人体测量学课件.pptx
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- 人体 测量学 课件
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1、第一节第一节 人体测量与人体测量数据及应用人体测量与人体测量数据及应用o 一一 人体尺寸的历史人体尺寸的历史 (一) 人体测量学的由来和发展 公元前一世纪 罗马建筑师维特鲁威(Vitruvian)从建筑学角度对人体尺度作了全面论述。 文艺复兴时期,达芬奇根据维特鲁威的描述创作了著名的人体比例图。 1870年,比利时数学家Quitlet发表人体测量学,创建了这一学科。 直到上世纪40年代,工业化社会发展,使人对人体尺寸测量有了新的认识。达芬奇绘制的人体比例图一、人体测量o 人体测量学通过测量人体各部位尺寸,来确定个人之间和群体之间在人体尺寸上的差别的科学。(二) 人体测量的具体内容和方法 1.
2、数据来源数据来源 我国人体尺寸相关文件及标准:1962 中国建筑科学研究院 人体尺度的研究1988 GB 1000088 中国成年人人体尺寸1991 GB/T1298591 在产品设计中应用人体尺寸百分位的通则1992 GB/T1354792 工作空间人体尺寸GB397583 和GB574085分别对人体测量的术语、项目、仪器作了规定o 二、人体测量学与人体尺度差异:二、人体测量学与人体尺度差异:o (一)定义:人体测量学是对不同种族、年龄、(一)定义:人体测量学是对不同种族、年龄、性别的人的身体各部位尺寸及其活动范围作静性别的人的身体各部位尺寸及其活动范围作静态和动态的测量,并加以统计分析的
3、一门学科。态和动态的测量,并加以统计分析的一门学科。二、人体测量的基本术语和测量仪器及方法:二、人体测量的基本术语和测量仪器及方法:Terminology of Anthropometry1 1、被测者姿势:、被测者姿势:(1 1)立姿:挺胸直立,头部以眼耳)立姿:挺胸直立,头部以眼耳平面定位,眼睛平视前方,肩部放平面定位,眼睛平视前方,肩部放松,上肢自然下垂,手伸直,手掌松,上肢自然下垂,手伸直,手掌朝向体侧,手指轻贴大腿侧面,自朝向体侧,手指轻贴大腿侧面,自然伸直,左、右足后跟并拢,前端然伸直,左、右足后跟并拢,前端分开,使两足大致呈分开,使两足大致呈4545角,体重均角,体重均匀分布于两
4、足。匀分布于两足。(2 2)坐姿:)坐姿: 挺胸坐在被调节到腓骨头高度挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上,头部以眼耳平面定位,的平面上,头部以眼耳平面定位,眼睛平视前方,左右大腿大致平行,眼睛平视前方,左右大腿大致平行,膝弯曲大致成直角,足平放在地面膝弯曲大致成直角,足平放在地面上,手轻放在大腿上。上,手轻放在大腿上。2 2、测量基准面、测量基准面: :人体基准面的定位是由三个人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴(铅垂轴、纵互为垂直的轴(铅垂轴、纵轴和横轴)来决定的。轴和横轴)来决定的。人体测量中设定的轴线和基人体测量中设定的轴线和基准面如图。准面如图。矢状面;正中矢状面;矢状面;正中矢状面;
5、冠状面;冠状面;水平面;水平面; 眼耳平面眼耳平面3 3、测量方向、测量方向(1)(1)在人体上、下方向上,在人体上、下方向上,将上方称为头侧端,将下将上方称为头侧端,将下方称为足侧端。方称为足侧端。(2)(2)在人体左、右方向上,在人体左、右方向上,将靠近正中矢状面的方向将靠近正中矢状面的方向称为内侧,将远离正中矢称为内侧,将远离正中矢状面的方向称为外侧。状面的方向称为外侧。3 3、测量方向、测量方向 (3)(3)在四肢上,将靠近四肢附着在四肢上,将靠近四肢附着部位的称为近位,将远离四肢附部位的称为近位,将远离四肢附着部位的称为远位。着部位的称为远位。(4 4)对于上肢,将挠骨侧称为)对于上
6、肢,将挠骨侧称为挠侧,将尺骨侧称为尺侧。挠侧,将尺骨侧称为尺侧。(5 5)对于下肢,将胫骨侧称为)对于下肢,将胫骨侧称为胫侧,将腓骨侧称为腓侧。胫侧,将腓骨侧称为腓侧。 4 4、支承面和衣着、支承面和衣着 立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。5 5、基本测点及测量项目、基本测点及测量项目(GB397583GB397583)(GB397585GB397585测量方法)测量方法)测点测点头部测点头部测点(1616个)个)躯干和四肢部位测点躯干和四肢部位测点(2222个)个)测量项目测量项目头
