CN109717995A - 一种始终保持贴合矫正支具的设计、建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种始终保持贴合的矫正支具建模、设计方法及系统，所述矫正支具包括刚性外层模型和柔性内层模型，其中内层模型的建模方法包括：获取待固定部位在肿胀和正常两种状态下的三维表面模型；将肿胀状态三维表面模型展开，通过保角映射将该模型映射至一个平面；在所述平面内对该模型进行等边三角形网格划分，再反映射至所述肿胀状态三维表面模型，以每个等边三角形相邻两条边中点的连线作为边，重新进行网格划分，得到初始拉胀结构；对初始拉胀结构进行优化，得到肿胀和正常两种状态对应的拉胀结构。根据本发明设计得到的定制化矫正支具能够始终保持贴合和良好的散热，舒适度高。

Description

一种始终保持贴合矫正支具的设计、建模方法及系统

技术领域

本发明涉及一种面向3D打印的支具设计技术领域，具体涉及一种始终保持贴合矫正支具的设计、建模方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

3D打印技术是基于数字模型文件，运用金属粉末、尼龙、塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造实物的技术。从工艺对比流程看，3D打印技术可以通过预先建模来实现高精度打印，效率高且节省材料，是传统工艺无法比拟的。

我国在上世纪80年代后期将3D打印技术引入医疗行业，3D打印技术的发展以及与医疗的结合越来越深。

支具通过限制身体部位的移动，达到辅助手术治疗的效果，同时也可用于身体畸形的矫正治疗。骨折患者在康复的过程中，受伤部位可能随着肿胀的减轻而改变，然而传统支具由于采用刚性材料不易形变，在康复的过程中无法贴合受伤部位，严重可能造成二次伤害。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，通过生成内外两层不同功能结构达到在保护受伤部位的基础上始终贴合皮肤的目的。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，采用一种由等边三角形连接而成的拉胀结构，包括以下步骤：

获取待固定部位在肿胀和正常两种状态下的三维表面模型；

将肿胀状态三维表面模型展开，通过保角映射将该模型映射至一个平面；

在所述平面内对该模型进行等边三角形网格划分，再反映射至所述肿胀状态三维表面模型，以每个等边三角形相邻两条边中点的连线作为边，重新进行网格划分，得到初始拉胀结构；

对初始拉胀结构进行优化，得到肿胀和正常两种状态对应的拉胀结构。

进一步地，所述方法还包括外层矫正支具建模：

获取待固定部位肿胀时在裸露和被薄膜完全覆盖两种状态下的表面热成像图；

将肿胀状态三维模型向外偏移一定距离得到外层三维表面模型；

将两种状态下的表面热成像图映射到外层三维表面模型上得到相应的表面温度场；

根据所述两种状态下的表面温度场计算表面密度函数；

在所述外层三维模型表面随机生成多个种子点，基于表面密度函数控制所述多个种子点的分布，进行基于质心的Voronoi划分；

根据划分得到的Voronoi多边形在外层三维表面模型上生成气孔，得到镂空的外层矫正支具模型。

一个或多个实施例还提供了所述始终保持贴合的矫正支具设计方法，其特征在于，包括：

在保证拉胀结构在正常状态和肿胀状态下均有弹性的前提下，将优化后的拉胀结构映射至二维平面，将平面拉胀结构进行3D打印得到实体内层矫正支具模型；

在保证受力情况下对外层矫正支具模型厚度进行迭代优化，得到轻量化的实体外层矫正支具模型；

将实体的内层和外层矫正支具模型进行组装得到始终贴合的矫正支具模型。

一个或多个实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的始终保持贴合的矫正支具建模方法。

一个或多个实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的始终保持贴合的矫正支具建模方法。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明提出了一种个性化定制的矫正支具模型建模和设计方法，其包括两层结构，镂空的刚性外层提供足够的强度保护和固定受伤部位，具有拉胀性能的柔性内层提供弹性保证在复原的过程中能够始终贴合皮肤。

本发明的外层建模方法通过获取人体待固定部位被薄膜覆盖前后的热成像图来引入人体的散热情况，通过质心Voronoi划分可以生成类似蜂巢结构，得到的镂空支具模型能够满足轻量化和强度的要求，同时具有美观的效果；在得到了镂空支具三维模型的基础上，本发明还通过迭代地优化实体模型厚度，得到在保证受力情况下的轻量化的支具模型，进一步地提高可佩带性以及佩戴舒适性。

