[发明专利]预测人体小腿对于服装压力分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纺织领域，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。

背景技术

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.Ito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。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明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，本发明采用如下的技术方案：

一种预测人体小腿对于服装压力分布的方法，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。