专利名称：基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法
技术领域：
本发明涉及鞋楦，尤其涉及一种基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法。
背景技术：
随着计算机技术和硬件成本的快速降低，制鞋工业也已经普遍应用了CAD/CAM技术，鞋类CAD中鞋楦造型系统应该占据一个十分重要的地位。传统的鞋楦造型一般来说都是按相应的国家标准来进行的。但是随着客户需要的增多，个性化定制越来越成为企业竞争的制高点。因此按照客户脚型进行鞋楦设计有着越来越多的迫切需要。目前国内的鞋楦CAD产品多是采用标准楦进行鞋楦造型设计，具体的过程就是通过标准楦体的数据采样或整体的三维扫描建立鞋楦曲面，通过对曲面的局部调整，从而设计符合要求的鞋楦。这种设计方法的主要特点是造型快捷方便，但是涉及到鞋楦的整体修改往往需要导入一个新的标准楦再进行设计，同时也要求用户具有使用三维扫描设备的条件。
发明内容
本发明是为了实现无实体楦的鞋楦设计，目的在于提供一种基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法。
本发明采用的技术方案是 基于脚部关键尺寸的鞋楦造型方法，通过输入用户脚部关键尺寸建立关键轮廓曲线，将其结合为鞋楦曲线框架，分块构建鞋楦子曲面，将鞋楦子曲面拼接和光顺得到鞋楦整体曲面；基于脚部扫描模型的鞋楦造型方法，导入用户脚部模型，建立脚部特征模型和对应的鞋楦特征模板，通过将鞋楦特征模板与轮廓曲线结合，对鞋楦特征模板的初始网格曲面进行细分，得到鞋楦曲面原型；建立统一的鞋楦模型描述；在此基础上对鞋楦曲面采用两种方式调整基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩或采用控制点调整的局部曲面修改。
所述基于用户脚部关键尺寸建立关键轮廓曲线，即建立鞋楦底样轮廓曲线、鞋楦楦侧轮廓曲线和统口轮廓关键曲线，将关键轮廓曲线结合建立鞋楦曲线框架。
所述利用鞋楦曲线框架，分块构建鞋楦子曲面，采用双线性插值曲面生成方法分别构建鞋楦子曲面，然后对鞋楦子曲面进行拼接和光顺得到鞋楦整体曲面。
所述用户脚部模型通过用户交互定义脚部特征信息建立脚部特征模型和对应的鞋楦特征模板。
所述鞋楦特征模板与轮廓曲线结合，将特征模板的相应边整合到其相关的轮廓曲线上去。
所述建立统一的鞋楦模型描述，包括建立鞋楦曲面信息的描述和鞋楦特征信息的描述两个方面。
所述基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩，分别修改长度方向和围度方向尺寸，实现鞋楦模型的精确调整。
所述采用控制点调整的局部曲面修改，通过计算特定控制点对曲面上其他顶点的影响来改变曲面造型，实现局部微调。
本发明为了实现无楦化设计目的，可以根据顾客提供的脚部关键部位的尺寸对鞋楦模型曲面进行构建，得到符合顾客脚型的鞋楦模型；可以通过三维扫描获取顾客脚的离散数据，对脚模型进行网格化和平滑化的同时根据鞋楦轮廓信息获得相应的鞋楦模型；建立了统一的鞋楦模型描述，实现在此基础上的对鞋楦模型的调整。在无样楦的情况下通过客户提供脚型的主要尺寸或通过扫描得到客户的脚型数据，进行一定的修正后建立合乎客户脚型的鞋楦模型，并直接在鞋楦模型上进行鞋面设计；或根据客户提供的脚型尺寸按参数化的方法直接修改标准鞋型得到需要的鞋楦模型。
本发明与其他鞋楦模型生成方法相比，具有的有益效果是 1、定义了脚部特征尺寸和鞋楦模型尺寸的详细信息，在用户不具备扫描设备的情况下，根据用户输入的脚部特征尺寸的信息，完成了对鞋楦初始模型的构造。通过对鞋楦初始模型的进一步修改，实现设计人员对鞋楦的设计要求。
2、能够通过脚部扫描构建鞋楦模型。在脚部扫描模型的基础上，定义了脚部特征模型。结合用户输入轮廓和脚部特征模型，实现了一个带有鞋楦轮廓信息的鞋楦特征模板。在此基础上，经过曲面细分的方法，实现了鞋楦的一个造型过程。
3、针对两种造型方法和其他CAD系统产生的鞋楦模型，给出了一个统一的鞋楦表示方法。这个表示方法不仅包括鞋楦的曲面信息和鞋楦的特征信息，还降低了后面鞋楦面修改的处理难度和工作量。
