CN111795667B - 一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法 - Google Patents

一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，包括以下步骤，选取待测量的产品模型和用于测量的标准头型；将产品模型叠加于标准头型；剖切叠加于标准头型的产品模型，获得一剖面图形；读取剖面图形获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线；计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离。通过计算结果得到的距离能直观显示头戴产品和头型的适配效果。通过更换不同的标准头型，方便同时选择不同头型进行佩戴效果对比，能够提供改善头戴产品适配性的量化数据，避免出现因为头戴产品与头部有相互干涉或是间隙过大而产生的体验不佳的情况，有效提升头戴产品的用户体验，节约后期进行可用性测试的成本，提高头戴产品的竞争力。

Description

一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法
技术领域
本发明涉及头戴产品适配性分析领域，特别是涉及一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法。
背景技术
消费市场的快速增长为可穿戴产品创造了新的需求，同时用户对头戴产品的舒适性要求越来越高。头型与和产品的形态适配性很大程度上决定了产品的佩戴舒适性，产品设计需要根据头面部形态的精确数据来设计，头戴产品和头型的适配性对用户佩戴时舒适性、安全性而言很重要。它们之间需要一个合适的配合，来增强用户的使用舒适度，使其更加符合人机工程。首先，若佩戴不适配的头戴产品会带来用户体验层面上的不佳，其次，若佩戴一些涉及到安全性能与产品佩戴贴合度紧密相关的保护类产品，例如自行车头盔等，则无法保证使用者的安全。
目前设计这些头戴产品时，设计师进行产品适配性测试主要通过3种方式：第一，通过查阅行业相关设计标准，在设计开始时就注重人机尺寸；第二，通过与结构工程师或者产品经理进行协商，调整产品的造型方案；第三，在确定方案后的产品进行打样测试，招募一定数量的测试者，依据测试结果进行适配性的改善。然而，设计师依照以上的方式进行相关的适配性分析结果并无法很好的适配广大的用户，不能直观显示产品和头型的适配效果，也不方便同时选择不同头型进行佩戴效果对比，导致设计出的头戴产品适配性不佳，用户体验差。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其能直观显示头戴产品和头型的适配效果，方便同时选择不同头型进行佩戴效果对比，能够提供改善头戴产品适配性的量化数据，用户体验好。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，包括以下步骤，
选取待测量的产品模型和用于测量的标准头型；
将产品模型叠加于标准头型；
剖切叠加于标准头型的产品模型，获得一剖面图形；
读取剖面图形获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线；
计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离。
进一步，标准头型的获取方法包括以下步骤，
通过对建模而成的圆高头型、圆正头型、中高头型、中正头型和圆特高头型的特征点进行均值处理获得标准头型。
进一步，剖面图形的获取包括以下步骤，
基于WebGL技术在三维空间中建立一个剖切平面，通过图形轴向剖切法利用剖切平面对叠加于标准头型的产品模型进行剖切，获得剖面图形。
进一步，剖切平面设置成平行于XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面。
进一步，计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离后，还包括以下步骤，将多个距离的值绘制于绘图平面并以曲线形式连接。
进一步，获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线包括以下步骤，
S1，创建第一数组和第二数组，第一数组和第二数组分别包括n个元素，创建三维坐标系，使剖切平面平行于三维坐标系的XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面；
S2，创建三维空间向量OPi和OQi，其中O点坐标为(0，y，0)、(0，0，z)或(x，0，0)，Pi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}，Qi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}；
S3，创建射线OPi，获得头型剖面与射线OPi的头型交点坐标，其中头型剖面为标准头型与剖面图形相交而成；创建射线OQi，获得模型剖面与射线OQi的模型交点坐标，其中模型剖面为产品模型与剖面图形相交而成；
S4，循环n-1次S2-S3，每次循环将i递增1，共获得n个头型交点坐标和n个模型交点坐标，将n个头型交点坐标分别添加到第一数组中的n个元素，将n个模型交点坐标分别添加到第二数组中的n个元素；
