CN109460635B - 用于生成镜架的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于生成镜架的方法和系统，该方法包括：通过对用户面部进行三维扫描，提取用户面部特征点；根据用户面部特征点和预定的控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点；根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型。本发明能根据用户个性化定制镜架，提高用户的镜架配戴舒适度，建模效率高，避免重复劳动。

Description

用于生成镜架的方法和系统

技术领域

本发明涉及眼镜镜架的设计领域，尤其涉及一种用于生成镜架的方法和系统。

背景技术

现有的国内眼镜架的行业标准主要依从于中国轻工业联合会提出的中华人民共和国国家标准《GB/T14214-2003眼镜架通用要求和试验方法》，然而该国标仅对镜架的使用材料、镜架使用的螺纹、外观质量、尺寸、高温尺寸稳定性、机械稳定性、镀层性能、阻燃性等方面进行了要求，并未对用户舒适度进行约定。

对于用户体感舒适度的考量，行业内并没有统一标准进行要求。

对于用户视光舒适度的考量，行业内主要参考以下两个国标，即中国轻工业联合会提出的中华人民共和国国家标准《GB10810.1-2005眼镜镜片》，以及中国机械工业联合会提出的中华人民共和国国家标准《GB13511.1-2011配装眼镜》。两项标准对于镜片装配前和装配后的光学标准进行了要求，使之能够符合用户使用标准。然而两项国标测量方法均是通过焦度计测量实现，割裂了镜片光学参数和用户实际配戴状态的关系。由于不同用户面部特征的尺寸差异、同一用户面部特征的左右差异，以及不同镜架尺寸参数的差异，用户实际配戴镜架后，并不一定能保证镜片光学中心与用户瞳孔中心相吻合，以及不能保证镜片左右光学中心各方向互差在国标之内。因此用户的视光舒适度在当前国标要求下，理论上并无法得到完全的保障。

由于镜架舒适度标准的缺失，工业批量生产的镜架会在销售门店由销售人员根据经验，主观推荐给顾客，以尽量满足顾客舒适度体验。而销售人员行业经验以及专业水平的区别，导致顾客视光舒适的需求往往得不到满足。同时，由于工业批量生产的镜架，在设计生产过程中，是根据大用户集的平均面部特征进行体感舒适度考量，并没有根据不同人群的面部特征差异化进行定制设计。因此，受销售门店陈列量有限的制约条件限制，用户无法试戴足够多的镜架，去寻求完全的体感舒适。用户仅能够在有限的选择中，挑选相对的体感舒适最优值。同时，由于受到销售人员促成成交的动机影响，销售人员往往会引导用户放大所挑选镜架的舒适度、弱化所挑选镜架的不适度。并且，由于镜片参数、用户视光参数、以及所挑选镜架参数同用户上一副镜架参数的区别等变量，无法在用户挑选镜架时得到良好体现，销售人员及用户并没有能力在挑选镜架时获知镜架装配上镜片后的舒适度，此处舒适度包括体感舒适度、视光舒适度。因此用户往往在成交后使用过程中，更多的体验到镜架的不适。综上，由于受到从眼镜架设计环节到眼镜架销售环节各方面因素影响，用户的视光舒适度以及体感舒适度，都无法得到完全的保障。

目前行业内的对与眼镜架舒适度的解决方案包括：

(1)销售人员根据用户脸型对镜架进行调整，使之更适合用户配戴，包括但不限于调整镜腿外长角，调整镜架面弯弧度，调整鼻托角度，调整镜腿倾斜角等。然而由于调整操作由人工完成，不同操作人员的调整水平参差不齐，会导致不同的调整结果，直接影响用户配戴舒适度体验。

(2)安装各种辅助配件，使镜架贴合用户面部特征，包括但不限于眼镜防滑绳、防滑套、鼻托垫等。此方式除了不美观、不方便等问题外，更重要的是由于辅助配件同样是工业产品，并无法完全解决镜架和用户脸型匹配的问题。因此用户舒适度并没有妥善解决。

(3)通过手工方式对于顾客面部参数进行测量，进而为用户单独设计眼镜，并手工制作交付。然而，受到价格昂贵、交付周期漫长、不可避免的手工制作误差等制约因素，解决方案并不普及。

总之，无论哪种解决方案，均很难提供用户一个理想镜架，使用户享有满意的佩戴舒适度。因此，如何提供一种能够根据用户面部个性化定制镜架以实现镜架的佩戴舒适度的镜架设计方案，是一个有待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种用于生成镜架的方法和系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的一方面提供一种用于生成镜架的方法，该方法包括以下步骤：