本发明的内层建模方法综合考虑了客户待固定部位的肿胀状态和正常状态，通过拉胀结构优化实现了在两种状态下都具有弹性的特点，使得矫正支具能够始终保持贴合。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个实施例的方法流程图；

图2为本发明一个实施例中内层矫正支具模型的建模流程图；

图3为本发明一个实施例中需要截取的固定部位肿胀时的三维模型；

图4为本发明一个实施例中肿胀状态下和正常状态下的受伤部位的三维模型；

图5为拉胀材料拉抻的变化示意图；

图6为本发明一个实施例中初始化的三维可拉胀结构的生成示意图；其中，图6(a)为需要固定部位在平面上的映射；图6(b)为平面上均匀化的等边三角形网格；图6(c)为本发明一个实施例中三维模型上的三角形网格；图6(d)为初始化的三维可拉胀结构；

图7为本发明一个实施例中优化后的三维拉胀结构，其中，图7(a)为优化后的肿胀状态下的三维拉胀结构；图7(b)为优化后的正常状态下的三维拉胀结构；

图8为本发明一个实施例中外层矫正支具模型的建模流程图；

图9为本发明一个实施例中根据Voronoi划分结果得到镂空支具的示例图，其中，图9(a)为单个Voronoi单元以及向质心偏移之后的新单元及其角点，图9(b)根据Voronoi单元的角点生成的闭合三次B样条曲线及其在原曲面上的投影，图9(c)为连接投影后的B样条曲线得到平滑Voronoi单元，图9(d)为挖去平滑Voronoi单元后的镂空曲面；

图10为本发明一个实施例中面向3D打印的矫正支具模型设计方法流程图；

图11为本发明一个实施例中优化后的平面拉胀结构；

图12为本发明一个实施例中镂空支具模型厚度优化方法流程图；

图13为组装得到的可始终保持贴合的矫正支具。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的一个典型实施例公开了始终保持贴合的矫正支具的设计与建模方法，本实施主要采用两层结构的设计方法，即镂空的刚性外层以及具有拉胀性能的柔性内层，柔性内层提供弹性保证在复原的过程中能够始终贴合皮肤，两层结构都能通过3D打印进行制造，两层结构可通过组装获得一种始终保持贴合的矫正支具。如图1所示，所述方法具体包括矫正支具的内层模型建模、外层模型建模和面向3D打印的矫正支具设计三个阶段。

如图2所示，矫正支具的内层模型建模阶段具体包括：

步骤1-1：获取待固定部位在肿胀和正常两种状态下的三维表面模型；

步骤1-2：将肿胀状态三维表面模型展开，通过保角映射将该模型映射至一个平面；

步骤1-3：在所述平面内对该模型进行等边三角形网格划分，再反映射至所述肿胀状态三维表面模型；以每个等边三角形相邻两条边中点的连线作为边，重新进行网格划分，得到初始拉胀结构；

步骤1-4：对初始拉胀结构进行优化，得到肿胀和正常两种状态对应的拉胀结构。

所述步骤1-1中，获得需要固定部位肿胀时与正常状态下的三维模型S与Sn，以及需要固定部位肿胀时皮肤在裸露和被薄膜完全覆盖下的表面温度τ(x)，T(x)具体包括以下步骤：

利用三维扫描技术获得客户需要固定的受伤部位的扫描点云数据，并重建出表面三角网格S，如图3所示，为了获取需要固定部位在正常状态下的三维模型，可根据对称性扫描未受伤的另一只胳膊或者腿部的点云数据，从而获得Sn，如图4。

所述步骤1-3中，采用一种由等边三角形连接而成的拉胀材料，该结构具有负泊松比，其拉抻变化示意图如图5，其中六边形开口(图5空白区域)越大，拉抻程度越大。步骤1-3在S表面生成一个初始拉胀结构，具体包括以下步骤：

步骤1-3-1：首先将三维模型S切开，使其与圆盘拓扑同胚，并将其通过保角映射至平面f：S→Ω，如图6(a)所示。

步骤1-3-2：在Ω内生成均匀化的等边三角形网格M_2d，如图6(b)，对于分辨率的选择需要考虑到打印精度，同时分辨率过高会使拉胀结构容易被扯坏。因此限制每个等边三角形的边长大于8mm，同时，由于拉胀结构的分辨率越高，越能提供较大的变形以及尽可能的拟合原始曲面。因此在选择分辨率时，本实施例保证初始M_2d中等边三角形边长在8mm-10mm内。

