ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Эргономика

МЕТОДОЛОГИЯ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СОВМЕСТИМЫХ С МЕЖДУНАРОДНЫМИ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ БАЗ ДАННЫХ

ISO 20685: 2010

3-D scanning methodologies for internationally compatible anthropometric databases (IDT)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2014

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН АНО «Институт безопасности труда» (АНО «ИБТ») при участии Открытого акционерного общества «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 201 «Эргономика, психология труда и инженерная психология»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 декабря 2013 г. № 2325-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20685:2010 «Методология трехмерного сканирования для разработки совместимых с международными антропометрических баз данных» (ISO 20685:2010 «3-D scanning methodologies for internationally compatible anthropometric databases»).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного национального стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

© Стандартинформ. 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТР ИСО 20685-2013

Введение

Антропометрические измерения имеют ключевое значение во многих международных стандартах. Они могут быть получены с помощью ряда приборов. Трехмерный (3-D) сканер начали применять в антропометрии относительно недавно. 3-D сканеры создают трехмерное облако точек сканирования, покрывающих тело человека, что может быть использовано при создании одежды и проектировании автомобилей, а также в области техники и медицины. В настоящее время отсутствуют стандартизированные методики для использования трехмерного облака точек сканирования в процессе проектирования В результате многие пользователи извлекают из трехмерного облака точек сканирования одномерные (1-D) данные. Настоящий стандарт рассматривает применение 3-D сканеров для сбора одномерных антропометрических данных для использования при проектировании.

В основу существующих систем сканирования заложено несколько основных технологий. К ним относят стереофотограмметрию, использование ультразвука и светового излучения (лазерного излучения, белого света и инфракрасного излучения). Программное обеспечение, которое обрабатывает данные со сканера, также различается используемыми технологиями. Кроме того, существуют значительные различия в характеристиках и производительности программного обеспечения, которое применяют для получения измерений с качеством, сопоставимым с обеспечиваемым традиционными методами.

Так как существуют принципиальные различия в применяемых технологиях, аппаратном и программном обеспечении, измерения для одного и того же человека, полученные на разных системах, могут значительно различаться. С тех пор как 3-D сканирование начали использовать для измерений таких параметров, как длина и окружность, возникла необходимость в разработке международного стандарта с тем. чтобы пользователи подобных 3-D систем могли оценить пригодность их применения для соответствующих целей.

Целью настоящего стандарта является обеспечение сопоставимости измерений тела, выполняемых в соответствии со стандартом ИСО 7250-1. но измеренных с помощью 3-D сканеров, а не с использованием традиционных антропометрических устройств, таких как измерительная лента или штангенциркуль. Кроме того, предполагается, что любая информация, полученная со сканеров в соответствии с настоящим стандартом, сможет быть загружена в международные базы данных, указанные в стандарте ИСО 15535.

ГОСТ Р ИСО 20685-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Эргономика

МЕТОДОЛОГИЯ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ СОВМЕСТИМЫХ С МЕЖДУНАРОДНЫМИ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ БАЗ ДАННЫХ

Ergonomics 3-0 scanning methodologies for internationally compatible anthropometnc databases

Дата введения — 2014—12—01

1    Область применения

Настоящий стандарт содержит правила применения трехмерных систем сканирования поверхности с целью получения информации о форме тела человека и измерения размеров, указанных в стандарте ИСО 7250-1, которые могут быть определены с помощью результатов 3-D сканирования. Настоящий стандарт не применяют к устройствам, измеряющим положение и/или движение отдельных анатомических ориентиров.

Несмотря на то, что приводимая в стандарте информация главным образом относится к сканерам всего тела, она также применима и к сканерам отдельных частей тела (сканерам головы, кистей, стоп).

