CN100574663C - 综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法。方法的步骤如下：1)读入三维标准鞋楦模型和用户脚型模型；2)对步骤1)读入的脚型模型测量脚型参数，通过脚型参数得到楦型参数，用楦型参数驱动鞋楦模型变形；3)对脚型模型和步骤2)生成的鞋楦模型分别获得位置控制点；4)匹配位置控制点将脚型模型对齐到鞋楦模型；5)得到脚型模型和鞋楦模型的关键位置横截面；6)对步骤5)生成的横截面进行分析，基于横截面对鞋楦模型变形；7)输出设计好的三维鞋楦模型。本发明本着逐步求精的思想根据用户的三维脚型生成匹配程度较高的个性化鞋楦模型，改变了传统鞋楦生产方法分类不精细，舒适度低的现状。

Description

综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法

技术领域

本发明涉及三维鞋楦模型的生成方法，尤其是一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法。

背景技术

就鞋楦数据的生成而言，传统的制楦方法是基于国家标准指定的码长，并分成宽脚型和窄脚型，用大型刻楦机进行大规模批量生产。其中存在很多不足之处：

1)脚楦匹配程度粗糙。由于制楦参数少，只是简单地按脚长每加5mm增加一个码，加上宽窄分类，而人脚则有很大的个体差异，导致了鞋楦不能细致地匹配于对脚型，尤其是一些个性化脚型，由于和标准鞋楦匹配程度很差，很难找到合适的鞋。

2)科技含量低。主要是用刻楦机刻楦的方法大批量生成标准鞋楦，以单一劳动为主体，使制鞋产业无法从劳动密集型产业转向技术密集型产业，导致制鞋产业非常落后，亟需投入科技因素。

这些不足之处导致了我国制鞋产业在市场上的竞争力下降，只能以降低价格和国外的制鞋单位竞争，获得的利润越来越低，走进一个恶性循环。

我们所提出的综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，是以根据个体脚型的关键数据为基准，由楦型参数对标准鞋楦模型进行驱动初步变形，再根据脚楦横截面的对比分析数据，直观地对鞋楦模型的形状进行调整，从而生成完全匹配于用户三维脚型的个性化鞋楦模型。

我们综合三维脚型全局参数和局部横截面对标准鞋楦调整的依据是脚型和鞋楦的关系，满足脚型舒适度规律。主要在以下几个参数上对脚型和鞋楦进行匹配：

1)脚长和楦长的匹配。脚长是制定鞋号的基础，也是鞋楦设计的主要依据。由于人日常生活中，脚在负荷状态下，脚的长度会增加，加上走路时脚的弯曲半径小于鞋底的弯曲半径，也就是行走时，脚趾在鞋内向前移动。因此，鞋必须有一定的活动量，也就是楦长必须大于脚长。

2)脚围与楦围的匹配。脚围与楦围的匹配主要在以下两个方面：脚跖围与楦跖围的匹配，脚跗围与楦跗围的匹配。脚跖围是脚肥瘦的主要标志。跖围关节是承受人体重量和劳动负荷的主要部位之一，又是行走时发生弯曲的关键部位。因此，鞋楦跖围尺寸及肉体安排是否合理，不仅影响穿着舒适，也会造成鞋跖部位早期破损，严重的还会磨破脚跖趾部位皮肤。而在脚跗围与楦跗围的匹配上，鞋楦跗围大小对鞋穿着是否合脚舒适影响较大。鞋楦跗围太大，鞋不跟脚，但楦跗围太小又压脚面。合适的楦跗围加上该部位肉体安排合理，不但不会出现脚往前冲或压脚面，还能托住脚心。

3)脚宽与楦宽的匹配。脚的宽度随脚跖围的尺寸而变，所以楦的宽度也要随之改变。确定鞋楦各部位宽度，要根据脚型规律，还要考虑脚动与静的关系。脚宽与楦宽的匹配要注意以下几个方面：脚型基本宽度与楦型基本宽度的匹配，脚型拇趾里宽、小趾外宽与楦型拇趾里宽、小趾外宽的匹配，脚型腰窝宽与楦型腰窝宽的匹配，脚型踵心全宽和楦型踵心全宽的匹配。

5)脚高与楦高的匹配。在注意脚高与楦高的匹配方面，注意以下几个参数的匹配：脚后跟突点高度与楦后跟突点高度的匹配，脚前跗骨突点高度与楦前跗骨突点高度的匹配，脚第一跖趾关节高度与楦第一跖趾关节高度的匹配，脚拇趾高度与楦拇趾高度的匹配。

在对鞋楦模型根据局部横断面调整时，我们在脚型模型和鞋楦模型在关键位置生成了横截面，对这些横截面进行匹配。这些横截面主要有：拇指部位横截面，小趾端部位横截面，第一跖趾部位横截面，第五跖趾部位横截面，跗骨部位横截面，腰窝部位横截面。

根据横截面的舒适度分析，我们可以直观的根据个性化脚和标准鞋楦匹配程度不好、可能会出现不舒适的问题的横截面部位，基于横截面的参数进行调整。通过对鞋楦模型在横截面处的宽、高、围长的变形，对鞋楦模型调整逐步求精，得到符合用户脚型的个性化鞋楦模型。