通过对用户面部进行三维扫描，提取用户面部特征点；

根据用户面部特征点和预定的控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点；

根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型。

优选地，所述方法还包括，对预设镜架模型进行参数化处理，以得到所述关键控制点和所述预定的控制点约束条件。

优选地，所述方法还包括：基于所述用户面部特征点获得用户面部特征参数，所述用户面部特征参数是在参考坐标系内获得，对预设镜架模型进行参数化处理的步骤包括在所述参考坐标系内对预设镜架模型进行参数化处理。

优选地，所述方法还包括：基于所述关键控制点确定所述预设镜架属性参数；以及基于所述用户面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数；其中，所述预设镜架属性参数和所述新镜架属性参数均包括以下参数中的至少一种：镜框属性参数、鼻托属性参数和镜腿属性参数；所述控制点约束条件包括以下条件中的至少一种：等比例缩放镜框装配件、鼻托装配件尺寸不变、镜腿装配件尺寸不变且镜腿长度可调。

优选地，所述基于面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数的步骤包括：基于用户面部特征参数、镜片参数及视光参数确定与用户面部相匹配的镜框属性参数。

优选地，所述对预设镜架模型进行参数化处理的步骤包括将预设的镜架模型转换为非均匀有理B条样NURBS曲面模型；得到所述关键控制点的步骤包括将镜架NURBS曲面模型转为T条样来提取关键控制点。

优选地，所述用户面部特征点包括：左右眼瞳孔中心点；左右眼下眼睑中心点；眉中点或左右眉峰点；鼻峰山根点；左右鼻背点；左右鼻翼点；左右颞部点；以及左右耳上根点。

优选地，基于所述用户面部特征点获得的面部特征参数包括以下参数中的至少一个：颞宽、颅宽、相对眉高、右眼参考瞳距、左眼参考瞳距、右耳深、左耳深、右耳相对高度、左耳相对高度、鼻宽、右鼻前角、右鼻斜角、左鼻前角、左鼻斜角、鼻顶角。

优选地，所述用户面部特征点还包括以下附加特征点中的一个或多个：鼻尖点；左右眼外眦点；左右眼内眦点；左右眉头点；左右眉尾点；左右眉骨点；发际线中点；左右颧骨点；左右下颌缘点和颏中点。

优选地，所述方法还包括：基于用户面部关键特征点自动选择预设镜架模型。

优选地，所述镜框属性参数可包括：镜面倾斜角、镜片位置、镜框水平基准线和/或镜框大小。

其中，所述镜片倾斜角为左右眉峰点连线的中心点或眉中点同左右瞳孔中心点构成的第一平面与水平面之间的夹角；所述镜片位置被确定为位于左右眉峰点连线的中心点或眉中点同左右瞳孔中心点构成的第一平面向用户面部的正前方平移预定距离而获得的第二平面上；所述镜框水平基准线被确定为第二平面与参考坐标系的x轴z轴平面的绞线；所述镜框大小基于颞宽而确定。

优选地，所述鼻托属性参数可包括：鼻托中心点、鼻托斜角度数、鼻托前脚度数和鼻托顶角度数。

优选地，所述镜腿属性参数可包括：镜腿弯点位置。

优选地，该方法还包括以下步骤：在对用户面部进行三维扫描得到的三维扫描图像上叠加显示生成的新的镜架模型。

优选地，所述方法还包括：基于生成的新的镜架模型进行3D打印，生成实体镜架。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种用于生成镜架的系统，该系统包括：扫描仪设备，用于对用户面部进行三维扫描，得到三维扫描数据；以及处理设备，用于：从扫描仪设备接收三维扫描数据；从三维扫描数据提取用户面部特征点；根据用户面部特征点和预定的控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点；以及根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型。

优选地，所述系统还包括：显示器，其在用户的三维扫描图像上叠加显示新的镜架模型。

优选地，所述系统还包括：3D打印设备，其对新的镜架模型执行3D打印，以打印出实体镜架。

本发明还提供一种用于生成镜架的系统，该镜架设计系统包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，在计算机程序被处理器执行时实现如前所述镜架设计方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如前所述方法的步骤。

根据本发明实施例提供的镜架的设计方法和系统，可以通过参数化驱动自动生成个性化理想镜架，镜架依据用户实际面部特征参数，自动修改镜架变量即可完成理想镜架个性化建模，效率高而且匹配性好。本发明能根据用户个性化定制镜架，提高用户的镜架配戴舒适度和视光舒适度，建模效率高，避免重复劳动，缩短产品的设计周期，提高模型的二次应用率，具有良好的社会效益和经济效益。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本发明实施例中用于生成镜架的方法的流程示意图。

