綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法

專利名稱：綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維鞋楦模型的生成方法，尤其是一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法。

背景技術(shù)：
就鞋楦數(shù)據(jù)的生成而言，傳統(tǒng)的制楦方法是基于國家標準指定的碼長，并分成寬腳型和窄腳型，用大型刻楦機進行大規(guī)模批量生產(chǎn)。其中存在很多不足之處 1)腳楦匹配程度粗糙。由于制楦參數(shù)少，只是簡單地按腳長每加5mm增加一個碼，加上寬窄分類，而人腳則有很大的個體差異，導(dǎo)致了鞋楦不能細致地匹配于對腳型，尤其是一些個性化腳型，由于和標準鞋楦匹配程度很差，很難找到合適的鞋。
2)科技含量低。主要是用刻楦機刻楦的方法大批量生成標準鞋楦，以單一勞動為主體，使制鞋產(chǎn)業(yè)無法從勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致制鞋產(chǎn)業(yè)非常落后，亟需投入科技因素。
這些不足之處導(dǎo)致了我國制鞋產(chǎn)業(yè)在市場上的競爭力下降，只能以降低價格和國外的制鞋單位競爭，獲得的利潤越來越低，走進一個惡性循環(huán)。
我們所提出的綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，是以根據(jù)個體腳型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)為基準，由楦型參數(shù)對標準鞋楦模型進行驅(qū)動初步變形，再根據(jù)腳楦橫截面的對比分析數(shù)據(jù)，直觀地對鞋楦模型的形狀進行調(diào)整，從而生成完全匹配于用戶三維腳型的個性化鞋楦模型。
我們綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面對標準鞋楦調(diào)整的依據(jù)是腳型和鞋楦的關(guān)系，滿足腳型舒適度規(guī)律。主要在以下幾個參數(shù)上對腳型和鞋楦進行匹配 1)腳長和楦長的匹配。腳長是制定鞋號的基礎(chǔ)，也是鞋楦設(shè)計的主要依據(jù)。由于人日常生活中，腳在負荷狀態(tài)下，腳的長度會增加，加上走路時腳的彎曲半徑小于鞋底的彎曲半徑，也就是行走時，腳趾在鞋內(nèi)向前移動。因此，鞋必須有一定的活動量，也就是楦長必須大于腳長。
2)腳圍與楦圍的匹配。腳圍與楦圍的匹配主要在以下兩個方面腳跖圍與楦跖圍的匹配，腳跗圍與楦跗圍的匹配。腳跖圍是腳肥瘦的主要標志。跖圍關(guān)節(jié)是承受人體重量和勞動負荷的主要部位之一，又是行走時發(fā)生彎曲的關(guān)鍵部位。因此，鞋楦跖圍尺寸及肉體安排是否合理，不僅影響穿著舒適，也會造成鞋跖部位早期破損，嚴重的還會磨破腳跖趾部位皮膚。而在腳跗圍與楦跗圍的匹配上，鞋楦跗圍大小對鞋穿著是否合腳舒適影響較大。鞋楦跗圍太大，鞋不跟腳，但楦跗圍太小又壓腳面。合適的楦跗圍加上該部位肉體安排合理，不但不會出現(xiàn)腳往前沖或壓腳面，還能托住腳心。
3)腳寬與楦寬的匹配。腳的寬度隨腳跖圍的尺寸而變，所以楦的寬度也要隨之改變。確定鞋楦各部位寬度，要根據(jù)腳型規(guī)律，還要考慮腳動與靜的關(guān)系。腳寬與楦寬的匹配要注意以下幾個方面腳型基本寬度與楦型基本寬度的匹配，腳型拇趾里寬、小趾外寬與楦型拇趾里寬、小趾外寬的匹配，腳型腰窩寬與楦型腰窩寬的匹配，腳型踵心全寬和楦型踵心全寬的匹配。
5)腳高與楦高的匹配。在注意腳高與楦高的匹配方面，注意以下幾個參數(shù)的匹配腳后跟突點高度與楦后跟突點高度的匹配，腳前跗骨突點高度與楦前跗骨突點高度的匹配，腳第一跖趾關(guān)節(jié)高度與楦第一跖趾關(guān)節(jié)高度的匹配，腳拇趾高度與楦拇趾高度的匹配。
在對鞋楦模型根據(jù)局部橫斷面調(diào)整時，我們在腳型模型和鞋楦模型在關(guān)鍵位置生成了橫截面，對這些橫截面進行匹配。這些橫截面主要有拇指部位橫截面，小趾端部位橫截面，第一跖趾部位橫截面，第五跖趾部位橫截面，跗骨部位橫截面，腰窩部位橫截面。
根據(jù)橫截面的舒適度分析，我們可以直觀的根據(jù)個性化腳和標準鞋楦匹配程度不好、可能會出現(xiàn)不舒適的問題的橫截面部位，基于橫截面的參數(shù)進行調(diào)整。通過對鞋楦模型在橫截面處的寬、高、圍長的變形，對鞋楦模型調(diào)整逐步求精，得到符合用戶腳型的個性化鞋楦模型。
我們根據(jù)關(guān)鍵三維腳型數(shù)據(jù)，和腳型模型和鞋楦模型橫截面對比數(shù)據(jù)，把計算機輔助設(shè)計的技術(shù)和傳統(tǒng)的制鞋工藝習慣結(jié)合起來，從而能夠把鞋楦模型生成的方法在制鞋工業(yè)中得到應(yīng)用，使制鞋工業(yè)與科技相結(jié)合，改變腳型和鞋楦匹配程度粗糙，科技含量低的現(xiàn)狀，走出傳統(tǒng)制鞋工業(yè)的不良誤區(qū)。
