CN101855637A - 计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法包括以下步骤：在数据库中收集鞋楦的3D模型；创建在长度和适合度方面具有不同测量的鞋楦的网格；获取脚的3D模型；确定测量参数接近于所述脚的测量参数的至少两个鞋楦的子集；遵循3D鞋楦模型的路线对脚的3D模型进行变形；确定脚的3D模型的一些感兴趣区域；对感兴趣区域中的每个所选鞋楦的3D模型进行变形，以补偿鞋楦的3D模型和脚的3D模型之间的差异；以及基于残留误差，选择将被生产的最终鞋楦。

Description

计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法

技术领域

本发明涉及计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法。

背景技术

使用现代技术，为单个客户生产的定制鞋的工业制造包括一些典型步骤，这些步骤总结如下。

消费者的脚(每只脚单独地)通过被称作扫描仪的特定装置被扫描(被数字化)，从而获取表示脚的数字数据。这些装置能够检测到位于脚的表面上的几何点的闭合网络，以及由这些点重建所述脚的三维数学模型，如图1所示。

在该数学模型上自动实现长度、宽度和适合度的测量，这些测量根据特定需要和每个特定公司的经验而在数量和类型上有所变化。

发售的鞋的模型由被称为鞋楦的特定塑料装置制成。鞋楦也事先被数字化，从而重建如图2所示鞋楦的三维数学模型；对所提供的长度和宽度(适合度)的整个范围，鞋楦的数字数据被存储在特定数据库中。在每个所述鞋楦上进行与在脚上执行的测量相同类型和相同种类的测量。

脚的测量和相应的鞋楦的测量被比较，从而在数据库中包含的所有类型的鞋楦中确定哪个鞋楦的测量集最接近消费者的脚的测量。该过程被称为脚和鞋楦之间的“匹配”，并允许在数据库中可用的那些鞋楦中选择最佳的鞋楦。

一旦确定最优的鞋楦(左右脚不同或为两只脚配成对)，其被用来制造定制的鞋。使用软件应用程序来执行匹配过程，因此软件应用程序表示该处理中的中心元素。所生产的鞋的最后质量，以及最终的消费者的满意度取决于该软件所进行的选择的好坏。

已知能够执行比较和选择鞋楦的操作的现有技术的一些方法，其可以被总结为下面的三种类型：

-完全自动应用程序，其在数据库中可用的那些鞋楦中选择最优的鞋楦，不需要操作员的影响，但是其结果是通过在商店内试穿所建议尺寸的鞋来检测的(试验检测)。

-半自动应用程序，其中比较和选择的结果对操作员可视，操作员的任务是根据他的经验和判断维持或校正该选择。

-完全手动应用程序(互动)，其中操作员(通过使用软件提供的图形命令)在脚的数学模型的测量和鞋楦的集合的相应测量之间进行视觉比较，直到确定出最理想的一个。

所有这些方法在已有的鞋楦之间进行比较和选择，而不是精确计算最适于包围用户的脚的特定几何形状。本发明的目的是通过提供一种计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法来克服现有技术的缺点，该方法精确、实用、有效并且完全自动。

发明内容

使用在所附独立权利要求1中列出的特征实现根据本发明的该目标。

本发明的优选实施例由从属权利要求而显而易见。

根据本发明的计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法包括以下步骤：

a)在数据库中收集鞋楦的3D模型；

b)根据从所述3D模型中获取的鞋楦的测量参数来创建所述鞋楦的网格；

c)获取脚的数字数据，以创建所述脚的3D模型，从所述脚的3D模型获取所述脚的测量参数；

d)在鞋楦的网格中确定测量参数接近于所述脚的测量参数的包含至少一个鞋楦的子集；

e)从所确定的鞋楦的所述子集中选择起始的鞋楦3D模型；

f)对脚的所述3D模型进行变形，使得脚的3D模型适应所选择的鞋楦的3D模型，从而将后跟的高度考虑进来；

g)在3D脚模型中确定一些感兴趣区域；

h)控制所选鞋楦的3D模型在所述感兴趣区域中的变形，以补偿鞋楦的3D模型和脚的3D模型之间的差异(误差)；

i)对于所确定的鞋楦的子集的所有鞋楦重复步骤e)至h)；

l)选择根据在脚的3D模型和制作的鞋楦的3D模型之间获得的最小误差量制作的最终的鞋楦；

m)为另一只脚重复步骤c)至l)。

计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法着手于计算忠实地再现所述脚的特性的单个鞋楦的三维几何形状，而不对鞋的美观产生显著的影响。

鞋的正确适合度取决于脚的一些部分与所述鞋的正确匹配。在该方面，鞋的一些部分与适合度无关，而其它部分是至关重要的。根据本发明的方法所关心的不仅是找到适于脚的最优尺寸，而且还对鞋楦进行小的改正以提高使用所述鞋楦获得的鞋的适合度。

