3차원 바디 스캐닝과 프린팅을 이용한 중년 여성의 선 자세와 앉은 자세 드레스폼 개발

Abstract

본 연구는 3차원 바디 스캐닝과 3차원 프린팅 기술을 활용하여 중년 여성의 선 자세와 앉은 자세 체표 변화를 고찰하고, 중년 여성용 선 자세 및 앉은 자세 드레스폼을 개발하고자 하였다. 연구 방법으로는 먼저 중년 여성의 체형 특성 파악을 위해 제6차 Size Korea 중장년층 3차원 인체계측 데이터를 분석하였으며, 젊은 여성과 비교한 중년 여성의 체형 특성 및 중년 여성의 연령에 따른 체형 변화를 분석하였다. 다음으로 40-59세 중년 여성 연구대상자 16명을 모집하여 3차원 바디 스캔을 통해 선 자세와 앉은 자세의 3차원 인체 형상을 획득하였다. 3차원 인체 형상 데이터는 후처리 후 3차원 모델링 및 역설계 소프트웨어를 사용하여 3차원 계측을 실시하였으며, 중년 여성의 선 자세와 앉은 자세 체표 변화를 분석하였다. 중년 여성용 드레스폼 제작을 위한 대표 체형 연구대상자 1명을 선정하여 선 자세와 앉은 자세 인체 형상을 드레스폼 형태로 모델링하고 3차원 프린터로 출력하였다. 후가공을 거쳐 완성된 선 자세와 앉은 자세 드레스폼은 3차원 프린팅 전 모델링 및 대표 체형의 인체 형상과 비교하여 정확도를 평가하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 젊은 여성과 중년 여성의 체형 특성을 비교한 결과, 중년 여성은 신체의 수직 길이가 짧고 비율적으로 상체가 긴 경향이 있었다. 또한 허리와 배 부위의 돌출이 두드러지고 신체의 굴곡이 불분명한 체형이었으며, 둘레, 너비, 두께 등 전체적인 횡적 발달이 심화하고 젖가슴이 양쪽으로 벌어지는 경향이 있었다. 중년 여성 연령별 체형 특성을 분석한 결과 연령이 증가할수록 신체 수직 길이가 짧아지는 경향이 있었으며, 상체의 둘레와 너비, 두께는 40대보다 50대에서 더 컸다. 반면 하체의 횡적 발달과 관련된 항목은 40대에서 더 컸다. 둘째, 중년 여성 연구대상자 16명의 3차원 치수를 계측하여 선 자세와 앉은 자세 체표 변화를 Wilcoxon 비모수 검정 방법으로 분석하였다. 선 자세의 가슴 두께가 앉은 자세보다 유의하게 컸으며, 앉은 자세에서는 허리부터 엉덩이에 이르는 부위의 둘레, 너비, 두께가 유의하게 커 신체의 횡적 크기 및 측면 돌출이 심화함을 확인하였다. 앉은 자세에서 엉덩이와 넙다리 부위는 의자 표면과 닿아 횡적으로 넓어지는 형태를 보였다. 따라서 선 자세와 앉은 자세의 체표 변화가 유의함을 확인하였으며, 이러한 결과는 연구대상자의 선 자세와 앉은 자세 형상을 중합하여 분석한 결과와도 동일하였다. 셋째, 중년 여성 연구대상자 중 주요 치수가 국내 중년 여성 평균치와 근접한 대표 체형 1명을 선정하여 선 자세와 앉은 자세 체표 변화에 대한 심화 분석을 실시하였다. 일부 길이 항목을 제외하고는 전체 연구대상자의 통계 분석 결과와 유사한 경향을 보였다. 가슴 및 젖가슴 부위에서는 큰 차이를 보이지 않았으며, 허리, 배, 엉덩이 부위에서는 앉은 자세의 횡적 발달이 심화되었다. 특히 허리부터 두께가 증가하여 배 부위에서 가장 심화된 후 엉덩이에서는 그 차이가 점차 감소하는 것을 확인하였다. 주요 둘레의 횡단면 중합도 분석 결과 역시 치수 분석 결과와 유사하였으며, 앉은 자세에서 허리부터 엉덩이까지의 신체 중심이 뒤쪽으로 옮겨지는 것을 확인할 수 있었다. 넷째, 중년 여성용 선 자세와 앉은 자세 드레스폼 개발을 위하여 대표 체형 연구대상자의 인체 형상을 STL(Stereolithography) 형식으로 추출하였다. 3차원 모델링 및 메시 편집 소프트웨어를 사용하여 구멍 채움, 대칭, 표면 단순화, 얼굴과 팔다리 삭제 등의 과정을 거쳐 드레스폼의 기초 형상을 모델링하였다. 목 부위 부속 및 팔 탈착부의 고리, 다리 지지대를 추가로 모델링하여 팔의 탈착이 가능하고 쉽게 거치가 가능한 중년 여성용 드레스폼 형상을 완성하였다. 보급형 3차원 프린팅을 활용하여 주요 부위의 프로토타입을 제작하였으며, 모델링의 오류를 점검하고 보완하는 과정을 거쳤다. 실물 크기의 드레스폼 제작에는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식의 3차원 프린터인 Stratasys사의 Fortus 250MC와 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 사출재료를 사용하였다. 선 자세와 앉은 자세 드레스폼을 분할 출력 후 조립하고, 후가공과 도색 과정을 거쳐 완성하였다. 다섯째, 완성된 선 자세와 앉은 자세 드레스폼의 정확도 평가를 진행하였다. 드레스폼과 대표 체형 인체 형상의 형태적 유사성 비교 결과, 대표 체형의 형상은 스캔복의 윤곽이 뚜렷하고 인체의 골격과 요철이 뚜렷한 반면 드레스폼은 전체적으로 윤곽이 단순화되고 표면이 매끄러운 특성을 가졌다. 또한 드레스폼의 허리에서 배에 이르는 측면 돌출의 곡이 대표 체형과 일치하며, 전체적인 형상이 대표 체형과 유사하게 나타났다. 드레스폼과 3차원 프린팅 전 모델링 및 대표 체형의 치수 및 단면 비교 결과, 드레스폼과 모델링 간의 차이가 매우 미미하고 주요 부위의 횡단면이 유사하여 3차원 프린팅의 구현 정확성을 확인할 수 있었다. 드레스폼과 대표 체형 비교 결과, 드레스폼의 모델링 과정에 기인한 일부 차이가 있었으나 대표 체형의 치수 경향 및 체형적 특성을 반영함을 알 수 있었다. 드레스폼과 대표 체형의 체표 면적 및 부피 비교 결과, 형상 간 변화율이 모두 2% 미만으로 유사했다. 형상 편차 분석 결과, 중합1(드레스폼 및 모델링)의 결과는 편차가 미미하였으며, 중합2(드레스폼 및 대표 체형)은 드레스폼 모델링에 따른 일부 차이가 있었지만 대표 체형 인체 형상의 주요 굴곡을 잘 반영하고 있는 것을 알 수 있었다. 드레스폼과 대표 체형의 원피스 착의 비교 결과, 착의 이미지와 횡단면 중합도 모두 형상 간 착의 맞음새가 유사하게 나타나 3차원 바디 스캔 데이터 및 3차원 프린팅을 활용하여 정확한 치수와 체형을 반영한 드레스폼 제작이 가능함을 확인하였다. 본 연구는 동작 적합성 및 맞음새가 향상된 중년 여성용 의복 개발을 위한 자료를 제공하고, 3차원 기술을 접목하여 중년 여성의 인체 치수와 체형을 반영한 선 자세와 앉은 자세 드레스폼 개발 방법을 제시하는 데 그 의의가 있다. 