CN107297902A - 面向3d打印的人体穿戴设备设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机技术领域，提供了一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置。该方法包括对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据，根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型，根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值，修正穿戴设备模型的参数，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值，根据网格生成算法设计网格，计算设计网格后的穿戴设备模型的当前重量，并根据目标重量，确定目标网格类型，再生成打印参数。本发明面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

Description

面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置。

背景技术

骨折是指骨结构的连续性断裂或部分断裂，多见于儿童或老年人，其典型表现是伤后出现局部变形、肢体等出现异常运动、移动肢体时可听到骨擦音，伤口剧痛，局部肿胀、淤血，伤后出现运动障碍。在骨折治疗和过程中的三个基本原则和步骤是：复位、固定和功能锻炼。

复位是将骨折后发生移位的骨折断端重新恢复正常或接近原有解剖关系，以重新恢复骨骼的支架作用。

固定是采用不同的方法将复位后的骨折断端固定在满意的位置，使其逐渐愈合。常用的固定方法有：小夹板、石膏固定、外固定支架、牵引制动固定等，这些固定方法称外固定。如果通过手术切开用钢板、钢针、髓内针、螺丝钉等固定，则称内固定。

功能锻炼是通过受伤肢体肌肉收缩，增加骨折周围组织的血液循环，促进骨折愈合，防止肌肉萎缩，通过主动或被动活动未被固定的关节，防止关节粘连、关节囊挛缩等，使受伤肢体的功能尽快恢复到骨折前的正常状态。石膏固定作为骨科外伤的最常用解决方案之一，其方法主要是运用熟石膏的细末撒布在特制的纱布绷带上，然后做成石膏绷带，用温水浸泡以后，保证病人所需要固定的肢体上。

但是，石膏治疗方法也存在诸多局限与缺点，如在石膏固定的使用中，可能出现如石膏断裂、肢体血液循环障碍、压疮等问题。某些粉碎性骨折甚至会因为石膏的压迫导致血液回流慢，形成血栓，而患者不能及时观察患处情况，从而病情恶化，导致截肢。因此，在实际应用过程中，石膏固定常常存在以下问题：

第一，患处与石膏固定之间的空隙无法检测，若压力过高，可能导致骨筋膜室压力过高，肌肉缺血坏死。

第二，石膏固定制作过程中塑形品质多取决于操作人员的专业技能，外固定难以与患处完全匹配，如果有局部突出，会对肢体造成局部的固定压迫，导致压疮。

第三，对于大型石膏固定，因其固定范围大，固定时间长，患处周围的肌肉无法有效锻炼。

第四，石膏固定完全包覆皮肤，难以清洗，尤其是当皮肤有外伤时，可能因为无法有效的清洁导致化脓性皮炎。

第五，大型石膏固定重量较重，穿戴不舒适，同时也影响美观。

如何结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

第一方面，本发明提供一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，该方法包括：

获取用户的扫描数据；

根据该用户的扫描数据和佩戴信息，构建穿戴设备模型；

根据预获取的受力模拟数据，在穿戴设备模型上设计网格；

按照设计网格的穿戴设备模型，生成打印参数，进行3D打印。

本发明提供另一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，该方法包括：

肢体外形数据获取步骤：获取用户的扫描数据；

对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据；

穿戴设备模型构建步骤：根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型；

根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；

按照间隙值，修正穿戴设备模型的参数；

受力模拟步骤：为修正后的穿戴设备模型设置作用点；

根据佩戴信息，确定肢体活动范围；

根据肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值；

网格生成步骤：根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；

根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；

根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；

根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型；

打印参数确定步骤：根据目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

进一步地，根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型，具体包括：

判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将第一网格设置为目标网格类型；

若否，则根据当前质量和目标重量，调整压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：

若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；

根据网格生成算法和第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；

根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于目标重量，若是，则将第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。

进一步地，获取每个作用点的受力值之后，根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点之前，该方法还包括：

根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定压力阈值和阈值范围。

基于上述任意面向3D打印的人体穿戴设备设计方法实施例，进一步地，根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，具体包括：