對鞋楦模型進行變形的方法主要是基于目標參數(shù)的曲面變形技術(shù)。其主要的流程框架為 1)讀入標準鞋楦模型。
2)將標準鞋楦模型綜合三維腳型全局參數(shù)進行初步變形。
3)腳型模型和鞋楦模型對齊，生成腳型模型和鞋楦模型匹配的橫截面。
4)對橫截面參數(shù)進行分析，對鞋楦模型基于局部橫截面進行調(diào)整，逐步求精。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法。
方法的步驟如下 1)讀入三維標準鞋楦模型和用戶的腳型模型； 2)對讀入的腳型模型測量腳型參數(shù)，通過腳型參數(shù)得到楦型參數(shù)，用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形，得到基于用戶三維腳型參數(shù)生成的新的鞋楦模型； 3)對生成的鞋楦模型和步驟1)中讀入的腳型模型分別獲得鞋楦模型和腳型模型位置控制點； 4)對獲得的腳型模型和鞋楦模型對應(yīng)位置處的位置控制點進行匹配，從而對腳型的位置進行調(diào)整，使腳型模型和鞋楦模型的位置對齊，再對腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底，以精確對齊鞋楦模型和腳型模型； 5)對生成的對齊后的腳型模型和鞋楦模型通過橫切的方式得到鞋楦模型和腳型模型的關(guān)鍵位置橫截面，其中關(guān)鍵位置即制鞋工業(yè)中對舒適度影響較大的位置； 6)基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型變形，即通過對基于腳型模型和鞋楦模型橫截面匹配程度進行舒適度分析，檢查橫截面所在部位的腳型模型和鞋楦模型的高度，寬度，圍長參數(shù)，并且對鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)進行改變以調(diào)整鞋楦模型的形狀； 7)輸出設(shè)計好的三維鞋楦模型。
本發(fā)明三維生成的目標是根據(jù)目標參數(shù)規(guī)范以及通過橫截面調(diào)整曲面模型的形狀。針對傳統(tǒng)的大批量標準鞋楦制造，本發(fā)明的目標是根據(jù)個性化的三維腳型生成腳楦匹配程度高的鞋楦模型。針對傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法腳楦匹配程度粗糙，科技含量低的現(xiàn)狀，我們所采取的方法是，根據(jù)用戶的關(guān)鍵三維腳型數(shù)據(jù)，和腳型模型和鞋楦模型的橫截面對比數(shù)據(jù)，把計算機輔助設(shè)計的技術(shù)和傳統(tǒng)的制鞋工藝習慣結(jié)合起來，對鞋楦模型基于目標參數(shù)進行曲面變形，經(jīng)過逐步求精得到個性化的鞋楦模型。本發(fā)明可以快速地生成匹配于腳型的個性化三維鞋楦模型。在能夠很快處理大部分人腳的同時，還可以為各種特殊的腳型，如畸形腳，殘疾腳等生成個性化鞋楦模型。同時，本發(fā)明解決了如今制鞋廠商只有得到鞋楦實物后才能調(diào)整腳型模型和鞋楦模型匹配的問題，有效的為制鞋產(chǎn)業(yè)節(jié)省了人力和財力。



圖1是本發(fā)明讀入三維標準鞋楦模型的網(wǎng)格表示； 圖2是根據(jù)腳寬參數(shù)進行變形過程中的鞋楦模型曲面上的點； 圖3是根據(jù)圍長參數(shù)進行變形過程中的鞋楦模型曲面上的點； 圖4a是根據(jù)圍長參數(shù)進行變形時截面上的點； 圖4b是根據(jù)圍長參數(shù)進行變形時截面上的點在X方向上的變形過程； 圖5是本發(fā)明總體工作步驟流程圖； 圖6是本發(fā)明實施例子中輸入的標準鞋楦模型； 圖7是本發(fā)明實施例子中得到的由三維腳型參數(shù)獲得的楦型參數(shù)驅(qū)動變形后的鞋楦模型； 圖8a是本發(fā)明實施例子中生成的腳背線和楦背線縱剖面及位置控制點的示意圖； 圖8b是本發(fā)明實施例子中生成的腳背線縱剖面及調(diào)整腳型位置控制點的示意圖； 圖9是本發(fā)明實施例子中通過腳背線和楦背線縱剖面控制點對齊鞋楦模型和腳型模型的示意圖； 圖10是本發(fā)明實施例子中將腳底匹配到楦底的示意圖； 圖11是本發(fā)明實施例子中腳型模型和鞋楦模型對齊后在所有特殊位置上橫切的截圖； 圖12是本發(fā)明實施例子中在跖圍橫截面上檢查和調(diào)整鞋楦模型的截圖； 圖13是本發(fā)明實施例子中在跗圍橫截面上檢查和調(diào)整鞋楦模型的截圖。