我们根据关键三维脚型数据，和脚型模型和鞋楦模型横截面对比数据，把计算机辅助设计的技术和传统的制鞋工艺习惯结合起来，从而能够把鞋楦模型生成的方法在制鞋工业中得到应用，使制鞋工业与科技相结合，改变脚型和鞋楦匹配程度粗糙，科技含量低的现状，走出传统制鞋工业的不良误区。

对鞋楦模型进行变形的方法主要是基于目标参数的曲面变形技术。其主要的流程框架为：

1)读入标准鞋楦模型。

2)将标准鞋楦模型综合三维脚型全局参数进行初步变形。

3)脚型模型和鞋楦模型对齐，生成脚型模型和鞋楦模型匹配的横截面。

4)对横截面参数进行分析，对鞋楦模型基于局部横截面进行调整，逐步求精。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法。

方法的步骤如下：

1)读入三维标准鞋楦模型和用户的脚型模型；

2)对读入的脚型模型测量脚型参数，通过脚型参数得到楦型参数，用楦型参数驱动鞋楦模型变形，得到基于用户三维脚型参数生成的新的鞋楦模型；

3)对生成的鞋楦模型和步骤1)中读入的脚型模型分别获得鞋楦模型和脚型模型位置控制点；

4)对获得的脚型模型和鞋楦模型对应位置处的位置控制点进行匹配，从而对脚型的位置进行调整，使脚型模型和鞋楦模型的位置对齐，再对脚型模型进行变形使脚底匹配到楦底，以精确对齐鞋楦模型和脚型模型；

5)对生成的对齐后的脚型模型和鞋楦模型通过横切的方式得到鞋楦模型和脚型模型的关键位置横截面，其中关键位置即制鞋工业中对舒适度影响较大的位置；

6)基于横截面参数对鞋楦模型变形，即通过对基于脚型模型和鞋楦模型横截面匹配程度进行舒适度分析，检查横截面所在部位的脚型模型和鞋楦模型的高度，宽度，围长参数，并且对鞋楦模型在横截面处的参数进行改变以调整鞋楦模型的形状；

7)输出设计好的三维鞋楦模型。

本发明三维生成的目标是根据目标参数规范以及通过横截面调整曲面模型的形状。针对传统的大批量标准鞋楦制造，本发明的目标是根据个性化的三维脚型生成脚楦匹配程度高的鞋楦模型。针对传统的生产方法脚楦匹配程度粗糙，科技含量低的现状，我们所采取的方法是，根据用户的关键三维脚型数据，和脚型模型和鞋楦模型的横截面对比数据，把计算机辅助设计的技术和传统的制鞋工艺习惯结合起来，对鞋楦模型基于目标参数进行曲面变形，经过逐步求精得到个性化的鞋楦模型。本发明可以快速地生成匹配于脚型的个性化三维鞋楦模型。在能够很快处理大部分人脚的同时，还可以为各种特殊的脚型，如畸形脚，残疾脚等生成个性化鞋楦模型。同时，本发明解决了如今制鞋厂商只有得到鞋楦实物后才能调整脚型模型和鞋楦模型匹配的问题，有效的为制鞋产业节省了人力和财力。

附图说明

图1是本发明读入三维标准鞋楦模型的网格表示；

图2是根据脚宽参数进行变形过程中的鞋楦模型曲面上的点；

图3是根据围长参数进行变形过程中的鞋楦模型曲面上的点；

图4a是根据围长参数进行变形时截面上的点；

图4b是根据围长参数进行变形时截面上的点在X方向上的变形过程；

图5是本发明总体工作步骤流程图；

图6是本发明实施例子中输入的标准鞋楦模型；

图7是本发明实施例子中得到的由三维脚型参数获得的楦型参数驱动变形后的鞋楦模型；

图8a是本发明实施例子中生成的脚背线和楦背线纵剖面及位置控制点的示意图；

图8b是本发明实施例子中生成的脚背线纵剖面及调整脚型位置控制点的示意图；

图9是本发明实施例子中通过脚背线和楦背线纵剖面控制点对齐鞋楦模型和脚型模型的示意图；

图10是本发明实施例子中将脚底匹配到楦底的示意图；

图11是本发明实施例子中脚型模型和鞋楦模型对齐后在所有特殊位置上横切的截图；

图12是本发明实施例子中在跖围横截面上检查和调整鞋楦模型的截图；

图13是本发明实施例子中在跗围横截面上检查和调整鞋楦模型的截图。

具体实施方式

三维脚型模型及测量脚型参数和通过脚型参数得到楦型参数的方法，参见申请公开号CN200510061272.3的发明内容。在获得三维脚型模型并获得三维脚型参数后，对标准鞋楦模型用楦型参数驱动进行变形，然后将脚型模型和鞋楦模型的位置对齐，基于横截面进行参数分析并基于横截面参数对鞋楦模型进行变形。

