第2章 人体测量与人体尺度
2.1 人体测量的基本知识
在生活和工作中，人们所使用的各种设施及器具，都与人们身体的基本特征有密不可分的关系。不论是大到整个生活环境，还是小到一个按钮开关，人在使用它们时是否处于舒适的状态、利用率如何、环境是否适宜、对人的健康是否有利等，在设计中都必须充分考虑到，而这些都需要应用人体测量学。
人体测量学是一门新兴的分支学科，是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。通过测量人体各部位尺寸，研究人的形态及特征，获得能够满足人们生理和心理需要的数据。人体测量对人类的发展具有重要的研究和应用价值，主要体现在：体质变异研究，在人类体质特征变异中寻找其规律，测量和分析比较人体的不同种族、不同人群之间的差异与共同点；生长发育研究，在人体生长发育的过程中寻找其变化规律，测量人体在不同年龄群体或个体的数据，并且绘出生长曲线和生长速率曲线；为建立适应我国国民体型的原型提供依据；在工业、国防、医学、美术、建筑、体育、教育、法医等领域，应用于各种工业设计和工程设计，为机械、武器、车辆、房屋、家具、工具等设计及电子商务、产品广告、人机工程研究等虚拟环境提供有效的人体测量数据。
2.1.1 人体测量的内容与分类
在许多领域，人体测量的数据都得到广泛应用，使设备更适应于人。但根据不同学科的需要，所要得到的人体特征也各有不同。比如，在建筑与室内设计中，踏步、窗台、栏杆的高度，门洞、走廊、楼梯的宽度和高度，以至各类房间的高度和面积大小，都和人体尺度以及人体活动所需的空间尺度直接或间接有关。它们是确定建筑空间的基本依据之一，其他设计中，如服装涉及人体尺寸、体表面积；乘载机具涉及人体重量；机具操纵涉及人的出力、肢体活动范围、反应速度和准确度等。
（1）人体测量的内容
人体测量包括很多内容，综合性比较强，主要内容包括：人体测量学和与它密切相关的生物力学、实验心理学、人体生理学、工程技术等，包括了多学科的研究成果，主要内容有以下几方面。
①形态测量：长度尺寸、体型、体积、体表面积等。
②运动测量：测定关节的活动范围和肢体的活动空间，如动作范围、动作过程、形体变化、皮肤变化等。
③生理测量：测定生理现象，如疲劳测定、触觉测定等。
人体测量数据是人机系统设计中重要的基础资料，根据设计目的和使用对象的不同，需要选用相对应的人体测量数据。
（2）人体测量的分类
根据测量对象的不同来划分，可将人体测量分为以下四大类。
①人体静态尺寸参数测量 人体静态参数是指为得到各种参数，对静止状态下的人体形态进行的测量，其主要内容有人体尺寸测量、人体体型测量、人体体积测量等。静态人体测量可采取不同的姿势，主要有卧姿、坐姿、跪姿和立姿。制作衣服时人体尺寸的测量是常见的人体静态测量的方法，静态测量数据是动态测量的基础，是人体工学设计不可缺少的参数。
②人体活动范围参数测量 活动范围参数是指人类在运动状态下，肢体的动作范围。肢体活动范围主要有两种形式：一种是肢体活动的角度范围；另一种是肢体所能达到的距离范围。正常人体测量图标资料中，所列出的数据都是肢体活动的最大范围。在产品设计和正常工作中所考虑的肢体活动范围，应当是人体最有利的位置，即肢体的最优活动范围，其数值远小于这些极限数值。
③生物学参数测量 人的生理学参数是指人体的主要生理指标，其主要内容有人体表面积的测量、人体各部分体积的测量、耗氧量的测量、心率的测量、血压的测量、人体疲劳程度的测量、人体触觉反应的测量等。
④生物力学参数的测量 生物力学参数是指人体的主要力学指标，其主要内容有人体各部分质量与质心位置的测量、人体各部分惯量的测量、人体各部分出力的测量等。
2.1.2 人体测量的常用术语
我国国家标准GB 3975—1983规定了人体工学使用的成人和青少年的人体测量术语。该标准规定有效数据必须符合下列标准条件。
（1）被测者姿势
①立姿 是指被测者挺胸直立、头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，中指轻贴大腿侧，自然伸直膝部，左右足后跟并拢，前端分开约45°夹角。体重均匀分布两足。
②坐姿 是指被测者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