步骤1-3-3：将均匀化的等边三角形网格M_2d反映射至表面S，获得与S近似的三角形网格M_3d，如图6(c)。

步骤1-3-4：连接M_3d中每个三角形相邻两条边的中点，重新进行网格划分，获得初始化的拉胀结构L_3D，如图6(d)。

所述步骤1-4中，需要对初始化的三维可拉胀结构进行优化分别得到肿胀状态以及正常状态下对应的拉胀结构为L_3D(S)和具体步骤包括：

步骤1-4-1：首先优化肿胀状态下的拉胀结构L_3D(S)，要求其在拟合肿胀状态下的三维曲面的同时满足等边三角形的约束，同时还需要将优化后拉胀结构边界上的顶点固定在S两端的边界上。与Konakovi′c-Lukovi′c等人(Konakovi′c-Lukovi′c,M.,Panetta,J.,Crane,K.,Pauly,M.,2018.Rapid deployment of curved surfaces via programmableauxetics.ACM Trans.Graph.37,106:1-106:13.)不同的是，本实施例不要求拉胀结构最大变形，相反的，需要限制拉胀结构形变程度小于最大变形，从而提供额外的变形空间，因此优化目标函数如下：

E_expand(x)，E_equi(x)，E_design(x)与Konakovi′c-Lukovi′c等人方法描述一致，其中：描述整个拉胀结构的变形程度，H表示该拉胀结构六边形开口的集合，对于任意的一个六边形开口h∈H，x_h表示h六个点的坐标，P_C(x_h)对应x_h在该六边形开口最小外接圆的投影坐标；

用来约束所有的三角形基本单元为等边三角形，T表示该拉胀结构三角形基本单元的集合，对于任意的一个三角形单元t∈T，x_t表示基本单元t的三个点坐标，P_T(x_t)表示与t最相近的等边三角形的坐标；

描述拉胀结构与表面S的拟合程度，V表示该拉胀结构顶点集合，对于任意的一个顶点v∈V，x_v表示该顶点的坐标，P_S(x_v)为x_v在表面S上的投影坐标。

对于边界约束B表示拉胀结构边界顶点的集合，对于任意一个边界顶点b∈B及其坐标x_b，P_B(x_b)分别表示当前拉胀结构边界点的坐标到模型S两端边界上的投影坐标。

由于本实施例不希望拉胀结构达到最大变形以提供额外变形空间，因此设置ω₁＝2,ω₂＝ω₃＝ω₄＝100。最终可获得原肿胀模型S近似的三维拉胀结构，如图7(a)。

步骤1-4-2：优化正常状态下的拉胀结构由于可由L_3D(S)变形得到，因此在优化过程中需要保证中所有边长与L_3D(S)中对应的边长一致，目标函数如下所示：

其中(i,j)表示拉胀结构中所有边的集合E中的一条边，||(x_i,x_j)||₂，分别表示边(i,j)在与L_3D(S)中的长度，因此E_edge(x)描述了中所有边长与L_3D(S)的差异程度，由于与L_3D(S)是相同拉胀材料的两种不同状态，需要保证这种边长差异尽量小。在该目标函数中λ₁＝λ₂＝1，最终可获得正常模型S_n近似的三维拉胀结构，如图7(b)。

如图8所示，矫正支具的外层模型建模阶段具体包括：

步骤2-1：获取待固定部位肿胀时在裸露和被薄膜完全覆盖两种状态下的表面热成像图；

步骤2-2：将肿胀状态三维模型向外偏移一定距离得到外层三维表面模型；

步骤2-3：将两种状态下的表面热成像图映射到外层三维表面模型上得到相应的表面温度场；

步骤2-4：根据所述两种状态下的表面温度场计算表面密度函数；

步骤2-5：在所述外层三维模型表面随机生成多个种子点，基于表面密度函数控制所述多个种子点的分布，进行基于质心的Voronoi划分；

步骤2-6：根据划分得到的Voronoi多边形在外层三维表面模型上生成气孔，得到镂空的外层矫正支具模型。

其中，步骤2-1中，利用红外相机拍摄受伤部位在肿胀时热成像图，并将热成像图温度数据映射到三维模型S上获得表面温度分布。获得裸露和被薄膜完全覆盖下的表面温度场τ(x)，u(x)。