在一些被称为“感兴趣区域”的区域中进行对鞋楦的校正。不过，根据本发明的方法提供了通过增加或减少感兴趣区域的数量而对感兴趣区域的数量进行修改的可能性，在感兴趣区域中，可以对鞋楦进行调节。所述调节是局域类型的，并且他们的影响限于鞋楦的特定区域。他们是基本鞋楦的扰动，是为了使鞋楦更好地适应脚而不修改美学外观的必要的小变化。

假设鞋楦或多个鞋楦(取决于多少种不同类型的鞋楦将被用于收集在售的模型)以数字格式可用。鞋楦可以例如被描述为一群点或被描述为三角形的表面。根据各个步骤的需要在算法中使用鞋楦的特定描述。在任何情况下，根据依据鞋楦和/或鞋制造商的标准过程的长度和适合度的传统参数开发鞋楦。

附图说明

本发明的其它特征将由下面参考纯示例性并因此不限制其实施例的附图的具体描述而变得更加清晰，附图中：

图1是示出了脚的3D数学模型的三维视图；

图2是示出了鞋楦的3D数学模型的三维视图；

图3是示出了根据诸如脚的适合度和长度的测量参数选择的鞋楦的网格的笛卡尔图表；

图4是示出了脚的3D模型与鞋楦的3D模型的对准的3D数学模型；

图5是示出了使脚的3D模型根据鞋楦的3D模型进行变形以考虑后跟的高度的3D数学模型；

图6是示出了一些预建立的脚的3D数学模型的感兴趣的区域的脚和鞋楦的3D模型；

图7是通过根据本发明的方法得到的最优鞋楦的3D数学模型。

具体实施方式

借助附图描述计算最适应用户的脚的鞋的鞋楦的几何形状的方法。

鞋楦的3D模型(例如图2中的3D模型)的数据库可用。在数据库中的所有鞋楦的模型在能够以笛卡尔图表(如图3所示)表示的鞋楦的网格中分组。

网格上的每个点表示一个鞋楦，例如基于长度(在y轴上示出)和适合度(在x轴上示出)来选择鞋楦。显然，其它测量参数也可以用来创建图3的网格。

使用3D扫描仪扫描用户的脚，从而产生脚的三维表示(模型)(类似于图1中所示)，从该三维表示获取脚的长度和适合度的真实测量(在图3的网格上定义点P)。以该方式，确定所讨论的脚落入的测量网格的区域。

在图3的示例中，点P落入网格的一个正方形中，其指示性地确定四个最接近的鞋楦(称作F_1，c，F_l+1，c，F_l+1，c+1，F_l，c+1)的子集，其长度和适合度测量接近(少于或多于)脚的长度和适合度测量。优选地，所有这四个鞋楦或仅其中的两个或甚至于仅一个可以被用在下面的阶段中。无论如何，在根据本发明的方法中，必须确定接近脚的测量的包含至少一个鞋楦的子集，其必须在下面的步骤中被使用。将在后续计算中使用的另一种选择鞋楦的方法在于计算脚和鞋楦的相应平坦截面的差的平方和。计算得到的和最小的鞋楦被认为是对于下面的步骤有效。

选择起始鞋楦(例如鞋楦F_l，c)，该鞋楦存在类似于图2中所示的三维模型的三维模型。如图4所示，使用扫描仪获得的脚的三维模型与鞋楦F_l，c的三维模型对准。

因为脚是在平坦表面上获取的，而鞋楦的基部由于后跟的高度而弯曲，如图5所示，所以脚的模型被变形(被定位)以遵循鞋楦模型的路线。这就使脚被定位成如同其已经获得正确的后跟高度。

如图6所示，在脚的三维模型中，自动确定感兴趣的一些特征区域。这些感兴趣区域可以是点之间的距离、点的集合或甚至于平坦或不平坦表面。例如，已经确定六个感兴趣区域：

1)脚底的最内部点和最外部点；

2)脚背处脚的高度；

3)后跟的位置；

4)使用可变数目的平行或甚至不平行的平面来切割脚得到的截面；

5)与被称作“足弓”的鞋楦区域对应的脚的中空内部；以及

6)与脚底对应的鞋楦的部分。

对这些感兴趣区域中的每个区域指定权重，从而根据由所指定权重赋予感兴趣区域的重要性，由计算得到的鞋楦或多或少地取决于所述感兴趣区域。

在感兴趣区域的这些特征点和截面处执行鞋楦的3D模型的表面的受控变形。通过根据高斯函数移动鞋楦模型的表面的点来进行该变形，高斯函数具有峰(peak)和方差(variance)，其中峰能补偿脚的模型和鞋楦的模型之间的点处的任何差异的峰，以及方差能平滑鞋楦模型的变形以使由该模型获得的鞋楦能够被用于制造不失其美观特性的鞋。跗骨的宽度被校正的情况下，也对模型的长度进行小校正，从而保持鞋的美学外观尽可能地接近开始时。

在感兴趣区域是脚的模型的平坦截面的情况下，为了补偿在这些平坦截面上计算出来脚的模型和鞋楦模型之间的长度的差异，在沿穿过该截面的重心的直线计算出的鞋楦模型和脚的模型之间的最大差异的方向上校正鞋楦模型的变形。应用于鞋楦模型的变形总是遵循高斯定律，将能够消除长度上的误差的值作为其峰值，并且具有能够不改变鞋楦的美观的方差。