人体测量基准面的定位是由3个互相垂直的轴（垂直轴、纵轴和横轴）来决定的，如图2-1所示。
图2-1 人体测量基准面和基准轴
①矢状面 通过垂直轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。
②正中矢状面 通过人体正中线，把人体分为左右对称的两个部分的矢状面。
③冠状面 通过垂直轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两部分。
④水平面 与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分为上、下两部分。
⑤眼耳平面 通过左、右耳屏点及右眼眶下点的横断面称为眼耳平面或法兰克福平面。
（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，将远离正中矢状面的方向称为外侧。即人体测量基准面和基准轴面的方向。
③在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，远离四肢附着部位的称为远位。
④在上肢上，将桡骨侧称为桡侧，尺骨则称尺侧。
⑤在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，腓骨侧称为腓侧。
（4）衣着和支撑面
测量时，被测者应裸体或尽可能少着装，且免冠赤脚。站立面（地面）、平台或坐面应是平坦、水平且不可变形的。
（5）身体对称
对于可以在身体任何一侧进行的测量项目，建议在两侧都进行测量，如果做不到这一点，应注明此测量项目是在哪一侧测量的。
（6）其他条件
建议在被测者正常呼吸状态下进行胸部和其他受呼吸影响的项目的测量。
（7）基本测点及测量项目
此外，国标GB/T 5703—2010中规定了人体工学使用的有关人体测量参数的测点及项目，规定了人体工学使用的人体参数的测量方法，此方法适合成年人和青少年的人体参数测量，并对所使用的测量仪器做了详细的说明。所有需要进行的测量，为得到有效数据，必须按照该标准规定的测量方法进行。这些项目不作为评价人体测量方法的准则，但可为工效学专家和设计者提供在解决设计任务时需用的有关解剖学和人体测量学的基础以及测量原则方面的资料。人体测量基础项目如下。
①被测者立姿时的测量项目12项
a.体重
说明：人体总质量。
测量方法：被测者站立在体重计上。
测量仪器：体重计。
b.身高
说明：从地面到头最高点（头顶点）的垂直距离，见图2-2（a）。
图2-2 被测者立姿时的测量项目（b～g项）
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立。头以法兰克福平面定位。
测量仪器：人体测高仪。
c.眼高
说明：从地面到眼外角的垂直距离，见图2-2（b）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：人体测高仪。
d.肩高
说明：从地面到肩峰点的垂直距离，见图2-2（c）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立。肩部放松，上臂自然下垂。
测量仪器：人体测高仪。
e.肘高
说明：从地面到弯曲肘部的最下点的垂直距离，见图2-2（d）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立，上臂自然下垂，前臂与上臂弯屈呈直角。
测量仪器：人体测高仪。
f.骼前上棘点高（立姿）
说明：从地面到骼前上棘点（骼前上棘向前下方最突出的点）的垂直距离，见图2-2（e）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立。
测量仪器：人体测高仪。
g.会阴高
说明：从地面到耻骨联合下方的垂直距离，见图2-2（f）。
测量方法：被测者先以双腿叉开100mm的姿势站立，人体测高仪的滑动臂靠在大腿的内侧面，略向上移动，使其轻轻靠在耻骨相应部位。在测量时，被测者要足跟并拢，身体完全挺直站立。
测量仪器：人体测高仪。
h.胫骨点高
说明：从地面到胫骨点的垂直距离，见图2-3（a）。
图2-3 被测者立姿时的测量项目（h～l项）