图2a和图2b为本发明实施例中基于面部三维扫描提取的用户面部关键特征点的示例。

图3为本发明实施例中在头部三维模型上建立的参考坐标系的示意图。

图4为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定镜面倾斜角的示意图。

图5为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定镜片位置的示意图。

图6为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定镜框水平基准线的示意图。

图7为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定镜框大小的示意图。

图8为镜架参数示意图。

图9为瞳距示意图。

图10为本发明实施例中确定镜圈内槽的示意图。

图11为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定鼻托中心点位置的示意图。

图12为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定鼻托倾斜度数的示意图。

图13为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定鼻托前角度数的示意图。

图14为本发明实施例中基于面部特征参数和/或面部特征点确定鼻托顶角度数的示意图。

图15为本发明实施例中的用于生成镜架的系统的示意性框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本实用新型的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

人体尺度在个体上存在很大的差异性，在眼镜设计中突出表现在人的头部、面部、眼部尺寸随各种因素的变化而不同。人体尺寸还往往会因年龄、健康状况、性别、种族、职业等不同而具有显著的差异性。这些差异性的存在同样会对眼镜设计产生重要的影响。

另一方面，从婴儿、儿童、少年到成人，人类成长过程中身体尺度和身体比例都相差甚远。总体而言，少年儿童在生长发育过程中，其面部尺寸、头部尺寸大体呈现随年龄增长逐渐增高的规律。眼镜的设计应具有适应性，而且能够保证安全性和舒适性。

另一方面，身体尺度及比例关系因人类民族、种群、国籍不同而具有很大差异性。就头部尺寸而言，欧洲人要比亚洲人尺寸大，东方人的鼻子相对西方人则具有短、低、宽、鼻孔外露、鼻头圆大等特点。在眼镜设计中必定要对不同民族的群体区别对待。

基于上述各种因素，理想镜架的设计应当是基于用户面部的特征的，对保护使用眼镜人群的视力、防治屈光不正具有重大的意义，也是人性化设计的最佳体现方式。基于用户面部的特征的镜架设计，有助于规范眼镜生产，为眼镜质量监测建立法规依据。对保护我国配戴眼镜者视力有着长远的影响，具备产生良好的社会及经济效益。

基于此，本发明提供一种参数化驱动的个性化理想镜架生成方案，具体包括理想镜架生成方法和相应的镜架生成系统。通过本发明的方法设计的镜架可以通过自动驱动理想镜架的个性化变形而得到，本发明依据用户实际面部特征，自动修改预设镜架变量即可完成理想镜架个性化建模，不仅效率高，而且匹配性好。

图1所示为本发明一实施例中的用于生成镜架的方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S110，对用户面部进行三维扫描获得三维扫描图像数据，并提取用户面部特征点。

在本步骤中，可通过机器视觉方法对用户(配镜者)的头部进行三维扫描，获得头部三维扫描图像数据，再利用预定的三维建模软件基于三维扫描图像数据进行三维模型重建得到头部三维模型。本发明实施例中，可以利用2个或2个以上摄像头对头部扫描来形成头部三维扫描数据。

基于得到的头部三维模型，可提取出头部三维模型的用户面部特征点，尤其是关键的用户面部特征点(或称为用户面部关键特征点)，并基于用户面部特征点获得面部特征参数。

具体地，本发明中用于实现头部三维扫描的仪器可以是现有的头部三维成像设备，例如，线结构光三维成像设备，也可以是未来开发出的用于进行头部三维扫描的设备，它们可进行头部三维扫描并利用建模软件来进行三维模型重建，在此不再赘述。

在本发明实施例中，如图2a和图2b所示，针对得到的头部三维模型，提取的面部关键特征点例如可以包括：左右眼瞳孔中心点10、左右眼下眼睑中心点20、眉中点30/左右眉峰点40、鼻峰山根点50、左右鼻背点60、左右鼻翼点70、左右颞部点(即左右太阳穴)80、左右耳上根点90(图2b中仅示出了右耳上根点90，未示出左耳上根点)、鼻尖点71等。在此列举的关键特征点仅为示例，还可以提取更多或更少的关键特征点。

进一步地，基于提取的上述面部特征点，在预定参考坐标系内，根据面部特征点的三维坐标测量各点距离，可以测量得到面部特征参数。基于面部关键特征点得到面部特征参数称为面部关键特征参数。面部关键特征参数的示例如下表1所示。