4、为了方便设计人员对鞋楦局部区域的修改，实现了采用控制点调整的局部曲面修改。用户通过指定一个和多个控制点，调节其影响参数，可以获得所需的曲面形状。
图1是本发明方法的操作流程图。
图2是鞋楦底样轮廓曲线图。
图3是鞋楦底样轮廓曲线与鞋楦楦侧轮廓曲线拟合图。
图4是鞋楦曲线框架图。
图5是基于用户脚部扫描模型的鞋楦造型方法流程图。
图6是鞋楦特征模板图。
图7是特征模板和轮廓曲线拟合示意图。
图8(a)是不包括轮廓曲线的顶点插补示意图。
图8(b)是包括轮廓曲线的顶点插补示意图。
图9是鞋楦特征信息定义参照图。
具体实施例方式 本发明从个性化皮鞋定制的角度出发，实现一个满足客户要求的皮鞋的快速设计过程，其技术路线如图1所示，具体实施步骤如下 1、基于脚部关键尺寸的鞋楦造型方法，首先需获取用户的脚部关键尺寸，根据脚部关键尺寸数值，已中心线为基准绘制若干基本控制点，通过这些基本控制点建立原始鞋楦底样轮廓曲线；通过建立不同头型标准鞋楦底样知识库，按照用户选择的楦型，在原始鞋楦底样轮廓曲线上进行进一步的轮廓控制点插补，得到最终的(如图2)；根据脚部关键尺寸数据，获得鞋楦楦侧轮廓曲线基本控制点，生成鞋楦楦侧轮廓曲线；根据脚部关键尺寸数据，通过轮廓控制点生成统口轮廓曲线。采用下式对鞋楦底样轮廓曲线控制点进行坐标变化(参照如3)，与鞋楦楦侧轮廓曲线进行拟合，建立鞋楦曲线框架(如图4)。
其中ui是以|uai-u0|的长度在曲线v0vn截得。vai则是uai在直线u0un上的投影， 2、按照鞋楦曲线框架中关键轮廓曲线的分割，分块构建鞋楦子曲面，采用具有给定四条边界的双线性插值曲面生成方法分别生成鞋楦模型的内踝面和外踝面两个重要的分块鞋楦子曲面，并对鞋楦子曲面进行拼接和光顺，得到鞋楦整体曲面。
3、通过以上方法构造的鞋楦模型往往不能充分反映人体脚部一些局部的特征，因此结合采用基于用户脚部扫描模型的鞋楦造型方法，该方法流程图如图5所示。通过三维扫描设备对用户脚部进行扫描，导入用户脚部扫描模型，利用用户交互操作定义脚部模型上的脚部特征信息而得到脚部特征模型。通过脚部特征模型建立起鞋楦特征模板的边表和面表信息，在边表中记录了鞋楦模板框架中的所有边，其数据结构如下 Class CEdge { int nStartNodeID，nEndNodeID；//始末顶点标识 pointList plProfile；//用户设计的鞋楦轮廓 }；varray<Cedge>vaEdgeTable； 面表记录了每个面是由那几条边组成的以及组成边的方向，其数据结构如下 Class CFace { int nEdge0ID，nEdgelID，nEdge2ID；//组成边标识 int nEdge0Dir，nEdgelDir，nEdge2Dir；//组成边方向}； varray<CFace>vaFaceTable； 确定边表和面表相应的信息后，建立起对应的鞋楦特征模板(如图6)。
4、把鞋楦特征模板上的顶点按照曲线对应各边的边长比例和轮廓曲线相结合，将鞋楦特征模板的相应边整合到其相关轮廓曲线上去(如图7)，得到整合后的鞋楦特征模板。
5、采用可变细分的方法对鞋楦特征模板上的初始网格进行细分，首先完成拓扑分割，按如下规则插入的新的顶点位置
到网格中 如果其所在的边
上面没有轮廓曲线
通过，那么其位置如下式确定(参照图8(a)) 如果其所在的边
上面有轮廓曲线
通过，那么其位置将如下式确定(参照图8(b)) 然后进行网格优化即光顺处理，得到鞋楦曲面原型。
6、前述过程由于使用方法有所差异，得到的鞋楦模型拓扑结构也不尽相同，将对鞋楦实现统一的鞋楦模型描述，包括以下两方面 (1)使用满足所需精度要求的离散小平面片来近似表达整个曲面体，定义统一的鞋楦曲面信息； (2)根据人体脚型及鞋楦造型特点，定义如下统一的鞋楦特征信息(参照图9)
统口环统口前点与统口后点之间的封闭环GF；
楦底环楦底前端点与楦底后端点之间的封闭环AD；
后跟线连接统口后点与楦底后端点之间并过后跟突点的曲线DF；
中心线连接统口前点与楦底前端点之间的曲线AD。