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立。
测量仪器：人体测高仪。
i.胸厚（立姿）
说明：在胸中点水平处测得的躯干正中矢状面的前后距离，见图2-3（b）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立，双臂自然下垂。
测量仪器：带弯臂的大直脚规。
j.体厚（立姿）
说明：体部最大厚度，见图2-3（c）。
测量方法：被测者足跟并拢，双臂自然下垂，身体靠墙挺直站立。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
k.胸宽（立姿）
说明：在胸中点水平处测得的躯干宽度，见图2-3（d）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体完全挺直站立，双臂自然垂下。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
l.臀宽（立姿）
说明：臀部两侧的最大水平距离，见图2-3（e）。
测量方法：被测者足跟并拢，身体挺直站立，测量时，不能压迫臀部肌肤。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
②被测者坐姿时的测量项目17项
a.坐高
说明：从水平坐面至头的最高点（头顶点）的垂直距离，见图2-4（a）。
图2-4 被测者坐姿时的测量项目（a～d项）
测量方法：被测者躯干挺直，大腿完全由坐面支撑，小腿自然下垂，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：人体测高仪。
b.眼高（坐姿）
说明：从水平坐面到眼外角的垂直距离，见图2-4（b）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿完全由坐面支撑着，两小腿自然下垂，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：人体测高仪。
c.颈椎点高（坐姿）
说明：从水平坐面到颈椎点的垂直距离，见图2-4（c）。
测量方法：被测者躯干挺直，且大腿完全由坐面支撑着，小腿自然下垂，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：人体测高仪。
d.肩高（坐姿）
说明：从水平坐面到肩峰点的垂直距离，见图2-4（d）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿完全由坐面支撑着，两小腿自然下垂。肩部放松，上臂自然下垂。
测量仪器：人体测高仪。
e.肘高（坐姿）
说明：从水平坐面到与前臂水平屈肘的最下点的垂直距离，见图2-5（a）。
图2-5 被测者坐姿时的测量项目（e～h项）
测量方法：被测者躯干挺直，且大腿完全由坐面支撑着，小腿自然下垂，上臂自然下垂，前臂呈水平。
测量仪器：人体测高仪。
f.肩肘距
说明：从肩峰点到与前臂水平屈肘的最下点的垂直距离，见图2-5（b）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿由坐面支撑，两小腿自然下垂，上臂自然下垂，前臂呈水平。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
g.肘腕距
说明：从墙壁到腕部（尺骨茎突）的水平距离，见图2-5（c）。
测量方法：被测者坐或挺直站立，背靠墙壁，上臂自然下垂。双肘触墙，两前臂呈水平。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
h.肩宽（两肩峰点宽）
说明：两肩峰点之间的直线距离，见图2-5（d）。
测量方法：被测者坐或站立，身体挺直，双肩放松。
测量仪器：大直脚规或大弯脚规。
i.肩最大宽（两三角肌间）
说明：左右上臂三角肌最外突出点之间的直线距离，见图2-6（a）。
图2-6 被测者坐姿时的测量项目（i～l项）
测量方法：被测者坐或站立，身体挺直，双肩放松。
测量仪器：大直脚规或大弯脚规。
j.两肘间宽
说明：两肘部外侧面之间的最大水平距离，见图2-6（b）。
