专利名称：一种基于扩展测地线能量优化的数字鞋楦围长测量方法
技术领域：
本发明涉及制鞋行业中数字化鞋楦上的围长测量方法，特别地，涉及一种基于扩展测地线能量优化的、精确的、快速的围长测量方法。
背景技术：
鞋楦是用来辅助鞋类成型的模具，它的设计和制作在制鞋流程中处于中心环节。设计师通过测量鞋楦长、宽、高和围长等参数，结合经验和专业知识，设计出美观舒适的鞋；技术工人通过测量鞋楦的各个参数，实现鞋楦质量的检测。传统的鞋楦测量只能在实体鞋楦上进行，测量者需使用卡尺、直尺、皮尺等工具手工完成测量。中国国家标准GB/T3293-2007《中国鞋楦系列》和GB/T 3294-1998《鞋楦尺寸检测方法》对鞋楦围长的测量方法进行了规范。现代工业中随着CAD技术的发展，制鞋行业中越来越多的环节在计算机中完成。 对于数字鞋楦，长、宽和高等参数较易测量，但对围长仍无有效的、精确的测量方法。数字鞋楦上的围长测量目前只有以下近似的方法
I、截平面法用一经过定位点的平面与鞋楦模型相截，平面与鞋楦表面的交线即作为相应的围长。2、测地线法在鞋楦表面上求出定位点之间的测地线，首尾相接成闭合的曲线，以该曲线作为鞋楦围长。制鞋行业中对围长测量的精度要求为正负O. 5毫米，而这些测量技术均存在较大误差。鞋楦围长曲线一般不会落于一个平面内，用截面法所得的围长曲线为一平面曲线，只是一条与围长曲线位置大致相同的曲线；测地线是曲面上局部最短路径，基于皮尺拉紧即为最短这一假设，测地线似乎是较好的近似，但测地线没有宽度，与具有宽度和厚度属性的皮尺还有不可忽略的偏差。因此，在数字化鞋楦上提出一种满足精度要求，并且稳定可靠的围长测量方法已经成为制鞋CAD技术发展的客观要求，也是制鞋行业提高生产效率的实际需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于数字化鞋楦的精确的围长测
量方法。本发明的目的是通过以下技术方案来是实现的一种基于扩展测地线能量优化的数字鞋楦围长测量方法，其步骤如下
1)读入鞋楦模型和测量定位点，设定皮尺宽度和厚度参数，根据定位点位置和皮尺参数裁去远离测量区域的模型点和面；
2)计算鞋楦模型上测量定位点之间的测地线，以此为扩展测地线的初值；
3)在鞋楦模型上将步骤2)中的测地线扩展为和皮尺同宽的子曲面，沿着子曲面的长和宽两个维度进行均匀采样；4)在平面内构造质点弹簧系统，并用步骤3)中得到的采样点初始化质点位置；
5)为步骤4)中的质点添加鞋楦曲面约束，即将质点的运动加速度约束于曲面的局部切平面内；
6)计算时间步长下系统的运动增量，更新质点的位置、速度和加速度；
7)将更新后的质点重投影回鞋楦模型表面；
8)重复步骤5)至步骤7)的过程，直至系统质点的位置、速度增量小于给定的阈值；
9)提取数字鞋楦上质点的路径，沿着曲面的法向偏移皮尺的厚度得到鞋楦相应的围长路径，计算的路径的长度即得到围长。本发明的有益效果是，本发明的方法能够直接测量数字化三维鞋楦模型的围长。
目前，需要测量鞋楦围长时，首先需将数字鞋楦实体化，即用刻楦机雕刻出木质或塑料质地的实体鞋楦，然后在实体鞋楦上用皮尺手工测量围长。这一过程耗时耗材，对鞋楦反复修改的周期很长。本发明直接在数字鞋楦上测量围长，避免了鞋楦实体化的过程，极大提高了鞋楦设计、鞋楦质检的生产效率。
图I为本发明方法的流程 图2为本发明子曲面构造和采样的步骤；
图3为本发明质点弹簧系统的构造示意 图4为本发明质点的位置初始化示意 图5为数字鞋楦上测量所得跖围长的效果 图6为六款鞋楦实施例的测量结果图。
具体实施例方式读取并处理制造业中标准的IGES格式的鞋楦文件，文件中鞋楦一般以NURBS曲面表示，对其参数进行采样并生成三角网格模型。方法的具体实施方式
如下