根据泰森多边形生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，网格生成算法包括泰森多边形生成算法。

基于上述任意面向3D打印的人体穿戴设备设计方法实施例，进一步地，在生成打印参数之后，该方法还包括：

按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号；

将正弦波信号和脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号；

将脉冲正弦波信号转换为脉冲超声波，脉冲超声波用于刺激受损肢体的软骨。

第二方面，本发明提供一种面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，该装置包括肢体外形数据获取模块、穿戴设备模型构建模块、受力模拟模块、网格生成模块和打印参数确定模块，肢体外形数据获取模块用于获取用户的扫描数据；对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据。穿戴设备模型构建模块用于根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型；根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；按照间隙值，修正穿戴设备模型的参数。受力模拟模块用于为修正后的穿戴设备模型设置作用点；根据佩戴信息，确定肢体活动范围；根据肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值。网格生成模块用于根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型。打印参数确定模块用于根据目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

进一步地，网格生成模块在根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型时，具体用于：判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将第一网格设置为目标网格类型；若否，则根据当前质量和目标重量，调整压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；根据网格生成算法和第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于目标重量，若是，则将第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。

进一步地，该装置还包括阈值设置模块：用于根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定压力阈值和阈值范围。

基于上述任意面向3D打印的人体穿戴设备设计装置实施例，进一步地，网格生成模块在根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格时，具体用于：根据泰森多边形生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，网格生成算法包括泰森多边形生成算法。

基于上述任意面向3D打印的人体穿戴设备设计装置实施例，进一步地，该装置还包括脉冲超声波生成模块：用于按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号；将正弦波信号和脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号；将脉冲正弦波信号转换为脉冲超声波，脉冲超声波用于刺激受损肢体的软骨。

由上述技术方案可知，本实施例提供的面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置，能够从扫描数据中提取肢体外形数据，构建穿戴设备模型，并结合患者的患病状况和佩戴方式，修正穿戴设备模型的参数，保障穿戴设备与人体皮肤之间具有良好的贴合度，提高患者佩戴时的舒适程度。

同时，该方法还能够进行受力模拟，根据受力分布状况，在穿戴设备模型上设计网格，确定镂空部分，以提高穿戴设备的透气性，减轻穿戴设备自身的重量，也方便对病患处进行清洗、换药和观察，提高疗效。并且，该方法还能够将确定网格类型的穿戴设备模型，生成3D打印参数，以便于快速制作穿戴设备，确保穿戴设备的精度。

因此，本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计方法及装置，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明所提供的一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法的方法流程图；

图2示出了本发明所提供的一种面向3D打印的人体穿戴设备设计装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

第一方面，本发明实施例所提供的一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，该方法包括：获取用户的扫描数据。

根据该用户的扫描数据和佩戴信息，构建穿戴设备模型。

根据预获取的受力模拟数据，在穿戴设备模型上设计网格。

按照设计网格的穿戴设备模型，生成打印参数，进行3D打印。

本发明实施例所提供的另一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，结合图1，该方法包括：

肢体外形数据获取步骤S1：获取用户的扫描数据。如采用红外扫描装置对人体进行扫描，从红外扫描装置中获取扫描数据。

对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据。

穿戴设备模型构建步骤S2：根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型。在实际应用过程中，佩戴信息可以是患者佩戴穿戴设备的方式、部位等信息。

根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值。

按照间隙值，修正穿戴设备模型的参数。

受力模拟步骤S3：为修正后的穿戴设备模型设置作用点。

根据佩戴信息，确定肢体活动范围。

根据肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值。

网格生成步骤S4：根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点。

根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格。

根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量。

根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型。

打印参数确定步骤S5：根据目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数，以便于进行3D打印。

由上述技术方案可知，本实施例提供的面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，能够从扫描数据中提取肢体外形数据，构建穿戴设备模型，并结合患者的患病状况和佩戴方式，修正穿戴设备模型的参数，保障穿戴设备与人体皮肤之间具有良好的贴合度，提高患者佩戴时的舒适程度。

同时，该方法还能够进行受力模拟，根据受力分布状况，在穿戴设备模型上设计网格，确定镂空部分，以提高穿戴设备的透气性，减轻穿戴设备自身的重量，也方便对病患处进行清洗、换药和观察，提高疗效。并且，该方法还能够将确定网格类型的穿戴设备模型，生成3D打印参数，以便于快速制作穿戴设备，确保穿戴设备的精度。

因此，本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

在实际应用过程中，为了提高肢体外形数据的准确性和处理效率，对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据时，扫描数据可以是红外热图和视频信息，该方法的具体实现过程如下：