具體實施例方式 三維腳型模型及測量腳型參數(shù)和通過腳型參數(shù)得到楦型參數(shù)的方法，參見申請公開號CN200510061272.3的發(fā)明內(nèi)容。在獲得三維腳型模型并獲得三維腳型參數(shù)后，對標準鞋楦模型用楦型參數(shù)驅(qū)動進行變形，然后將腳型模型和鞋楦模型的位置對齊，基于橫截面進行參數(shù)分析并基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型進行變形。
綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法的步驟如下(見圖5) 1)讀入三維標準鞋楦模型(見圖1)和用戶的腳型模型，其中三維標準鞋楦模型是通過對標準鞋楦進行掃描得到的； 2)對步驟1)讀入的腳型模型測量腳型參數(shù)，通過腳型參數(shù)得到楦型參數(shù)，用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形，得到基于用戶三維腳型參數(shù)生成的新的鞋楦模型； 3)對步驟2)生成的鞋楦模型和步驟1)中讀入的腳型模型分別獲得鞋楦模型和腳型模型位置控制點； 4)對步驟3)獲得的腳型模型和鞋楦模型對應(yīng)位置處的位置控制點進行匹配，從而對腳型的位置進行調(diào)整，使腳型模型和鞋楦模型的位置對齊。再對腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底，以精確對齊鞋楦模型和腳型模型； 5)對步驟4)生成的對齊后的腳型模型和鞋楦模型通過橫切的方式得到鞋楦模型和腳型模型的關(guān)鍵位置橫截面，其中關(guān)鍵位置即制鞋工業(yè)中對舒適度影響較大的位置； 6)對步驟5)生成的橫截面進行分析，并且基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型變形，即通過對基于腳型模型和鞋楦模型橫截面匹配程度進行舒適度分析，檢查橫截面所在部位的腳型模型和鞋楦模型的高度，寬度，圍長參數(shù)，并且對鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)進行改變以調(diào)整鞋楦模型的形狀； 7)輸出設(shè)計好的三維鞋楦模型。
所述的步驟2)對讀入的鞋楦模型根據(jù)楦型參數(shù)驅(qū)動變形是基于目標參數(shù)的鞋楦模型曲面變形。其中測量的三維腳型參數(shù)包括腳長，腳的基本寬度(即第一跖趾外寬和第五跖趾內(nèi)寬)，圍長(跖圍圍長和跗圍圍長)，放余量，腳趾端點部位，拇趾外突點部位，小趾外突點部位，第一跖趾部位，第五跖趾部位，前跗骨突度部位，腰窩部位，踵心部位，后容差，跖趾圍長，前跗骨圍長，拇趾里寬，小趾外寬，第一跖趾里寬，第五跖趾外寬，腰窩外寬，踵心全寬，總前蹺，前蹺，后跟高，頭厚，后跟突點高，后身高，前掌凸度，底心凹度，踵心凸度，踵心高，統(tǒng)口寬，統(tǒng)口長，楦斜長。楦型參數(shù)包括腳長，腳的基本寬度(即第一跖趾外寬和第五跖趾內(nèi)寬)，圍長(跖圍圍長和跗圍圍長)，楦底樣長，放余量，后容差。
首先將鞋楦模型曲面根據(jù)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的腳長參數(shù)進行變形。在根據(jù)腳長參數(shù)變形時，首先，根據(jù)腳長參數(shù)把腳長變形量求出(根據(jù)公式1求出腳長變形量SL，L腳長input是腳長參數(shù)，L楦的腳長根據(jù)公式2求出。)；再利用腳長變形量，把曲面上點的坐標按比例進行變化，得到新的坐標(根據(jù)公式3按比例變化。J是楦底前端點。P是曲面上的任意一點三維坐標，Pold表示點在變形前的三維坐標，Pnew表示變形后的三維坐標)。用這個方法把鞋楦模型曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合腳長參數(shù)的新的鞋楦模型曲面。
腳長變形的公式如下
L楦的腳長＝L楦底樣長×腳長系數(shù)；..........(2) Pnew＝(Pold-J)×SL+J；..........(3) 然后，將鞋楦模型曲面根據(jù)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的腳的基本寬度(即第一跖趾外寬和第五跖趾內(nèi)寬)參數(shù)變形。在根據(jù)腳的基本寬度參數(shù)變形時，首先建立鞋楦模型曲面的一個投影軸。如附圖2)。設(shè)楦底前端點J，楦底后端點A，世界坐標系的坐標原點為0，令

把E單位化，得到的向量即投影軸。再根據(jù)測量并計算得到的楦型參數(shù)把腳寬變形量求出(腳寬變形量Sw根據(jù)公式4求得)，再利用腳寬變形量，把鞋楦模型曲面上點的坐標按比例進行變化(按公式5、公式6按比例進行變化。P是曲面上的任意一點，Pold表示點在變形前的坐標，Pnew表示變形后的坐標，E是如上所述的單位向量)，得到新的坐標點。用這個方法把鞋楦模型曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合腳的基本寬度參數(shù)的新的鞋楦模型曲面。