Целевой аудиторией настоящего стандарта являются организации и лица, использующие 3-D сканеры в целях создания антропометрических баз одномерных данных, а также пользователи одномерных антропометрических данных, полученных с помощью 3-D сканеров. Хотя информация не предназначена специально для разработчиков и производителей указанных устройств, она будет им полезна при выполнении требований заказчиков. формирующих и использующих антропометрические базы одномерных данных.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ИСО 7250-1:2008. Эргономика. Основные антропометрические измерения для технического проектирования. Часть 1. Определения и основные антропометрические точки.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку

3    Термины и определения

В настоящем стандарте использованы следующие термины с соответствующими определениями:

Примечание - Для определений терминов, обозначающих анатомические ориентиры скелета, когда для участка кожи, расположенного над анатомическим ориентиром, существует один термин, а для самого анатомического ориентира другой, используется термин анатомического ориентира, находящегося на коже При отсутствии отдельного термина используется термин, обозначающий анатомический ориентир скелета, над которым находится кожа

3.1 трехмерный, 3-D (three-dimensional. 3-D): Находящийся в пределах трех взаимно перпендикулярных шкал, на которых могут быть измерены три координаты, х, у и z, с целью

Издание официальное

получения точного местоположения любой обозначенной анатомической точки тела в рассматриваемом пространстве.

Примечание - Многие антропометрические размеры могут быть рассчитаны на основании координат анатомических ориентиров Для измерения длины окружности иногда необходимы некоторые дополнительные точки

3.2    3-D сканер тела (3-D body scanner): Аппаратно-программный комплекс, создающий цифровые данные формы человеческого тела или его частей в трех измерениях.

3.3    программное обеспечение для обработки 3-D данных (3-D processing software): Операционная система, интерфейс пользователя, программы, алгоритмы и инструкции, связанные с трехмерной системой сканирования.

3.4    аппаратные средства 3-D сканера (3-D scanner hardware): Физические компоненты 3-D сканера и всех связанных с ним компьютеров.

3.5    точность (accuracy): Степень приближения измеряемых величин к истинному значению.

Примечание - Поскольку трудно определить точность измерений, выполненных сложными аппаратными средствами и программным обеспечением по принятым организацией ISO стандартам, в настоящем стандарте под истинными значениями понимаются значения, полученные профессиональным антропометристом с помощью традиционных инструментов, таких как измерительная лента и штангенциркуль

3.6    акромион (гребень лопатки) (acromion): Латеральный конец ости лопатки.

[ИСО 7250-1:2008.2.2.1]

3.7    анатомический ориентир (anatomical landmark): Однозначно установленная точка на теле, которая может быть использована для определения антропометрических размеров.

3.8    передняя верхняя подвздошная ость (anterior superior iliac spine): Нижняя точка гребня подвздошной кости.

3.9    антропометрическая база данных (anthropometric database): Совокупность результатов антропометрических измерений (антропометрических данных) и демографических данных, собранных и записанных для группы пюдей (выборки).

[ИСО 15535:2006. 3.8]

3.10    шейная точка (cervicale): Наибопее выступающая часть позвоночного столба на задней поверхности основания шеи (остистый отросток седьмого шейного позвонка).

Примечание - На основании стандарта ИСО 7250-1 2008. определение 2 2 5

3.11    промежностный угол (crotch level): Наружная часть нижней ветви лобковой кости стоящего человека

Примечание - Данная точка обычно определяется с помощью верхней части антропометрической

рейки

3.12    Франкфуртская плоскость (Frankfurt plane): Горизонтапьная плоскость, проходящая через верхний край ушной раковины и нижнюю границу глазницы в вертикальном положении головы.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008, определение 2.2 8

3.13    надпереносье (glabella): Наиболее выступающая точка лба между надбровными дугами в срединно-сагиттальной плоскости.

[ИСО 7250-1.2008, 2.2.9]

3.14    подвздошно-гребешковая точка (iliocristale): Наиболее выступающая в сторону точка гребня подвздошной кости таза.

3.15    подглазничная точка (infraorbitale): Самая низкая точка на переднем крае глазницы.

3.16    наружная лодыжка (lateral malleolus): Самая латеральная точка правой подыжки (наружная сторона таранной кости).

3.17    нижнее ребро (lowest rib): Нижняя точка нижнего края грудной клетки.

3.18    подбородочная точка (menton): Самая низкая точка подбородка в срединно -сагиттальной плоскости.

[ИСО 7250-1:2008.2.2.16]

3.19    среднегрудинная точка (mesosternale): Точка в месте сочленения третьего и четвертого сегмента грудины.

[ИСО 7250-1:2008.2.2.17]

3.20    опистокранион (opisthocranion): Точка на задней поверхности головы, наиболее удаленная от надпереносья в срединно-сагиттапьной плоскости.