S5，把第一数组中的n个元素的头型交点坐标连成曲线获得头型轮廓曲线；把第二数组中的n个元素的模型交点坐标连成曲线获得模型轮廓曲线。
总的说来，本发明具有如下优点：
通过计算结果得到的距离能直观显示头戴产品和头型的适配效果。通过更换不同的标准头型，方便同时选择不同头型进行佩戴效果对比。这些计算结果能够提供改善头戴产品适配性的量化数据，帮助设计师对设计的头戴产品进行适配性分析与检测，避免出现因为头戴产品与头部有相互干涉或是间隙过大而产生的体验不佳的情况，有效提升头戴产品的用户体验，节约后期进行可用性测试的成本，提高头戴产品的竞争力。
附图说明
图1为帽子模型与标准头型的示意图。
图2为帽子模型与标准头型剖切后的示意图。
图3为帽子轮廓曲线和头型轮廓曲线示意图。
图4为帽子轮廓曲线和头型轮廓曲线之间间隙分布曲线图。
图5为口罩模型与标准头型的示意图。
图6为口罩模型与标准头型剖切后的示意图。
图7为口罩轮廓曲线和头型轮廓曲线示意图。
图8为口罩轮廓曲线和头型轮廓曲线之间间隙分布曲线图。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，包括以下步骤，
选取待测量的产品模型和用于测量的标准头型；
将产品模型叠加于标准头型；
剖切叠加于标准头型的产品模型，获得一剖面图形；
读取剖面图形获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线；
计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离。
具体地，首先用利用WebGL技术建立三维空间，用户在浏览器中可浏览并交互操作三维产品模型和标准头型，例如旋转、移动或缩放。
获取需要测试的产品模型，将其添加到三维空间中。本实施例选择帽子和口罩作为产品模型来演示，如图1和图5所示。
获取需要进行适配的标准头型，标准头型除了可以选择种类，还可以调节百分位，调节范围是5％-95％，其中5％代表第5百分位头型即最小头型，95％代表第95百分位头型即最大头型，在三维空间中将实时重构三维标准头型。
将三维产品模型叠加于三维标准头型，模拟用户戴上头戴产品的情形。算法中，程序会自动区分产品模型和标准头型，不会造成干涉。然后通过图形轴向剖切方法剖切叠加于标准头型的产品模型。
优选地，选定三维空间中X0Z、YOZ或XOY的平行平面作为剖切平面，然后利用该剖切平面对当前三维空间中选定的产品模型与标准头型进行剖切操作，并得到一个剖面图形，该剖面图形包含有头型轮廓曲线和模型轮廓曲线，如图2和图6所示。
通过读取剖面图形即获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线。通过计算可以得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离。
通过计算结果得到的距离能直观显示头戴产品和头型的适配效果。通过更换不同的标准头型，方便同时选择不同头型进行佩戴效果对比。这些计算结果能够提供改善头戴产品适配性的量化数据，帮助设计师对设计的头戴产品进行适配性分析与检测，避免出现因为头戴产品与头部有相互干涉或是间隙过大而产生的体验不佳的情况，有效提升头戴产品的用户体验，节约后期进行可用性测试的成本，提高头戴产品的竞争力。
标准头型的获取方法包括以下步骤，
通过对建模而成的圆高头型、圆正头型、中高头型、中正头型和圆特高头型的特征点进行均值处理获得标准头型。
通过对各种头型均值处理获得的标准头型，用于头戴产品适配性分析具有一定的代表性。
剖面图形的获取包括以下步骤，
基于WebGL技术在三维空间中建立一个剖切平面，通过图形轴向剖切法利用剖切平面对叠加于标准头型的产品模型进行剖切，获得剖面图形。
剖切平面设置成平行于XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面，有利于观察剖面图形、头型轮廓曲线和模型轮廓曲线以及方便计算头型轮廓曲线和模型轮廓曲线之间的间隙大小。
计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离后，还包括以下步骤，将多个距离的值绘制于绘图平面并以曲线形式连接。
通过将头型轮廓曲线和模型轮廓曲线多个对应点之间的间隙值绘制于绘图平面并以曲线形式连接，能够使头戴产品适配性更加直观化，如图4和图8所示。
获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线包括以下步骤，
S1，创建第一数组和第二数组，第一数组和第二数组分别包括n个元素，创建三维坐标系，使剖切平面平行于三维坐标系的XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面；
S2，创建三维空间向量OPi和OQi，其中O点坐标为(0，y，0)、(0，0，z)或(x，0，0)，Pi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}，Qi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}；
S3，创建射线OPi，获得头型剖面与射线OPi的头型交点坐标，其中头型剖面为标准头型与剖面图形相交而成；创建射线OQi，获得模型剖面与射线OQi的模型交点坐标，其中模型剖面为产品模型与剖面图形相交而成；