본 연구의 결과는 의류 산업에서 선 자세와 앉은 자세가 모두 고려된 중년 여성용 의복을 설계하고, 중년 여성에게 적합한 드레스폼을 활용하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.;The purposes of this study were to investigate the body surface change between standing and sitting posture of middle-aged women and to develop the standing and sitting dress forms for middle-aged women using 3D body scanning and 3D printing technology. Three-dimensional anthropometric data from the 6th Size Korea was analyzed to understand the body characteristics of middle-aged women compared to young women, and the body shape change of middle-aged women according to age. Sixteen middle-aged female participants between 40-59 years old were recruited, and 3D body scanning was performed to obtain three-dimensional human shapes of these women. Three-dimensional human body shape data were measured using 3D modeling and reverse engineering software, and the measurements were used to analyze the body surface change between standing and sitting posture of middle-aged women. A representative participant was selected to develop the dress forms for middle-aged women. The 3D human body shape of the standing and sitting posture of the representative participant was modeled in the shape of the dress form, and then 3D printed. The 3D printed standing and sitting dress forms were evaluated for accuracy compared to 3D modeling and body shape of the representative participant. The results of this study are as follows: First, as a result of comparing the body characteristics of young women and middle-aged women, middle-aged women tended to have short vertical body and proportionally longer upper body. In addition, middle-aged women had a thick waist, prominent abdomen and their overall circumference, width, and thickness of the body were larger than those of young women. As a result of analyzing the body characteristics according to the age of middle-aged women, the vertical body length of the middle-aged women tended to shorten from the 40s to the 50s. The circumference, width, and thickness of the upper body were larger in their 50s than in their 40s. On the other hand, items related to lower body mass were larger in their 40s. Second, the three-dimensional dimensions of 16 middle-aged female participants were measured and the changes in standing and sitting posture were analyzed using the Wilcoxon test. The chest thickness of the standing posture was significantly larger than that of the sitting posture. In the sitting posture, the circumference, width, and thickness from the waist to the hip were increased significantly, and the lateral protrusion of the body was intensified. In the sitting position, the hip and thigh extended horizontally in contact with the surface of the chair. Therefore, it was confirmed that the body surface changes in the standing and sitting posture were significant. Third, a representative participant whose main dimensions were close to the average of Korean middle-aged women was selected, and further analysis of the body changes in standing and sitting posture was performed. Except for some length items, the results were similar to the statistical analysis of the entire participants. There was no significant difference in the chest and bust, and the lateral development of the waist, abdomen, and hip was increased in the sitting posture. In particular, it