CN104750942B - 基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法，其特征是：建立鞋楦特征模型的数据结构反映鞋楦特征及之间的关系，归纳鞋楦设计标准、人群脚型规律和已有各种款式鞋楦的鞋楦特征进入鞋楦特征数据库作为鞋楦特征模型的数值空间；提取新增鞋楦数据模型的鞋楦特征并存入鞋楦特征数据库；建立鞋楦特征模型驱动标准鞋楦数据模型重建的策略；通过设计鞋楦特征模型得到满足设计需求的鞋楦数据模型。利用鞋楦特征模型的取值多样性和合理性以及对鞋楦数据模型重建的驱动性，可实现对鞋楦数据模型的各种形式的再设计，并可创成新鞋楦数据模型。本发明为制楦、制鞋企业提供了一种精确、简便、适用性强的鞋楦定制及设计方法。

Description

基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法

本申请是申请号为：2012105150078，申请日为2012年12月5日，发明名称为：基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦设计方法，申请人为：合肥工业大学的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种鞋楦设计方法，更具体地说是基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦设计方法，应用于制鞋、制楦行业；也可应用于特殊人群医疗矫正鞋、功能鞋的设计和制造。

背景技术

鞋楦是制鞋的模型，鞋楦的结构和造型决定了鞋子的形状和穿着舒适性。随着社会经济的发展，人们对鞋的舒适性、时尚性更为关注；企业对自主设计、自动化生产有了更高的要求。鞋楦数字化设计的必要性已得到业界认可，但是目前的鞋楦数字化设计方法并没有充分考虑我国鞋楦设计标准和人群脚型规律，并且缺乏对已有的鞋楦数据模型面向不同需求进行各种形式再设计的功能。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法，以便能够利用本发明方法对已有的鞋楦数据模型进行各种形式的再设计，并可创成新鞋楦数据模型，获得满足不同需求的鞋楦数据模型。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法的特点是按如下步骤进行：

步骤一、建立鞋楦特征模型的数据结构和鞋楦特征数据库

定义鞋楦特征包括：款式、楦型、楦长、楦宽、楦底中轴线、楦底轮廓线、鞋楦三围线、鞋楦前跷和鞋楦后跷；根据鞋楦设计标准建立反映鞋楦特征之间逻辑关系的数据模型即为鞋楦特征模型的数据结构；根据鞋楦特征模型的数据结构，归纳鞋楦设计标准、人群脚型规律和已有各种款式鞋楦的鞋楦特征进入鞋楦特征数据库作为鞋楦特征模型的数值空间；所述鞋楦三围线是跗围、跖围和兜围；

步骤二、提取新增各种款式的鞋楦数据模型的鞋楦特征并存入鞋楦特征数据库

a、分别对新增各种款式的鞋楦数据模型在直角坐标系OXYZ中的三维点云数据进行稀疏，使相邻曲面坐标点之间的距离不小于1毫米；对所述鞋楦数据模型在直角坐标系中的位置和方位进行调整，使鞋楦中轴面与YOZ面重合，并且使所述鞋楦数据模型在直角坐标系中能直接表达鞋楦设计标准中的部分鞋楦特征，所述部分鞋楦特征包括鞋楦前跷、鞋楦后跷和楦底中轴线；定义所述鞋楦数据模型在直角坐标系中的调整位置为标准位置，定义所述标准位置下的鞋楦数据模型为标准鞋楦数据模型；

b、提取所述标准鞋楦数据模型中的鞋楦特征，包括：

利用标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的坐标计算获得楦长和楦宽；

提取标准鞋楦数据模型中轴面与楦底面相交的曲线即为楦底中轴线；

分别提取标准鞋楦数据模型三围线所在平面与鞋楦数据模型相交的曲线即为鞋楦三围线；

通过判断标准鞋楦数据模型中各横截面曲线上的两个曲率半径最小点，并经光顺得到楦底轮廓线；

根据标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的标准位置和方位得到鞋楦前跷和鞋楦后跷；

c、在鞋楦特征数据库中添加所述新增各种款式的鞋楦数据模型的鞋楦特征；

步骤三、建立鞋楦特征模型驱动标准鞋楦数据模型重建的策略：

对添加有新增各种款式的鞋楦数据模型的每一个鞋楦特征，分别建立算法来实现以其变化量驱动标准鞋楦数据模型上的曲面坐标点重新分布，确定要重新分布的曲面坐标点的范围和曲面坐标点坐标值的变化策略；通过调试算法和对应的程序，使每一个鞋楦特征的数值变化都能在标准鞋楦数值模型中得以反映、并且变形后的标准鞋楦数值模型仍保持光滑和光顺、保持原标准鞋楦数值模型的款式特征；