腳寬變形的公式如下
Q＝E[(Pold-J)·E]+J；..........(5) Pnew＝(Pold-Q)·SW+Q；..........(6) 最后，將鞋楦模型曲面測量并計算得到的楦型參數(shù)中的中的圍長(跖圍圍長和跗圍圍長)參數(shù)變形。設(shè)點A是楦底后端點，點J是楦底前端點，在曲面上生成從點A到點J的三條有方向的曲線l1，l2，l3分別沿楦背線，沿內(nèi)懷楦底楞線，沿外懷楦底楞線。如附圖3)。將此三條曲線參數(shù)化，曲線l上的點的參數(shù)取為從該點沿曲線l到點A的距離。例如，Qa為沿曲線l1到點A的距離為ai的點，參數(shù)為ai；Qb為沿曲線l2到點A的距離為bi的點，參數(shù)為bi；Qc為沿曲線l3到點A的距離為ci的點，參數(shù)為ci?，F(xiàn)在用這三個點來定義楦面的任意截面。將過(Qa，Qb，Qc)這三個點的截面用參數(shù)表示為(ai，bi，ci)。由于跖圍的三個點Qa2，Qb2，Qc2分別沿著三條曲線對點A的距離是a2，b2，c2，跗圍的三個點Qa1，Qb1，Qc1分別沿著三條曲線對點A的距離是a1，b1，c1，所以可將跖圍截面和跗圍截面分別表示為(a2，b2，c2)和(a1，b1，c1)。在楦底前端點處，截面匯于一點J，楦底前端點處，截面匯于一點A，可以將A和J分別看做特殊的截面。接下來基于跗圍圍長參數(shù)計算跗圍截面的變形量S和D。
首先要建立跖圍截面的局部坐標系。建立局部坐標系的方法是令截面與l1的交點為Qa，令截面與l2的交點為Qb，令截面與l3的交點為Qc，令世界坐標系的坐標原點為0，由

再將

單位化，將Qa對

投影，得到Qa′，由

再將

單位化，就得到了XOY二維局部坐標系。然后我們基于跖圍圍長參數(shù)計算跖圍截面的變形量S和D，其中S是跖圍截面任意點P在OY方向上的變形量，D是P在OX方向上的變形量。求P在OY方向上的變形量S的公式為公式9 其中h1是跖圍曲線當前的高度，圍長是約3毫米差一個碼，因此 P在OX方向上的變形量D的求法是利用插值的方法不難看出，在

方向最高點Qa和最低點Qb、Qc處D的取值都為0，附圖4b)。選P′為

方向70％高度左右截面曲線上的點，設(shè)在P′處D的取值為d，用這三點進行插值，可求截面Q上所有點的D，從而計算出目標圍長。設(shè)這個截面上的目前圍長為L目前圍長，如果d的取值偏大，則L目前圍長大于目標圍長，如果d的取值偏小，則L目前圍長小于目標圍長，利用二分法，使最終L目前圍長＝L目標圍長，從而得到得P′點處的D。
然后基于跗圍圍長參數(shù)計算跗圍截面的變形量S和D。具體公式和實施算法同步驟2-3-c)。
建立以l1，l2，l3為坐標軸的參數(shù)坐標系。跖圍截面的坐標是(a2，b2，c2)，跗圍截面的坐標是(a1，b1，c1)，點A處截面的坐標是(0，0，0)，點J處截面的坐標為(L1，L2，L3)。用一條光滑曲線把這四個點的連接插值，那么每一個截面對應(yīng)到該曲線上惟一的一點，對曲線上任意一點，如果已知a、b、c值的任意一個值，即可得到對應(yīng)的其他兩個的值，即得到一個截面記為Q(Qa，Qb，Qc)。為了求鞋楦曲面上任意一點P所在的截面Q，我們需要先求出截面Q對應(yīng)的Qa的參數(shù)，記為a。對在曲面上的任意點P建立函數(shù) F(P，a)＝(P-Q)·N；..........(7) 其中N是截面法向量， N＝(Qb-Qa)×(Qc-Qa)；..........(8) 對取定的a，通過參數(shù)坐標系中的光滑曲線，可以決定一個截面(a，b，c)，函數(shù)的意義是點P到截面的有向距離。P點必定夾在A點截面和J點截面之間，所以F(P，0)*F(P，l1)＜0。對函數(shù)F(P，a)利用二分法可求得出使得F(P，a)＝0的a，從而找到P點所在的橫截面Q。下面進行對橫截面圍長的變形時，是在P所在的橫截面Q上進行的變形。
以a，S，D為坐標軸建立坐標系，可以得到楦底后端點A的坐標為(0，1，0)，跗圍處的坐標為(a1，S跗圍，D跗圍)，跖圍處的坐標為(a2，S跖圍，D跖圍)，楦底前端點J的坐標為(L1，1，0)。對在曲面上的任意一點P，已知a，用這四點進行插值，可以求得P點處的S，D的值。即對在鞋楦模型曲面上的任意一點P，得到它在截面上的變形量并對P點處變形。
用上述方法把曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合圍長參數(shù)的鞋楦模型曲面。
所述的步驟3)獲得鞋楦模型位置控制點是由楦型參數(shù)獲得的。獲得的鞋楦模型位置控制點包括楦底后端點，統(tǒng)口前端點，統(tǒng)口后端點。鞋楦模型的位置控制點的位置不再被改變。