综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法的步骤如下(见图5)：

1)读入三维标准鞋楦模型(见图1)和用户的脚型模型，其中三维标准鞋楦模型是通过对标准鞋楦进行扫描得到的；

2)对步骤1)读入的脚型模型测量脚型参数，通过脚型参数得到楦型参数，用楦型参数驱动鞋楦模型变形，得到基于用户三维脚型参数生成的新的鞋楦模型；

3)对步骤2)生成的鞋楦模型和步骤1)中读入的脚型模型分别获得鞋楦模型和脚型模型位置控制点；

4)对步骤3)获得的脚型模型和鞋楦模型对应位置处的位置控制点进行匹配，从而对脚型的位置进行调整，使脚型模型和鞋楦模型的位置对齐。再对脚型模型进行变形使脚底匹配到楦底，以精确对齐鞋楦模型和脚型模型；

5)对步骤4)生成的对齐后的脚型模型和鞋楦模型通过横切的方式得到鞋楦模型和脚型模型的关键位置横截面，其中关键位置即制鞋工业中对舒适度影响较大的位置；

6)对步骤5)生成的横截面进行分析，并且基于横截面参数对鞋楦模型变形，即通过对基于脚型模型和鞋楦模型横截面匹配程度进行舒适度分析，检查横截面所在部位的脚型模型和鞋楦模型的高度，宽度，围长参数，并且对鞋楦模型在横截面处的参数进行改变以调整鞋楦模型的形状；

7)输出设计好的三维鞋楦模型。

所述的步骤2)对读入的鞋楦模型根据楦型参数驱动变形：是基于目标参数的鞋楦模型曲面变形。其中测量的三维脚型参数包括：脚长，脚的基本宽度(即第一跖趾外宽和第五跖趾内宽)，围长(跖围围长和跗围围长)，放余量，脚趾端点部位，拇趾外突点部位，小趾外突点部位，第一跖趾部位，第五跖趾部位，前跗骨突度部位，腰窝部位，踵心部位，后容差，跖趾围长，前跗骨围长，拇趾里宽，小趾外宽，第一跖趾里宽，第五跖趾外宽，腰窝外宽，踵心全宽，总前跷，前跷，后跟高，头厚，后跟突点高，后身高，前掌凸度，底心凹度，踵心凸度，踵心高，统口宽，统口长，楦斜长。楦型参数包括：脚长，脚的基本宽度(即第一跖趾外宽和第五跖趾内宽)，围长(跖围围长和跗围围长)，楦底样长，放余量，后容差。

首先将鞋楦模型曲面根据测量并计算得到的楦型参数中的脚长参数进行变形。在根据脚长参数变形时，首先，根据脚长参数把脚长变形量求出(根据公式1求出脚长变形量S_L，L_脚长input是脚长参数，L_楦的脚长根据公式2求出。)；再利用脚长变形量，把曲面上点的坐标按比例进行变化，得到新的坐标(根据公式3按比例变化。J是楦底前端点。P是曲面上的任意一点三维坐标，P_old表示点在变形前的三维坐标，P_new表示变形后的三维坐标)。用这个方法把鞋楦模型曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合脚长参数的新的鞋楦模型曲面。

脚长变形的公式如下：

L_楦的脚长＝L_楦底样长×脚长系数；.........(2)

P_new＝(P_old-J)×S_L+J；..........(3)

然后，将鞋楦模型曲面根据测量并计算得到的楦型参数中的脚的基本宽度(即第一跖趾外宽和第五跖趾内宽)参数变形。在根据脚的基本宽度参数变形时，首先建立鞋楦模型曲面的一个投影轴。如附图2)。设楦底前端点J，楦底后端点A，世界坐标系的坐标原点为O，令

把E单位化，得到的向量即投影轴。再根据测量并计算得到的楦型参数把脚宽变形量求出(脚宽变形量S_w根据公式4求得)，再利用脚宽变形量，把鞋楦模型曲面上点的坐标按比例进行变化(按公式5、公式6按比例进行变化。P是曲面上的任意一点，P_old表示点在变形前的坐标，P_new表示变形后的坐标，E是如上所述的单位向量)，得到新的坐标点。用这个方法把鞋楦模型曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合脚的基本宽度参数的新的鞋楦模型曲面。

脚宽变形的公式如下：

Q＝E[(P_old-J)·E]+J；..........(5)

P_new＝(P_old-Q)·S_W+Q；..........(6)

最后，将鞋楦模型曲面测量并计算得到的楦型参数中的中的围长(跖围围长和跗围围长)参数变形。设点A是楦底后端点，点J是楦底前端点，在曲面上生成从点A到点J的三条有方向的曲线l₁，l₂，l₃：分别沿楦背线，沿内怀楦底楞线，沿外怀楦底楞线。如附图3)。将此三条曲线参数化，曲线l上的点的参数取为从该点沿曲线l到点A的距离。例如，Q_a为沿曲线l₁到点A的距离为a_i的点，参数为a_i；Q_b为沿曲线l₂到点A的距离为b_i的点，参数为b_i；Q_c为沿曲线l₃到点A的距离为c_i的点，参数为c_i。现在用这三个点来定义楦面的任意截面。将过(Q_a，Q_b，Q_c)这三个点的截面用参数表示为(a_i，b_i，c_i)。由于跖围的三个点Q_a2，Q_b2，Q_c2分别沿着三条曲线对点A的距离是a₂，b₂，c₂，跗围的三个点Q_a1，Q_b1，Q_c1分别沿着三条曲线对点A的距离是a₁，b₁，c₁，所以可将跖围截面和跗围截面分别表示为(a₂，b₂，c₂)和(a₁，b₁，c₁)。在楦底前端点处，截面汇于一点J，楦底前端点处，截面汇于一点A，可以将A和J分别看做特殊的截面。接下来基于跗围围长参数计算跗围截面的变形量S和D。

