鞋垫设计方法及鞋垫设计系统与流程

本发明涉及一种设计产品的系统及方法，尤其涉及一种鞋垫设计方法及鞋垫设计系统。

背景技术：

传统设计客制化鞋垫需要足形三维数据与参考足压数据，在设备方面，除三维扫描仪外，还需要足压机，才能取得此些数据。此外，若依据参考足压数据来辅助设计鞋垫，还需人工的专业判断且难以量化需调整的部分，所以对于鞋垫技师可说是费时又耗工。

因此，如何配合足部外形设计出完全符合个人所需的鞋垫，已成为本领域需解决的问题之一。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本发明内容的一方面提供了一种鞋垫设计方法，包括：利用深度相机拍摄未受压的自由足型，并获取自由足型三维影像；利用深度相机拍摄踩踏至透明踩踏板的受压足型，并获取受压足型三维影像；将自由足型三维影像与受压足型三维影像进行对位；依据对位后的自由足型三维影像与受压足型三维影像进行计算并获得足掌形变量；以及依据足底投影平面或特定鞋底三维轮廓以及足掌形变量完成设计鞋垫。

本发明的另一方面提供一种鞋垫设计系统，包括：深度相机以及处理器。深度相机用以拍摄未受压的自由足型，获取自由足型三维影像，并拍摄踩踏至透明踩踏板的受压足型，获取受压足型三维影像。处理器用以将自由足型三维影像与受压足型三维影像进行对位，依据对位后的自由足型三维影像与受压足型三维影像进行计算并获得足掌形变量，并依据足底投影平面或特定鞋底三维轮廓以及足掌形变量完成设计鞋垫。

本发明所示的鞋垫设计方法及鞋垫设计系统，能够完整拍摄自由足型三维影像与足部受压后的受压足型三维影像，并依此自由足型三维影像与受压足型三维影像做正确对位，计算出自由足型三维影像与受压足型三维影像的差异量，即为足底受压形变量，此足底受压形变量可配合足部外形，设计出个人化专属鞋垫。

附图说明

图1是依照本发明一实施例绘示的鞋垫设计方法的流程图。

图2是依照本发明一实施例绘示拍摄足形的示意图。

图3a是依照本发明一实施例绘示拍摄足掌形变量的示意图。

图3b是依照本发明一实施例绘示产生定位后的自由足型三维影像的示意图。

图4是依照本发明一实施例绘示定义脚背及脚掌的方法的示意图。

图5是依照本发明一实施例绘示足掌受压形变的示意图。

图6是依照本发明一实施例绘示形变量计算方法的示意图。

图7是依照本发明一实施例绘示设计鞋垫的三维模型的示意图。

【符号说明】

100：鞋垫设计方法

110～160：步骤

10：深度相机

20：处理器

30：自由足型

40：受压足型

50：透明踩踏板

lk：通信链接

a～c：受压点

310：自由足型三维影像

320：定位后的自由足形三维影像

410：受压足形三维影像

p1～p6：特定点

l1、l2：线条

d：足掌形变量

610、620：自由足型三维影像

630：三维鞋垫模型底部

640：微调后的鞋垫模型

650：设计鞋垫的三维模型

a1、a2：面

v1～v5、nv：法向量

f：踩踏平面

具体实施方式

以下说明为完成发明的优选实现方式，其目的在于描述本发明的基本精神，但并不用以限定本发明。实际的发明内容必须参考之后的权利要求范围。

必须了解的是，使用于本说明书中的”包含”、”包括”等词，用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件以及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。

于权利要求中使用如”第一”、″第二″、″第三″等词用来修饰权利要求中的组件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个组件先于另一个组件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的组件。

以下提供许多不同实施例或例证用以实施本发明的不同特征。特殊例证中的组件及配置在以下讨论中被用来简化本发明。所讨论的任何例证只用来作解说的用途，并不会以任何方式限制本发明或其例证的范围和意义。此外，本发明在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例和/或配置之间的关系。

在全篇说明书与权利要求所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此发明的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个组件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”或“连接”还可指二或多个组件组件相互操作或动作。在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种组件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些组件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一组件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一组件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二组件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本发明的本意。如本文所用，词汇“和/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

请参照图1～2，图1是依照本发明一实施例绘示鞋垫设计方法100的流程图。图2是依照本发明一实施例绘示拍摄足形的示意图。

于步骤110中，深度相机10拍摄一未受压的自由足型30，并获取一自由足型三维影像。于一实施例中，未受压的自由足型30是指没有受压力时的足部形状。

于步骤120中，深度相机10拍摄一踩踏至透明踩踏板的受压足型40，并获取一受压足型三维影像。于一实施例中，受压足型40是指受到压力的足部形状，例如，当足部站在透明踩踏板50上时，脚掌会承受到身体或腿部的压力，而使脚掌形状产生形变。

于一实施例中，步骤110、步骤120的次序可对调。于一实施例中，可应用全视角720度的三维扫描仪，例如是多个深度相机10，或搭配不同规格的多个深度相机10以拍摄各种位置的足部，将足形的信息建构出来。