测量方法：被测者坐或站立，身体挺直，两上臂自然下垂并轻靠体侧，两前臂水平弯屈且彼此平行，并与地面平行。测量时，不压迫肘部肌肤。
测量仪器：大直脚规或大弯脚规。
k.臀宽（坐姿）
说明：臀部两侧最宽部位的宽度，见图2-6（c）。
测量方法：被测者坐着，两大腿完全由坐面支撑着，小腿自然下垂，两膝盖并拢，测量时不能压迫臀部肌肤。
测量仪器：大直脚规或大弯脚规。
l.小腿加足高（腘高）
说明：膝部弯成直角，从足底面到膝弯屈处的大腿下面的垂直距离，见图2-6（d）。
测量方法：坐姿测量时，被测者大腿和小腿弯成直角；立姿测量时，则将足搁放在升高的平台上，移动测高仪的滑动臂轻靠股二头肌的肌腱。
测量仪器：人体测高仪。
m.大腿厚（坐姿）
说明：从坐面到大腿最高点的垂直距离，见图2-7（a）。
图2-7 被测者坐姿时的测量项目（m～q项）
测量方法：被测者躯干挺直，膝部弯成直角，双足平放在地面。
测量仪器：人体测高仪。
n.膝高（坐姿）
说明：从地面到髌骨上缘最高点的垂直距离，见图2-7（b）。
测量方法：被测者躯干挺直，膝部弯成直角，双足平放在地面。
测量仪器：人体测高仪。
o.腹厚（坐姿）
说明：坐在坐面时，腹部前后最突出部的最大水平直线距离，见图2-7（c）。
测量方法：被测者躯干挺直，双臂自然下垂。
测量仪器：人体侧高仪（大直脚规）。
p.乳头点处胸厚
说明：在乳头点水平胸部的最大厚度，见图2-7（d）。
测量方法：被测者坐着或站立，女子戴普通胸罩，双臂自然下垂。
测量仪器：大直脚规。
q.臀-腹厚（坐姿）
说明：腹部最向前突处与臀部最向后突处之间最大的投影厚度，见图2-7（e）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿完全由坐面支撑着，小腿自然下垂，臀部最后点靠在一垂直板，测量从垂直板到腹部最向前突处的距离。
测量仪器：人体测高仪。
③特定体部的测量项目14项
a.手长
说明：从桡骨茎突和尺骨茎突之间的掌面连线到中指指尖点的垂直距离，见图2-8（a）。
图2-8 特定体部的测量项目（a～d项）
测量方法：被测者前臂水平，手伸直，四指并拢，掌心向上。两个茎突连线的测点大致在腕部皮肤皱纹的中间。
测量仪器：直脚规。
b.掌长
说明：从桡骨茎突和尺骨茎突的掌面连线到中指近位的掌面皱纹之间的垂直距离，见图2-8（b）。
测量方法：被测者前臂水平，手伸直，四指并拢，掌心朝上。在手的掌面进行测量。
测量仪器：直脚规。
c.手宽
说明：在第Ⅰ～Ⅴ掌骨头水平处，掌面桡尺两侧间的投影距离，见图2-8（c）。
测量方法：被测者前臂水平，手伸直，四指并拢，掌心朝上。
测量仪器：直脚规。
d.食指长
说明：从第Ⅰ指的指尖到该指近位掌面的指皱褶之间的距离，见图2-8（d）。
测量方法：被测者前臂水平，掌心朝上，手平伸，手指分开，测量在手的掌面进行。
测量仪器：直脚规。
e.食指近位宽
说明：中节指骨和近节指骨之间关节区的内侧面与外侧面之间的最大距离，见图2-9（a）。
图2-9 特定体部的测量项目（e～h项）
测量方法：被测者前臂水平，掌心朝上，手平伸，四指分开。
测量仪器：直脚规。
f.食指远位宽
说明：中节指骨和远节指骨之间关节区的内侧面与外侧面之间的最大距离，见图2-9（b）。
测量方法：被测者前臂水平，掌心朝上，手平伸，四指分开。
测量仪器：直脚规。
g.足长
说明：足跟的后部到最长趾（第Ⅰ或第Ⅱ趾）的趾尖之间的最大距离，测量时注意与足的纵轴平行，见图2-9（c）。
测量方法：被测者站立，体重均匀分布于双足。
测量仪器：人体测高仪。
h.足宽
说明：足的内外侧间与足纵轴相垂直的最大距离，见图2-9（d）。
测量方法：被测者站立，体重均匀分布于双足。
测量仪器：弯脚规。
i.头长
说明：眉间点和枕后点之间的直线距离，见图2-10（a）。
图2-10 特定体部的测量项目（i～k项）
测量方法：头的位置不影响测量。
测量仪器：弯脚规。
j.头宽
说明：两耳上方与正中矢状面相垂直的头部的最大宽度，见图2-10（b）。
测量方法：头的位置不影响测量。
测量仪器：弯脚规。
k.形态面长
说明：鼻梁点和须下点之间的距离，见图2-10（c）。
测量方法：被测者自然闭嘴，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：直脚规。