所述的步驟3)獲得腳型位置控制點是通過腳背線縱剖面獲得的，其中腳背線是通過求腳型模型的包圍盒的方式得到平行于腳長邊腳高邊并垂直平分腳寬邊的面，其中通過腳背線縱剖面獲得的的腳型模型位置控制點包括腳底前端點，腳底后端點，腳底后高點。腳型模型的位置控制點可以由用戶手動調(diào)整。
所述的步驟4)匹配腳型模型和鞋楦模型對應(yīng)位置處的位置控制點將腳型模型的控制點對應(yīng)地放到鞋楦模型相對的位置控制點上，從而將腳型模型的位置調(diào)整對齊到鞋楦模型，并且可以交互地對腳型模型位置控制點的位置進行手動微調(diào)，再反復(fù)執(zhí)行將腳型模型對齊到鞋楦模型的操作，使腳型模型更嚴格地和和鞋楦模型的位置對齊。
所述的步驟4)對腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底是基于變形軸的線性變形首先建立腳型模型的局部坐標系，根據(jù)腳底的形狀生成曲線R，根據(jù)楦底的形狀生成變形軸曲線S。對腳型模型上任意一點P，得到點P對曲線R的投影點Q。找到點Q在曲線S上的對應(yīng)的點0，就可以得到點P在曲線S上的點P’，把坐標還原到世界坐標系下，更新點P的坐標，用這個方法把腳型模型曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后腳底匹配到楦底的腳型模型曲面。
所述的步驟5)通過橫切的方式得到鞋楦模型和腳型模型的關(guān)鍵位置橫截面，其中橫切的方式包括兩種第一種是垂直于鞋楦模型底面和腳型模型底面的橫切，由此種橫切方式得到的關(guān)鍵位置橫截面包括跖圍位置橫截面，跗圍位置橫截面；第二種是由不垂直于鞋楦模型底面和腳型模型底面的橫切，由此種橫切方式得到的關(guān)鍵位置橫截面包括拇指部位橫截面，小趾端部位橫截面，第一跖趾部位橫截面，第五跖趾部位橫截面，跗骨部位橫截面，腰窩部位橫截面。
所述的步驟6)基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型變形是對鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)進行改變以調(diào)整鞋楦模型形狀。調(diào)整的參數(shù)包括鞋楦模型在橫截面處的高度，寬度，圍長參數(shù)。對截面進行調(diào)整的算法同步驟2)的鞋楦模型曲面變形方法。
實施例 首先，載入三維標準鞋楦模型(見附圖6)和用戶的腳型模型。由于腳型的有一定的個體差異，載入的三維標準鞋楦模型可能和用戶的腳型模型差異較大，如腳長，腳高，腳寬等參數(shù)，導(dǎo)致鞋楦模型和腳型模型匹配出現(xiàn)問題。如果直接對其進行橫截面匹配，則在基于橫截面參數(shù)調(diào)整過程中會比較困難，所以需要對鞋楦模型進行基于用戶三維腳型，得到三維腳型參數(shù)，再得到楦型參數(shù)，用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形，得到初步匹配于用戶腳型的鞋楦模型，(見附圖7)。經(jīng)過這樣的變換以后，我們可以看出，標準三維鞋楦模型已經(jīng)根據(jù)用戶的三維腳型參數(shù)進行了初步的變形。下一步，生成鞋楦模型和腳型模型模型的楦背線和腳背線縱剖面，并分別獲得位置控制點(附圖8a)然后調(diào)整腳型的位置控制點，使腳型模型形后的鞋楦模型能夠通過位置控制點更準確地對齊(見附圖8b)。利用位置控制點調(diào)整腳型模型的位置使腳型模型自動匹配到鞋楦模型(見附圖9)，然后將腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底(見附圖10)。將已經(jīng)對齊的鞋楦模型和腳型模型生成在關(guān)鍵位置處的橫截面(見附圖11)，并且通過對基于腳楦匹配橫截面的舒適度分析，檢查橫截面所在部位的腳型模型和鞋楦模型的高度，寬度，圍長參數(shù)，并且通過調(diào)整鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)以調(diào)整鞋楦模型的形狀。其中關(guān)鍵位置即制鞋工業(yè)中對舒適度影響較大的位置，其中的關(guān)鍵位置包括跖圍，跗圍，拇指部位，小趾端部位，第一跖趾部位，第五跖趾部位，跗骨部位，腰窩部位等。其中當前橫截面是綠色平面與腳型模型和鞋楦模型對齊后切得的橫截面，粉色平面是其余所有橫截面，可以選擇不顯示。本發(fā)明應(yīng)用程序中會自動對所選定的橫截面參數(shù)進行顯示，并且可以基于橫截面參數(shù)，輸入調(diào)整影響范圍和鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)值對鞋楦模型的形狀進行調(diào)整。附圖12是其中利用腳楦匹配模型檢查和調(diào)整鞋楦模型在跖圍橫截面上參數(shù)的示意圖，其中對話框中虛線畫出的封閉曲線是腳型模型在跖圍處的橫截面的周長曲線，實線畫出的封閉曲線是鞋楦模型在跖圍處的橫截面的周長曲線。