步骤四、通过设计新的鞋楦特征模型得到满足设计需求的鞋楦数据模型：

a、根据鞋楦特征数据库或个体需求选择鞋楦款式和鞋楦特征参数，设计鞋楦特征模型；

b、利用所建立的鞋楦特征模型对所选择的鞋楦款式的标准鞋楦数据模型进行特征参数驱动重建，实现所选择鞋楦款式的标准鞋楦数据模型的曲面坐标点重新分布，得到各项鞋楦特征参数满足设计需求、同时保持款式特点的鞋楦数据模型；

在完成步骤四之后，按如下方式进行基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改的足底压力舒适性设计：

根据楦底轮廓线分离鞋楦数据模型为楦底曲面和楦面曲面，所述楦底曲面是XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征楦底曲面的凹凸；插值拟合和光顺一个行走步态周期中的足底压力冲量分布得到压力冲量分布曲面，所述压力冲量分布曲面为XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征压力冲量分布数值；所述压力冲量分布曲面与所述楦底曲面的坐标点在XOZ面上的投影一一对应，所述压力冲量分布曲面与所述楦底曲面的外轮廓在XOZ面上的投影一致；将以y坐标值表征的压力冲量分布数值乘以转换系数k后与对应的楦底曲面的坐标点的y坐标值相加，实现根据所述足底压力冲量分布曲面对所述楦底曲面的修改，得到修改后的楦底曲面；将所述修改后的楦底曲面与楦面曲面进行合并，并经光顺处理得到足底压力舒适性设计的鞋楦数据模型；所述转换系数k通过实验验证确定。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明为制楦、制鞋企业提供了一种精确、简便、适用性强的鞋楦定制及设计方法，有利于使设计出的鞋楦数据模型符合国家鞋楦标准、符合特定人群的脚型规律或个体脚型特征；通过鞋楦特征驱动鞋楦数据模型的重建，不仅可实现对已有鞋楦的级放，更能创生新的鞋楦数据模型。

2、本发明通过更进一步的基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改，可以获得能够舒缓足底压力集中的鞋楦数据模型。

3、本发明方法将促进鞋楦数字化设计和制造的普及，提高企业的生产效率和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为本发明方法基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改的足底压力舒适性设计流程图。

具体实施方式

参见图1、图2，本实施例基于足部或鞋楦几何特征鞋楦舒适性设计方法是按如下步骤进行：

步骤一、建立鞋楦特征模型的数据结构和鞋楦特征数据库

定义鞋楦特征包括：款式、楦型、楦长、楦宽、楦底中轴线、楦底轮廓线、鞋楦三围线、鞋楦前跷和鞋楦后跷；根据鞋楦设计标准建立反映鞋楦特征之间逻辑关系的数据模型即为鞋楦特征模型的数据结构；根据鞋楦特征模型的数据结构，归纳鞋楦设计标准、人群脚型规律和已有各种款式鞋楦的鞋楦特征进入鞋楦特征数据库作为鞋楦特征模型的数值空间；鞋楦三围线是跗围、跖围和兜围；

鞋楦特征模型包括外观特征和几何特征。“款式”是外观特征，每年都有更新。其它鞋楦特征是几何特征，反映了鞋楦的几何构造和尺寸。这些几何特征的数值空间以及之间的关联归纳在鞋楦设计标准和人群脚型规律中，在鞋楦特征数据库中用数据、数据关联来实现。鞋楦特征数据库为建立适合某一人群的某种款式的鞋楦特征模型提供方便和效率，为建立特殊人群或个性化需求的鞋楦特征模型提供必要参考资料，通过开发应用程序可高效地实现其功能。

鞋楦“级放”是某种款式的鞋楦尺码按鞋楦某一尺寸序列有规律的放大缩小。鞋楦特征模型的使用可以允许更多鞋楦变化形式、而不仅仅限于级放，有利于根据已有鞋楦数据模型设计出满足更多不同需求的鞋楦模型、并可创成新的鞋楦模型。

步骤二、提取新增各种款式的鞋楦数据模型的鞋楦特征并存入鞋楦特征数据库

鞋楦数据模型是由大量鞋楦表面三维曲面坐标点构成，反映了真实鞋楦的款式特征和几何特征，可直接用于鞋楦的数控加工。已有的鞋楦数据模型的几何特征的数值不能直观判断和设计,需要提取出来、存入鞋楦特征数据库,为鞋楦设计提供数据。