表1.面部关键特征参数示例

如上表1中，x表示参考坐标系的x轴方向，y表示参考坐标系的y轴方向，z表示参考坐标系的z轴方向。作为示例，x轴方向为从左眼指向右眼的水平方向，y轴为竖直向下的方向，z轴为垂直于左右下眼睑连线从面部正面指向背面的方向。更具体的，参考坐标系是按照如下方式建立的(如图3所示)：以左右下眼睑连线(沿x轴方向)的中点作为x轴z轴的原点(0,0)，x轴z轴平面(简称xz平面)基本为左右下眼睑与左耳屏点构成的平面，y轴通过经过x轴z轴原点做垂线而形成的垂直于xz平面的轴线。

如表1所示的面部关键特征参数可用于确定出与面部贴合的镜架属性参数，即与用户面部匹配的镜架属性参数，这将在后面进一步详细描述。

在本发明另选实施例中，可以在用户面部特征点提取过程中，除了提取用户面部关键特征点之外，还提取更多的用户面部特征点，例如，左右眼外眦点11、左右眼内眦点12、左右眉头点41、左右眉尾点(未示出)、左右眉骨点(42)、发际线中点101、左右颧骨点100、左右下颌缘点110、颏中点120。这些点可称为优化特征点，用于优化镜架匹配参数，或者用于基于这些特征点数据分析用户脸型，从而可以基于用户联系自动为用户推荐适合用户脸型镜架。

基于这些优化面部特征点，在参考坐标系内，根据面部特征点三维坐标测量各点距离，可获得面部优化特征参数，如下面的表2所示。

表2.面部优化特征参数示例。

基于上述关键和优化特征点，可以基于反映用户脸型等的面部特征更迅速地为用户推荐适合用户的镜架样式。在一实施例中，可基于用户面部特征点或特征参数分析出用户脸型，并在存储器中建立脸型与预设镜架模型的关联，这样基于用户面部特征点或特征参数可以自动选择与相应脸型匹配的一些预设镜架模型。

步骤S120，将预设镜架模型参数化，以得到预设镜架的关键控制点和预定的镜架控制点约束条件。

在本发明实施例中，可在镜架设计系统的数据库中存储有很多种镜架样式(镜架模型)，供用户选择，也可以基于用户的脸型或喜好主动为用户推荐。每一镜架模型可转换为非均匀有理B样条(NURBS)，即可用NURBS来表示镜架模型，基于NURBS来实现预设镜架模型的参数化。NURBS是现有CAD造型系统的通用的工业标准，是一种非常优秀的建模方式，在此不再赘述。

NURBS是现有CAD造型系统的通用的工业标准，但由于控制点均匀分布，对控制顶点有严格的要求。本发明实施例中，为了更好地提取控制点，进一步将镜架的NURBS转为T样条，引入T节点，来打破NURBS格式对控制顶点严格的拓扑要求，减少了NURBS造型中的冗余控制顶点。由于能够涵盖NURBS且具有良好局部细分性和拼接性，所以T样条是NURBS的超集，比NURBS具有更好的几何和拓扑性质，尤其是局部精细化性质。基于T样条的等几何分析克服了单张裁剪NURBS曲面上复杂拓扑问题以及NURBS在局部精细化导致的分析自由度问题，T样条的控制顶点可以较好地描述镜架的关键控制点。

将镜架模型表示转为T条样之后，本步骤中提取预设镜架的控制点并将控制点按照部位分类，并在参考坐标系中生成预设镜架的控制点参数和与控制点参数相关联的预设镜架属性参数。本实施例中，生成镜架控制点参数所用的参考坐标系为在面部三维模型上建立的同一参考坐标系。生成的控制点参数例如可包括控制点坐标，与控制点参数相关联的预设镜架属性参数例如可包括以下参数中的至少一种：镜框属性参数、鼻托属性参数和镜腿属性参数。镜框属性参数例如包括标准镜框大小(如镜圈宽度、厚度、高度等)、镜面倾斜角度等信息，鼻托属性参数例如包括鼻托大小、与镜架相对位置等信息；镜腿属性参数例如可包括镜腿长度等信息。

为了在预设镜架在通过参数化变形得到个性化镜架的过程中保持原有设计风格和装配要求，本发明将提取的镜架控制点进行分类为：镜框控制点、镜腿控制点和鼻托控制点。这些控制点分类仅为示例，本发明并不限于此，而是可以分类为更多的控制点类型。例如，控制点的分类还可以包括铰链控制点和/或镜框-铰链连接控制点等。对镜架控制点分类后，可基于控制点分类，建立针对镜架属性参数的镜架控制点约束条件(或称镜架变形约束条件)，从而更好得保持镜架原有设计风格和装配要求并提高个性化镜架的建模效率，缩短镜架产品的设计周期，并提高模型的二次应用率。