首先要建立跖围截面的局部坐标系。建立局部坐标系的方法是：令截面与l₁的交点为Q_a，令截面与l₂的交点为Q_b，令截面与l₃的交点为Q_c，令世界坐标系的坐标原点为O，由

再将

单位化，将Q_a对

投影，得到Q_a′，由

再将

单位化，就得到了XOY二维局部坐标系。然后我们基于跖围围长参数计算跖围截面的变形量S和D，其中S是跖围截面任意点P在OY方向上的变形量，D是P在OX方向上的变形量。求P在OY方向上的变形量S的公式为公式9：

$S=\frac{h_1+\mathrm{\Δh}}{h_1};---\left(9\right)$

其中h₁是跖围曲线当前的高度，围长是约3毫米差一个码，因此

P在OX方向上的变形量D的求法是利用插值的方法：不难看出，在方向最高点Q_a和最低点Q_b、Q_c处D的取值都为0，附图4b)。选P′为

方向70％高度左右截面曲线上的点，设在P′处D的取值为d，用这三点进行插值，可求截面Q上所有点的D，从而计算出目标围长。设这个截面上的目前围长为L_目前围长，如果d的取值偏大，则L_目前围长大于目标围长，如果d的取值偏小，则L_目前围长小于目标围长，利用二分法，使最终L_目前围长＝L_目标围长，从而得到得P′点处的D。

然后基于跗围围长参数计算跗围截面的变形量S和D。具体公式和实施算法同步骤2-3-c)。

建立以l₁，l₂，l₃为坐标轴的参数坐标系。跖围截面的坐标是(a₂，b₂，c₂)，跗围截面的坐标是(a₁，b₁，c₁)，点A处截面的坐标是(0，0，0)，点J处截面的坐标为(L₁，L₂，L₃)。用一条光滑曲线把这四个点的连接插值，那么每一个截面对应到该曲线上惟一的一点，对曲线上任意一点，如果已知a、b、c值的任意一个值，即可得到对应的其他两个的值，即得到一个截面记为Q(Q_a，Q_b，Q_c)。为了求鞋楦曲面上任意一点P所在的截面Q，我们需要先求出截面Q对应的Q_a的参数，记为a。对在曲面上的任意点P建立函数：

F(P，a)＝(P-Q)·N；..........(7)

其中N是截面法向量，

N＝(Q_b-Q_a)×(Q_c-Q_a)；..........(8)

对取定的a，通过参数坐标系中的光滑曲线，可以决定一个截面(a，b，c)，函数的意义是点P到截面的有向距离。P点必定夹在A点截面和J点截面之间，所以F(P，0)*F(P，l₁)＜0。对函数F(P，a)利用二分法可求得出使得F(P，a)＝0的a，从而找到P点所在的横截面Q。下面进行对横截面围长的变形时，是在P所在的横截面Q上进行的变形。

以a，S，D为坐标轴建立坐标系，可以得到楦底后端点A的坐标为(0，1，0)，跗围处的坐标为(a₁，S_跗围，D_跗围)，跖围处的坐标为(a₂，S_跖围，D_跖围)，楦底前端点J的坐标为(L₁，1，0)。对在曲面上的任意一点P，已知a，用这四点进行插值，可以求得P点处的S，D的值。即对在鞋楦模型曲面上的任意一点P，得到它在截面上的变形量并对P点处变形。

用上述方法把曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合围长参数的鞋楦模型曲面。

所述的步骤3)获得鞋楦模型位置控制点：是由楦型参数获得的。获得的鞋楦模型位置控制点包括：楦底后端点，统口前端点，统口后端点。鞋楦模型的位置控制点的位置不再被改变。

所述的步骤3)获得脚型位置控制点：是通过脚背线纵剖面获得的，其中脚背线是通过求脚型模型的包围盒的方式得到平行于脚长边脚高边并垂直平分脚宽边的面，其中通过脚背线纵剖面获得的的脚型模型位置控制点包括：脚底前端点，脚底后端点，脚底后高点。脚型模型的位置控制点可以由用户手动调整。

所述的步骤4)匹配脚型模型和鞋楦模型对应位置处的位置控制点：将脚型模型的控制点对应地放到鞋楦模型相对的位置控制点上，从而将脚型模型的位置调整对齐到鞋楦模型，并且可以交互地对脚型模型位置控制点的位置进行手动微调，再反复执行将脚型模型对齐到鞋楦模型的操作，使脚型模型更严格地和和鞋楦模型的位置对齐。

所述的步骤4)对脚型模型进行变形使脚底匹配到楦底：是基于变形轴的线性变形：首先建立脚型模型的局部坐标系，根据脚底的形状生成曲线R，根据楦底的形状生成变形轴曲线S。对脚型模型上任意一点P，得到点P对曲线R的投影点Q。找到点Q在曲线S上的对应的点0，就可以得到点P在曲线S上的点P’，把坐标还原到世界坐标系下，更新点P的坐标，用这个方法把脚型模型曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后脚底匹配到楦底的脚型模型曲面。