7、基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩方法调整鞋楦模型，使用线性插值方法，通过用户交互修改鞋楦曲面原型在长度和围度上的尺寸，通过数值精确调整鞋楦模型，满足用户设计需要；或采用控制点调整的局部曲面修改调整鞋楦模型，改变一个网格曲面的一个或多个控制点的位置时，按照固定的影响因子函数和控制点的位置计算网格中每一个顶点的新位置，从而改变曲面形状，实现对局部曲面的微调。若用
表示各个顶点，用
表示控制点，
表示变化后的曲面顶点，通过下列公式计算曲面顶点的新位置 其中 函数
返回一个矢量，函数
返回一个标量，上面式中γ，α，ε为可调的参数，
为曲面上顶点中最靠近控制点
的顶点。
权利要求
1.一种基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于基于脚部关键尺寸的鞋楦造型方法，通过输入用户脚部关键尺寸建立关键轮廓曲线，将其结合为鞋楦曲线框架，分块构建鞋楦子曲面，将鞋楦子曲面拼接和光顺得到鞋楦整体曲面；基于脚部扫描模型的鞋楦造型方法，导入用户脚部模型，建立脚部特征模型和对应的鞋楦特征模板，通过将鞋楦特征模板与轮廓曲线结合，对鞋楦特征模板的初始网格曲面进行细分，得到鞋楦曲面原型；建立统一的鞋楦模型描述；在此基础上对鞋楦曲面采用两种方式调整基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩或采用控制点调整的局部曲面修改。
2.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述基于用户脚部关键尺寸建立关键轮廓曲线，即建立鞋楦底样轮廓曲线、鞋楦楦侧轮廓曲线和统口轮廓关键曲线，将关键轮廓曲线结合建立鞋楦曲线框架。
3.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述利用鞋楦曲线框架，分块构建鞋楦子曲面，采用双线性插值曲面生成方法分别构建鞋楦子曲面，然后对鞋楦子曲面进行拼接和光顺得到鞋楦整体曲面。
4.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述用户脚部模型通过用户交互定义脚部特征信息建立脚部特征模型和对应的鞋楦特征模板。
5.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述鞋楦特征模板与轮廓曲线结合，将特征模板的相应边整合到其相关的轮廓曲线上去。
6.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述建立统一的鞋楦模型描述，包括建立鞋楦曲面信息的描述和鞋楦特征信息的描述两个方面。
7.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩，分别修改长度方向和围度方向尺寸，实现鞋楦模型的精确调整。
8.根据权利要求1所述的基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，其特征在于所述采用控制点调整的局部曲面修改，通过计算特定控制点对曲面上其他顶点的影响来改变曲面造型，实现局部微调。
全文摘要
本发明公开了一种基于人脚特征尺寸的交互式鞋楦造型方法，基于脚部关键尺寸的鞋楦造型方法，通过输入用户脚部关键尺寸建立关键轮廓曲线，将其结合为鞋楦曲线框架，分块构建鞋楦子曲面，将鞋楦子曲面拼接和光顺得到鞋楦整体曲面；基于用户脚部扫描模型的鞋楦造型方法，导入用户脚部模型，建立脚部特征模型和对应的鞋楦特征模板，通过将鞋楦特征模板与轮廓曲线结合，对鞋楦特征模板的初始网格曲面进行细分，得到鞋楦曲面原型；建立统一的鞋楦模型描述；在此基础上对鞋楦曲面采用两种方式调整基于尺寸控制的鞋楦模型扩缩或采用控制点调整的局部曲面修改。本发明实现无实体楦的鞋楦造型方法。
文档编号G05B19/4099GK101369145SQ20081012113
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者进 王, 陆国栋, 张海宁, 剑 王 申请人:浙江大学