对镜架控制点约束条件的设置可基于如下原则：镜架设计风格首先建立；在变形过程，需镜框造型不变，仅等比例放大缩小镜框装配件或调整倾斜角度和距离；铰链链接部分绝对形状不变以保证装配需求，仅位置或角度变化；镜腿造型不变，仅长度发生变化；鼻托如果有装配件，保持装配部分变形过程保持不变。如下表3所示为镜架控制点约束条件的示例。

表3.镜架控制点约束条件的示例。

控制点	约束条件
		镜框控制点	等比例放大缩小镜框装配件
鼻托控制点	鼻托装配件保持不变，可保证鼻托与镜框部分缝合
		镜腿控制点	镜腿装配件尺寸不变，镜腿长度可调节，镜腿弯点可调节

在本发明实施例中，如上镜架控制点约束条件可基于用户年龄段、民族、面部特殊情况等进行合理的修改，以更好地符合用户面部特点。例如，而对老年人来说，肌肉变得松弛，骨质疏松，不宜压迫，可以适当地修改约束条件来调节镜架松紧度。

步骤S130，根据用户面部特征点和预定的控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点，使得调整后的关键控制点与用户面部相匹配，并满足控制点约束条件，从而保持原有的镜架风格。首先，基于用户面部特征参数可确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数，本步骤可基于新镜架属性参数和控制点约束条件来调整预设镜架模型的关键控制点

该新镜架属性参数可以包括以下参数中的至少一种：镜框属性参数、鼻托属性参数和镜腿属性参数。

首先，可基于面部特征参数确定适合用户的个性化镜架的镜框属性参数，包括镜面倾斜角、镜片位置、镜框水平基准线、镜框大小、镜圈内槽、镜圈厚度等参数。

1.确定镜面倾斜角

如图4所示，左右眉峰点连线的中心点(即眉中点)同左右瞳孔中心点，三点构成平面α。该平面同x轴y轴平面形成的夹角为镜面倾斜角。在本发明优选实施例中，还可以通过镜架设计系统界面的设计入口可手动输入固定的镜面倾斜角，来调整个性化镜片角度。

2.确定镜片位置

如图5所示，由左瞳孔中心点A沿z轴方向向外平移预定距离取A′。该点A′为镜片内球面球心坐标。平移的预定距离范围优选为11-14mm，更优选为12mm，但本发明并不限于此。图5中，平面α′为与平面α平行的平面。

根据已知特定镜片外球面半径、镜片内球面半径、镜片中心厚度，以及求得的镜片内球面中心坐标、镜面倾斜角，可生成镜片网格。

3.确定镜框水平基准线

如图6所示，x轴z轴平面同平面α′的交线为镜框水平基准线β。确定了镜框水平基准线，可以将个性化镜架的镜框水平基准线设计为重合于镜框水平基准线β。可将特定镜框依据求得的镜框水平基准线、镜面倾斜角、镜片位置，放置于镜片所在平面，使得镜框位置、镜圈宽度、厚度、相对位置同镜片内球面边缘对应点、镜片外球面边缘对应点相匹配。

4.确定镜框大小

确定镜框总长度并获得相应的片宽、框高、中梁长、桩头长等参数。

定义镜框左右桩头起始点为BB’，人脸左右太阳穴连线为CC’，如图7和图8所示。可基于人脸左右太阳穴连线为CC’确定个性化镜架镜框的大小，使BB’＝CC’，且镜框水平基准线位置不变仍重合于β。确定了个性化镜框大小，可以基于等比例缩放的资深约束条件得到个性化镜框参数，如图8所示，可获得镜框总长度L1，并可获得等比例相对应的镜框片宽L2，中梁长度L3，桩头长L4，框高H1。

可选地，在本发明优选实施例中，可进一步检查镜框各项参数是否符合视光及美学需要。例如：

(1)可检查是否满足PD≤L2+L3≤PD+12mm(PD为瞳距)。

如PD≥L2+L3，则在保持镜框总长度不变的基础上，可优先减少L4并同时等比例放大L2和L3，使得PD＝L2+L3。若仍无法实现，可保持L2、L4不变，放大L3，使得PD＝L2+L3。