7、部测量项目头部测量项目(12项)项)躯干和四肢部位躯干和四肢部位测量项目(测量项目(69项)项)人体静态测量参数人体静态测量参数o 我国成年人人体尺寸的国家标准我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机一为人机上的设计提供了基础数据。该标准提供了七个类别共上的设计提供了基础数据。该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据包括人体主要尺寸、立姿人项人体尺寸基础数据包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸部尺寸,并分别按性别列表。我们主要研究工业生产,并分别按性别列表。我们主要研究工业生产中法定成年人年
8、龄范围内的人体尺寸。中法定成年人年龄范围内的人体尺寸。o 百分位数表示人体尺寸的等级,即表示在某一身体尺寸百分位数表示人体尺寸的等级,即表示在某一身体尺寸范围内,使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如,范围内,使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如,我国成年人身高的百分位数为我国成年人身高的百分位数为1583mm它表示该年它表示该年龄组男性中身高等于或小于龄组男性中身高等于或小于1583mm者占者占5,大于,大于此数者占此数者占95。设计范围越大,制成设备和工具的适。设计范围越大,制成设备和工具的适用度就越高,可使用的人数就越多。用度就越高,可使用的人数就越多。6 6、人体测量的主要仪器、
9、人体测量的主要仪器 (1) (1) 人体测高仪人体测高仪: : 主要用来测量身高、坐高、立主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人体各及的高度等立姿和坐姿的人体各部位高度尺寸。部位高度尺寸。 (2 2)人体测量用直角规:)人体测量用直角规: 主要用来测量两点间的直线距主要用来测量两点间的直线距离,特别适宜测量距离较短的不规离,特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径。如耳、脸、则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。手、足。 6 6、人体测量的主要仪器、人体测量的主要仪器(3(3)用于不能直接以直尺测)用于不能直接以直尺测量的
10、两点间距离的测量,如量的两点间距离的测量,如测量肩宽、胸厚等部位的尺测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。寸。从技术发展来看,人体测量技术可以分为从技术发展来看,人体测量技术可以分为普通测量技术普通测量技术三维数字化人体测量技术三维数字化人体测量技术(1 1)普通测量技术)普通测量技术 普通人体测量仪器可以采用一般的人体生理测普通人体测量仪器可以采用一般的人体生理测量的有关仪器,包括人体测高仪、直角规、弯角规、量的有关仪器,包括人体测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点三脚平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点仪等,其数据处理采用人工处理或者人工输入与计算仪等,其数据
11、处理采用人工处理或者人工输入与计算机处理相结合的方式。机处理相结合的方式。(2 2)三维数字化人体测量技术)三维数字化人体测量技术从仪器本体的原理来讲,三维数字化人体测量从仪器本体的原理来讲,三维数字化人体测量分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动分为手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式等;最终可以根据所需速度、精度和造价确非接触式等;最终可以根据所需速度、精度和造价确定合适的方式。定合适的方式。 手动接触式手动接触式美国佛罗里达美国佛罗里达Faro技术公司的技术公司的FaroArm 非接触式(非接触式(no contact)三维数字化测量仪)三维数字化测量仪典型的是英国
12、的典型的是英国的LASS(Loughborough Anthropometric Shadow Scanner)技术和美国技术和美国TC2开发的开发的白光相位测量技术(白光相位测量技术(Phase Measurement Profilometry) VITUS smart - 3D 全身人体扫描仪全身人体扫描仪 Cyberware全身数字化扫描仪 o 三、人体测量数据的统计处理三、人体测量数据的统计处理o 1 1、平均值:它是用来衡量一定条件下的测量水、平均值:它是用来衡量一定条件下的测量水平和概括地表现测量数据的集中趋势。平和概括地表现测量数据的集中趋势。o 计算公式为:计算公式为:o 其中