根据视频来获取被检测对象的性别和年龄。提取视频信息中目标佩戴区域图像，并对目标佩戴区域图像进行检测，获取毛细血管充血变化规律和血流速度。根据视频信息中确定的血流速度的相位差来获取血压的变化。通过对红外热图进行分析处理得出被测人体的体温数据。根据人体的体温数据，确定被检测对象的肢体中心区域。根据被检测对象的毛细血管充血变化规律、血流速度和血压，确定肢体中心区域的边界线，形成肢体外形数据。在此，该方法通过处理红外热图，确定肢体中心区域，并结合被检测对象的血液流速、血压变化等信息，确定边界线，防止外界红外辐射带来的干扰，有助于快速、准确地计算肢体外形数据。

在实际应用过程中，本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计方法还可以处理红外热图像，直接获取肢体外形数据，具体实现过程如下：

对预先采集的多帧红外热图像进行解码、模数转换，将模拟红外热图像转换成数字红外热图像，并进行存储。对多帧数字红外热图像求平均，计算得出一帧目标红外热图像。获取目标红外热图像中每个像素的红色分量、绿色分量，以及蓝色分量反色后的灰度图。根据红色分量、绿色分量，以及蓝色分量反色后的灰度图，分别生成红色分量、绿色分量、蓝色分量的直方图。根据所生成的红色分量、绿色分量、蓝色分量的直方图，采用大津法分别计算出红色分量、绿色分量，以及蓝色分量反色后的灰度图的分割阈值。将红色分量和蓝色分量反色后的灰度图的分割阈值进行比较，获取蓝色分量反色后的灰度图的分割阈值中存在与红色分量的灰度图的分割阈值不相同的分割阈值。将不相同的分割阈值与绿色分量的灰度图的分割阈值进行比较，当不相同分割阈值与绿色分量的灰度图的分割阈值相匹配时，则保留不相同分割阈值，否则去除。以红色分量的灰度图的分割阈值，以及剩余的蓝色分量反色后的灰度图的分割阈值作为窗口，对红外热图像进行轮廓提取并显示。

在此，该方法通过对人体静态的多帧图像求平均的方法，可以有效减小误差，突出有效信息，降低干扰，为后续的轮廓提取提供更为精确的图像，由于人体温度高于周围环境的温度，通过对图像的直方图统计，对人体的边界计算阈值，通过阈值分割及红色分量、绿色分量、蓝色分量的分割阈值窗口提取方法实现人体的轮廓提取，得到人体的精确轮廓，处理过程简洁、高效，易于操作。

为了进一步提高本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计方法的准确性，具体地，在网格类型设计方面，该方法的具体实现过程如下：

判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将第一网格设置为目标网格类型；

若否，则根据当前质量和目标重量，调整压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；根据网格生成算法和第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于目标重量，若是，则将第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。在此，该方法采用多次迭代的方式，确定设计网格后的穿戴设备的重量，以使穿戴设备满足重量要求，提高设备透气性能。同时，该方法还能够设置压力阈值，并根据阈值范围检测压力阈值，以使穿戴设备满足强度要求，方便患者使用。

具体地，在设置压力阈值和阈值范围时，该方法的具体实现过程如下：根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点之前，该方法还能够根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定压力阈值和阈值范围。在此，该方法能够结合材料性能和每个作用点的受力状况，确定压力阈值和阈值范围，以保证穿戴设备的强度要求，同时也为修正压力阈值提供信息支持，有助于快速、准确地设计穿戴设备，满足患者对于重量、贴合度和透气性的需求。

具体地，在网格设计算法实现方面，该方法的具体实现过程如下：根据泰森多边形生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，网格生成算法包括泰森多边形生成算法。在实际应用过程中，该方法可以根据第一镂空点构建三角形，形成Delaunay三角网，并确定每个三角形的圆心点，由每个三角形的圆心点构建凸多边形。在此，该方法结合穿戴设备的受力分布，进行领域分析，以确定网格，既能够保证穿戴设备的强度要求，又能够提高穿戴设备的美观程度。

为了进一步提高本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计方法的用户体验，具体地，该方法还能够合成脉冲超声波，以刺激软骨，促进软骨再生，其具体实现过程如下：在生成打印参数之后，该方法还能够

按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号，

将正弦波信号和脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号，

将脉冲正弦波信号转换为脉冲超声波，脉冲超声波用于刺激受损肢体的软骨，以促进软骨再生，有助于提高患者的舒适程度，加快患者康复进度。在实际应用过程中，可以通过电感电容匹配电路将脉冲正弦波信号传递给超声波换能器，进行能量转换，输出低强度脉冲超声波。