如L2+L3≥PD+12mm，则在保持镜框总长度不变的基础上，增加L4并同时等比例放大L2和L3，使得L2+L3＝PD+12mm。

(2)检查1/2*H1是否小于等于下眼睑到眉毛的距离。如1/2*H1大于下眼睑到眉毛的距离，则改变原始比例，将H1缩小为等于下眼睑到眉毛的距离。

5.生成镜圈内槽参数以及镜圈参数调整

在本发明一实施例中，基于面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数的步骤可包括：基于用户面部特征参数、镜片参数及视光参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数，即除了考虑用户面部特征参数外，还考虑镜片参数和/或视光参数来确定新镜架属性参数，此时确定的镜架属性参数可包括：镜圈内槽、镜圈面弯、镜圈厚度等。

生成镜圈内槽参数的方式如下：沿镜圈内槽生成预定宽度(如1.8mm)的V形槽，槽内角度为110°，如图10所示。槽深可根据V形槽宽度乘以tan55度获得。内槽弧度可同镜圈前表面相同。

此外，根据预先录入的用户视光参数以及镜片参数来调整镜圈面弯、镜圈厚度。视光参数例如包括左右眼球镜度数、左右眼柱镜度数、左右眼散光轴位、左右眼下加光、左右眼瞳距等。镜片参数可包括球面\非球面、折射率等。

通过综合考虑镜片参数和视光参数来确定镜圈厚度等参数，不仅可以提高美观度，还可以提高用户舒适度，包括体感舒适度和视光舒适度。

其次，可确定鼻托属性参数，如鼻托位置(鼻托中心点位置)、鼻托倾斜角度等。

1.确定鼻托中心点位置：如图11所示，左右下眼睑连线下移预定距离(如2mm)，同z轴构成平面γ，平面γ切鼻子形成近似等腰三角形DFF’。D为山根点，F、F’为鼻背点。沿线段FD取点G，使得FG＝3mm。G点为鼻托中心点。

2.确定鼻托斜角度数：如图12所示，鼻托斜角度数＝1/2*∠FDF’。

3.确定鼻托前角度数：如图13所示，选取鼻翼结构点J，连接线段FJ，FJ在x轴y轴平面上的投影同y轴夹角为鼻托前角度数。

4.确定鼻托顶角度数：如图14所示，选取鼻翼结构点J，连接线段FJ，FJ在Y轴Z轴平面上的投影同Y轴夹角为鼻托顶角度数。

确定了这些参数，后续生成个性化镜架模型是可将特定鼻托托叶根据角度放置指定位置，并生成鼻托结构将鼻托托叶连接至镜圈。

进一步地，可确定个性化镜架的镜腿参数，如镜腿长度和/或镜腿弯点位置。

1.确定镜腿弯点位置：确定耳上根结构点，使镜腿弯点同耳上根点重合。基于镜腿弯点可知道镜腿长度。

确定了镜腿弯点位置之后，后续可根据镜圈桩头位置以及镜腿弯点位置，生成镜腿。

基于新镜架属性参数和镜架控制点约束条件可对预设镜架模型的关键控制点进行调整，从而得到与用户面部匹配的新镜架控制点，即得到调整后的关键控制点。

例如，基于个性化镜架的镜框属性参数与镜架控制点约束条件，通过等比缩放镜框控制点等可以得到新镜架的镜框控制点参数，同理可以得到鼻托控制点、镜腿控制点等参数。

步骤S140，基于新镜架控制点生成新镜架模型。

基于上述新的控制点参数作为新镜架设计参数，利用NURBS曲面模型便可以得到个性化的新镜架模型。基于设计出的个性化的新镜架模型例如可以通道3D打印等方式直接生成理想的个性化镜架，但本发明并不限于此。

进一步地，在本发明实施例中，本发明的用于生成镜架的方法还可以包括以下步骤：

在用户的三维扫描图像上叠加显示生成的新镜架模型。基于该步骤，可以实现镜架虚拟试戴，让用户感受试戴效果。

进一步地，在本发明实施例中，该用于生成镜架的方法还可包括以下步骤：基于生成的新镜架模型利用3D打印机进行3D打印，生成实体镜架。通过3D打印，可以方便快捷高效地生成符合用户面部特征的个性化镜架，无需用户长时间等待。

根据本发明实施例提供的个性化镜架的设计方法，可以通过参数化驱动自动生成个性化理想镜架，镜架依据用户实际面部特征参数，自动修改镜架变量即可完成理想镜架个性化建模，效率高而且匹配性好。本发明能根据患者个性化定制镜架，提高用户的镜架配戴舒适度和视光舒适度，建模效率高，避免重复劳动，缩短产品的设计周期，提高模型的二次应用率，具有良好的社会效益和经济效益。