13、:其中:N N为测量次数,为测量次数,X Xi i为单独测量为单独测量值值niixnx11o 2 2、标准差:、标准差:o 、定义:它是表明一系列变数距平均数的分布情形。、定义:它是表明一系列变数距平均数的分布情形。o 标准差大表示各变数分布广,远离平均数。标准差表明标准差大表示各变数分布广,远离平均数。标准差表明了测量数据的离中趋势。了测量数据的离中趋势。 o 、公式:、公式:P P3232o 、意义:标准差对于区分产品的规格或确定产品的可、意义:标准差对于区分产品的规格或确定产品的可调节范围有很大影响。用平均值决定其基本尺寸,而用调节范围有很大影响。用平均值决定其基本尺寸,而用标准差标准差
14、决定调整量。决定调整量。2/112211niiDxnxns3 3、百分位数:、百分位数:、定义:百分位表示等于某一人体尺寸和小、定义:百分位表示等于某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。 、公式:、公式:P P3232百分位百分位百分位由百分比表示,称为百分位由百分比表示,称为“第几百分第几百分位位”。例如,。例如,50%50%称为第称为第5050百分位。百分位。百分位数百分位数百分位数是百分位对应的数值。百分位数是百分位对应的数值。例如,身高分布的第例如,身高分布的第5 5百分位数为百分位数为15431543,则表示有,则表示有5%5%的
15、人的身高将低于的人的身高将低于这个高度。这个高度。 在人体测量资料中,常常给出的是第在人体测量资料中,常常给出的是第5 5、第、第5050和第和第9595百分百分位数值。在设计中,当需要得到任一百分位数值时,则可按位数值。在设计中,当需要得到任一百分位数值时,则可按下式求出:下式求出:1%-50%之间的数值:之间的数值:P=M-(SK)50%-99%之间的数值:之间的数值:P=M+(SK)M为标准值;为标准值;S为为标准差;标准差;K为百分为百分比变换系数。比变换系数。o 、含义、含义: :把研究对象分成把研究对象分成100100份,根据一些指定的份,根据一些指定的人体尺寸项目,从最小到最大顺
16、序排列,进行分段,人体尺寸项目,从最小到最大顺序排列,进行分段,每一段的截至点即为一个百分位每一段的截至点即为一个百分位。o 例如(身高):例如(身高):o 第第5 5百分位百分位的尺寸表示有的尺寸表示有5 5的人身高等于或小于这的人身高等于或小于这个尺寸。换句话说就是有个尺寸。换句话说就是有9595的人身高高于这个尺的人身高高于这个尺寸。寸。o 第第9595百分位百分位则表示有则表示有9595的人等于或小于这个尺寸,的人等于或小于这个尺寸,5 5的人具有更高的身高。的人具有更高的身高。o 第第5050百分位百分位为中点,表示把一组数平分成两组较大为中点,表示把一组数平分成两组较大的的5050
17、和较小的和较小的5050 。第。第5050百分位的数值可以说接百分位的数值可以说接近平均值。近平均值。l 人机工程学的几个统计函数:人机工程学的几个统计函数:(2)标准差:事物离散趋势的统计量)标准差:事物离散趋势的统计量 =(X-M)2/(N-1) 表示测量的数据相对于平均值的波动状态。表示测量的数据相对于平均值的波动状态。 标准差和均值相反,它表示测量数据分离于某值标准差和均值相反,它表示测量数据分离于某值 。(1)均值:就是算术平均值。)均值:就是算术平均值。 M=X/N 均值表示测量数据集中趋向某个值。均值表示测量数据集中趋向某个值。(4 4)、适应范围)、适应范围:(满足度):(满足
18、度)、定义、定义: :产品设计尺寸满足特定使用者群体的百产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。分率。、表示方法、表示方法: :知某尺寸的均值和标准差,即可计知某尺寸的均值和标准差,即可计算适应范围所对应的测量值。算适应范围所对应的测量值。百分比对应的变换系数百分比对应的变换系数K 5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075%0.67480%0.84290%1.28295%1.645例例1 1设计适用于设计适用于90%90%华北男性使用的产品,试问应按怎样华北男性使用的产品,试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸?的身高范围设计该产品尺寸?o 解:解:由表
19、查知华北男性身高平均值由表查知华北男性身高平均值o M=1693mmM=1693mm,标准差,标准差S=56.6mm.S=56.6mm.要求产品适用于要求产品适用于90%90%的人,的人,故以第故以第5 5百分位和第百分位和第9595百分位确定尺寸的界限值,由表百分位确定尺寸的界限值,由表查得变换系数查得变换系数K=1.645K=1.645;o 即第即第 5 5百分位数为:百分位数为:P=1693-P=1693-(56.656.6* *1.6451.645)=1600mm=1600mmo 第第9595百分位数为:百分位数为:P=1693+P=1693+(56.656.6* *1.6451.64