所述的步骤5)通过横切的方式得到鞋楦模型和脚型模型的关键位置横截面，其中横切的方式包括两种：第一种是垂直于鞋楦模型底面和脚型模型底面的横切，由此种横切方式得到的关键位置横截面包括：跖围位置横截面，跗围位置横截面；第二种是由不垂直于鞋楦模型底面和脚型模型底面的横切，由此种横切方式得到的关键位置横截面包括：拇指部位横截面，小趾端部位横截面，第一跖趾部位横截面，第五跖趾部位横截面，跗骨部位横截面，腰窝部位横截面。

所述的步骤6)基于横截面参数对鞋楦模型变形：是对鞋楦模型在横截面处的参数进行改变以调整鞋楦模型形状。调整的参数包括：鞋楦模型在横截面处的高度，宽度，围长参数。对截面进行调整的算法同步骤2)的鞋楦模型曲面变形方法。

实施例

首先，载入三维标准鞋楦模型(见附图6)和用户的脚型模型。由于脚型的有一定的个体差异，载入的三维标准鞋楦模型可能和用户的脚型模型差异较大，如脚长，脚高，脚宽等参数，导致鞋楦模型和脚型模型匹配出现问题。如果直接对其进行横截面匹配，则在基于横截面参数调整过程中会比较困难，所以需要对鞋楦模型进行基于用户三维脚型，得到三维脚型参数，再得到楦型参数，用楦型参数驱动鞋楦模型变形，得到初步匹配于用户脚型的鞋楦模型，(见附图7)。经过这样的变换以后，我们可以看出，标准三维鞋楦模型已经根据用户的三维脚型参数进行了初步的变形。下一步，生成鞋楦模型和脚型模型模型的楦背线和脚背线纵剖面，并分别获得位置控制点(附图8a)然后调整脚型的位置控制点，使脚型模型形后的鞋楦模型能够通过位置控制点更准确地对齐(见附图8b)。利用位置控制点调整脚型模型的位置使脚型模型自动匹配到鞋楦模型(见附图9)，然后将脚型模型进行变形使脚底匹配到楦底(见附图10)。将已经对齐的鞋楦模型和脚型模型生成在关键位置处的横截面(见附图11)，并且通过对基于脚楦匹配横截面的舒适度分析，检查横截面所在部位的脚型模型和鞋楦模型的高度，宽度，围长参数，并且通过调整鞋楦模型在横截面处的参数以调整鞋楦模型的形状。其中关键位置即制鞋工业中对舒适度影响较大的位置，其中的关键位置包括：跖围，跗围，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，腰窝部位等。其中当前横截面是绿色平面与脚型模型和鞋楦模型对齐后切得的横截面，粉色平面是其余所有横截面，可以选择不显示。本发明应用程序中会自动对所选定的横截面参数进行显示，并且可以基于横截面参数，输入调整影响范围和鞋楦模型在横截面处的参数值对鞋楦模型的形状进行调整。附图12是其中利用脚楦匹配模型检查和调整鞋楦模型在跖围横截面上参数的示意图，其中对话框中虚线画出的封闭曲线是脚型模型在跖围处的横截面的周长曲线，实线画出的封闭曲线是鞋楦模型在跖围处的横截面的周长曲线。附图13是其中利用脚楦匹配模型检查和调整鞋楦模型在跗围横截面上参数的示意图，其中对话框中虚线画出的封闭曲线是脚型模型在跗围处的横截面的周长曲线，实线画出的封闭曲线是鞋楦模型在跗围处的横截面的周长曲线。本发明应用程序可以对所有横截面生成报告，输出脚型模型和鞋楦模型对齐后，截面处的横截面图，脚围长，楦围长，脚面宽，楦面宽，脚面高，楦面高等参数，以方便分析脚型模型和鞋楦模型形状匹配程度，是否需要继续对鞋楦模型基于某一横截面调整。当经过基于脚楦匹配横截面的舒适度分析方法，认为达到合理匹配时，鞋楦模型生成完成。见表1和表2。