附圖13是其中利用腳楦匹配模型檢查和調(diào)整鞋楦模型在跗圍橫截面上參數(shù)的示意圖，其中對話框中虛線畫出的封閉曲線是腳型模型在跗圍處的橫截面的周長曲線，實線畫出的封閉曲線是鞋楦模型在跗圍處的橫截面的周長曲線。本發(fā)明應(yīng)用程序可以對所有橫截面生成報告，輸出腳型模型和鞋楦模型對齊后，截面處的橫截面圖，腳圍長，楦圍長，腳面寬，楦面寬，腳面高，楦面高等參數(shù)，以方便分析腳型模型和鞋楦模型形狀匹配程度，是否需要繼續(xù)對鞋楦模型基于某一橫截面調(diào)整。當經(jīng)過基于腳楦匹配橫截面的舒適度分析方法，認為達到合理匹配時，鞋楦模型生成完成。見表1和表2。
表1基于腳楦橫截面分析調(diào)整之前生成腳型模型和鞋楦模型對齊后在各個橫截面的參數(shù)分析表
表2基于腳楦橫截面分析調(diào)整之后生成腳型模型和鞋楦模型對齊后在各個橫截面的參數(shù)分析表

權(quán)利要求
1.一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，方法的步驟如下
1)讀入三維標準鞋楦模型和用戶的腳型模型；
2)對讀入的腳型模型測量腳型參數(shù)，通過腳型參數(shù)得到楦型參數(shù)，用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形，得到基于用戶三維腳型參數(shù)生成的新的鞋楦模型；
3)對生成的鞋楦模型和步驟1)中讀入的腳型模型分別獲得鞋楦模型和腳型模型位置控制點；
4)對獲得的腳型模型和鞋楦模型對應(yīng)位置處的位置控制點進行匹配，從而對腳型的位置進行調(diào)整，使腳型模型和鞋楦模型的位置對齊，再對腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底，進一步對齊鞋楦模型和腳型模型；
5)對生成的對齊后的腳型模型和鞋楦模型通過橫切的方式得到鞋楦模型和腳型模型的關(guān)鍵位置橫截面；
6)基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型變形，即通過對基于腳型模型和鞋楦模型橫截面匹配程度進行舒適度分析，檢查橫截面所在部位的腳型模型和鞋楦模型的高度，寬度，圍長參數(shù)，并且對鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)進行改變以調(diào)整鞋楦模型的形狀；
7)輸出設(shè)計好的三維鞋楦模型。
2.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述讀入的三維標準鞋楦模型和用戶的腳型模型，是通過對標準鞋楦進行掃描得到的。
3.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的對步驟2)得到的腳型參數(shù)包括腳長，腳的基本寬度，即第一跖趾外寬和第五跖趾內(nèi)寬，圍長，即跖圍圍長和跗圍圍長，放余量，腳趾端點部位，拇趾外突點部位，小趾外突點部位，第一跖趾部位，第五跖趾部位，前跗骨突度部位，腰窩部位，踵心部位，后容差，跖趾圍長，前跗骨圍長，拇趾里寬，小趾外寬，第一跖趾里寬，第五跖趾外寬，腰窩外寬，踵心全寬，總前蹺，前蹺，后跟高，頭厚，后跟突點高，后身高，前掌凸度，底心凹度，踵心凸度，踵心高，統(tǒng)口寬，統(tǒng)口長，楦斜長；楦型參數(shù)包括腳長，腳的基本寬度，即第一跖趾外寬和第五跖趾內(nèi)寬，圍長，即跖圍圍長和跗圍圍長，楦底樣長，放余量，后容差。
4.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形是基于目標楦型參數(shù)的鞋楦模型曲面變形。
5.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的基于目標楦型參數(shù)的鞋楦模型曲面變形包括如下步驟
1)將鞋楦模型曲面根據(jù)權(quán)利要求1步驟2)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的腳長參數(shù)進行變形；
在根據(jù)腳長參數(shù)變形時，首先，利用公式(1)，根據(jù)L楦的腳長和腳長參數(shù)L腳長input把腳長變形量SL求出，其中L楦的腳長根據(jù)公式(2)求出；再利用腳長變形量，根據(jù)公式(3)把曲面上點的坐標按比例進行變化，得到新的坐標，其中，J是楦底前端點，P是曲面上的任意一點三維坐標，Pold表示點在變形前的三維坐標，Pnew表示變形后的三維坐標，用這個方法把鞋楦模型曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合腳長參數(shù)的新的鞋楦模型曲面，