3.21    облако точек (point cloud): Совокупность 3-D точек в пространстве, обозначенных своими координатными значениями.

2

ГОСТР ИСО 20685-2013

Примечание - Облако точек - это исходные данные 3-0 сканера Их необходимо перевести в систему координат человека.

3.22    шиловидный отросток (radial styloid): Выступ лучевой кости у запястья.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008. определение 2 2 26

3.23    повторяемость (repeatability): Совпадение двух значений переменных величин, измеренных на одном и том же объекте.

3.24    селлион (sellion): Наиболее глубокая точка переносицы.

3.25    шиловидная точка (stylion): Наиболее удаленная от центра точка шиловидного отростка лучевой кости.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008. определение 2 2 26

3 26 над надколенная точка (suprapatella): Наиболее высокая точка надколенника (коленной

чашки).

3.27 сосковая точка (thelion): Точка в центре соска.

3 28 щитовидный хрящ (thyroid cartilage): Наиболее выступающий хрящ гортани на передней поверхности шеи.

(ИСО 7250-1:2008. 2.2.28]

3 29 большеберцовая точка (tibiale): Точка на самой высокой внутренней (медиальной) поверхности проксимального конца большеберцовой кости голени.

(ИСО 7250-1 2008. 2.2.29]

3.30    наивысшая точка головы (top of head): Наиболее высокая точка головы, ориентированной во Франкфуртской плоскости.

3.31    козелковая точка (tragion): Углубление непосредственно над козелком.

(ИСО 7250-1:2008. 2.2.30]

3.32    козелок (tragus): Небольшой хрящевой выступ ушной раковины перед наружным слуховым проходом.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008. определение 2.2 30

3.33    локтевая шиловидная точка (ulnar stylion): Самая дистальная точка на шиловидном отростке локтевой кости.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008, определение 2.2 26

3.34    шиловидный отросток локтевой кости (ulnar styloid): Выступ локтевой кости у запястья.

Примечание - Адаптировано из ИСО 7250-1 2008, определение 2 2 26.

3.35    вертикальная плоскость (vertical plane): Геометрическая плоскость, проходящая по касательной к соответствующей точке на теле перпендикулярно срединной сагиттальной плоскости.

3.36    система координат х, у, z (осевая система) (х, у, z coordinate system, axis system): Система измерения тела человека, находящегося в положении сидя или стоя, при которой ось X имеет направление спереди назад (сагиттальная плоскость). У - направление от одной стороны к другой (поперечная плоскость), a Z - направление сверху вниз (продольная плоскость).

См. рисунок 1.

Примечание - Исследователи могут произвольно устанавливать наиболее удобное для их работы начало координат, соблюдая при этом установленное направление осей и сообщая о выбранном начале координат в базе данных и во всех публикациях

3

4 Точность полученных измерений

4.1 Выбор полученных измерений

Для использования данных, полученных с помощью 3-D сканеров в международных совместимых антропометрических базах данных, необходимо следовать перечню измерений, приведенному в стандарте ИСО 7250-1. Однако не все из указанных в нем антропометрических измерений можно легко извлечь из сканированных 3-D изображений. В частности, разрешение сканера может быть недостаточным для получения точных измерений небольших частей тела, таких, как кисть руки. В таблицах с 1 по 3 представлены измеряемые параметры, наилучшие результаты для которых могут быть получены при использовании различных видов сканеров. Числа указывают номера измеряемых параметров по ИСО 7250-1.

