体三维形状，建立真实体型和最佳模拟体型，并通过互相比对，让测试者更加客观全面地认识自身体型，能够积极主动实施营养、健康和运动计划[10]。

1.2.3 3 D体型建模

结合体脂秤和红外线传感装置收集到的人体数据，利用MM3D（一款3D建模与仿真的动画制作软件），进行NURBS（Non-Uniform Rational B-Splires）曲面建模，应用曲面建模技术中的参数建模技术、物理建模技术等，通过绘制体型表面信息构建测试者的三维人体模型，从而将人体信息视觉化显示出来[6,11]。

AR技术是可以将现实场景与虚拟场景进行有机结合的技术，通过运算和图像技术可以使二维平面变为三维界面，将实时影像全方位与虚拟世界信息进行叠加，在显示屏上显示出来[12]。建立各类标准体型模型库和营养健康指导模型，设置特定的虚拟场景，如不同标准体型的婚纱、职业装、休闲装等，与测试者实际测定体型相结合，并将测试者实际体型和标准体型模型相比对，让测试者更加直观地体验自己持有健康身材后的最佳状态，更加坚定他们追求健康的意志和决心。根据测试者当下体型状况和体成分组成，从营养健康指导模型数据库中选出最适合测试者的指导模型，进行膳食、心理及运动指导，帮助测试者建立信心，有计划地开展营养膳食和健康运动。

2 结论

利用生物电阻抗分析法测量人体组成成分、红外线扫描人体体型、大数据统计分析、3D人体建模等近年来新兴技术，以测试者体型为基础进行3D人体建模，通过将测试者真实体型和标准体型数据库中相应最佳体型在虚拟场景中进行比对，为测试者量身定制完美体型，给他们直观冲击，并根据每个人的当下身体状况进行膳食指导和运动指导，帮助测试者下定决心制定营养健康计划，最终实现心中的完美体型。此次研究对于消除亚健康状态、预防各种慢性疾病、提高全民身体健康素质、促进社会稳定和经济发展具有重要意义。