所述步骤2-4中，根据在裸露和被完全覆盖状态下的两种温度场τ(x)，u(x)计算表面密度函数，用于控制Voronoi划分，具体包括以下步骤：

步骤2-4-1：首先计算舒适度函数C(x)，舒适度函数描述了温差越小越舒适；

步骤2-4-2：一般情况下u(x)＞τ(x)，因此C(x)的取值范围-2到4，将C(x)单位化并映射至表面密度函数ρ(x)；

所述步骤2-5中，根据表面密度函数控制基于质心的Voronoi划分，得到由多个Voronoi单元构成的三维模型，具体包括以下步骤：

步骤2-5-1：在模型表面随机生成n个种子点对于每个种子点，控制的区域为ψ_i＝{x∈S_O|d(x，x_i)＜d(x，x_j)，j≠i}，其中d(.)表示的是两点的欧氏距离。通过最小化能量函数E(X)获得种子点最后的分布。

步骤2-5-2：根据这些种子点进行基于质心的Voronoi划分。

所述步骤2-6中，具体包括以下步骤：

步骤2-6-1：对于每个Voronoi多边形ψ_i，向内偏移距离r得到新的Voronoi多边形，如图9(a)；

步骤2-6-2：对于新得到的Voronoi多边形进行平滑，得到多个平滑的Voronoi单元；

步骤2-6-3：根据多个平滑的Voronoi单元在模型S_o表面生成平滑的气孔，得到镂空模型，或者说将平滑的Voronoi单元从三维模型中去除得到镂空支具模型。

其中，所述步骤步骤2-6-2中，具体的平滑方法包括以下步骤：

(1)计算Voronoi多边形的角点，根据角点构造闭合三次B样条并进行离散化；

(2)将离散化的三次B样条上的点投影到原三维模型表面S_o，如图9(b)；

(3)在原三维模型表面S_o上依次连接投影点生成平滑的Voronoi单元，如图9(c)，从S_o删去这些平滑的Voronoi单元，如图9(d)，得到镂空表面S_h。

如图10所示，面向3D打印的矫正支具设计阶段具体包括：

步骤3-1：在保证拉胀结构在正常状态和肿胀状态下均有弹性的前提下，将优化后的拉胀结构映射至二维平面，将平面拉胀结构进行3D打印得到实体内层矫正支具模型；

步骤3-2：在保证受力情况下对外层矫正支具模型厚度进行迭代优化，得到轻量化的实体外层矫正支具模型；

步骤3-3：将实体的内层和外层矫正支具模型进行组装得到始终贴合的矫正支具模型。

其中，步骤3-1中将拉胀结构映射到二维平面，目的是便于3D打印制造，为了达到始终保持贴合的目的，需要保证拉胀结构在正常状态下与肿胀状态下处处都有弹性。

对于拉胀结构中的六边形开口H_i，及其面积A(H_i)，本实施例通过保证拉胀结构在平铺状态下的任意六边形开口面积小于其对应与L_3D(S)中的六边形开口面积来达到在正常状态下与肿胀状态下处处都有弹性的目的。因此有如下目标函数：

s.t.A_flat(H_i)<A(H_i(S)),A_flat(H_i)<A(H_i(S_n))

其中A_max(H_i)，A_flat(H_i)分别表示拉胀结构六边形开口的最大张开面积与平铺状态下的面积，||(u_i,u_j)||₂，||(x_i,x_j)||₂分别表示在拉胀结构在平铺状态与拉抻状态下对应边(i,j)的长度。

最终可获得平面拉胀结构(如图11)，并通过3D打印进行制造得到实体的内层矫正支具模型。

所述步骤3-2中，迭代的优化模型厚度T(x)得到在保证受力情况下的轻量化的支具模型Q(S_h，T)。

其中，保证受力情况下指的是对于标准的三点法受力测试，模型在承受给定外力时的最大应力小于材料的屈服强度。具体地，需要将S_h挤出厚度得到实体化的模型，迭代的优化模型厚度T(x)，得到在保证受力情况下的轻量化的支具模型，即优化下面目标函数：