l.头围
说明：由眉间点绕过枕后点的最大水平周长，见图2-11（a）。
图2-11 特定体部的测量项目（l～n项）
测量方法：软尺放在眉间点经枕后点绕头一周，测量时头发包含在内。
测量仪器：软尺。
m.头矢状弧
说明：从眉间点经过头顶到枕外隆突点的弧长，见图2-11（b）。
测量方法：软尺放在眉间点沿着头顶到枕外隆突点，测量时头发包含在内。
测量仪器：软尺。
n.耳屏间弧
说明：从一侧耳屏点越过头的冠状面到另一侧耳屏点的弧长，见图2-11（c）。
测量方法：软尺贴在头的一侧耳屏点越过冠状面到另一侧耳屏点。测量时，头发包含在内。
测量仪器：软尺。
④功能测量项目13项
a.墙-肩距
说明：从垂直面到肩峰点的水平距离，见图2-12（a）。
图2-12 功能测量项目（a～d项）
测量方法：被测者挺直站立，肩脚部和臂部紧靠一垂直面，双肩对该垂直面的压力相等，手臂完全水平前伸。
测量仪器：人体测高仪。
b.上肢执握前伸长
说明：被测者双肩靠在垂直面时，从垂直面到手的握轴的水平距离，见图2-12（b）。
测量方法：被测者挺直站立，肩脚部和臀部紧靠一垂直面，一只手臂水平前伸，手握握棒，其轴垂直。
测量仪器：人体测高仪。测量所握的握棒直径为20mm。
c.肘-握轴距
说明：肘弯屈成直角时，从上臂肘部的后面到握轴的水平距离，见图2-12（c）。
测量方法：被测者坐着或站立，上臂自然下垂，手握握棒，使其轴垂直。
测量仪器：人体测高仪。测量握棒的直径为20mm。
d.拳（握轴）高
说明：从地面到拳的握轴的垂直距离，见图2-12（d）。
测量方法：被测者双脚并拢挺直站立，肩部放松，双臂自然下垂，手握握棒，棒轴水平平行于矢状面方向。
测量仪器：人体测高仪。握棒的直径为20mm。
e.前臂-指尖距
说明：从上臂肘部的后面到指尖点的水平距离，肘部弯屈呈直角，见图2-13（a）。
图2-13 功能测量项目（e～h项）
测量方法：被测者躯干挺直，上臂下垂，前臂水平，手前伸。
测量仪器：人体测高仪（大直脚规）。
f.臀-腘距
说明：从膝部后腘窝处到臀部最后点的水平距离，见图2-13（b）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿完全放在座椅面，座椅面尽可能伸靠膝后腘窝，小腿自然下垂。
用垂直于座椅面的测量木块抵触臀部最向后的突出点，测量从测量木块到座椅面前缘的距离。
测量仪器：人体测高仪，测量木块。
g.臀-膝距
说明：自膝盖的最前点到臀部的最后点的水平距离，见图2-13（c）。
测量方法：被测者躯干挺直，两大腿完全放在座椅面，座椅面尽可能伸靠膝后腘窝，小腿自然下垂用垂直于座椅面的测量木块抵触臀部最向后的突出点，测量从测量木块到膝盖最前点的距离。
测量仪器：人体测高仪，测量木块。
h.颈围
说明：甲状软骨凸下缘点处的颈部围长，见图2-13（d）。
测量方法：被测者躯干挺直，头以法兰克福平面定位。
测量仪器：软尺。
i.胸围
说明：在乳头水平测量的胸部围长，见图2-14（a）。
图2-14 功能测量项目（i～m项）
测量方法：被测者双足并拢，挺直站立。两手臂自然下垂，妇女戴普通乳罩。
测量仪器：软尺。
j.腰围
说明：在最下的肋骨和上骼嵴中间处的躯干水平围长，见图2-14（b）。
测量方法：被测者双足并拢，挺直站立，腹肌要放松。
测量仪器：软尺。
k.腕围
说明：手伸直时，在桡骨茎突和尺骨茎突水平的腕部围长，见图2-14（c）。
测量方法：被测者前臂保持水平，手展开且手指伸直。
测量仪器：软尺。
l.大腿围
说明：大腿最大的围长，见图2-14（d）。
测量方法：被测者站立，用软尺紧靠臀褶下方水平环绕大腿测得的围长。
测量仪器：软尺。
m.腿肚围
说明：小腿肚的最大围长，见图2-14（e）。
测量方法：被测者站立，用软尺水平地绕过小腿肚测得的最大围长。
测量仪器：软尺。
2.1.3 人体测量的主要仪器与测量方法
（1）人体测量的主要仪器
人体工学在人体测量方面，所采用的仪器有医用磅秤、软卷尺、角度计、量足仪、坐高椅、人体测量用三角平行规、人体测量用弯脚规、人体测量用直脚规、人体测高仪等。通用的人体测量可采用一般人体测量的有关仪器，实际上，我国对人体尺寸测量仪器已有专门的制订标准。国家标准GB/T 5704—2008规定了直接测量法常用人体测量仪器的结构、测量范围、技术要求、检定规程以及包装与标志测量条件，被推荐的测量条件应与所有测量的数字结果同时记录，并建议对测量项目和过程进行拍照并详细描绘。