其中，按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号，具体实现过程如下：按照正弦波参数，产生1.5MHz的正弦波信号。

按照脉冲宽度调制参数，产生频率为1KHz、脉冲宽度为200μs且占空比为20％的脉冲宽度调制信号。在实际应用过程中，可以通过处理器产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号。

将正弦波信号和脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号，具体包括：按照预设的可变的电压值调整增益放大倍率，并按照调整后的增益放大倍率放大正弦波信号，具体可以采用增益放大器进行增益放大处理；将增益放大后的正弦波信号进行功率放大处理，具体可以采用功率放大器进行功率放大处理；将功率放大后的正弦波信号与频率为1KHz、脉冲宽度为200μs且占空比为20％的脉冲宽度调制信号进行合成，形成信号频率为1.5MHz的脉冲正弦波信号。在此，该方法通过设置正弦波信号的频率和脉冲宽度调制信息的频率、占空比等参数，以提高脉冲超声波对软骨的刺激程度，以促进损伤软骨生长，也可以对老年人的膝关节软骨进行刺激，进而延缓软骨退化。

第二方面，本发明提供一种面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，该装置包括肢体外形数据获取模块1、穿戴设备模型构建模块2、受力模拟模块3、网格生成模块4和打印参数确定模块5，肢体外形数据获取模块1用于获取用户的扫描数据；对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据。穿戴设备模型构建模块2用于根据预获取的佩戴信息和肢体外形数据，构建穿戴设备模型；根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；按照间隙值，修正穿戴设备模型的参数。受力模拟模块3用于为修正后的穿戴设备模型设置作用点；根据佩戴信息，确定肢体活动范围；根据肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值。网格生成模块4用于根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型。打印参数确定模块5用于根据目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

由上述技术方案可知，本实施例提供的面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，能够从扫描数据中提取肢体外形数据，构建穿戴设备模型，并结合患者的患病状况和佩戴方式，修正穿戴设备模型的参数，保障穿戴设备与人体皮肤之间具有良好的贴合度，提高患者佩戴时的舒适程度。

同时，该装置还能够进行受力模拟，根据受力分布状况，在穿戴设备模型上设计网格，确定镂空部分，以提高穿戴设备的透气性，减轻穿戴设备自身的重量，也方便对病患处进行清洗、换药和观察。并且，该装置还能够将确定网格类型的穿戴设备模型，生成3D打印参数，以便于快速制作穿戴设备，确保穿戴设备的精度。

因此，本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，能够结合肢体外形数据，设计人体穿戴设备，减轻穿戴设备对人体的压力和穿戴设备重量，提高穿戴设备与人体的贴合度，增强透气性。

为了进一步提高本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计装置的准确性，具体地，网格生成模块4在根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型时，具体用于：判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将第一网格设置为目标网格类型；若否，则根据当前质量和目标重量，调整压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；根据网格生成算法和第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于目标重量，若是，则将第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。在此，该网格生成模块4采用多次迭代的方式，确定设计网格后的穿戴设备的重量，以使穿戴设备满足重量要求，提高设备透气性能。同时，该网格生成模块4还能够设置压力阈值，并根据阈值范围检测压力阈值，以使穿戴设备满足强度要求，方便患者使用。

并且，该装置还包括阈值设置模块，阈值设置模块用于根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定压力阈值和阈值范围。在此，该阈值设置模块能够结合材料性能和每个作用点的受力状况，确定压力阈值和阈值范围，以保证穿戴设备的强度要求，同时也为修正压力阈值提供信息支持，有助于快速、准确地设计穿戴设备，满足患者对于重量、贴合度和透气性的需求。

具体地，在网格设计算法实现方面，网格生成模块4在根据网格生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格时，具体用于：根据泰森多边形生成算法和第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，网格生成算法包括泰森多边形生成算法。在此，该网格生成模块4结合穿戴设备的受力分布，进行领域分析，以确定网格，既能够保证穿戴设备的强度要求，又能够提高穿戴设备的美观程度。

为了进一步提高本实施例面向3D打印的人体穿戴设备设计装置的用户体验，具体地，该装置还包括脉冲超声波生成模块，脉冲超声波生成模块用于按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号；将正弦波信号和脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号；将脉冲正弦波信号转换为脉冲超声波，脉冲超声波用于刺激受损肢体的软骨。在此，脉冲超声波生成模块能够合成脉冲超声波，以刺激软骨，促进软骨再生，有助于提高患者的舒适程度，加快患者康复进度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，包括：

