本發(fā)明涉及文胸設計技術領域，特別是涉及一種基于因子分析和系統(tǒng)聚類的乳房形態(tài)分類方法。

背景技術：

女性乳房形態(tài)是文胸結(jié)構(gòu)設計的基礎。不管文胸款式設計的有多漂亮，如果文胸結(jié)構(gòu)與乳房形態(tài)不匹配，就不能為乳房提供有效的支撐。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高及社會環(huán)境的變化，女性消費者的體型也不斷改變。研究調(diào)查得出，70％-100％的女性穿著錯誤尺寸的文胸。因此對女性乳房形態(tài)進行正確評價有助于改善文胸樣板結(jié)構(gòu)設計。

目前的研究，主要通過胸部的寬度、圍度、深度或體表長度、體積等對乳房形態(tài)進行研究，但都沒有具體研究乳房角度對乳房形態(tài)的影響，并不能直接有效地表達乳房的形態(tài)。況且有的變量過多，有的變量不易測量，且變量的測量結(jié)果因為系統(tǒng)的算法不同而不同。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于因子分析和系統(tǒng)聚類的乳房形態(tài)分類方法，能夠直接有效地對乳房形態(tài)進行分類。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于因子分析和系統(tǒng)聚類的乳房形態(tài)分類方法，包括以下步驟：

(1)收集人體測量項目數(shù)據(jù)，并建立人體數(shù)據(jù)庫；

(2)選擇六個與乳房相關的基礎人體測量項目數(shù)據(jù)，并根據(jù)其余人體測量項目數(shù)據(jù)與基礎人體測量項目數(shù)據(jù)之間線性關系的強弱程度確定基礎變量；

(3)利用因子分析的方法在基礎變量中選出表征乳房形態(tài)變量；

(4)采用系統(tǒng)聚類的方法確定內(nèi)外乳點角、上乳房角和乳房深作為表征乳房的參數(shù)；

(5)基于內(nèi)外乳點角、上乳房角和乳房深對乳房的形態(tài)進行分類。

所述步驟(1)中采用三維掃描的方式收集人體測量項目數(shù)據(jù)。

所述步驟(2)中采用皮爾森相關分析法得到其余人體測量項目數(shù)據(jù)與基礎人體測量項目數(shù)據(jù)之間線性關系的強弱程度。

所述步驟(2)中六個與乳房相關的基礎人體測量項目數(shù)據(jù)為：胸圍、下胸圍、胸深、乳房寬、乳房深和乳寬比率。

所述步驟(3)中在因子分析時，根據(jù)最大四次方值矩陣旋轉(zhuǎn)方法，使用主成分法提取因子，對初等因子載荷矩陣進行具有kaiser標準化的正交旋轉(zhuǎn)，得到若干因子；從各個因子中選取絕對值大的相關系數(shù)，并結(jié)合專業(yè)知識選出表征乳房形態(tài)變量。

所述步驟(4)具體為：選擇“最遠鄰元素”作為聚類方法，“pearson相關性”作為測度變量間相似性的方法，對選出的表征乳房形態(tài)變量進行系統(tǒng)聚類分析；由相關矩陣、樹狀圖及專業(yè)知識將變量分為五類；計算五類中各個變量的相關指數(shù)，根據(jù)相關指數(shù)的大小，結(jié)合測定的難易程度及專業(yè)知識，從各類中選出一個變量作為表征乳房形態(tài)的變量；根據(jù)聚類進程表的原理，得出確定內(nèi)外乳點角、上乳房角和乳房深作為表征乳房的參數(shù)。

