人体测量学课件.pptx
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1、第一节 人体测量与人体测量数据及应用,一 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. 数据来源 我国人体尺寸相关文件及标准:1962 中国建筑科
2、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,二、人体测量学与人体尺度差异:(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:,Terminology of Anthropometry,1、被测者姿势:(1)立姿:挺胸直立,头部以眼耳平面定位,眼睛平视前方,
3、肩部放松,上肢自然下垂,手伸直,手掌朝向体侧,手指轻贴大腿侧面,自然伸直,左、右足后跟并拢,前端分开,使两足大致呈45角,体重均匀分布于两足。,(2)坐姿:,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,眼睛平视前方,左右大腿大致平行,膝弯曲大致成直角,足平放在地面上,手轻放在大腿上。,2、测量基准面:人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴(铅垂轴、纵轴和横轴)来决定的。人体测量中设定的轴线和基准面如图。矢状面;正中矢状面;冠状面;水平面; 眼耳平面,3、测量方向(1)在人体上、下方向上,将上方称为头侧端,将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上,将靠近正中矢状面的方向称为内侧,将远
4、离正中矢状面的方向称为外侧。,3、测量方向 (3)在四肢上,将靠近四肢附着部位的称为近位,将远离四肢附着部位的称为远位。(4)对于上肢,将挠骨侧称为挠侧,将尺骨侧称为尺侧。(5)对于下肢,将胫骨侧称为胫侧,将腓骨侧称为腓侧。,4、支承面和衣着 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。,5、基本测点及测量项目(GB397583)(GB397585测量方法),测点,头部测点(16个),躯干和四肢部位测点(22个),测量项目,头部测量项目(12项),躯干和四肢部位测量项目(69项),人体静态测量参数,我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机上的设计提供了基础
5、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、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸,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龄范围内的人体尺寸。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,我国成年人身高的百分位数为1583mm它表示该年龄组男性中身高等于或小于1583mm者占5,大于此数者占95。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。,6、人体测量的主要仪器,(1) 人体测高仪: 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及的高度等立姿和坐姿的人
6、体各部位高度尺寸。,(2)人体测量用直角规: 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则部位的宽度或直径。如耳、脸、手、足。,6、人体测量的主要仪器,(3)用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量,如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。,从技术发展来看,人体测量技术可以分为普通测量技术三维数字化人体测量技术(1)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、平行定点仪等,其数据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。,(2)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
7、测量分为手动接触式、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、精度和造价确定合适的方式。,手动接触式美国佛罗里达Faro技术公司的FaroArm 非接触式(no contact)三维数字化测量仪典型的是英国的LASS(Loughborough Anthropometric Shadow Scanner)技术和美国TC2开发的白光相位测量技术(Phase Measurement Profilometry),VITUSsmart - 3D 全身人体扫描仪,Cyberware全身数字化扫描仪,三、人体测量数据的统计处理1、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
8、数据的集中趋势。计算公式为: 其中:N为测量次数,Xi为单独测量值,2、标准差:、定义:它是表明一系列变数距平均数的分布情形。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。 、公式:P32、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,而用标准差决定调整量。,3、百分位数:、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。 、公式:P32,百分位,百分位由百分比表示,称为“第几百分位”。例如,50%称为第50百分位。,百分位数,百分位数是百分位对应的数值。例如,身高分布的第5百分位数为1543,则表示有
9、5%的人的身高将低于这个高度。,在人体测量资料中,常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。在设计中,当需要得到任一百分位数值时,则可按下式求出:,1%-50%之间的数值:P=M-(SK)50%-99%之间的数值:P=M+(SK),M为标准值;S为标准差;K为百分比变换系数。,、含义:把研究对象分成100份,根据一些指定的人体尺寸项目,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。例如(身高):第5百分位的尺寸表示有5的人身高等于或小于这个尺寸。换句话说就是有95的人身高高于这个尺寸。第95百分位则表示有95的人等于或小于这个尺寸,5的人具有更高的身高。第50百分位为中点,表
10、示把一组数平分成两组较大的50和较小的50 。第50百分位的数值可以说接近平均值。,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 =(X-M)2/(N-1) 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 。,(1)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。,(4)、适应范围:(满足度)、定义:产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。、表示方法: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。,百分比对应的变换系数K,5%1.64510%1.28220%0.84225%0.67450%0.00075%0.6
11、7480%0.84290%1.28295%1.645,例1设计适用于90%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?,解:由表查知华北男性身高平均值M=1693mm,标准差S=56.6mm.要求产品适用于90%的人,故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值,由表查得变换系数K=1.645;即第 5百分位数为:P=1693-(56.6*1.645)=1600mm 第95百分位数为:P=1693+(56.6*1.645)=1786mm结论:按身高1600-1786mm设计产品尺寸,将适应用于90%的华北男性。讨论: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。,测量
12、男子身高的均值为1683mm,标准差S为81.83mm,则适应范围90%对应的身高范围是:适应范围90% = 第5百分位 第 95百分位 = P5 P95 = X 1.64*SX + 1.64*S = 16831.64*81.831683+1.64*81.83 = 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,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 属于过大和过小的值,它们分布在范围的两端,见上图。,四人体尺寸运用的问题,.数据的选择.百分位的应用.可调节性.在设计中应分别考虑各项人体尺寸.尺寸的定义标准的统一.尺寸的衡
13、量标准.形式对尺寸的影响,五、人体尺寸的分类1、静态尺寸:定义:是人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。分类: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,(1) 人体构造尺寸 (结构尺寸、静态尺寸) 人体处于固定的标准状态下测量的尺寸。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。我国主要依据:GB1000088,立姿人体尺寸,人体主要尺寸(mm),立姿人体尺寸(mm),坐姿人体尺寸,坐姿人体尺寸,百分位,测量项目,人体水平尺寸,人体水平尺寸,年龄分组,百分位数,测量项目,2、动态尺寸: 人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。(如手的水平作
14、业区域) 人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围。是由关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸。,使用功能尺寸强调人在完成动作时,人体各部分是不可分的,不是独立工作,而是协调动作。人可以通过运动能力扩大自己的活动范围。功能尺寸对于解决带有空间范围、位置的问题更有意义。,手所达到的限度,并不是手臂尺寸的唯一结果通道的最小宽度肩宽椅子的座宽臀部的宽度,功能尺寸(动态尺寸):,六人体尺度差异:(1)种族(2)地区(3)性别(4)年龄(5)环境(6)职业,地区与种族,注意点: 由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异,即使是同一国家,不同地区的人体尺寸也有差异。因此,在
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