20、5)=1786mm=1786mmo 结论:结论:按身高按身高1600-1786mm1600-1786mm设计产品尺寸,将适应用于设计产品尺寸,将适应用于90%90%的华北男性。的华北男性。o 讨论:讨论:平均值是作为设计的基本尺寸,而标准差是作为平均值是作为设计的基本尺寸,而标准差是作为设计的调整量的。设计的调整量的。o 测量男子身高的均值为测量男子身高的均值为1683mm1683mm,标准差,标准差S S为为81.83mm81.83mm,则,则适应范围适应范围90%90%对应的身高范围是:对应的身高范围是:o 适应范围适应范围90% = 90% = 第第5 5百分位百分位 第第 9595百分
21、位百分位 o = P= P5 5 P P95 95 o = X = X 1.641.64* *SX + 1.64SX + 1.64* *S So = 1683 = 16831.641.64* *81.831683+1.6481.831683+1.64* *81.83 81.83 o = 1553.39mm1822.6mm = 1553.39mm1822.6mm美国男性身高分布曲线 统计学表明,任意一组特定对象的人体尺寸,统计学表明,任意一组特定对象的人体尺寸,其分布规律符合正态分布规律,即大部分属于中其分布规律符合正态分布规律,即大部分属于中间值,只有一小部分间值,只有一小部分 属于过大和过小
22、的值,它属于过大和过小的值,它们分布在范围的两端,见上图。们分布在范围的两端,见上图。四人体尺寸运用的问题四人体尺寸运用的问题o . .数据的选择数据的选择o . .百分位的应用百分位的应用o . .可调节性可调节性o . .在设计中应分别考虑各项人体尺寸在设计中应分别考虑各项人体尺寸o . .尺寸的定义标准的统一尺寸的定义标准的统一o . .尺寸的衡量标准尺寸的衡量标准o . .形式对尺寸的影响形式对尺寸的影响 五、人体尺寸的分类五、人体尺寸的分类1 1、静态尺寸:、静态尺寸:v定义:是人体处于固定的标准状态下测量的定义:是人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。尺寸。v分类:分类:站姿;站姿眼
23、高、站姿肘高、摸高等站姿;站姿眼高、站姿肘高、摸高等坐姿:坐姿眼高、坐姿肘高、坐姿身高等坐姿:坐姿眼高、坐姿肘高、坐姿身高等 (1) 人体构造尺寸 (结构尺寸、静态尺寸) o人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。o和与人体有直接关系的物体有较大的关系, 如:家具、服装、手动工具等。o我国主要依据:GB1000088立姿人体尺寸人体主要尺寸人体主要尺寸(mm) 年龄分组年龄分组 百百 分分 位位 数数测量项目测量项目男(男(18-6018-60岁)岁)女(女(18-5518-55岁)岁) 1 5 10 50 90 95 99 1 5 10 50 90 95 99 1.1 身高1543 1583 1
24、604 1678 1754 1775 18141449 1484 1503 1570 1640 1659 16971.2 体重 44 48 50 59 71 75 83 39 42 44 52 63 66 741.3 上臂长上臂长 279 289 294 313 333 338 349 252 262 267 284 303 308 3191.4 前臂长前臂长 206 216 220 237 253 258 268 185 193 198 213 229 234 2421.5 大腿长大腿长 413 428 436 465 496 505 523 387 402 410 438 46 7 476
25、 4941.6 小腿长小腿长 324 338 344 369 396 403 419 300 313 319 344 370 376 390立姿人体尺寸(mm) 年龄分组年龄分组 百百 分分 位数位数测量项目测量项目男(男(18-60岁)岁)女(女(18-55岁)岁) 1 5 10 50 90 95 99 1 5 10 50 90 95 99 2.1 眼高眼高1436 1474 1495 1568 1643 1664 1705 1337 1371 1388 1454 1522 1541 15792.2 肩高肩高1244 1281 1299 1367 1437 1455 14941166 119
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