所述步驟(5)中，所述上乳房角從人體側(cè)面的角度表征乳房整體的立體形態(tài)；所述上乳房角越大，乳房越聳立，上乳房角越小，則越扁平；所述內(nèi)外乳點角和乳房深表示乳房細部立體和豐滿程度，所述內(nèi)外乳點角一定時，乳房深越大，則乳房越挺立，隆起程度越大，乳房深值越小，則乳房越扁平；所述乳房深一定時，內(nèi)外乳點角越小，乳房越挺立，內(nèi)外乳點角越大，乳房越扁平。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明利用統(tǒng)計學中的因子分析和系統(tǒng)聚類分析相結(jié)合的方法，對表征乳房形態(tài)參數(shù)進行簡化，同時又全面有效地表述乳房形態(tài)，從而直接有效地對乳房形態(tài)進行分類。本發(fā)明只需對女性的人體進行掃描，測量人體三個參數(shù)的數(shù)據(jù)，即可從側(cè)面和乳房細部兩個角度全面合理地判斷女性的乳房形態(tài)。因此，本發(fā)明可以很好地應用到實體店及網(wǎng)上購買文胸的參考標準，同時，也可以對大量人體進行采集，直接應用基于乳房角度的參數(shù)對乳房形態(tài)進行分類，即可了解當?shù)貐^(qū)或當代女性的乳房形態(tài)，對改進文胸樣板結(jié)構(gòu)有指導作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是13個變量的系統(tǒng)聚類的樹狀圖和冰柱圖，其中(a)為樹狀圖，(b)為冰柱圖；

圖3是4個變量的系統(tǒng)聚類的樹狀圖和冰柱圖，其中，(a)為樹狀圖，(b)為冰柱圖；

圖4是上乳房角α的直方圖；

圖5是以上乳房角α為參數(shù)的分類圖；

圖6是以β/h為參數(shù)的分類圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實施方式涉及一種基于因子分析和系統(tǒng)聚類的乳房形態(tài)分類方法，如圖1所示，包括以下步驟：收集人體測量項目數(shù)據(jù)，并建立人體數(shù)據(jù)庫；選擇六個與乳房相關的基礎人體測量項目數(shù)據(jù)，并根據(jù)其余人體測量項目數(shù)據(jù)與基礎人體測量項目數(shù)據(jù)之間線性關系的強弱程度確定基礎變量；利用因子分析的方法在基礎變量中選出表征乳房形態(tài)變量；采用系統(tǒng)聚類的方法確定內(nèi)外乳點角、上乳房角和乳房深作為表征乳房的參數(shù)；基于內(nèi)外乳點角、上乳房角和乳房深對乳房的形態(tài)進行分類。

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明利用統(tǒng)計學中的因子分析和系統(tǒng)聚類分析相結(jié)合的方法，對表征乳房形態(tài)參數(shù)進行簡化，同時又全面有效地表述乳房形態(tài)，從而直接有效地對乳房形態(tài)進行分類。

下面以對267個女性乳房形態(tài)分類的實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。

(1)人體測量項目數(shù)據(jù)的收集

將測量項目定義為體型整體形態(tài)(高度、圍度、左右寬度、前后厚度、體表長度、角度)和胸部細部測量項目等104個人體測量項目。采用美國[tc]三維掃描儀對267位年齡在18-35歲之間的女性進行三維掃描以獲得人體三維點云數(shù)據(jù)。對每個人體提取104個測量項目的數(shù)據(jù)，建立人體數(shù)據(jù)庫m。

(2)研究基礎變量的確定

選擇與乳房相關的6個基礎測量項目：胸圍、下胸圍、胸深、乳房寬、乳房深和乳寬比率(depthwidthratio,dwr)，使用皮爾森相關分析法研究其余98個與6個基礎測量項目之間線性關系的強弱程度。

皮爾森積矩相關公式：

式(1)中，分別是變量x和y的均值；xi、yi分別是變量x和y的第i個觀測值，rxy為變量x和y的相關性。

根據(jù)分析，可以刪除30個與以上6個乳房基本測量項目中的任何一個都不相關的測量項目，然后刪除身高等10個與乳房形態(tài)明顯不相關的高度測量項目，最終得到64個測量項目作為研究的基礎變量。