表1基于脚楦横截面分析调整之前生成脚型模型和鞋楦模型对齐后在各个横截面的参数分析表

楦背定位点	楦底内定位点	楦底外定位点	脚围长	楦围长	脚面宽	楦面宽	宽度内侧差	宽度外侧差	脚面高	楦面高	楦面调整高
												311.601	218.195	185.494	269.692	251.838	113.738	100.691	6.94734	6.09967	42.2579	46.9301	46.9301
259.21	127.833	123.483	261.663	254.813	98.4914	78.3893	8.78048	11.3216	62.9544	79.8884	79.8884
												269.377	138.657	134.524	261.809	251.878	102.944	83.0099	7.52752	12.4068	58.8095	74.1001	74.1001
249.046	116.489	112.393	262.28	261.908	98.2991	74.6703	11.472	12.1568	66.755	87.0143	87.0143
												356.542	265.055	258.579	188.656	181.747	81.6703	74.0007	7.67003	0.80045	28.9342	31.4383	31.4383
324.498	232.46	225.013	235.453	221.184	100.569	89.1182	6.72862	4.72244	35.4417	39.4237	39.4237
												311.601	218.195	209.818	248.185	236.818	105.075	93.9172	6.5596	4.59863	40.6413	45.3825	45.3825
305.887	212.186	203.639	251.957	243.206	106.111	95.4022	5.79649	4.91205	42.4204	48.6204	48.6204
												300.126	206.122	197.573	257.224	249.198	107.167	96.4494	4.98123	5.73675	45.0234	52.4148	52.4148
293.663	199.845	191.509	261.671	254.708	107.806	96.9334	4.6351	6.23767	48.084	56.6178	56.6178
												287.173	193.57	185.494	262.504	259.443	107.947	96.8932	4.90532	6.14882	50.5639	61.0154	61.0154
278.429	185.012	178.137	259.195	264.108	106.936	95.8796	4.89376	6.17162	51.7681	66.637	66.637
												268.958	176.01	170.746	257.07	267.383	105.189	93.7625	5.0765	6.34958	53.4169	72.5413	72.5413
259.211	167.514	163.14	260.66	269.272	104.218	90.7444	5.91124	7.562	57.9061	77.8799	77.8799
												234.517	147.094	143.221	267.003	271.943	102.623	82.0494	8.70892	11.8649	63.0068	88.4189	88.4189
210.871	127.833	123.483	276.921	280.176	99.12	75.4657	12.4594	11.1949	71.9509	98.3261	98.3261

表2基于脚楦横截面分析调整之后生成脚型模型和鞋楦模型对齐后在各个横截面的参数分析表

楦背定位点	楦底内定位点	楦底外定位点	楦围长	楦围长	脚面宽	楦面宽	宽度内侧差	宽度外侧差	脚面高	楦面高	楦面调整高
												310.822	218.583	186.174	269.065	272	113.185	109.478	1.17414	2.53331	42.4334	49.9247	49.9247
260.448	127.212	123.98	261.998	263.422	98.5658	85.5203	4.58187	8.46365	63.0301	78.411	78.411
												270.51	138.126	135.092	261.974	261.88	103.05	90.1445	3.48431	9.42107	58.7966	73.302	73.302
250.357	115.88	112.714	262.391	266.815	98.2769	80.0906	8.18514	10.0011	66.9823	85.0661	85.0661
												355.141	265.884	259.278	188.495	202.331	81.5908	83.0843	2.84094	-4.33441	28.9195	34.0453	34.0453
323.166	232.969	225.677	235.391	243.71	100.547	97.9392	1.07773	1.52964	35.4277	43.8065	43.8065
												310.822	218.583	210.559	248.062	257.716	105.007	102.804	1.36052	0.842262	40.6156	48.5884	48.5884
305.348	212.532	204.329	251.791	261.008	106.046	103.476	1.37675	1.19295	42.3912	50.7277	50.7277
												299.822	206.327	198.267	257.003	263.592	107.101	103.494	1.50287	2.10411	44.9707	53.4456	53.4456
293.576	199.782	192.207	261.581	266.439	107.775	103.008	2.07122	2.69578	48.0347	56.9918	56.9918
												287.277	193.238	186.174	262.481	269.192	107.951	102.113	3.06571	2.77217	50.5258	60.9971	60.9971
278.835	184.352	178.799	259.189	271.919	106.942	100.54	3.42322	2.97793	51.7425	66.079	66.079
												269.716	175.103	171.414	256.971	274.108	105.214	98.6999	3.21198	3.3018	53.3798	71.163	71.163
260.448	166.671	163.728	260.517	275.467	104.25	96.6234	3.05927	4.56734	57.659	75.6859	75.6859
												235.91	146.47	143.725	266.931	278.091	102.671	89.2584	4.48064	8.932	62.9339	86.2827	86.2827
211.385	127.212	123.98	276.773	286.715	99.1407	80.7761	9.813	8.55159	71.8112	97.8396	97.8396

Claims (9)

1.一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，方法的步骤如下：

1)读入通过对标准鞋楦进行扫描得到的三维标准鞋楦模型和用户的脚型模型；

2)对读入的脚型模型测量脚型参数，通过脚型参数得到楦型参数，用楦型参数驱动鞋楦模型变形，得到基于用户三维脚型参数生成的新的鞋楦模型；

3)对生成的鞋楦模型和步骤1)中读入的脚型模型分别获得鞋楦模型和脚型模型位置控制点；

4)对获得的脚型模型和鞋楦模型对应位置处的位置控制点进行匹配，从而对脚型的位置进行调整，使脚型模型和鞋楦模型的位置对齐，再对脚型模型进行变形使脚底匹配到楦底，进一步对齐鞋楦模型和脚型模型；

5)对生成的对齐后的脚型模型和鞋楦模型通过横切的方式得到鞋楦模型和脚型模型的关键位置横截面；

6)基于横截面参数对步骤5)中所述的鞋楦模型变形，即通过对基于脚型模型和鞋楦模型横截面匹配程度进行舒适度分析，检查横截面所在部位的脚型模型和鞋楦模型的高度，宽度，围长参数，并且对鞋楦模型在横截面处的参数进行改变以调整鞋楦模型的形状；