如图12所示，对外层矫正支具模型厚度进行迭代优化包括：

(1)得到具有一定初始厚度的实体支具模型Q(S_h，T(x))；

(2)对模型Q(S_h，T(x))进行有限元受力分析，如果存在应力SM(Q，F)＞χ，转到(3)，其中χ为材料屈服强度；否则输出模型Q；

(3)对于应力大于材料屈服强度的区域，增加挤出厚度，并限制最大挤出厚度，得到新的实体模型Q(S_h，T(x))，转到(2)。

经过上述迭代之后，得到轻量化的外层矫正支具模型。

其中外层矫正支具模型采用刚性材料，例如金属或者塑料等；内层矫正支具模型采用柔性材料，例如橡胶材料TPU(Thermoplastic polyurethanes)，在此不做限定。将镂空刚性外层与具有拉胀性能的柔性内层组装形成最终的保持贴合支具，如图13所示。

上述方法中，第一阶段和第二阶段的先后顺序不做限定。

此外，基于上述建模方法，本发明的另一实施例提供了一种始终保持贴合的矫正支具建模系统，包括：数据获取模块、内层建模模块和外层建模模块。其中

数据获取子模块，获取待固定部位在肿胀和正常两种状态下的三维表面模型；以及获取待固定部位肿胀时在裸露和被薄膜完全覆盖两种状态下的表面热成像图；

内层建模模块包括：

拉胀结构生成子模块，将肿胀状态三维表面模型展开，通过保角映射将该模型映射至一个平面；在所述平面内对该模型进行等边三角形网格划分，再反映射至所述肿胀状态三维表面模型，以每个等边三角形相邻两条边中点的连线作为边，重新进行网格划分，得到初始拉胀结构；

拉胀结构优化子模块，对初始拉胀结构进行优化，得到肿胀和正常两种状态对应的拉胀结构。

外层建模模块包括：

温度场生成子模块，将两种状态下的表面热成像图映射到外层三维表面模型上得到相应的表面温度场；

表面密度计算子模块，根据所述两种状态下的表面温度场计算表面密度函数；

Voronoi划分子模块，在所述外层三维表面模型表面随机生成多个种子点，基于表面密度函数控制所述多个种子点的分布，进行基于质心的Voronoi划分；

气孔生成模块，根据划分得到的Voronoi多边形在外层三维表面模型上生成气孔，得到镂空模型。

基于上述建模方法，本发明的另一实施例提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述矫正支具的内层和/或外层模型。

基于上述建模方法，本发明的另一实施例提供了一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述矫正支具的内层和/或外层模型。

以上系统、计算机存储介质和计算机设备中所涉及的步骤与方法实施例相对应，具体实现方法可参考方法实施例。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

本发明提出了一种个性化定制的矫正支具模型建模和设计方法，其包括两层结构，镂空的刚性外层提供足够的强度保护和固定受伤部位，具有拉胀性能的柔性内层提供弹性保证在复原的过程中能够始终贴合皮肤。

本发明的外层建模方法通过获取人体待固定部位被薄膜覆盖前后的热成像图来引入人体的散热情况，通过质心Voronoi划分可以生成类似蜂巢结构，得到的镂空支具模型能够满足轻量化和强度的要求，同时具有美观的效果；在得到了镂空支具三维模型的基础上，本发明还通过迭代地优化实体模型厚度，得到在保证受力情况下的轻量化的支具模型，进一步地提高可佩带性以及佩戴舒适性。

本发明的内层建模方法综合考虑了客户待固定部位的肿胀状态和正常状态，通过拉胀结构优化实现了在两种状态下都具有弹性的特点，使得矫正支具能够始终保持贴合。

本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待固定部位在肿胀和正常两种状态下的三维表面模型；

将肿胀状态三维表面模型展开，通过保角映射将该模型映射至一个平面；

在所述平面内对该模型进行等边三角形网格划分，再反映射至所述肿胀状态三维表面模型，以每个等边三角形相邻两条边中点的连线作为边，重新进行网格划分，得到初始拉胀结构；

对初始拉胀结构进行优化，得到肿胀和正常两种状态对应的拉胀结构。

2.如权利要求1所述的一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，优化肿胀状态拉胀结构的目标函数为：