4

ГОСТР ИСО 20685-2013

Таблица 1- Параметры, измеряемые сканером всего тела по ИСО 7250-1

Измеряемые параметры ИСО 7250-1 2008 Положение тела Рост 4.1.2 В Высота уровня глаз 4.1.3 В Высота плечевого сустава 4.1.4 В Высота локтя 4.1.5 С Высота подвздошной ости в положении стоя 4.1.6 В Высота промежности 4.1.7 В Высота большеберцовой точки 4.1.8 В Глубина грудной клетки в положении стоя 4.1.9 А. В Глубина тела в положении стоя 4.1.10 А. В Ширина грудной клетки в положении стоя 4.1.11 А Ширина бедер в положении стоя 4.1.12 А Высота сидя (прямо) 4.2.1 D Высота уровня глаз в положении сидя 4.2.2 D Высота шейной точки в положении сидя 4.2.3 D Высота плечевого сустава в положении сидя 4.2.4 D Высота локтя в положении сидя 4.2.5 D Расстояние «локоть—плечевой сустав» 4.2.6 С Расстояние «локоть - запястье» 4.2.7 С Ширина плечевых суставов (биакромеальная) 4.2.8 А. В Ширина плечевых суставов (бидельтовидная) 4.2.9 А. В Ширина «локоть-локоть» 42.10 D Ширина бедер в положении сидя 4.2.11 D Длина голени 4.2.12 D Высота клиренса (высота бедра над сиденьем) 4.2.13 D Высота колен 4.2.14 D Глубина живота в положении сидя 4.2.15 D Глубина грудной клетки на уровне сосков 4.2.16 В Глубина «ягодица - живот» в положении сидя 4.2.17 D Длина «предплечье - кончик пальцев» 4.4.5 С Длина «ягодица - подколенная впадина» 4.4.6 D Длина «ягодица - колено» (длина бедра) 4 4.7 D Окружность шеи 4.4.8 А. В Окружность грудной клетки 4.4.9 А Окружность талии 4.4.10 А Окружность запястья 4.4.11 А Окружность бедра 4.4.12 А Окружность икроножной мышцы 4.4.13 А Примечание - Для сканеров всего тела, в зависимости от используемой системы сканирования, при определении указанных параметров также могут быть полезны позиции из пункта А 2 4

5

ГОСТРИСО 20685—2013

Таблица 2- Параметры, измеряемые сканером головы по ИСО 7250-1

Измеряемый па£амед>__ ИСО 7250-1 2008 Глубина головы 4.3.9 Ширина головы 4.3.10 Длина лица 4.3.11 Окружность головы 4.3.12 Сагиттальная дуга 4.3.13 Фронтальная дуга головы 4.3.14

Таблица 3 -Параметры, измеряемые сканером кисти /ступни по ИСО 7250-1

Измеряемый параметр ИСО 7250-1 2008 Длина кисти руки 4.3.1 Длина ладони 4.3.2 Ширина кисти на уровне пястных костей 4.3.3 Длина указательного (второго) пальца 4.3.4 Ширина указательного пальца (проксимальная) 4.3.5 Ширина указательного пальца (дистальная) 4.3.6 Длина столы 4.3.7 Ширина стопы 4.3.8

4.2 Стандартные величины

Тело человека сложно измерять, оно не соответствует нормам точности, применимым, например, к станкам и механизмам. Для настоящего стандарта нормой точности измерений, извлеченных из 3-D изображений, является соответствие их результатам традиционных измерений, выполненных опытным антропометристом (см.[3), [4J и (5р. Разность между средними величинами измеренных параметров, извлеченными из 3-D изображений и путем соответствующих традиционных измерений, определяется по методике, приведенной в разделе 5. Если эта разность меньше значений, указанных в таблице 4. результаты измерений, выполненные сканером, могут быть включены в базы данных, соответствующих стандарту ИСО 15535.

Как и любой хороший научный отчет документирует ошибку наблюдения и ошибку измерения, во всех видах документации, основанной на результатах исследований, полученных при использовании 3-D систем, должна быть представлена точность результатов измерений.

Таблица 4 - Максимально допустимая погрешность между значениями, полученными при сканировании и традиционными методами измерений

Класс измерений Максимальная средняя разность (см п 5.4) мм Длина (например, длина «ягодица - подколенная впадина») 5 Высота (например, высота плечевого сустава) 4 Большие окружности (например, окружность грудной клетки) 9 Небольшие окружности (например, окружность шеи) 4 Ширина (например, ширина плечевых суставов) 4 Глубина (например, глубина грудной клетки) 5 Размер головы без волос 1 Размер головы с волосами 2 Размеры кистей 1 Размеры стоп 2

5 Программы исследований для установления точности параметров тела, полученных со сканеров

5.1 Общие сведения

Целью настоящего стандарта является обеспечение достаточной близости значений параметров тела, полученных с использованием 3-D систем, значениям, определенным 6

ГОСТ Р ИСО 20685-2013

традиционными методами в соответствии со стандартом ИСО 7250-1. а также обеспечение возможности взаимной замены настоящего и указанного стандартов без ущерба выполнения заложенных в них требований в части надежности данных. Приложение А содержит информацию, которая будет полезна в достижении этой цели. Для доказательства соответствия 3-D системы требованиям настоящего стандарта должна быть проведена оценка достоверности полученных данных.