(3)表征乳房形態(tài)變量的選取

1)人體測量數(shù)據(jù)的單位矩陣檢驗及偏相關性檢驗。

267個實驗者，每個實驗者共有64個變量，構(gòu)成267×64階的人體數(shù)據(jù)矩陣：

在spss軟件中對數(shù)據(jù)進行bartlett球形度檢驗和kmo(kaisex-meyer-olkin)分別檢驗數(shù)據(jù)是否適合作因子分析及因子分析效果是否好。如果發(fā)現(xiàn)不適合，則返回上一步驟重新選擇基礎變量。

2)在因子分析模塊，基于相關矩陣，根據(jù)最大四次方值矩陣旋轉(zhuǎn)方法，使用主成分法提取因子，對初等因子載荷矩陣進行具有kaiser標準化的正交旋轉(zhuǎn)，得到8個因子。得到8個因子。通過模型x＝af+ε，矩陣形式如下：

式(2)中，x是觀測變量，aij為因子載荷，f1,f2,…,f8是公共因子,εi是特殊因子。

3)從各個因子中選取絕對值較大的相關系數(shù)，結(jié)合專業(yè)知識，選擇13個表征乳房形態(tài)的變量：內(nèi)外乳點角、乳房深、乳點-內(nèi)緣點距、dwr、乳房內(nèi)弧長、下胸圍、外緣點-下緣點距、下乳房角、乳點側(cè)長、乳點高、下乳房傾斜角、上乳房角和乳房豐滿度。

其中，內(nèi)外乳點角為內(nèi)緣點、外緣點和乳點組成的三角形的乳點角；乳房深為直線連接乳房內(nèi)、外緣點，乳點到該線的垂直距離；乳點-內(nèi)緣點距為乳點至內(nèi)緣點的直線距離；dwr為乳房深與乳房寬(內(nèi)緣點至外緣點的直線距離)比率；乳房內(nèi)弧長為乳點至內(nèi)緣點的體表長度；下胸圍為經(jīng)過乳房下緣點的水平圍長；外緣點-下緣點距為外緣點至下緣點直線距離；過腰圍線位前中心點(cwlp)向上作垂直于水平面的射線l，下乳房角為乳點與cwlp的連線與射線l的夾角度數(shù)；乳點側(cè)長為頸側(cè)點至乳點體表實長；乳點高為從測量面到乳點的高度；下乳房傾斜角為前頸點、乳點、腰圍線位前中心點(cwlp)在人體矢狀面的投影點形成的三角形cwlp角；乳點在人體矢狀面投影點為bp＇，過前頸點向下作垂直于水平面的射線l＇，上乳房角為bp＇與前頸點的連線與射線l＇的夾角度數(shù)；乳房豐滿度為(乳點至外緣點直線距離+乳點至內(nèi)緣點直線距離)/乳房內(nèi)緣點至外緣點的直線距離。

(4)表征乳房參數(shù)的確定

選擇“最遠鄰元素”作為聚類方法，“pearson相關性”作為測度變量間相似性的方法，對步驟(3)選出的13個變量進行系統(tǒng)聚類分析。由相關矩陣、樹狀圖(如圖2(a)所示)、冰柱圖(如圖2(b)所示)及文胸專業(yè)知識將變量分為5類。5類分別為：內(nèi)外乳點角；上乳房角、下乳房傾斜角；乳房豐滿度、外緣點-下緣點距；乳點高、下胸圍；乳點側(cè)長、下乳房角、乳房內(nèi)弧長、乳點-內(nèi)緣點距、dwr、乳房深。

根據(jù)公式

(式(3)中r為指標xj與同類中其他指標的相關系數(shù)；mj為指標xj所在類的指標個數(shù))計算第五類中6個變量的相關指數(shù)。根據(jù)相關指數(shù)的大小，結(jié)合測定的難易程度及專業(yè)知識，從各類中選出一個變量作為表征乳房形態(tài)的變量。最終選擇內(nèi)外乳點角、上乳房角、外緣點-下緣點距、下胸圍和乳房深5個變量。