于一实施例中，深度照相机10可通过通信链接lk与处理器20以无线或有线方式通讯，将深度照相机10拍摄到的影像传送到处理器20。

于步骤130中，处理器20将自由足型三维影像与受压足型三维影像进行对位。

请参阅图3a～图3b及图4，图3a是依照本发明一实施例绘示拍摄足掌形变量的示意图。图3b是依照本发明一实施例绘示产生定位后的自由足型三维影像的示意图。图4是依照本发明一实施例绘示定义受压足形三维影像410的示意图。

于一实施例中，如图3a所示，处理器20选取受压足型三维影像中受压处的非共线的三点a～c(此非共线的三点a～c构成一平面)，处理器20将此非共线的三点a～c经由旋转或平移至一z轴为零的平面上。

如图3b所示，处理器20更将自由足型三维影像310旋转或移动至一z轴为零(z＝0)的平面上(自由足型三维影像310样貌并未更动，仅是自由足型三维影像310被旋转或平移)，以产生定位后的自由足型三维影像320。

因此，可将自由摆放的自由足型三维影像310的脚掌定义到z轴为零的平面上，产生定位后的自由足形三维影像320，以利于后续跟踩踏在平面上的受压足形三维影像410进行对位。

于一实施例中，处理器20将受压足型三维影像410的足背区域与定位后的自由足形三维影像320的足背区域进行对位。

于一实施例中，处理器20将利用自由足型三维影像320的足背区域与定位后的受压足形三维影像410的足背区域进行对位的步骤可利用刚性或非刚性对位法(rigidornon-rigidregistration)进行对位，比如迭代最近点(iterativeclosestpoint)、强健点匹配(robustpointmatch)，内核关联(kernelcorrelation)、相关点漂移(coherentpointdrift)、排序对应空间(sortingthecorrespondencespace)等算法来获得最佳解。

于一实施例中，当足部踩踏于透明踩踏板50上时，脚掌会承受到身体或腿部的压力，而使脚掌形状产生形变，但脚背部分的形变量并不显著。因此，定位后的自由足形三维影像320(图3b)及受压足形三维影像410(图4)两者的脚背部分是相同或极其相似的，而脚掌部分会有所不同。据此，处理器20将可透过将此两者脚背的部分进行对位(将两者三维影像对齐或对准)，以得知自由足形三维影像320(图3b)及受压足形三维影像410(图4)两者之间足底形状的不同之处。

更具体而言，如图4所示，受压足形三维影像410的外表轮廓上的各部位三维数据的三角网格的法向量，与其对位的平面(z＝0；法向量为(0，0，1))可以通过各三角网格法向量与对位的平面法向量(0，0，1)的内积(即两向量夹角的余弦(cosine))的正负号来定义脚掌和足背。足形各部位的三角网格的法向量与对位的平面(z＝0；法向量为(0，0，1))的内积可以得知各部位的角度，定义其角度的余弦值大于0的为脚背；余弦值小于0的为脚掌，因此如图4所示，角度的余弦值大于0的部分以虚线箭号表示，定义为脚背，角度的余弦值小于0的部分以实线箭号表示，定义为脚掌。同样地，定位后的自由足形三维影像320也可以相同的方式定义脚背及脚掌部位。

因此，可将定位后的自由足形三维影像320(图3b)及受压足形三维影像410(图4)两者的脚背部分进行对位(将两者三维影像对齐或对准)，以得到两者足底形状变异。

于步骤140中，处理器20依据对位后的自由足型三维影像320与受压足型三维影像410进行计算并获得一足掌形变量。

请参照图5，图5是依照本发明一实施例绘示足掌受压形变的示意图。为了方便说明，图5仅绘示自由足型三维影像320与受压足型三维影像410的足掌的侧视线条的部分。其中，自由足型三维影像320的足掌部分为线条l2，受压足型三维影像410的的足掌部分为线条l1，线条l1、l2两者之间差异(或称变异)部分为形变量，例如为足掌形变量d。

于一实施例中，请参照图5及图6，图6是依照本发明一实施例绘示形变量计算方法的示意图。形变量指的是一个点，例如为足掌形变量d。更具体而言，自由足型三维影像320与受压足型三维影像410各自是由很多小型三角网格建构起来的，通过每个三角网格比对自由足型三维影像320与受压足型三维影像410中对应的特定点p2～p6(例如为线条l1上的特定点p1与线条l2上的特定点p2)的垂直距离，垂直距离算法例如是指在面a1中特定三角网格中心特定点p1，并沿着给定踩踏平面f的法向量nv(0，0，1)与面a2上所有三角网格计算是否有交集，并找到唯一特定点p2交集于其中一三角网格内，使得特定点p1与特定点p2距离是基于踩踏平面f的法向量nv的解，即为特定点p1到面a2的垂直距离；举例而言，如图6所示平面f(xy平面)的法向量nv(0，0，1)与特定点p1能构成一参数式去面a2里各个三角网格寻找参数式的解，但只有唯一三角网格能使该参数式的解(特定点p2)能落在该三角网格内部，该参数式解(特定点p2)即视为特定点p1到面a2的垂直距离，故将此法向量v2的长度视为足掌形变量d；因此可以算出每个三角网格比对自由足型三维影像320与受压足型三维影像410中对应的特定点的形变量(即z轴方向的垂直变化量)。