was confirmed that the difference of thickness between standing and sitting posture was larger in the waist and gradually decreased in the hip. The result of analyzing cross-sectional images of the main circumference was similar to that of measurement analysis, and the center of the body from waist to hip was moved backward in sitting posture. Fourth, the 3D body shape of the representative participant was extracted in STL format for the development of the standing and sitting dress forms for middle-aged women. 3D modeling software was used to model the basic form of the dress forms through hole-filling, symmetry, surface simplification, and deletion process. The model was further modeled with the neck standing, arm hooks, and leg support. Prototypes were 3D printed using a Cubicon Single Plus 3D printer with ABS and errors in modeling were corrected. Stratasys Fortus 250MC 3D printer and ABS materials were used for the production of full-size dress forms. After printing the standing and sitting dress forms, the divided parts were assembled and completed by post-processing and painting. Fifth, the accuracy of the 3D printed dress forms was evaluated. As a result of the comparison of the morphological similarity between the dress form and the representative human body shape, the dress form had a more simplified and smoother surface than the representative body shape. The curve of the lateral protrusion of dress forms and the representative human body was similar. As a result of the comparison of dress form with the 3D modeling and the representative body shape, the difference between the dress form and the modeling was very small and the cross-sectional images of the main parts were similar enough to confirm the accuracy of the 3D printing. As a result of the comparison between the dress form and the representative body shape, there were some differences due to the modeling process of the dress forms, but it was found that they reflected the dimensional characteristics of the representative body. As a result of comparing the surface area and volume of the dress form and the representative body, the rate of change between the shapes was less than 2%. As a result of the mesh deviation analysis, the result of mesh deviation 1 (dress form and modeling) showed that the dress forms and modeling were similar and deviation 2 (dress form and representative body) showed some differences due to the dress form modeling, but it reflected the main characteristics of the representative body shape. The fit comparison between dress form and representative body with a dress using the fitting image and the cross-sectional image was performed and showed that the fitting on dress form was similar to the representative body. This study provides meaningful data for the development of clothing for middle-aged women with improved movement suitability and fit, and suggests how to develop the standing and sitting dress forms reflecting the exact body size and shape of middle-aged women by incorporating 3D technology. The findings of this study will be helpful for designing clothing for middle-aged women with improved fit in the apparel industry and utilizing the dress forms suitable for middle-aged women.