a、分别对新增各种款式的鞋楦数据模型在直角坐标系OXYZ中的三维点云数据进行稀疏，使相邻曲面坐标点之间的距离不小于1毫米；曲面坐标点的合适密度有利于对鞋楦数据模型的光顺性控制、有利于建立鞋楦特征的变化量对曲面坐标点重新分布的驱动关系；对鞋楦数据模型在直角坐标系中的位置和方位进行调整，使已有的鞋楦数据模型在直角坐标系中的位置和方位标准化，便于得到鞋楦特征模型中所定义的鞋楦特征；使鞋楦中轴面与YOZ面重合，并且使鞋楦数据模型在直角坐标系中能直接表达鞋楦设计标准中的部分鞋楦特征，部分鞋楦特征包括鞋楦前跷、鞋楦后跷和楦底中轴线；定义鞋楦数据模型在直角坐标系中的调整位置为标准位置，定义标准位置下的鞋楦数据模型为标准鞋楦数据模型；

b、提取标准鞋楦数据模型中的鞋楦特征，包括：

利用标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的坐标计算获得楦长和楦宽；

提取标准鞋楦数据模型中轴面与楦底面相交的曲线即为楦底中轴线；

分别提取标准鞋楦数据模型三围线所在平面与鞋楦数据模型相交的曲线即为鞋楦三围线；

通过判断标准鞋楦数据模型中各横截面曲线上的两个曲率半径最小点，并经光顺得到楦底轮廓线；

根据标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的标准位置和方位得到鞋楦前跷和鞋楦后跷；

c、在鞋楦特征数据库中添加新增标准鞋楦数据模型的鞋楦特征，据此不断丰富鞋楦特征数据库内容、扩充鞋楦特征的数值空间；

步骤三、建立鞋楦特征模型驱动标准鞋楦数据模型重建的策略，实现根据鞋楦特征模型自动重建对应的鞋楦数据模型、得到新的鞋楦数据模型：

每一个鞋楦特征引起的鞋楦数据模型的几何变化有可能导致鞋楦数据模型光滑、光顺降低、或导致鞋楦外观较大的改变，为此，对每一个鞋楦特征，分别建立算法来实现以其变化量驱动标准鞋楦数据模型上的曲面坐标点重新分布，确定要重新分布的曲面坐标点的范围和曲面坐标点坐标值的变化策略；通过调试算法和对应的程序，使每一个鞋楦特征的数值变化都能在标准鞋楦数值模型中得以反映、并且变形后的标准鞋楦数值模型仍保持光滑和光顺、保持原标准鞋楦数值模型的款式特征；

步骤四、通过设计鞋楦特征模型得到满足设计需求的鞋楦数据模型：

a、根据鞋楦特征数据库或个体需求选择鞋楦款式和鞋楦特征参数，设计鞋楦特征模型；标准鞋楦数据库为设计鞋楦特征模型提供了数值空间，个体特殊需求可通过更改鞋楦特征模型中的鞋楦特征的数值来实现。

b、利用所建立的鞋楦特征模型对所选择的鞋楦款式的标准鞋楦数据模型进行特征参数驱动重建，实现所选择鞋楦款式的标准鞋楦数据模型的曲面坐标点重新分布，得到各项鞋楦特征参数满足设计需求、同时保持款式特点的鞋楦数据模型。

运用基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦设计方法，利用鞋楦特征模型的多值性和多样性，实现鞋楦设计的灵活性。利用基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦设计方法的鞋楦特征模型驱动标准鞋楦数据模型重建的策略，对选定的鞋楦数据模型可进行基于几何特征的重建，鞋楦特征变化能反映到所选择的鞋楦数据模型上，不仅能实现鞋楦数据模型的“级放”，还可以实现楦型、鞋楦前跷和鞋楦后跷的改变，更可以实现个性化的任意鞋楦特征的改变，并可以创成新的鞋楦。

本实施例中在完成步骤四之后，可以更进一步按如下方式进行基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改的足底压力舒适性设计：

根据楦底轮廓线分离鞋楦数据模型为楦底曲面和楦面曲面，楦底曲面是XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征楦底曲面的凹凸；插值拟合和光顺一个行走步态周期中的足底压力冲量分布得到压力冲量分布曲面，压力冲量分布曲面为XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征压力冲量分布数值；压力冲量分布曲面与楦底曲面的坐标点在XOZ面上的投影一一对应，压力冲量分布曲面与楦底曲面的外轮廓在XOZ面上的投影一致；将以y坐标值表征的压力冲量分布数值乘以转换系数k后与对应的楦底曲面的坐标点的y坐标值相加，实现根据足底压力冲量分布曲面对楦底曲面的修改，得到修改后的楦底曲面；将修改后的楦底曲面与楦面曲面进行合并，并经光顺处理得到足底压力舒适性设计的鞋楦数据模型；转换系数k通过实验验证确定。