同時根據(jù)聚類進程表的原理，相關系數(shù)大的變量先聚成一類。本實施例的系統(tǒng)聚類中，內(nèi)外乳點角排在聚類進程表的最后一位，同時根據(jù)冰柱圖和樹狀圖的原理，如果考慮將變量分為2類，則內(nèi)外乳點角單獨為一類，另外12個變量為一類，故內(nèi)外乳點角是乳房形態(tài)分類的重要參數(shù)。同時對篩選出的另4個變量進行系統(tǒng)變量聚類分析(如圖3所示)，得出3類：表示胸部整體形態(tài)的下胸圍作為單獨一類；上乳房角度作為一類，另一類由外緣點-下緣點距和乳房深組成。因此可得出，內(nèi)外乳點角和上乳房角這兩個乳房角度變量與乳房形態(tài)的分類有密切的關系。

(5)基于乳房角度的乳房形態(tài)分類

篩選出的5個變量中，上乳房角α、內(nèi)外乳點角β和乳房深h表征乳房的立體形態(tài)。其中，上乳房角α從人體側(cè)面的角度表征乳房整體的立體形態(tài)。上乳房角α越大，乳房越聳立，α越小，則越扁平；內(nèi)外乳點角β和乳房深h對乳房細部進行描述。內(nèi)外乳點角β一定，乳房深h越大，則乳房越挺立，隆起程度越大。相反，乳房深值h越小，則乳房越扁平；乳房深h一定，內(nèi)外乳點角β越小，乳房越挺立。相反，內(nèi)外乳點角越大，乳房越扁平，由此用β/h作為變量表示乳房細部立體和豐滿程度。因此，用上乳房角α和β/h作為特征指標對乳房隆起度和豐滿程度進行定性描述。

由樣本中上乳房角α的頻數(shù)分布圖(如圖4所示)可得，α的平均值為25.37°，最大值為37.16°，最小值為13.20°。首先以上乳房角α為參數(shù)將267個乳房樣本分為a、b和c三大類，并計算出a、b、c三類乳房形態(tài)的上乳房角度的中值分別為19.90°、25.66°和31.84°(如圖5所示)。在乳房側(cè)面空間位置上，a類群體呈扁平，b類群體較聳立，c類呈聳立狀態(tài)。上乳房角α越大，則乳房的側(cè)面整體立體形態(tài)越聳立。

在乳房細部立體狀態(tài)上，以β/h為參數(shù)將a類群體細分為a1、a2、a3三類(如表1所示)，分別表示乳房細部隆起程度較大、隆起、隆起程度較小。同理將b、c群體分別分為b1、b2、b3(如表2所示)和c1、c2、c3(如表3所示)。其中b1、b2、b3的中值分別為15.60、23.39、35.70，c1、c2、c3的中值分別為16.62、25.72和39.20。圖6從乳房的橫截面角度顯示各類乳房的隆起程度。在上乳房角α相同的前提下，β/h值越小，乳房隆起越大，越聳立；β/h值越大，乳房隆起較小，越扁平。其中，女性乳房形態(tài)中bb1所占比例最大，為20.97％，即乳房整體形態(tài)較聳立，細部隆起。bb2、aa2次之，分別為19.10％、11.24％。

表1a類乳房形態(tài)分類及比例

表2b類乳房形態(tài)分類及比例

表3c類乳房形態(tài)分類及比例

由此可見，本發(fā)明只需對女性的人體進行掃描，測量人體三個參數(shù)的數(shù)據(jù)，即可從側(cè)面和乳房細部兩個角度全面合理地判斷女性的乳房形態(tài)。因此，本發(fā)明可以很好地應用到實體店及網(wǎng)上購買文胸的參考標準，同時，也可以對大量人體進行采集，直接應用基于乳房角度的參數(shù)對乳房形態(tài)進行分類，即可了解當?shù)貐^(qū)或當代女性的乳房形態(tài)，對改進文胸樣板結(jié)構(gòu)有指導作用。