获取用户的扫描数据；

根据该用户的扫描数据和佩戴信息，构建穿戴设备模型；

根据预获取的受力模拟数据，在所述穿戴设备模型上设计网格；

按照设计网格的穿戴设备模型，生成打印参数，进行3D打印。

2.一种面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，包括：

肢体外形数据获取步骤：获取用户的扫描数据；

对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据；

穿戴设备模型构建步骤：根据预获取的佩戴信息和所述肢体外形数据，构建穿戴设备模型；

根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；

按照所述间隙值，修正所述穿戴设备模型的参数；

受力模拟步骤：为修正后的穿戴设备模型设置作用点；

根据所述佩戴信息，确定肢体活动范围；

根据所述肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照所述肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值；

网格生成步骤：根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；

根据网格生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；

根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；

根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型；

打印参数确定步骤：根据所述目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

3.根据权利要求2所述面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型，具体包括：

判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将所述第一网格设置为目标网格类型；

若否，则根据所述当前质量和目标重量，调整所述压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：

若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；

根据所述网格生成算法和所述第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；

根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于所述目标重量，若是，则将所述第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正所述压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。

4.根据权利要求3所述面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，获取每个作用点的受力值之后，根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点之前，该方法还包括：

根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定所述压力阈值和所述阈值范围。

5.根据权利要求2所述面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，所述根据网格生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，具体包括：

根据泰森多边形生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，所述网格生成算法包括所述泰森多边形生成算法。

6.根据权利要求2所述面向3D打印的人体穿戴设备设计方法，其特征在于，在生成打印参数之后，该方法还包括：

按照预设波形参数，产生正弦波信号和脉冲宽度调制信号；

将所述正弦波信号和所述脉冲宽度调制信号合成脉冲正弦波信号；

将所述脉冲正弦波信号转换为脉冲超声波，所述脉冲超声波用于刺激受损肢体的软骨。

7.一种面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，其特征在于，包括：

肢体外形数据获取模块：用于获取用户的扫描数据；对扫描数据进行特征提取，获取肢体外形数据；

穿戴设备模型构建模块：用于根据预获取的佩戴信息和所述肢体外形数据，构建穿戴设备模型；根据该用户的患病状况，确定穿戴设备与人体皮肤的间隙值；按照所述间隙值，修正所述穿戴设备模型的参数；

受力模拟模块：用于为修正后的穿戴设备模型设置作用点；根据所述佩戴信息，确定肢体活动范围；根据所述肢体外形数据和修正后的穿戴设备模型，按照所述肢体活动范围，进行运动模拟，获取每个作用点的受力值；

网格生成模块：用于根据每个作用点的受力值和压力阈值，确定第一镂空点；根据网格生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格；根据预设置的材料信息，计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量；根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定目标网格类型；

打印参数确定模块：用于根据所述目标网格类型和修正后的穿戴设备模型，生成打印参数。

8.根据权利要求7所述面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，其特征在于，所述网格生成模块，在根据计算设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量和目标重量，确定网格类型时，具体用于：判断设计第一网格后的穿戴设备模型的当前重量是否小于等于目标重量：若是，则将所述第一网格设置为目标网格类型；若否，则根据所述当前质量和目标重量，调整所述压力阈值，并检验调整后的压力阈值是否超出预设的阈值范围：若是，则生成提示信息，若否，则根据每个作用点的受力值和调整后的压力阈值，确定第二镂空点；根据所述网格生成算法和所述第二镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第二网格；根据预设置的材料信息，计算设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量，并判断当前重量是否小于所述目标重量，若是，则将所述第一网格设置为目标网格类型，若否，则再次调正所述压力阈值，直至设计第二网格后的穿戴设备模型的当前重量小于等于目标重量。

9.根据权利要求8所述面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，其特征在于，该装置还包括阈值设置模块：用于根据预设置的材料信息和每个作用点的受力值，确定所述压力阈值和所述阈值范围。

10.根据权利要求7所述面向3D打印的人体穿戴设备设计装置，其特征在于，所述网格生成模块，在根据网格生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格时，具体用于：根据泰森多边形生成算法和所述第一镂空点，在修正后的穿戴设备模型上设计第一网格，所述网格生成算法包括所述泰森多边形生成算法。