更具体地，基于参数化的镜架设计相对传统设计方法有如下优势:

1.使设计过程更理性化。基于参数化的镜架设计通过理性的分析，将视光要素和面部特征的人机工程学要素进行归纳，总结其成性规律，这对传统的眼镜设计方法做了很大的弥补，使眼镜设计不再只是设计师的一时兴起、无据可循。

镜架参数化设计运用计算机编程完成模型描述，再通过控制、变动参数数值就可以更改镜架造型，计算机的运算速度和图形生成能力要远远高于人脑，它可以轻松生成针对不同用户的定制镜架，而不用设计人员绞尽脑汁的对镜架进行变形，高效快速。可以说，运用参数化技术，眼镜可以只专注于前期的设计主题和来源的确定与最后的方案的筛选，而中间过程图形的变形处理就可以通过计算机强大的运算能力完成。

2.设计结果可视化强，准确性高，便于修改。传统的眼镜设计表现多运用手绘效果图或者Photoshop等二维绘图软件进行效果图绘制，图形很难直观的反映设计的结构，遇到问题，更不方便修改；即使运用三维软件绘制眼镜模型，由于传统的三维软件只是依样描绘模型，而不记录模型的生成过程，遇到问题修改的时候还要重新进行绘制，虽然提高了设计的直观表达，但修改依然费时费力；参数化设计软件在模型绘制过程中，以计算机编程的形式记录模型的整个绘制过程，使模型成型过程准确清晰，而且需要修改时，只要改变模型的控制参数和约束条件就可以轻松完成修改，可见参数化设计对于眼镜设计的表达无论是表达前期设计工作还是承接后期修改制作工作都具有绝对优势。

3.可以直接投入生产制造。通过计算机的参数化设计软件绘制的眼镜模型，可以直接连接3D打印机进行制造，方便快捷。

相应地，本发明还提供一种用于生成个性化镜架的系统，该系统可包括：扫描仪设备和处理设备。

扫描仪设备用于对用户面部进行三维扫描，得到三维扫描数据。在一实施例中，扫描仪设备例如可以是用于进行线结构光三维扫描的线结构光视觉传感器等，但本发明并不限于此。

处理设备用于：

从扫描仪设备接收三维扫描数据；

从三维扫描数据提取用户面部特征点；

根据用户面部特征点和预定的控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点；以及

根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型。

处理设备例如可以由处理器、微处理器等实现。由于前面的方法中已经详述了处理器执行的方法步骤，在此不再赘述。

处理器中执行的操作可以通过软件来实现，其可以存储在个性化镜架的设计系统的存储器中，并由处理器来执行，以实现如前所述的个性化镜架的设计方法。

优选地，在本发明另一实施例中，该系统还可包括：显示器，其可在用户的三维扫描图像上叠加显示生成的新镜架模型。

优选地，在本发明另一实施例中，该系统中还可以设置有通信模块，用于将建立的新镜架模型传送到外部装置(如打印机或远程装置)，以进行打印或其他处理。

在本公开的一些实施例中，个性化镜架的设计系统可以与三维扫描设备连接以接收三维扫描数据，此外，还可以与3D打印机连接，以进行个性化镜架的打印。当然，该3D打印机也可以作为镜架设计系统的一部分。此外，该镜架设计系统还可以与外部装置进行远程数据传输。如图15所示，个性化镜架的设计系统除了包括处理器、存储器之外，还可包括收发单元，该收发单元可包括接收器和发送器，处理器、存储器、接收器和发送器可通过总线系统连接，存储器用于存储计算机指令，处理器用于执行存储器中存储的计算机指令，以控制收发单元从外部装置收发数据，从而实现如前所述的个性化镜架的设计方法。

本公开还涉及存储介质，其上可以存储有计算机程序代码，当程序代码被执行时可以实现本发明的方法的各种实施例，该存储介质可以是有形存储介质，诸如光盘、U盘、软盘、硬盘等。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

软件可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于生成镜架的方法，其特征在于，该方法包括：

通过对用户面部进行三维扫描，提取用户面部特征点并得到用户面部特征参数；

基于用户面部特征点确定用户脸型并根据预先建立的脸型与镜架模型的关联，自动推荐与用户脸型匹配的镜架模型以供用户选择；

将用户选择的预设镜架模型参数化，以得到预设镜架模型的关键控制点和预定的镜架控制点约束条件，所述镜架控制点约束条件包括以下条件：基于镜框控制点等比例放大缩小镜框装配件、基于镜腿控制点调节镜腿长度和镜腿弯点而镜腿装配件尺寸不变以及鼻托装配件尺寸不变；