5.2    Процедура оценки достоверности данных

В исследование по оценке достоверности данных включают все измеряемые параметры, предусмотренные стандартом ИСО 7250-1 и измеренные методами 3-D сканирования. 3-D сканирование и система извлечения данных должны иметь тот же состав программно-технического обеспечения, который используется при сборе данных согласно стандарту ИСО 7250-1.

Антропометрист, выполняющий измерения традиционными методами. - это. как правило, эксперт, обученный методам измерений по стандарту ИСО 7250-1 и имеющий опыт соответствующей работы. Он (она) должен уметь применять на практике протоколы ИСО 7250-1 для измерения параметров тела в ходе исследования. Предпочтительно, чтобы все испытуемых измерял один и тот же эксперт. Если перед сканированием отмечаются анатомические ориентиры, то их расположение должно быть определено экспертом, обученным методам измерений по стандарту ИСО 7250-1 и имеющим опыт соответствующей работы.

Каждый испытуемый подвергается сканированию и измерению, как правило, не менее одного раза. Порядок измерений, проводимых методом сканирования и традиционным методом, должен быть гармонизирован для устранения неточностей, обусловленных различием порядка измерений. В любом случае измерения производят последовательно в один и тот же день в целях уменьшения погрешности, вызванной временными индивидуальными колебаниями параметров тела (см. приложение А).

5.3    Выбор испытуемых и размер выборки

Анализ размера выборки, представленный в разделе 6. должен быть проведен с целью гарантии достаточности количества выполненных измерений для получения с уровнем доверия 95 % среднего значения разницы между величинами, полученными сканированием и традиционным методом, максимально допустимые значения которых представлены в таблице 4. Для обеспечения уровня доверия в 95 % результатов оценки таких параметров, как окружность груди, талии и бедер, измерения которых представляют одинаковую трудность как при использовании традиционных методов, так и 3-D систем, рекомендуют провести измерения по крайней мере у 40 испытуемых.

Испытуемые, участвующие в исследовании по оценке достоверности, должны иметь примерно тот же диапазон размеров тела и типов фигуры, что и у совокупности, которую планируют измерять с помощью 3-D системы. Если в качестве испытуемых выступают женщины и мужчины, исследуемая выборка должна включать равное количество людей каждого пола. При формировании выборки следует также учитывать многообразие телосложений, а не отбирать людей обязательно со средним ростом и весом. Если должны быть проведены измерения на детях, особенно важно, чтобы выборка, участвующая в исследованиях по оценке достоверности, включала возрастной диапазон предполагаемой для обследования группы.

5.4    Методика анализа

После сбора данных, для каждого параметра и каждого испытуемого рассчитывают разность d между величинами, полученными сканером и антропометристом (d = величина от сканера минус величина от антролометриста). Затем для каждого параметра рассчитывают среднее значение полученных разностей, среднеквадратическое отклонение и доверительный интервал уровня 95 %. Эти величины, а также размер выборки вносят в протокол. Если доверительный интервал уровня 95 % среднего значения разности между величинами, полученными сканером и антропометристом. примерно соответствует значениям, установленным в Таблице 4, можно говорить о том. что 3-D система дает результаты, соизмеримые с получаемыми по методам, описанным в стандарте ИСО 7250-1, то есть 3-D данные могут использоваться в нормативных документах, основанных на протоколах, выполненных по ИСО 7250-1.

5.5    Протокол исследования на достоверность данных

Протокол исследования по оценке достоверности данных должен быть опубликован и/или включен в отчет об антропометрическом обследовании, выполненном с получением 3-D базы данных, если предполагается использовать эти результаты в нормативных документах, основанных на требованиях стандарта ИСО 7250-1. Такой протокол должен включать в себя следующие сведения:

-демографическую (возраст, пол) и антропометрическую (рост, вес) информацию об испытуемых;

-протоколы измерения и сканирования, включая описание одежды, антропометрических

7