專利名稱：一種基于擴展測地線能量優化的數字鞋楦圍長測量方法
技術領域：
本發明涉及制鞋行業中數字化鞋楦上的圍長測量方法，特別地，涉及一種基于擴展測地線能量優化的、精確的、快速的圍長測量方法。
背景技術：
鞋楦是用來輔助鞋類成型的模具，它的設計和制作在制鞋流程中處于中心環節。設計師通過測量鞋楦長、寬、高和圍長等參數，結合經驗和專業知識，設計出美觀舒適的鞋；技術工人通過測量鞋楦的各個參數，實現鞋楦質量的檢測。傳統的鞋楦測量只能在實體鞋楦上進行，測量者需使用卡尺、直尺、皮尺等工具手工完成測量。中國國家標準GB/T3293-2007《中國鞋楦系列》和GB/T 3294-1998《鞋楦尺寸檢測方法》對鞋楦圍長的測量方法進行了規范。現代工業中隨著CAD技術的發展，制鞋行業中越來越多的環節在計算機中完成。 對于數字鞋楦，長、寬和高等參數較易測量，但對圍長仍無有效的、精確的測量方法。數字鞋楦上的圍長測量目前只有以下近似的方法
I、截平面法用一經過定位點的平面與鞋楦模型相截，平面與鞋楦表面的交線即作為相應的圍長。2、測地線法在鞋楦表面上求出定位點之間的測地線，首尾相接成閉合的曲線，以該曲線作為鞋楦圍長。制鞋行業中對圍長測量的精度要求為正負O. 5毫米，而這些測量技術均存在較大誤差。鞋楦圍長曲線一般不會落于一個平面內，用截面法所得的圍長曲線為一平面曲線，只是一條與圍長曲線位置大致相同的曲線；測地線是曲面上局部最短路徑，基于皮尺拉緊即為最短這一假設，測地線似乎是較好的近似，但測地線沒有寬度，與具有寬度和厚度屬性的皮尺還有不可忽略的偏差。因此，在數字化鞋楦上提出一種滿足精度要求，并且穩定可靠的圍長測量方法已經成為制鞋CAD技術發展的客觀要求，也是制鞋行業提高生產效率的實際需要。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于數字化鞋楦的精確的圍長測
量方法。本發明的目的是通過以下技術方案來是實現的一種基于擴展測地線能量優化的數字鞋楦圍長測量方法，其步驟如下
1)讀入鞋楦模型和測量定位點，設定皮尺寬度和厚度參數，根據定位點位置和皮尺參數裁去遠離測量區域的模型點和面；
2)計算鞋楦模型上測量定位點之間的測地線，以此為擴展測地線的初值；
3)在鞋楦模型上將步驟2)中的測地線擴展為和皮尺同寬的子曲面，沿著子曲面的長和寬兩個維度進行均勻采樣；4)在平面內構造質點彈簧系統，并用步驟3)中得到的采樣點初始化質點位置；
5)為步驟4)中的質點添加鞋楦曲面約束，即將質點的運動加速度約束于曲面的局部切平面內；
6)計算時間步長下系統的運動增量，更新質點的位置、速度和加速度；
7)將更新后的質點重投影回鞋楦模型表面；
8)重復步驟5)至步驟7)的過程，直至系統質點的位置、速度增量小于給定的閾值；
9)提取數字鞋楦上質點的路徑，沿著曲面的法向偏移皮尺的厚度得到鞋楦相應的圍長路徑，計算的路徑的長度即得到圍長。本發明的有益效果是，本發明的方法能夠直接測量數字化三維鞋楦模型的圍長。
目前，需要測量鞋楦圍長時，首先需將數字鞋楦實體化，即用刻楦機雕刻出木質或塑料質地的實體鞋楦，然后在實體鞋楦上用皮尺手工測量圍長。這一過程耗時耗材，對鞋楦反復修改的周期很長。本發明直接在數字鞋楦上測量圍長，避免了鞋楦實體化的過程，極大提高了鞋楦設計、鞋楦質檢的生產效率。
圖I為本發明方法的流程 圖2為本發明子曲面構造和采樣的步驟；
圖3為本發明質點彈簧系統的構造示意 圖4為本發明質點的位置初始化示意 圖5為數字鞋楦上測量所得跖圍長的效果 圖6為六款鞋楦實施例的測量結果圖。
具體實施例方式讀取并處理制造業中標準的IGES格式的鞋楦文件，文件中鞋楦一般以NURBS曲面表示，對其參數進行采樣并生成三角網格模型。方法的具體實施方式
如下
步驟I :讀入鞋楦模型以及測量定位點位置a和b，設定皮尺參數皮尺寬度W、厚度參數t，擴展曲面在長度方向的采樣數N，擴展曲面在寬度方向的采樣數M。根據定位點位置和皮尺參數裁去遠離測量區域的模型點和面。步驟2 :計算鞋楦模型上測量定位點之間的測地線，以此為擴展測地線的初值。采用SURAZHSKY V, SURAZHSKY T, KIRSANOV D, et al. Fast exact andapproximate geodesics on meshes[J]. ACM Transactions on Graphics (TOG), 2005,24(3) : 553-60.