可以根据表示脚是否看起来“胖”(其通常对应于具有比普通更大适合度的脚)或“瘦”(其对应于具有比普通更小的适合度)的参数部分地修改应用于鞋楦的变形：事实上，对于“胖”脚，鞋相对于最优鞋楦一定是“较窄”的，对于瘦脚则相反。

为了限制可能的统计误差，优选地通过对同一脚的多次测量进行平均来得到用于计算的脚的模型，该多次测量有利地在承重(对象站立)以及脚不支撑身体重量的不承重(对象坐着或其它姿势)期间被采样。

对于在图3的网格中定义的鞋楦的子集的所有其它鞋楦(F_l+1，F_l+1，c+1，F_l，c+1)也重复上述过程。在这些自动计算之后，基于取决于在已经进行制作的单个感兴趣区域中鞋楦的误差的度量，再次自动地制作最终、最优的鞋楦。

最后，如图7所示，得到最适于所讨论的脚的优化的鞋楦的3D模型。

例如，对左脚重复针对右脚所执行的过程，从而产生将被送去用于制造定制鞋的生产的一对鞋楦。

与现有技术的方法的做法不同，使用计算而不只是简单地从已有鞋楦的库中选择来获得用于每个客户的脚(左和右单独)的最优鞋楦。实际计算该鞋楦以为每个客户进行调整。

此外，鞋楦的制作过程是自动执行的，没有操作员的任何干预或技能贡献，以及不用在商店中使用样本鞋进行试验。现有的应用程序需要专家操作员的监督或直接贡献。

Claims (12)

1.一种计算用于定制鞋的鞋楦的几何形状的方法，包括以下步骤：

a)在数据库中收集鞋楦的3D模型；

b)根据从所述3D模型获取的鞋楦的测量参数来创建所述鞋楦的网格；

c)获取脚的数字数据，以创建所述脚的3D模型，从所述脚的3D模型获取所述脚的测量参数；

d)在所述鞋楦的网格中确定测量参数接近于所述脚的测量参数的包含至少一个鞋楦的子集；

e)从所确定的鞋楦的所述子集中选择起始的鞋楦3D模型；

f)对脚的所述3D模型进行变形，以使其适应所选择的鞋楦的3D模型的路线并且将后跟的高度考虑进来；

g)在脚的3D模型中确定一些感兴趣区域；

h)控制所选鞋楦的3D模型在所述感兴趣区域中的变形，以补偿所述鞋楦的3D模型和所述脚的3D模型之间的差异(误差)；

i)对于所确定的鞋楦的子集的所有鞋楦重复步骤e)至h)；

l)根据在脚的3D模型和起始的鞋楦的3D模型之间获得的最小误差量制作最终的鞋楦；

m)为另一只脚重复步骤c)至l)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述鞋楦和所述脚的测量参数包括脚的长度和适合度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，脚的3D模型的所述感兴趣区域包括以下一个或多个区域：

脚的脚底的最内部点和最外部点；

在脚背处脚的高度；

后跟的位置；

使用可变数目的平行或甚至不平行的平面切割脚得到的截面；

与被称作“足弓”的鞋楦的区域对应的脚的中空内部；以及

与所述脚底对应的鞋楦的部分。

4.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，为所述感兴趣区域中的每一个指定权重，从而根据由所指定的权重赋予感兴趣区域的重要性，由计算得到的所述鞋楦或多或少地取决于所述感兴趣区域。

5.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过根据高斯函数移动所述鞋楦的3D模型的表面的点来在所述感兴趣区域中执行所述鞋楦的受控变形。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高斯函数具有峰和方差，其中峰能补偿脚的模型和鞋楦的模型之间的点处的任何差异，并且方差能执行鞋楦的模型的圆滑化，从而不失去由所述鞋楦获得的鞋的美学特性。

7.根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述感兴趣区域是脚的模型的平坦截面，并且在沿穿过所述平坦截面的重心的直线计算出的鞋楦的模型和脚的模型之间的最大距离的方向上校正鞋楦的模型的变形。

8.根据以上任一项权利要求所述的方法，其中，通过对同一脚的多次测量进行平均来得到用于计算的脚的模型，以限制可能的统计误差。

9.根据以上任一项权利要求所述的方法，其中，脚在承重(对象站立)以及脚不支撑身体的重量的不承重(对象坐着或其它姿势)期间被采样。

10.根据以上任一项权利要求所述的方法，其中，应用于所述模型的校正取决于对脚的特性是“胖”(平均起来具有大于平均适合度的较大的适合度)还是“瘦”(平均起来具有小于平均适合度的较小的适合度)的经验评估。

11.根据以上任一项权利要求所述的方法，其中，通过计算脚和模型的相应截面的差的平方和以及通过确定具有最小差值的模型来选择将要在计算中使用的模型。

12.根据以上任一项权利要求所述的方法，其中，是通过计算能区分所述脚模型差异的度量来选择将在所述计算中使用的模型。

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