腳長變形的公式如下
..........(1)
L楦的腳長＝L楦底樣長×腳長系數(shù)；..........(2)
Pnew＝(Pold-J)×SL+J；..........(3)
2)將鞋楦模型曲面根據(jù)權(quán)利要求1步驟2)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的腳的基本寬度，即第一跖趾內(nèi)寬加第五跖趾外寬，進行參數(shù)變形；
在根據(jù)腳的基本寬度參數(shù)變形時，首先建立鞋楦模型曲面的一個投影軸；設(shè)楦底前端點J，楦底后端點A，世界坐標系的坐標原點為O，令
把E單位化，得到的向量即投影軸，再根據(jù)測量并計算得到的楦型參數(shù)，根據(jù)公式(4)把腳寬變形量Sw求出，再利用腳寬變形量，按公式(5)、公式(6)把鞋楦模型曲面上點的坐標按比例進行變化，其中P是曲面上的任意一點，Pold表示點在變形前的坐標，Pnew表示變形后的坐標，E是如上所述的單位向量，得到新的坐標點，用這個方法把鞋楦模型曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合腳的基本寬度參數(shù)的新的鞋楦模型曲面，
腳寬變形的公式如下
Q＝E[(Pold-J)·E]+J；..........(5)
Pnew＝(Pold-Q)·Sw+Q；..........(6)
3)將鞋楦模型曲面根據(jù)權(quán)利要求1步驟2)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的圍長，即跖圍圍長和跗圍圍長參數(shù)變形。
6.如權(quán)利要求5所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的根據(jù)測量并計算得到的楦型參數(shù)中的圍長，即跖圍圍長和跗圍圍長參數(shù)變形包括如下步驟
1)設(shè)點A是楦底后端點，點J是楦底前端點，在曲面上生成從點A到點J的三條有方向的曲線l1，l2，l3分別沿楦背線，沿內(nèi)懷楦底楞線，沿外懷楦底楞線，將此三條曲線參數(shù)化，曲線l上的點的參數(shù)取為從該點沿曲線l到點A的距離，例如，Qa為沿曲線l1到點A的距離為ai的點，參數(shù)為ai；Qb為沿曲線l2到點A的距離為bi的點，參數(shù)為bi；Qc為沿曲線l3到點A的距離為ci的點，參數(shù)為ci；現(xiàn)在用這三個點來定義楦面的任意截面，將過(Qa，Qb，Qc)這三個點的截面用參數(shù)表示為(ai，bi，ci)，由于跖圍的三個點Qa2，Qb2，Qc2分別沿著三條曲線對點A的距離是a2，b2，c2，跗圍的三個點Qa1，Qb1，Qc1分別沿著三條曲線對點A的距離是a1，b1，c1，所以可將跖圍截面和跗圍截面分別表示為(a2，b2，c2)和(a1，b1，c1)，在楦底前端點處，截面匯于一點J，楦底前端點處，截面匯于一點A，可以將A和J分別看做特殊的截面；
2)基于跖圍圍長參數(shù)計算跖圍截面的變形量S和D；
首先要建立跖圍截面的局部坐標系，建立局部坐標系的方法是令截面與l1的交點為Qa，令截面與l2的交點為Qb，令截面與l3的交點為Qc，令世界坐標系的坐標原點為O，由
再將
單位化，將Qa對
投影，得到Qa′，由
再將
單位化，就得到了XOY二維局部坐標系；然后我們基于跖圍圍長參數(shù)計算跖圍截面的變形量S和D，其中S是跖圍截面任意點P在OY方向上的變形量，D是P在OX方向上的變形量，求P在OY方向上的變形量S的公式為公式9
其中h1是跖圍曲線當前的高度，圍長是約3毫米差一個碼，因此
P在OX方向上的變形量D的求法是利用插值的方法不難看出，在
方向最高點Qa和最低點Qb、Qc處D的取值都為0，選P′為
方向70％高度左右截面曲線上的點，設(shè)在P′處D的取值為d，用這三點進行插值，可求截面Q上所有點的D，從而計算出目標圍長，設(shè)這個截面上的目前圍長為L目前圍長，如果d的取值偏大，則L目前圍長大于目標圍長，如果d的取值偏小，則L目前圍長小于目標圍長，利用二分法，使最終L目前圍長＝L目標圍長，從而得到得P′點處的D；
3)基于跗圍圍長參數(shù)計算跗圍截面的變形量S和D，具體公式和實施算法同步驟2)中基于跖圍圍長參數(shù)計算跖圍截面的變形量S和D的方法；
4)建立以l1，l2，l3為坐標軸的參數(shù)坐標系，跖圍截面的坐標是(a2，b2，c2)，跗圍截面的坐標是(a1，b1，c1)，點A處截面的坐標是(0，0，0)，點J處截面的坐標為(L1，L2，L3)，用一條光滑曲線把這四個點的連接插值，那么每一個截面對應(yīng)到該曲線上惟一的一點，對曲線上任意一點，如果已知a、b、c值的任意一個值，即可得到對應(yīng)的其他兩個的值，即得到一個截面記為Q(Qa，Qb，Qc)；為了求鞋楦曲面上任意一點P所在的截面Q，我們需要先求出截面Q對應(yīng)的Qa的參數(shù)，記為a，對在曲面上的任意點P建立函數(shù)