中的方法快速計算三角網格上兩點間的測地線。步驟3 :在鞋楦模型上將步驟2)中的測地線擴展為和皮尺同寬的子曲面，沿著子曲面的長和寬兩個維度進行均勻采樣。首先對步驟 2 中得到 的測 地線Γ等弧長采樣點，從這些采樣點沿著與測地垂直的方向發出的長度為W的測地線簇 ，將測地線簇的末端點依次用測地線連接，得到曲線f。對f等弧長重采樣，并建立與Γ采樣點的--對應。計算Γ與f對應點間的測地線簇Ω ,最后對Ω中每條測地線等弧長采樣得到離散點集合^.εΜ3μ = (3,…U = 0,...,ilf}(參見附圖2)。步驟4 :在平面內構造質點彈簧系統，并用步驟3中得到的采樣點初始化質點位置。在步驟2中已經得到測地線Γ及其長度在寬為W、長為的平面矩形區域內分別沿著長度和寬度方向均勻采樣，得到(I+1) X (M +1)個平面質點(#€1113 = 0,.-.,10 = 0,--.,10 0 米用 PROVOT X. Deformation constraints in a
mass-spring model to describe rigid cloth behaviour[C]. Graphics Interface.Canadian Information Processing Society: 147-154.中的方法構造彈簧質點系統。以質點間的歐氏距離為原長，給相鄰質點添加結構彈簧，給對角相鄰質點添加剪切彈簧，給相隔質點添加彎曲彈簧(參見圖3)。用步驟3中獲取的采樣點坐標初始化質點坐標~<~辦，將質點從平面映射至鞋楦曲面(參見圖4)。步驟5 :為步驟4中的質點添加鞋楦曲面約束，即將質點的運動加速度約束于曲面的局部切平面內。為了表達的簡潔，將具有二維索引的質點數組用單索引數組表示，索引為 = 0,1, —(!ν+ χ + Ι)。米用BARAFF D, WITKIN A. Large steps in cloth simulation:
ACM, 1998: 43-54.中的方法，將方向約束以矩陣形式作用于質量m在XYZ三軸上的分量，約束矩陣名的秩決定了質點的運動自由度
7自由度3
s I1-PiPi 自由度2!-制f自由度1自由度O
其中，/為3階單位陣，Pi和？;為受約束的單位方向向量。鞋楦表面質點的自由度為2，將約束向量p取為質點在曲面的單位法向％。由于= 故以@/ 2為質量的質點的加速度巧=盡// 在況方向上的分量為零。步驟6 :計算時間步長下系統的運動增量，更新質點的位置、速度和加速度；
米用米用 BARAFF Dj WITKIN A. Large steps in cloth simulation: ACM, 1998:43-54.中的方法，聯列歐拉方法中各質點的運動方程形成稀疏線性系統
權利要求
1. 一種基于擴展測地線的數字鞋楦上的圍長測量方法，其特征在于包含以下步驟 (1)讀入鞋楦模型和測量定位點，設定皮尺寬度、厚度參數、擴展曲面在長度方向的采樣數和擴展曲面在寬度方向的采樣數，根據定位點位置和皮尺參數裁去遠離測量區域的模型點和面； (2)計算鞋楦模型上測量定位點之間的測地線，以此為擴展測地線的初值； (3)在鞋楦模型上將步驟2中的測地線擴展為和皮尺同寬的子曲面，沿著子曲面的長和寬兩個維度進行均勻采樣； (4)在平面內構造質點彈簧系統，并用步驟3中得到的采樣點初始化質點位置； (5)為步驟4中的質點添加鞋楦曲面約束，即將質點的運動加速度約束于曲面的局部切平面內； (6)計算時間步長下系統的運動增量，更新質點的位置、速度和加速度； (7)將更新后的質點重投影回鞋楦模型表面； (8)重復步驟5至步驟7的過程，直至系統質點的位置、速度增量小于給定的閾值； (9)提取數字鞋楦上質點的路徑，沿著曲面的法向偏移皮尺的厚度得到鞋楦相應的圍長路徑，計算的路徑的長度即得到圍長。
全文摘要
本發明公開了一種基于擴展測地線的數字鞋楦上的圍長測量方法，該方法通過求解曲面上的擴展測地線來進行鞋楦圍長測量，并使用帶曲面約束的質點彈簧模型快速求解擴展測地線。本發明涉及的測量方法精度高，并且克服了傳統鞋楦圍長測量只能在實體鞋楦上進行的缺陷，大大提高了行業的生產效率。
文檔編號A43D1/04GK102860633SQ20121032773
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者耿衛東, 李萌堅, 潘云鶴 申請人:浙江大學