7)输出设计好的三维鞋楦模型。

2.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的对步骤2)得到的脚型参数包括：脚长，脚的基本宽度，即第一跖趾外宽和第五跖趾内宽，围长，即跖围围长和跗围围长，放余量，脚趾端点部位，拇趾外突点部位，小趾外突点部位，第一跖趾部位，第五跖趾部位，前跗骨突度部位，腰窝部位，踵心部位，后容差，跖趾围长，前跗骨围长，拇趾里宽，小趾外宽，第一跖趾里宽，第五跖趾外宽，腰窝外宽，踵心全宽，总前跷，前跷，后跟高，头厚，后跟突点高，后身高，前掌凸度，底心凹度，踵心凸度，踵心高，统口宽，统口长，楦斜长；楦型参数包括：脚长，脚的基本宽度，即第一跖趾外宽和第五跖趾内宽，围长，即跖围围长和跗围围长，楦底样长，放余量，后容差。

3.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的用楦型参数驱动鞋楦模型变形：是基于目标楦型参数的鞋楦模型曲面变形。

4.如权利要求3所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的基于目标楦型参数的鞋楦模型曲面变形包括如下步骤：

1)将鞋楦模型曲面根据权利要求1步骤2)测量并计算得到的楦型参数中的脚长参数进行变形；

在根据脚长参数变形时，首先，利用公式(1)，根据L_楦的脚长和脚长参数L_脚长input把脚长变形量S_L求出，其中L_楦的脚长根据公式(2)求出；再利用脚长变形量，根据公式(3)把曲面上点的坐标按比例进行变化，得到新的坐标，其中，J是楦底前端点，P是曲面上的任意一点三维坐标，P_old表示点在变形前的三维坐标，P_new表示变形后的三维坐标，用这个方法把鞋楦模型曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合脚长参数的新的鞋楦模型曲面，

脚长变形的公式如下：

L_楦的脚长＝L_楦底样长×脚长系数；    ..........(2)

P_new＝(P_old-J)×S_L+J；    ..........(3)

2)将鞋楦模型曲面根据权利要求1步骤2)测量并计算得到的楦型参数中的脚的基本宽度，即第一跖趾内宽加第五跖趾外宽，进行参数变形；

在根据脚的基本宽度参数变形时，首先建立鞋楦模型曲面的一个投影轴；设楦底前端点J，楦底后端点A，世界坐标系的坐标原点为0，令 $\stackrel{\→}{E}=\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}-\stackrel{\→}{\mathrm{OJ}},$ 把E单位化，得到的向量即投影轴，再根据测量并计算得到的楦型参数，根据公式(4)把脚宽变形量S_w求出，再利用脚宽变形量，按公式(5)、公式(6)把鞋楦模型曲面上点的坐标按比例进行变化，其中P是曲面上的任意一点，P_old表示点在变形前的坐标，P_new表示变形后的坐标，E是如上所述的单位向量，得到新的坐标点，用这个方法把鞋楦模型曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合脚的基本宽度参数的新的鞋楦模型曲面，

脚宽变形的公式如下：

Q＝E[(P_old-J)·E]+J；     ..........(5)

P_new＝(P_old-Q)·S_w+Q；    ..........(6)

3)将鞋楦模型曲面根据权利要求1步骤2)测量并计算得到的楦型参数中的围长，即跖围围长和跗围围长参数变形。

5.如权利要求4所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的根据测量并计算得到的楦型参数中的围长，即跖围围长和跗围围长参数变形包括如下步骤：

1)设点A是楦底后端点，点J是楦底前端点，在曲面上生成从点A到点J的三条有方向的曲线l₁，l₂，l₃：分别沿楦背线，沿内怀楦底楞线，沿外怀楦底楞线，将此三条曲线参数化，曲线l上的点的参数取为从该点沿曲线l到点A的距离，例如，Q_a为沿曲线l₁到点A的距离为a_i的点，参数为a_i；Q_b为沿曲线l₂到点A的距离为b_i的点，参数为b_i；Q_c为沿曲线l₃到点A的距离为c_i的点，参数为c_i；现在用这三个点来定义楦面的任意截面，将过(Q_a，Q_b，Q_c)这三个点的截面用参数表示为(a_i，b_i，c_i)，由于跖围的三个点Q_a2，Q_b2，Q_c2分别沿着三条曲线对点A的距离是a₂，b₂，c₂，跗围的三个点Q_a1，Q_b1，Q_c1分别沿着三条曲线对点A的距离是a₁，b₁，c₁，所以可将跖围截面和跗围截面分别表示为(a₂，b₂，c₂)和(a₁，b₁，c₁)，在楦底前端点处，截面汇于一点J，楦底前端点处，截面汇于一点A，可以将A和J分别看做特殊的截面；

2)基于跖围围长参数计算跖围截面的变形量S和D；

首先要建立跖围截面的局部坐标系，建立局部坐标系的方法是：令截面与l₁的交点为Q_a，令截面与l₂的交点为Q_b，令截面与l₃的交点为Q_c，令世界坐标系的坐标原点为O，由 $\stackrel{\→}{x}=\stackrel{\→}{{\mathrm{OQ}}_b}-\stackrel{\→}{{\mathrm{OQ}}_c},$ 再将

单位化，将Q_a对

投影，得到Q_a′，由 $\stackrel{\→}{y}=\stackrel{\→}{{\mathrm{OQ}}_a}-\stackrel{\→}{{{\mathrm{OQ}}_a}^{\′}}$ 再将