于一实施例中，处理器20可依据足掌形变量以调整鞋垫设计的一材质。于一实施例中，在设计鞋垫时，依据足掌形变量，即足底每个位置所对应的鞋垫每个位置的硬度表现，可以设计鞋垫(此部分也可做为鞋垫中的相对底层)上每个位置的结构或材质不同。

于一实施例中，足底受压形变是指足掌整体的形变。在设计鞋垫时，鞋垫中可以包含缓冲层。于一实施例中，缓冲层可放置于鞋垫中的最上层，或相对较上层。参照足底受压形变较大的地方，可以将缓冲层的结构设计软一点，使得穿鞋者的踩踏舒适一些。于一实施例中，处理器20可依据足底受压形变以调整缓冲层的一厚度，缓冲层也可等比例或整体加一固定值产生不同的三维形变，或是进行厚度调整，例如整体加1公厘到2公厘以调整软硬度。

于一实施例中，当足掌某部分承受的压力较大时，将使形变量大，可以采用较厚的缓冲层，或是在鞋垫中的相对底层采用较低硬度的鞋垫底部(或鞋垫中的任一层)，以达到减压效果，并藉此重新分部足底压力。

于步骤150中，处理器20依据自由足型三维影像取得一足底投影平面。

于步骤160中，处理器20依据足底投影平面以及足掌形变量完成一设计鞋垫。

请参阅图7，图7是依照本发明一实施例绘示设计鞋垫的三维模型的示意图。于图7的例子中，由于实际足掌皮肤的法向量会是往下(如图4所示)，但在建置鞋垫的三维模型数据时，三维模型的鞋垫顶部要能与实际足掌契合，因此，在此例中，需要将自由足型三维影像610的法向量直接变号，使得原先往下或偏下的法向量都直接变号为往上或偏上，其整体形状未变；换言之，法向量的变号可理解为类似翻模的概念，由于建立三维模型数据时，需要定义何者为建模的表面，故通过方式可在三维模型数据中定义并区分出实际足部与三维鞋垫模型的表面。

据此，于处理器20将自由足型三维影像610中的足掌经过法向量变号处理后，产生自由足型三维影像620，此自由足型三维影像620可视为三维鞋垫模型顶部，使三维鞋垫模型顶部配合实际足掌具有高低起伏。

接着，将自由足形影像610的z轴设为零，即取得脚底的轮廓，也为脚底对地面的投影，此投影作为三维鞋垫模型底部630。

于一实施例中，若鞋垫需要搭配某双鞋子，则可在拿到此鞋子的三维数据后，来以此鞋子的鞋底三维轮廓做为三维鞋垫模型底部630，因此，三维鞋垫模型底部630不限定为平面，也可为曲面。

于一实施例中，若特定穿鞋者的足部需要矫正，例如脚掌有内旋或外翻，则鞋垫需要作一些角度的调整，经专业人士(如医生)的评估下，可以微调鞋垫中的部分区块的偏向度数，以校正穿鞋者在穿鞋时所产生的偏斜现象。更具体而言，在将足掌的法向量进行反向处理时，可以稍为调整法向量的角度，以微调三维鞋垫模型顶部。此外，三维鞋垫模型底部也可以调整厚度。于一实施例中，微调后的鞋垫模型640，包含微调后的三维鞋垫模型顶部对应至微调后的三维鞋垫模型底部。

于一实施例中，处理器20依据足底投影平面或特定鞋底三维轮廓以及足掌形变量完成一设计鞋垫。于一实施例中，处理器20将自由足形影像620及三维鞋垫模型底部630封起来，以形成设计鞋垫的三维模型650。

于一实施例中，处理器20将微调后的鞋垫模型640，包含微调后的三维鞋垫模型顶部对应至微调后的三维鞋垫模型底部封起来，以形成设计鞋垫的三维模型650。

于一实施例中，设计鞋垫的方法可以多种方式实施，例如采用计算机辅助设计软件，以上述方法设计鞋垫的形状、材料和/或结构，以产生鞋垫的三维模型，并通过三维打印、计算机数值控制工具机(cnc)加工等方式将鞋垫实际制作出来。

本发明所示的鞋垫设计方法及鞋垫设计系统，能够完整拍摄自由足型三维影像与足部受压后的受压足型三维影像，并依此摄自由足型三维影像与受压足型三维影像做正确对位，计算出两笔自由足型三维影像与受压足型三维影像的差异量，即为足底受压形变量，此足底受压形变量可配合足部外形，设计出个人化专属鞋垫。