①人体测高仪 人体测高仪用于测量身高、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体各部位高度尺寸。
人体测高仪的技术标准在国标GB 5704—2008中已有明确规定，该人体测高仪可以读取精确度为1mm的数值，人体高度尺寸范围在0～1996mm的数值。
人体测高仪由直尺、固定尺座、活动尺座、弯尺、主尺杆和底座组成，如图2-15所示。主尺杆由相互连接的四节金属管（每节长500mm）及固定装配在第一节金属管顶端的固定尺座组成。各金属管末端可加注适当标记，以便连接。
图2-15 人体测高仪
1—直尺；2—固定尺座；3—管型尺框；4—活动尺座； 5—弯尺；6—主尺杆；7—底座
固定尺座为被固定安装在第一节金属管顶端的尺座，第一节金属管与固定尺座装配固定后的总长度为510mm，固定尺座内可插入直尺或弯尺。
活动尺座为可以沿主尺杆作上、下活动的尺座，可插入直尺或弯尺。活动尺座上有一管形尺框，其上开有一长方形小窗，小窗上缘与插在活动尺座中的直尺或弯尺的下缘处于同一水平面，小窗上缘是用直尺测量的读数（测量值）位置。底座为使主尺杆保持与地面相垂直的辅助构件。
直尺共两支，若将一支直尺插入活动尺座内，则可用于测量人体的各种高度；若将两支直尺分别插入固定尺座及活动尺座内，与第一、第二节金属管配合使用时，即构成圆杆直脚规，可测量人体各种宽度。
弯尺共两支，若将两支弯尺分别插入固定尺座和活动尺座内，与第一、第二节金属管配合使用时，即组成圆杆弯脚规，可测量人体各种宽度和厚度。
②人体测量用弯脚规 弯脚规能直接测量到直尺所不能测量的两点间的距离，如测量胸厚、肩宽等部位的尺寸。
弯脚规的形式按量脚的端部形状的不同分为椭圆体型（Ⅰ型）、椰尖端型（Ⅱ型）两种，其测量范围均为0～300mm，弯脚规的分度值为1mm，如图2-16所示。
图2-16 弯脚规
1—弯脚；2—主尺；3—尺框
③人体测量直脚规 直脚规可以测量两点间的直线距离，尤其是适用于测量距离较短的不规则部分的宽度和直径，如测量耳、脸、手、足等部分的尺寸。
直脚规由固定直脚、活动直脚、主尺和尺框等组成。
直脚规根据有、无游标读数分为两种形式。Ⅰ型无游标读数，Ⅱ型有游标读数。Ⅰ型直脚规又根据测量范围不同，分为ⅠA及ⅠB型两种。直脚规结构、形式见图2-17和表2-1。
图2-17 直脚规
1—固定直脚；2—活动直脚；3—尺框；4—主尺
表2-1 直脚规主要参数 单位：mm
注：分辨力适用于带数字显示的直脚规。
④三脚平行规 三脚平行规的形式，按量脚形状的不同，分为Ⅰ型（直角型）和Ⅱ型（弯脚型）两种（图2-18），其测量范围和游标分度值应符合表2-2的规定。
图2-18 三脚平行规
1—固定量脚；2—竖尺；3—活动尺框； 4—主尺；5—尺框；6—活动量脚
表2-2 三脚平行规主要参数 单位：mm
⑤软尺 用来测量身体围长或弧长。要确定一个人坐姿时臀部最向后的突出点，需使用一边长为200mm的立方体测量块。要确定抓握测量项目可使用一个直径为20mm的握棒。
（2）人体测量的主要方法
人体测量的主要方法有三种，一是普通测量法，二是摄像法，还有三维数字化人体测量法。
①普通测量法 普通人体测量仪器可以采用人体测高仪、直角规、弯角规、三脚平行规、软尺、测齿规、立方定颅器、平行定点仪器等一般的人体生理测量的有关仪器。它主要用来测量人体构造尺寸，其数据处理采用人工输入与计算机处理相结合或人工处理处理的方式。此种测量方法具有一定的适用性，因其成本低廉，但该测量方法也存在弊端，不仅耗时耗力，数据处理容易出错，而且数据应用不灵活。
②摄像法 在人体测量中，最常使用的是照相机或摄像机等作投影测量的方法，因其方法避免了人体功能尺寸随着姿势而变化，一般测量法难以测得较准确结果的弊端。
③三维数字化人体测量法 三维数字化测量有多种测量方法，要根据所需速度、精度和价格确定合适的方式。例如，手动接触式、手动非接触式、自动接触式、自动非接触式等。
