보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2010-08 |
과제시작연도 |
2009 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300012309 |
과제고유번호 |
1345100470 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-08-26
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키워드 |
기능성 의복.의복압.3D 스캔.점탄성 피부 변형.피부 무변형선.시뮬레이션.유한요소해석.밀착의복.모션 캡처.functional clothing.clothing pressure.3D scan.viscoelastic skin deformation.lines of non-extension of skin.physically based simulation.FEM.tight-fit clothing.strain analysis.
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초록
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연구의 목적 및 내용
1. 연구목적
① 동작 시 인체 표면에서의 다양한 형태 변화를 측정하고, 3D 테크놀러지와 컴퓨터 공학, 기계공학적 방법론을 통하여 이론적으로 분석하는 기법을 개발하며 그 결과를 에르고노믹 맵핑으로 정보화함
② 이를 기초로 고기능성 밀착의복의 설계방법을 구체화함.
③ 최종적으로는 밀착의복에 대하여 의복-피부-근육-골관절의 유한 요소 해석을 개발하고 의복압 분포에 대한 통합적 인체-의복 시뮬레이터를 구축함으로써 추후의 고기능성 밀착의복 설계를 간소화 하는데 필요한 기반을 구축함
2. 연
연구의 목적 및 내용
1. 연구목적
① 동작 시 인체 표면에서의 다양한 형태 변화를 측정하고, 3D 테크놀러지와 컴퓨터 공학, 기계공학적 방법론을 통하여 이론적으로 분석하는 기법을 개발하며 그 결과를 에르고노믹 맵핑으로 정보화함
② 이를 기초로 고기능성 밀착의복의 설계방법을 구체화함.
③ 최종적으로는 밀착의복에 대하여 의복-피부-근육-골관절의 유한 요소 해석을 개발하고 의복압 분포에 대한 통합적 인체-의복 시뮬레이터를 구축함으로써 추후의 고기능성 밀착의복 설계를 간소화 하는데 필요한 기반을 구축함
2. 연구내용:
① 인체 동작에 따른 피부의 변형을 관찰하기 위하여 표준형, 비만형, 근육형 피험자 3인을 대상으로 조밀한 간격(3cm )으로 피부 전면에 랜드마크를 직접 표시하고 자세를 바꾸며 3D 스캐닝을 실시하였고, 무릎부위는 같은 랜드마크 지점에 발광 마커를 부착하여 동작을 하면서 모션 캡처를 하였음. 자료 분석 시에는 수많은 랜드마크 점을 다양한 각도와 길이로 연결한 후 피부변형량을 측정하는 한편, 실측 데이터를 자동으로 후처리하는 과정을 포함하여 마커들 사이 거리의 변화량으로부터 자동적으로 주변형률을 분석하는 방법과 알고리즘을 개발하고 이를 구현하였음. 이를 토대로 실제 인체를 대상으로 피부 무변형선(L ines of N on -extension), 랑거선(Langer' s line) 등을 에르고노믹 맵핑하여 인체 모델위에 표시하였음.
② 에르고노믹 맵핑 중 가장 의미있는 선을 추출하여 상하체 밀착의복의 절개선으로 사용하여 3D 밀착 패턴을 제작하였음. 밀착패턴 제작 방법의 정확성을 높이기 위한 다양한 방법을 연구하는 동시에, 소재의 신장율에 따른 패턴의 축소율 및 직조 방향(올 방향)에 따르는 패턴의 역학적 특성, 패널에 따르는 수축율의 변화등을 유도하며 의복압과 주관적 착용감을 평가하였음.
③ 점탄성 피부 변형과 의복압력 값과의 관련성을 수량화하여 추후에 점탄성 피부위에 착용한 기능성 밀착의복의 의복압을 통합적 시뮬레이터로 예측하기 위한 연구를 수행하였음.인체에 대하여는 점탄성 재료, 의복에 대하여는 선형 탄성 모델을 사용하여 밀착의복 유한요소 해석을 수행하였음. 스프링, 질량, 뎀핑 모델링과 유한 요소 두 가지 방법으로 전체 변형률, 압력 등에 대한 수치해석을 수행하고 비교하였음. 이를 위하여 접촉 문제와 함께, 3D 점탄성 인체 및 밀착의복에 대하여 FEM 공식화를 개발하고 인체의 특정 점탄성 파라미터에 대하여 인체 충돌실험으로 수치 해를 검증하였음.