单位化，就得到了XOY二维局部坐标系；然后我们基于跖围围长参数计算跖围截面的变形量S和D，其中S是跖围截面任意点P在OY方向上的变形量，D是P在OX方向上的变形量，求P在OY方向上的变形量S的公式为公式9：

$S=\frac{h_1+\mathrm{\Δh}}{h_1};...\left(9\right)$

其中h₁是跖围曲线当前的高度，围长是约3毫米差一个码，因此

P在OX方向上的变形量D的求法是利用插值的方法：不难看出，在

方向最高点Q_a和最低点Q_b、Q_c处D的取值都为0，选P′为

方向70％高度左右截面曲线上的点，设在P′处D的取值为d，用这三点进行插值，可求截面Q上所有点的D，从而计算出目标围长，设这个截面上的目前围长为L_目前围长，如果d的取值偏大，则L_目前围长大于目标围长，如果d的取值偏小，则L_目前围长小于目标围长，利用二分法，使最终L_目前围长＝L_目标围长，从而得到得P′点处的D；

3)基于跗围围长参数计算跗围截面的变形量S和D，具体公式和实施算法同步骤2)中基于跖围围长参数计算跖围截面的变形量S和D的方法；

4)建立以l₁，l₂，l₃为坐标轴的参数坐标系，跖围截面的坐标是(a₂，b₂，c₂)，跗围截面的坐标是(a₁，b₁，c₁)，点A处截面的坐标是(0，0，0)，点J处截面的坐标为(L₁，L₂，L₃)，用一条光滑曲线把这四个点的连接插值，那么每一个截面对应到该曲线上惟一的一点，对曲线上任意一点，如果已知a、b、c值的任意一个值，即可得到对应的其他两个的值，即得到一个截面记为Q(Q_a，Q_b，Q_c)；为了求鞋楦曲面上任意一点P所在的截面Q，我们需要先求出截面Q对应的Q_a的参数，记为a，对在曲面上的任意点P建立函数：

F(P，a)＝(P-Q)·N；      ..........(7)

其中N是截面法向量，

N＝(Q_b-Q_a)×(Q_c-Q_a)；    ..........(8)

对取定的a，通过参数坐标系中的光滑曲线，可以决定一个截面(a，b，c)，函数的意义是点P到截面的有向距离，P点必定夹在A点截面和J点截面之间，所以F(P，0)*F(P，l₁)＜0，对函数F(P，a)利用二分法可求得出使得F(P，a)＝0的a，从而找到P点所在的横截面Q，下面进行对横截面围长的变形时，是在P所在的横截面Q上进行的变形；

5)以a，S，D为坐标轴建立坐标系，可以得到楦底后端点A的坐标为(0，1，0)，跗围处的坐标为(a₁，S_跗围，D_跗围)，跖围处的坐标为(a₂，S_跖围，D_跖围)，楦底前端点J的坐标为(L₁，1，0)，对在曲面上的任意一点P，已知a，用这四点进行插值，可以求得P点处的S，D的值，即对在鞋楦模型曲面上的任意一点P，得到它在截面上的变形量并对P点处变形；

6)用上述方法把曲面上所有的点处理一遍，就得到了变形后符合围长参数的鞋楦模型曲面。

6.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的对步骤3)的鞋楦模型位置控制点是由楦型参数获得的，获得的鞋楦模型位置控制点包括：楦底后端点，统口前端点，统口后端点，鞋楦模型的位置控制点的位置不再被改变；

所述的对步骤3)获得脚型位置控制点：是通过脚背线纵剖面获得的，其中脚背线是通过求脚型模型的包围盒的方式得到平行于脚长边脚高边并垂直平分脚宽边的面，其中通过脚背线纵剖面获得的的脚型模型位置控制点包括：脚底前端点，脚底后端点，脚底后高点，脚型模型的位置控制点可以由用户手动调整。

7.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的对步骤4)匹配脚型模型和鞋楦模型对应位置处的位置控制点：将脚型模型的控制点对应地放到鞋楦模型相对的位置控制点上，从而将脚型模型的位置调整对齐到鞋楦模型，并且交互地对脚型模型位置控制点的位置进行手动微调，再反复执行将脚型模型对齐到鞋楦模型的操作，使脚型模型更严格地和和鞋楦模型的位置对齐。

8.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的对步骤5)通过横切的方式得到鞋楦模型和脚型模型的关键位置横截面：其中横切的方式包括两种：第一种是垂直于鞋楦模型底面和脚型模型底面的横切，由此种横切方式得到的关键位置横截面包括：跖围位置横截面，跗围位置横截面；第二种是由不垂直于鞋楦模型底面和脚型模型底面的横切，由此种横切方式得到的关键位置横截面包括：拇指部位横截面，小趾端部位横截面，第一跖趾部位横截面，第五跖趾部位横截面，跗骨部位横截面，腰窝部位横截面。

9.如权利要求1所述的一种综合三维脚型全局参数和局部横截面调整的个性化鞋楦模型生成方法，其特征在于，所述的对步骤6)基于横截面参数对鞋楦模型变形：是对鞋楦模型在横截面处的参数进行改变以调整鞋楦模型的形状，调整的参数包括：鞋楦模型在横截面处的高度，宽度，围长参数，对截面进行调整的算法同权利要求4的鞋楦模型曲面变形方法。

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