随着计算机技术和三维空间扫描仪技术的发展，目前，为精确地获取三维人体图像模型，可以采用三维人体扫描仪。以VITUS SmartXXL为例，基于激光光学三角测量的原理，应用激光光学三角测量技术，可以高精确地进行无接触式三维人体测量，如图2-19所示。VITUS Smart LC扫描仪从被测人体的左、右、后三个方向进行同步扫描，从而获取360°的三维人体数据模型。VITUS Smart LC扫描仪采用了一整套新的更可靠的校准方法和新设计的硬件技术，保证在更大的测量范围空间进行扫描的高精确性，人体从上到下的扫描时间小于12s。这项技术广泛应用在多个领域，比如服装三维设计、服装三维虚拟试衣、服装量身订制、制服生产和库存管理、工效学研究、大规模人体基础尺寸调查、三维动画设计、三维雕刻、逆向工程、医疗体育等领域等。
图2-19 无接触式三维人体测量
2.1.4 人体测量数据的统计处理
由于群体中个体与个体之间存在差异，人体测量中的被测者通常只是一个特定群体中较少量的个体，因此，不能只根据少量个体的尺寸而进行设计，而对于群体中的个体一一测量又不具有现实性。为了获得设计所需的群体尺寸，则必须对通过测量个体所得到的测量值进行统计处理，以便使测量数据能反映该群体的特征。
下面是数据统计处理的几个主要参数。
（1）均值
表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，该值称为平均值，简称均值。均值是描述测量数据位置特征的值，可以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情况［式（2-1）］。如果有n个样本测量值（x1，x2，…，xn），其均值为：
（2-1）
式中 
——均值；
n——样本容量；
xi——第i个样本的测量值。
（2）样本方差
描述测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值称为方差。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。对于均值为的n个样本测量值：x1，x2，…，xn，其方差S2的定义为：
（2-2）
式中 S2——样本方差；
——均值；
n——样本容量；
xi——第i个样本测量值。
（3）标准差
标准差表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度，由方差的计算公式（2-2）可知，方差的量纲是测量值量纲的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方根，即采用标准差来说明测量值对均值的波动情况。所以方差的平方根SD称为标准差。对于均值为
的n个样本测量值x1，x2，…，xn，其标准差SD的一般计算式为：
（2-3）
式中 SD——标准差。
用“标准差”作为尺寸的调整量，标准差大，表示各变数分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。一般只能根据需要按一部分人体尺寸进行设计，这部分尺寸占整个分布的一部分，这部分被称为适应度，又称满足度。
（4）抽样误差
抽样误差又称为标准误差，即全部样本均值的标准差。在实际测量和统计分析中，总是以样本推算总体，而在一般情况下，样本与总体不可能完全相同，其差别就是由抽样引起的。抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大，反之，说明其差别小，即均值的可靠性高。概率论证明，当样本数据列的标准差为SD，样本容量为n时，则抽样误差
的计算式为：
（2-4）
由式（2-4）可知，均值的标准差要比测量数据列的标准差SD小
倍。当测量方法一定时，样本容量越多，则测量结果精度越高。因此在可能范围内增加样本容量，可以提高测量结果的精度。
（5）百分位数
百分位数表示人体尺寸的等级，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。正态分布的密度函数：
（2-5）
式中 f（x）——曲线的纵坐标值（频数或频率）；
x——曲线的横坐标值（人体尺寸值）；
σ——均方差；
μ——人体尺寸平均值；
π——圆周率（约为3.1416）；
e——自然对数底（e=2.7183）。