步骤I :读入鞋楦模型以及测量定位点位置a和b，设定皮尺参数皮尺宽度W、厚度参数t，扩展曲面在长度方向的采样数N，扩展曲面在宽度方向的采样数M。根据定位点位置和皮尺参数裁去远离测量区域的模型点和面。步骤2 :计算鞋楦模型上测量定位点之间的测地线，以此为扩展测地线的初值。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.中的方法快速计算三角网格上两点间的测地线。步骤3 :在鞋楦模型上将步骤2)中的测地线扩展为和皮尺同宽的子曲面，沿着子曲面的长和宽两个维度进行均匀采样。首先对步骤 2 中得到 的测 地线Γ等弧长采样点，从这些采样点沿着与测地垂直的方向发出的长度为W的测地线簇 ，将测地线簇的末端点依次用测地线连接，得到曲线f。对f等弧长重采样，并建立与Γ采样点的--对应。计算Γ与f对应点间的测地线簇Ω ,最后对Ω中每条测地线等弧长采样得到离散点集合^.εΜ3μ = (3,…U = 0,...,ilf}(参见附图2)。步骤4 :在平面内构造质点弹簧系统，并用步骤3中得到的采样点初始化质点位置。在步骤2中已经得到测地线Γ及其长度在宽为W、长为的平面矩形区域内分别沿着长度和宽度方向均匀采样，得到(I+1) X (M +1)个平面质点(#€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.中的方法构造弹簧质点系统。以质点间的欧氏距离为原长，给相邻质点添加结构弹簧，给对角相邻质点添加剪切弹簧，给相隔质点添加弯曲弹簧(参见图3)。用步骤3中获取的采样点坐标初始化质点坐标~<~办，将质点从平面映射至鞋楦曲面(参见图4)。步骤5 :为步骤4中的质点添加鞋楦曲面约束，即将质点的运动加速度约束于曲面的局部切平面内。为了表达的简洁，将具有二维索引的质点数组用单索引数组表示，索引为 = 0,1, —(!ν+ χ + Ι)。米用BARAFF D, WITKIN A. Large steps in cloth simulation:
ACM, 1998: 43-54.中的方法，将方向约束以矩阵形式作用于质量m在XYZ三轴上的分量，约束矩阵名的秩决定了质点的运动自由度
7自由度3
s I1-PiPi 自由度2!-制f自由度1自由度O
其中，/为3阶单位阵，Pi和？;为受约束的单位方向向量。鞋楦表面质点的自由度为2，将约束向量p取为质点在曲面的单位法向％。由于= 故以@/ 2为质量的质点的加速度巧=尽// 在況方向上的分量为零。步骤6 :计算时间步长下系统的运动增量，更新质点的位置、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，联列欧拉方法中各质点的运动方程形成稀疏线性系统
权利要求
1. 一种基于扩展测地线的数字鞋楦上的围长测量方法，其特征在于包含以下步骤 (1)读入鞋楦模型和测量定位点，设定皮尺宽度、厚度参数、扩展曲面在长度方向的采样数和扩展曲面在宽度方向的采样数，根据定位点位置和皮尺参数裁去远离测量区域的模型点和面； (2)计算鞋楦模型上测量定位点之间的测地线，以此为扩展测地线的初值； (3)在鞋楦模型上将步骤2中的测地线扩展为和皮尺同宽的子曲面，沿着子曲面的长和宽两个维度进行均匀采样； (4)在平面内构造质点弹簧系统，并用步骤3中得到的采样点初始化质点位置； (5)为步骤4中的质点添加鞋楦曲面约束，即将质点的运动加速度约束于曲面的局部切平面内； (6)计算时间步长下系统的运动增量，更新质点的位置、速度和加速度； (7)将更新后的质点重投影回鞋楦模型表面； (8)重复步骤5至步骤7的过程，直至系统质点的位置、速度增量小于给定的阈值； (9)提取数字鞋楦上质点的路径，沿着曲面的法向偏移皮尺的厚度得到鞋楦相应的围长路径，计算的路径的长度即得到围长。
全文摘要
本发明公开了一种基于扩展测地线的数字鞋楦上的围长测量方法，该方法通过求解曲面上的扩展测地线来进行鞋楦围长测量，并使用带曲面约束的质点弹簧模型快速求解扩展测地线。本发明涉及的测量方法精度高，并且克服了传统鞋楦围长测量只能在实体鞋楦上进行的缺陷，大大提高了行业的生产效率。
文档编号A43D1/04GK102860633SQ20121032773
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者耿卫东, 李萌坚, 潘云鹤 申请人:浙江大学