经过基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改的足底压力舒适性设计、所得到的鞋楦数据模型能使所制造的鞋具在穿着时有效降低足底压力集中、提高足底压力舒适性。

Claims (1)

1.基于足部或鞋楦几何特征的鞋楦舒适性设计方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤一、建立鞋楦特征模型的数据结构和鞋楦特征数据库

定义鞋楦特征包括：款式、楦型、楦长、楦宽、楦底中轴线、楦底轮廓线、鞋楦三围线、鞋楦前跷和鞋楦后跷；根据鞋楦设计标准建立反映鞋楦特征之间逻辑关系的数据模型即为鞋楦特征模型的数据结构；根据鞋楦特征模型的数据结构，归纳鞋楦设计标准、人群脚型规律和已有各种款式鞋楦的鞋楦特征进入鞋楦特征数据库作为鞋楦特征模型的数值空间；所述鞋楦三围线是跗围、跖围和兜围；

步骤二、提取新增各种款式的鞋楦数据模型的鞋楦特征并存入鞋楦特征数据库

a、分别对新增各种款式的鞋楦数据模型在直角坐标系OXYZ中的三维点云数据进行稀疏，使相邻曲面坐标点之间的距离不小于1毫米；对所述鞋楦数据模型在直角坐标系中的位置和方位进行调整，使鞋楦中轴面与YOZ面重合，并且使所述鞋楦数据模型在直角坐标系中能直接表达鞋楦设计标准中的部分鞋楦特征，所述部分鞋楦特征包括鞋楦前跷、鞋楦后跷和楦底中轴线；定义所述鞋楦数据模型在直角坐标系中的调整位置为标准位置，定义所述标准位置下的鞋楦数据模型为标准鞋楦数据模型；

b、提取所述标准鞋楦数据模型中的鞋楦特征，包括：

利用标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的坐标计算获得楦长和楦宽；

提取标准鞋楦数据模型中轴面与楦底面相交的曲线即为楦底中轴线；

分别提取标准鞋楦数据模型三围线所在平面与鞋楦数据模型相交的曲线即为鞋楦三围线；

通过判断标准鞋楦数据模型中各横截面曲线上的两个曲率半径最小点，并经光顺得到楦底轮廓线；

根据标准鞋楦数据模型在直角坐标系中的标准位置和方位得到鞋楦前跷和鞋楦后跷；

c、在鞋楦特征数据库中添加所述新增各种款式的鞋楦数据模型的鞋楦特征；

步骤三、建立鞋楦特征模型驱动标准鞋楦数据模型重建的策略：

对添加有新增各种款式的鞋楦数据模型的每一个鞋楦特征，分别建立算法来实现以其变化量驱动标准鞋楦数据模型上的曲面坐标点重新分布，确定要重新分布的曲面坐标点的范围和曲面坐标点坐标值的变化策略；通过调试算法和对应的程序，使每一个鞋楦特征的数值变化都能在标准鞋楦数值模型中得以反映、并且变形后的标准鞋楦数值模型仍保持光滑和光顺、保持原标准鞋楦数值模型的款式特征；

步骤四、通过设计新的鞋楦特征模型得到满足设计需求的鞋楦数据模型：

a、根据鞋楦特征数据库或个体需求选择鞋楦特征参数，设计鞋楦特征模型；

b、利用所建立的鞋楦特征模型对所选择的鞋楦款式的标准鞋楦数据模型进行特征参数驱动重建，实现所选择鞋楦款式的标准鞋楦数据模型的曲面坐标点重新分布，得到各项鞋楦特征参数满足设计需求、同时保持款式特点的鞋楦数据模型；

在完成步骤四之后，按如下方式进行基于足底压力冲量分布的鞋楦数据模型的楦底曲面的参数化修改的足底压力舒适性设计：

根据楦底轮廓线分离鞋楦数据模型为楦底曲面和楦面曲面，所述楦底曲面是XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征楦底曲面的凹凸；插值拟合和光顺一个行走步态周期中的足底压力冲量分布得到压力冲量分布曲面，所述压力冲量分布曲面为XOZ面上的单值曲面、以y坐标值表征压力冲量分布数值；所述压力冲量分布曲面与所述楦底曲面的坐标点在XOZ面上的投影一一对应，所述压力冲量分布曲面与所述楦底曲面的外轮廓在XOZ面上的投影一致；将以y坐标值表征的压力冲量分布数值乘以转换系数k后与对应的楦底曲面的坐标点的y坐标值相加，实现根据所述足底压力冲量分布曲面对所述楦底曲面的修改，得到修改后的楦底曲面；将所述修改后的楦底曲面与楦面曲面进行合并，并经光顺处理得到足底压力舒适性设计的鞋楦数据模型；所述转换系数k通过实验验证确定。