S4，循环n-1次S2-S3，每次循环将i递增1，共获得n个头型交点坐标和n个模型交点坐标，将n个头型交点坐标分别添加到第一数组中的n个元素，将n个模型交点坐标分别添加到第二数组中的n个元素；
S5，把第一数组中的n个元素的头型交点坐标连成曲线获得头型轮廓曲线；把第二数组中的n个元素的模型交点坐标连成曲线获得模型轮廓曲线。
本实施例中，n值取为360。通过公式(产品模型与标准头型间距＝模型轮廓曲线圆周点向量-头型轮廓曲线圆周点向量)，共进行360次计算，可以获得当前剖切平面中的产品模型与标准头型的间隙距离，将每次计算得到的距离都描绘到绘图平面，并将其以数据曲线的方式进行连接，最终得到360°圆周方向上的间隙分布曲线。
具体地，首先创建一个由圆周点Pi和头型轮廓曲线中心坐标O构成的方向向量，其中，O点坐标为(0，y，0)、(0，0，z)或(x，0，0)，Pi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}，Math.PI为Java Script中的一个属性。
将头型轮廓曲线均分为360份，每一份为1°间距上的轮廓，然后利用射线OPi投射的方法，获取头型轮廓曲线在每份1°角度上的方向向量，并求得头型剖面与射线OPi的头型交点坐标。循环360次以上步骤，每次将Pi点坐标中的i加1，共求得360个头型交点坐标。把这360个头型交点坐标分别添加到第一数组中的360个元素。
创建一个由圆周点Qi和模型轮廓曲线中心坐标O构成的方向向量，Qi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}，将模型轮廓曲线均分为360份，每一份为1°间距上的轮廓，然后利用射线OQi投射的方法，获取模型轮廓曲线在每份1°角度上的方向向量，并求得模型剖面与射线OQi的模型交点坐标。循环360次以上步骤，每次将Qi点坐标中的i加1，共求得360个模型交点坐标。把这360个模型交点坐标分别添加到第二数组中的360个元素。
由于头型轮廓曲线和模型轮廓曲线分别在绘图平面上对应360个点，利用Three.js中的线构造函数，把第一数组中的360个元素和第二数组中的360个元素分别进行连线，从而在直角坐标系中绘制出间隙分布曲线，即得到头型轮廓曲线和模型轮廓曲线，如图3和图7所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
选取待测量的产品模型和用于测量的标准头型；
将产品模型叠加于标准头型；
剖切叠加于标准头型的产品模型，获得一剖面图形；
读取剖面图形获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线；
计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离；
其中，获得头型轮廓曲线和模型轮廓曲线包括以下步骤，
S1，创建第一数组和第二数组，第一数组和第二数组分别包括n个元素，创建三维坐标系，使剖切平面平行于三维坐标系的XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面；
S2，创建三维空间向量OPi和OQi，其中O点坐标为(0，y，0)、(0，0，z)或(x，0，0)，Pi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}，Qi点坐标为{sin[i*Math.PI/(n/2)]，y，cos[i*Math.PI/(n/2)]}；
S3，创建射线OPi，获得头型剖面与射线OPi的头型交点坐标，其中头型剖面为标准头型与剖面图形相交而成；创建射线OQi，获得模型剖面与射线OQi的模型交点坐标，其中模型剖面为产品模型与剖面图形相交而成；
S4，循环n-1次S2-S3，每次循环将i递增1，共获得n个头型交点坐标和n个模型交点坐标，将n个头型交点坐标分别添加到第一数组中的n个元素，将n个模型交点坐标分别添加到第二数组中的n个元素；
S5，把第一数组中的n个元素的头型交点坐标连成曲线获得头型轮廓曲线；把第二数组中的n个元素的模型交点坐标连成曲线获得模型轮廓曲线。
2.按照权利要求1所述的一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其特征在于：标准头型的获取方法包括以下步骤，
通过对建模而成的圆高头型、圆正头型、中高头型、中正头型和圆特高头型的特征点进行均值处理获得标准头型。
3.按照权利要求1所述的一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其特征在于：剖面图形的获取包括以下步骤，
基于WebGL技术在三维空间中建立一个剖切平面，通过图形轴向剖切法利用剖切平面对叠加于产品模型的标准头型进行剖切，获得剖面图形。
4.按照权利要求3所述的一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其特征在于：剖切平面设置成平行于XOZ坐标平面、XOY坐标平面或YOZ坐标平面。
5.按照权利要求1所述的一种用于头戴产品适配性分析的间隙测量方法，其特征在于：计算得到头型轮廓曲线任一点与模型轮廓曲线对应点之间距离后，还包括以下步骤，将多个距离的值绘制于绘图平面并以曲线形式连接。
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