F(P，a)＝(P-Q)·N；..........(7)
其中N是截面法向量，
N＝(Qb-Qa)×(Qc-Qa)；..........(8)
對取定的a，通過參數(shù)坐標系中的光滑曲線，可以決定一個截面(a，b，c)，函數(shù)的意義是點P到截面的有向距離，P點必定夾在A點截面和J點截面之間，所以F(P，0)*F(P，l1)＜0，對函數(shù)F(P，a)利用二分法可求得出使得F(P，a)＝0的a，從而找到P點所在的橫截面Q，下面進行對橫截面圍長的變形時，是在P所在的橫截面Q上進行的變形；
5)以a，S，D為坐標軸建立坐標系，可以得到楦底后端點A的坐標為(0，1，0)，跗圍處的坐標為(a1，S跗圍，D跗圍)，跖圍處的坐標為(a2，S跖圍，D跖圍)，楦底前端點J的坐標為(L1，1，0)，對在曲面上的任意一點P，已知a，用這四點進行插值，可以求得P點處的S，D的值，即對在鞋楦模型曲面上的任意一點P，得到它在截面上的變形量并對P點處變形；
6)用上述方法把曲面上所有的點處理一遍，就得到了變形后符合圍長參數(shù)的鞋楦模型曲面。
7.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的對步驟3)的鞋楦模型位置控制點是由楦型參數(shù)獲得的，獲得的鞋楦模型位置控制點包括楦底后端點，統(tǒng)口前端點，統(tǒng)口后端點，鞋楦模型的位置控制點的位置不再被改變；
所述的對步驟3)獲得腳型位置控制點是通過腳背線縱剖面獲得的，其中腳背線是通過求腳型模型的包圍盒的方式得到平行于腳長邊腳高邊并垂直平分腳寬邊的面，其中通過腳背線縱剖面獲得的的腳型模型位置控制點包括腳底前端點，腳底后端點，腳底后高點，腳型模型的位置控制點可以由用戶手動調(diào)整。
8.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的對步驟4)匹配腳型模型和鞋楦模型對應(yīng)位置處的位置控制點將腳型模型的控制點對應(yīng)地放到鞋楦模型相對的位置控制點上，從而將腳型模型的位置調(diào)整對齊到鞋楦模型，并且交互地對腳型模型位置控制點的位置進行手動微調(diào)，再反復(fù)執(zhí)行將腳型模型對齊到鞋楦模型的操作，使腳型模型更嚴格地和和鞋楦模型的位置對齊；
所述的對步驟4)對腳型模型進行變形使腳底匹配到楦底，用的方法比如可以用到基于變形軸的線性變形，使腳底平面帶動腳型模型全部匹配到鞋楦模型楦底平面。
9.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的對步驟5)通過橫切的方式得到鞋楦模型和腳型模型的關(guān)鍵位置橫截面其中橫切的方式包括兩種第一種是垂直于鞋楦模型底面和腳型模型底面的橫切，由此種橫切方式得到的關(guān)鍵位置橫截面包括跖圍位置橫截面，跗圍位置橫截面；第二種是由不垂直于鞋楦模型底面和腳型模型底面的橫切，由此種橫切方式得到的關(guān)鍵位置橫截面包括拇指部位橫截面，小趾端部位橫截面，第一跖趾部位橫截面，第五跖趾部位橫截面，跗骨部位橫截面，腰窩部位橫截面。
10.如權(quán)利要求1所述的一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的對步驟6)基于橫截面參數(shù)對鞋楦模型變形是對鞋楦模型在橫截面處的參數(shù)進行改變以調(diào)整鞋楦模型的形狀，調(diào)整的參數(shù)包括鞋楦模型在橫截面處的高度，寬度，圍長參數(shù)，對截面進行調(diào)整的算法同步驟2)的鞋楦模型曲面變形方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綜合三維腳型全局參數(shù)和局部橫截面調(diào)整的個性化鞋楦模型生成方法。方法的步驟如下1)讀入三維標準鞋楦模型和用戶腳型模型；2)對步驟1)讀入的腳型模型測量腳型參數(shù)，通過腳型參數(shù)得到楦型參數(shù)，用楦型參數(shù)驅(qū)動鞋楦模型變形；3)對腳型模型和步驟2)生成的鞋楦模型分別獲得位置控制點；4)匹配位置控制點將腳型模型對齊到鞋楦模型；5)得到腳型模型和鞋楦模型的關(guān)鍵位置橫截面；6)對步驟5)生成的橫截面進行分析，基于橫截面對鞋楦模型變形；7)輸出設(shè)計好的三維鞋楦模型。本發(fā)明本著逐步求精的思想根據(jù)用戶的三維腳型生成匹配程度較高的個性化鞋楦模型，改變了傳統(tǒng)鞋楦生產(chǎn)方法分類不精細，舒適度低的現(xiàn)狀。
文檔編號G05B19/18GK101103854SQ20071006803
公開日2008年1月16日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者耿衛(wèi)東, 潘云鶴, 青 王, 飛 高, 肖漢嬰, 孫亞超, 君 初 申請人:浙江大學(xué)