根据用户面部特征点和预定的镜架控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点，使得调整后的关键控制点与用户面部相匹配，并满足所述镜架控制点约束条件；

根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型，以基于所述新的镜架模型生成镜架；

所述根据用户面部特征点和预定的镜架控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点包括：基于所述关键控制点确定预设镜架属性参数；基于所述用户面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数；以及基于新镜架属性参数和镜架控制点约束条件来调整所述预设镜架模型的关键控制点；其中，所述预设镜架属性参数和所述新镜架属性参数均包括以下参数：镜框属性参数、鼻托属性参数和镜腿属性参数；

所述将用户选择的预设镜架模型参数化，以得到预设镜架模型的关键控制点和预定的镜架控制点约束条件的步骤包括：将预设的镜架模型转换为非均匀有理B条样NURBS曲面模型；通过将所述非均匀有理B条样NURBS曲面模型转为T条样来提取关键控制点；将关键控制点按照部位进行分类，并基于关键控制点分类，建立所述镜架控制点约束条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述用户面部特征点获得用户面部特征参数，所述用户面部特征参数是在参考坐标系内获得；

所述将用户选择的预设镜架模型参数化的步骤包括在所述参考坐标系内对用户选择的预设镜架模型进行参数化处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述用户面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数的步骤包括：

基于用户面部特征参数、镜片参数及视光参数确定与用户面部相匹配的镜框属性参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述镜框属性参数包括：镜面倾斜角、镜片位置、镜框水平基准线和/或镜框大小；

所述鼻托属性参数包括：鼻托中心点、鼻托斜角度数、鼻托前脚度数和鼻托顶角度数；

所述镜腿属性参数包括：镜腿弯点位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在对用户面部进行三维扫描得到的三维扫描图像上叠加显示生成的新的镜架模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于生成的新镜架模型进行3D打印，生成实体镜架。

7.一种用于生成镜架的系统，其特征在于，该系统包括：

扫描仪设备，用于对用户面部进行三维扫描，得到三维扫描数据；以及

处理设备，用于：

从扫描仪设备接收三维扫描数据；

从三维扫描数据提取用户面部特征点并得到用户面部特征参数；

基于用户面部特征点确定用户脸型并根据预先建立的脸型与镜架模型的关联，自动推荐与用户脸型匹配的镜架模型以供用户选择；将用户选择的预设镜架模型参数化，以得到预设镜架模型的关键控制点和预定的镜架控制点约束条件；所述镜架控制点约束条件包括以下条件：基于镜框控制点等比例放大缩小镜框装配件、基于镜腿控制点调节镜腿长度和镜腿弯点而镜腿装配件尺寸不变以及鼻托装配件尺寸不变；

根据用户面部特征点和预定的镜架控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点，使得调整后的关键控制点与用户面部相匹配，并满足所述镜架控制点约束条件；以及

根据调整后的关键控制点生成新的镜架模型，以基于所述新的镜架模型生成镜架；

其中，所述根据用户面部特征点和预定的镜架控制点约束条件调整预设镜架模型的关键控制点包括：基于所述关键控制点确定预设镜架属性参数；基于所述用户面部特征参数确定与用户面部相匹配的新镜架属性参数；以及基于新镜架属性参数和镜架控制点约束条件来调整所述预设镜架模型的关键控制点；其中，所述预设镜架属性参数和所述新镜架属性参数均包括以下参数：镜框属性参数、鼻托属性参数和镜腿属性参数；

所述将用户选择的预设镜架模型参数化，以得到预设镜架模型的关键控制点和预定的镜架控制点约束条件包括：将预设的镜架模型转换为非均匀有理B条样NURBS曲面模型；通过将所述非均匀有理B条样NURBS曲面模型转为T条样来提取关键控制点；将关键控制点按照部位进行分类，并基于关键控制点分类，建立所述镜架控制点约束条件。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

显示器，其在用户的三维扫描图像上叠加显示所述新的镜架模型。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：3D打印设备，其对所述新的镜架模型执行3D打印，以打印出实体镜架。

10.一种镜架设计系统，其特征在于，该镜架设计系统包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，在计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的用于生成镜架的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

12.一种用于生成镜架的系统，其特征在于，该系统包括用于执行如权利要求1至6任一项所述的方法的步骤的部件。