将上述函数式按高等数学函数作图法进行作图，即为正态分布的概率密度曲线（图2-20）。
图2-20 正态分布概率密度曲线
虽然正态分布图并不能完全正确地反应人体尺寸，但一般情况下，在进行近似计算的时候，仍采用正态分布曲线。正态分布曲线中，以将各值出现的频数作纵坐标，人体测量尺寸作横坐标。
由于人体尺寸不是某一确定的数值，它会有很大的变化，并且分布于一定的范围内，如亚洲人的身高处于151～188cm这个范围，而设计时只能用一个确定的数值。譬如某单位定做工作服，如果按全体人员的平均尺码定做，也只能适应那些接近平均身材的人，而不能满足特殊体型人的要求。
百分位表示具有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。确定使用人体尺寸的一个数值是百分位的方法要解决的问题。百分位的直观意义为图2-21中阴影部分的面积。正态分布概率密度曲线下的全部面积为100%。
图2-21 百分位的直观意义
最常用的有P5、P50、P95三个百分位数。其中P5被称为小百分位数，P95被称为大百分位数，P50其实就是均值，代表中百分位数。大部分的人体测量数据是按百分位表达的，即把研究对象分成100份，根据一些指定的人体尺寸项目（如身高），按从最小到最大的顺序排列，进行分段，每一段的截至点即为一个百分位。例如若以身高为例。第5百分位（P5）的尺寸表示有5%的人身高小于等于这个尺寸。换句话说就是有95%的人身高高于这个尺寸，它表示身材较小的。例如，我国成年男子身高尺寸的第5百分位数为1583mm，它表示我国女子中有5%的人身高小于等于1484mm，而有95%的人身高高于1484mm。这一年龄组男性成人有5%的身高小于等于1583mm，大于1583的人数占95%。
第95百分位（P95）的尺寸则表示有95%的人的身高小于等于这个尺寸，即有5%的人高于此值，具有更高的身高，它表示身材较高的。我国成年女子身高尺寸第95百分位数为1659mm，它表示一年龄组女性成人身高有95%小于等于1659mm，而只有5%的人身高大于1659mm。
第50百分位（P50）为中点，表示把一组数平分成两组，较大的有50%，较小的有50%。第50百分位的数值可以说接近平均值。例如，我国成年男子身高尺寸的第50百分位数为1678mm，它表示我国男子的平均身高为1678mm。
设计上满足所有人的要求是不可能的，但必须满足大多数人。所以必须从中间部分取用能够满足大多数人尺寸的数据作为依据，因此一般都是舍去两头，只涉及中间90%、95%或99%的大多数人，只排除少数人。应该排除多少取决于排除的后果情况和经济效果。如果某设计对身高的考虑是要满足90%的人的身高，那么它就应取第5百分位到第95百分位范围之间的数据。通常在不涉及使用者健康和安全时，选用适当偏离极端百分位的第5百分位和第95百分位做界限值，当身体尺寸在界限以外的人使用会危害健康时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。如紧急出口（99%）使用者与紧急制动杆距离应1%。由人体身高决定的产品（门、船舱口、床，通道，担架等）尺寸应以第99百分位即按大尺寸设计，由人体某些部分尺寸决定的物体如取决于腿长的坐平面高度，其尺寸应以第五百分位，即小尺寸设计，通常情况下，紧急出口的尺寸应取第95百分位或第99百分位，以便高个子的人能出得去，而公共汽车上拉手的高度尺寸则应取5百分位或2.5百分位，以便个子小的人能够得着。而门铃、插座、电灯开关的安装高度以及营业柜台高度等这类具有普遍性的场合应以第50百分位数值为依据。
（6）人体测量数据的统计处理
求某百分位数人体尺寸：工程上常用百分位数的大小表示涉及范围，百分位数越大表示涉及的范围越大，通用性越广。百分位数的大小和人体尺寸涉及范围之间存在一定的对应关系。在人体工学中可以根据均值和标准差SD来计算某百分位数人体尺寸，或计算某一人体尺寸所属的百分位数。
当已知某项人体测量尺寸的均值为，标准差为SD，需要求任一百分位的人体测量尺寸Xa时，可用公式计算：
式中 Xa——第a百分位的人体测量尺寸；
——均值；
SD——标准差；
K——变换系数。设计中常用的百分比值与变换系数K的关系见表2-3。
表2-3 百分比值与变换系数的关系