연구결과
피부 무변형선은 근육형, 표준형, 비만형의 순으로 잘 나타났고 가장 중요한 선은 하체에서 L4 이었으며, 상체에서도 앞 뒤가 연결되는 흥미로운 결과를 보였음.
① 밀착형 상하의 바디 슈트, 숏 팬츠를 이용하여 소재의 신축성에 따라 적절한 패턴 축소율과 올의 배치 방법, 절개선의 방법을 알게되었음.
② 수영복과 숏 팬츠의 다리 부분에 대하여 점탄성 인체위에 입혀지는 밀착의복의 압력분포에 대한 이론 구축과 이를 활용한 의복압 예측.
③ 동작 시 피부 변형을 고려한 에르고노믹 맵핑을 제공하여 다양한 제품 설계에 활용가능.
연구결과의 활용계획
-다양한 인체를 대상으로 제시된 에르고노믹 맵핑을 참고하며 고기능성 밀착 의복을 설계 한 후, 그 효능을 인체 역학 및 생리적 반응을 연구함으로써 기능성을 검증하고자 함.
-변형률 텐서나 방향, 압박감 예측 시뮬레이터를 활용하여 열악한 환경에서의 최첨단 기능복 설계(미래형 군복, 잠수복 등)를 수행하면 좋을 것임.
-근육의 지지 및 상체 동작이 큰 밀착형 골프웨어 설계에 응용하여 피이드백 할 예정임.
Abstract
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Purpose&contents
① To develop systematic 'ergonomic mapping' on the surface deformation of human skin by 3D technology and interdisciplinary method among clothing science, computer technology and mechanical engineering
② To develop design process of high performance tight-fit clothing
③ To
Purpose&contents
① To develop systematic 'ergonomic mapping' on the surface deformation of human skin by 3D technology and interdisciplinary method among clothing science, computer technology and mechanical engineering
② To develop design process of high performance tight-fit clothing
③ To provide a cloth-human body simulator that allows scientific estimation of dynamic clothing-pressure distribution considering the movement of the soft body
Result
In this study we have analyzed the detailed skin deformation on body surfaces of several postures to extract functional surface body line by 3D scanning of three male subjects. Prior to the scanning we have placed color markers with regular distances (3cm) or reflective markers, in case of motion capture devices on their skin surfaces. We have analyzed the data by connecting markers with lines of various lengths and angles in order to measure the degree of skin deformation. In parallel, we have developed numerical algorithms and softwares to automatically perform strain analysis by post-processing data and tracking the distance change among markers. From these, we have induced functional body lines such as Linees of Non-extension and Langer's line on real human skins, which will result in understanding the characteristics of body deformations for another subjects in future.
FE analysis in the human body cloth simulation was done using the visco-elastic materials for human body together with the linear elastic model for the tight-fitting cloth. Numerical study for resultant displacement, contact pressure, etc.for the tight-fitted rigid and deformable cloth-body systems were carried out and compared by two approaches, i.e., spring-mass-dashpot modeling and explicit finite element method.
As an application of ergonomic mapping, major cutting lines for tight-fitted body suit were selected. Interaction among stretch properties of textiles, the way of pattern alteration and corresponding body pressure were investigated. Actual interdisciplinary cooperation among three disciplines of clothing science, computer science and mechanical engineering was validated in the empirical and theoretical study of deforming pants and swim wear worn over hard type manikin as well as human subjects.
Expected Contribution
① provide information with cutting lines, pressure distribution for the design of high performance clothing
② implement theoretical base for the deformation of skin and tight fitted clothing
③ applicable to the functional design process of various commercial products by providing with ergonomic mapping.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서(제출용) ... 1
- 목 차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 47
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 47
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 48
- 7. 본 과제 관련 주관연구책임자 연구실적 ... 49
- 8. 참고 문헌 ... 49
- 9. 연구 성과 ... 52
- 10. 기타사항 ... 60
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 61
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