基于三维入耳扫描的中国外耳测量学研究

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耳机产品佩戴舒适性与人耳形态具有密切关联,耳机产品造型尺寸设计依赖于外耳相关尺寸数据支持。由于耳部区域形态复杂、耳道数据采集困难以及耳部特征较少等因素导致现存中国人耳数据在精度和代表性上无法满足耳机产品适配设计需求。目前中国消费类耳机设计尺寸主要依赖于设计师个人经验、陈旧的国家标准或西方人体数据。因此,本研究旨在获取高精度中国人耳特征尺寸,挖掘中国人耳数据信息差异规律,有效推动中国“人耳—耳机”适配设计发展。本研究使用高精度入耳式扫描仪和激光三维扫描仪相结合的方式开展外耳数据采集,选取中国7大人口区划的代表性城市,采集了1190份样本双耳三维模型。根据相关测量学、权威学术期刊论文的研究成果和耳机产品设计知识,对重建后的外耳模型完成37个外耳特征点标记及46个外耳特征尺寸测量。本研究依据左右耳、性别、年龄等维度对46个测量项目进行数据统计和差异分析。根据结果可知:1.在左右耳差异分析中,男性右耳23个尺寸和女性右耳22个尺寸特征大于左耳,左右耳尺寸存在显著差异(p<0.05)。2.在性别维度比较下,全部36个非角度测量项目(距离和周长)男性尺寸均值和百分位数都大于女性,男女外耳尺寸存在显著差异(p<0.05)。3.通过比较年龄组间外耳尺寸均值发现,共15个特征尺寸随年龄递增,3个特征尺寸随年龄递减,各年龄组间存在显著差异(p<0.05)。4.本研究还与其他外耳测量研究进行了人种之间的对比分析,发现耳廓区域长度尺寸特征亚洲人(中国人和韩国人)大于高加索人,不同人种外耳之间存在显著性差异(p<0.05)。本研究所采用的入耳扫描技术是外耳数据采集方式的重要革新,并基于ICP算法进行耳道与耳廓区域配准对齐,获得外耳全区域的中国三维人耳测量数据,有效推动了中国外耳测量学研究进程。大样本外耳数据在年龄、性别等维度下的分析结论,对面向中国群体的耳机产品尺寸适配参考具有指导意义。本研究在不同人种间外耳尺寸分析结论,对开展耳机产品国际化适配尺寸分型研究具有参考价值。本研究还构建以设计师为目标用户,以数据智能为核心的中国外耳数据库和耳机设计辅助系统等工具平台,这些成果是外耳测量学数据价值的进一步延伸。
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