其中，E_expand(x)，E_equi(x)，E_design(x)分别表示整个拉胀结构的变形程度、拉胀结构中等边三角形基本单元的扭曲程度以及拉胀结构与表面的拟合程度；边界约束其中B表示拉胀结构边界顶点的集合，对于任意一个边界顶点b∈B及其坐标x_b，P_B(x_b)分别表示当前拉胀结构边界点的坐标到肿胀状态三维表面模型两端边界上的投影坐标，ω₁＝2,ω₂＝ω₃＝ω₄＝100。

3.如权利要求2所述的一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，优化正常状态拉胀结构的目标函数为：

E_edge(x)表示肿胀状态和正常状态拉胀结构边的差异程度，其中(i,j)表示拉胀结构中所有边的集合E中的一条边，||(x_i,x_j)||₂，分别表示边(i,j)在肿胀状态和正常状态拉胀结构中的长度，且λ₁＝λ₂＝1。

4.如权利要求1所述的一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，所述方法还包括外层矫正支具建模：

获取待固定部位肿胀时在裸露和被薄膜完全覆盖两种状态下的表面热成像图；

将肿胀状态三维模型向外偏移一定距离得到外层三维表面模型；

将两种状态下的表面热成像图映射到外层三维表面模型上得到相应的表面温度场；

根据所述两种状态下的表面温度场计算表面密度函数；

在所述外层三维模型表面随机生成多个种子点，基于表面密度函数控制所述多个种子点的分布，进行基于质心的Voronoi划分；

根据划分得到的Voronoi多边形在外层三维表面模型上生成气孔，得到镂空的外层矫正支具模型。

5.如权利要求4所述的一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，所述表面密度函数计算方法为：

根据两种状态下的表面温度场计算舒适度函数：

将舒适度函数单位化并映射至表面密度函数：

优选地，所述基于表面密度函数控制所述多个种子点的分布包括：

假设n个种子点表示为对于每个种子点，定义控制区域为ψ_i＝{x∈S_O|d(x，x_i)＜d(x，x_j)，j≠i}，其中d(.)表示的是两点的欧氏距离；

通过最小化能量函数获得种子点最后的分布。

6.如权利要求4所述的一种始终保持贴合的矫正支具建模方法，其特征在于，根据划分得到的Voronoi多边形在外层三维表面模型上生成气孔包括：

将每个Voronoi多边形的边缘向内偏移一定距离得到新的Voronoi多边形；

对每个新的Voronoi多边形进行平滑，得到多个平滑的Voronoi单元；

将平滑的Voronoi单元从三维模型中去除得到镂空的外层矫正支具模型；

优选地，采用三次B样条对每个Voronoi多边形进行平滑：

根据Voronoi多边形的角点构造闭合三次B样条并进行离散化；

将离散化的三次B样条上的点投影到三维模型；

在三维模型上依次连接投影点生成平滑的Voronoi单元。

7.一种如权利要求1-6任一项所述始终保持贴合的矫正支具设计方法，其特征在于，包括：

在保证拉胀结构在正常状态和肿胀状态下均有弹性的前提下，将优化后的拉胀结构映射至二维平面，将平面拉胀结构进行3D打印得到实体内层矫正支具模型；

在保证受力情况下对外层矫正支具模型厚度进行迭代优化，得到轻量化的实体外层矫正支具模型；

将实体的内层和外层矫正支具模型进行组装得到始终贴合的矫正支具模型。

8.如权利要求7所述的矫正支具设计方法，其特征在于，将优化后的拉胀结构映射至二维平面需满足目标函数：

s.t.A_flat(H_i)<A(H_i(S)),A_flat(H_i)<A(H_i(S_n))

其中A_max(H_i)，A_flat(H_i)分别表示拉胀结构六边形开口的最大张开面积与平铺状态下的面积；

优选地，对外层矫正支具模型厚度进行迭代优化包括：

(1)得到具有一定初始厚度的实体支具模型Q(S_h，T(x))；

(2)对模型Q(S_h，T(x))进行有限元受力分析，如果存在应力SM(Q，F)＞χ，转到(3)，其中χ为材料屈服强度；否则输出模型Q；

(3)对于应力大于材料屈服强度的区域，增加挤出厚度，并限制最大挤出厚度，得到新的实体模型Q(S_h，T(x))，转到(2)。

9.一种计算机存储介质，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1-6任一项所述的始终保持贴合的矫正支具建模方法。

10.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一项所述的始终保持贴合的矫正支具建模方法。