WO2023063441A1 - 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치 - Google Patents

접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023063441A1
WO2023063441A1 PCT/KR2021/014088 KR2021014088W WO2023063441A1 WO 2023063441 A1 WO2023063441 A1 WO 2023063441A1 KR 2021014088 W KR2021014088 W KR 2021014088W WO 2023063441 A1 WO2023063441 A1 WO 2023063441A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
product shape
contact pressure
contact
mesh
virtual object
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/014088
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이원섭
김진균
유희천
권윤재
Original Assignee
한동대학교 산학협력단
포항공과대학교 산학협력단
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한동대학교 산학협력단, 포항공과대학교 산학협력단, 경희대학교 산학협력단 filed Critical 한동대학교 산학협력단
Priority to PCT/KR2021/014088 priority Critical patent/WO2023063441A1/ko
Publication of WO2023063441A1 publication Critical patent/WO2023063441A1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/16—Customisation or personalisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Definitions

  • the present invention relates to a product shape design technology using contact body pressure analysis, and more specifically, to design a product shape that provides an appropriate degree of compression to the human body through contact pressure analysis using finite element analysis. It relates to a product shape design method that can be designed and a device therefor.
  • the human 3D scan image contains anthropometric body dimensions (e.g., length, width, circumference and any other point-to-point or surface length) and body shape information (e.g., arc, cross-sectional curvature, surface, area, and volume). ) can provide a variety of useful information about product design.
  • face wearable products such as masks and goggles must have an ergonomically designed shape to fit well on the face of a target user.
  • the optimal shape (or shape) of facial product design can be found by analyzing facial anthropometry, shape characteristics, and contact pressure between product and face.
  • the prior art of one embodiment proposed a computer-based analysis of the fit between the face and the mask to find the best shape of the mask.
  • a mask design suitable for each 3D face image is virtually worn, the distance between the mask and the face and the contact pressure are calculated, and the mask design is repeated until the contact pressure suitable for multiple people's faces is achieved. changed.
  • Embodiments of the present invention provide a product shape design method and device capable of designing a product shape that provides an appropriate degree of compression to the human body through contact pressure analysis using finite element analysis. do.
  • a product shape design method includes receiving human body scan data for an object; generating a virtual object corresponding to the object based on the received body scan data; bringing the created virtual object into contact with a preset product shape to be designed, and calculating a contact pressure at which the virtual object and the product shape come into contact; and designing the product shape by changing the product shape based on the calculated contact pressure.
  • a contact pressure at which the virtual object and the product shape are in contact may be calculated using finite element analysis.
  • the receiving may include receiving a mesh-shaped 3D scan image of the object.
  • the virtual target may be generated based on mesh structure consistency between a pre-registered mesh-shaped template model and a mesh-shaped 3D scan image of the target.
  • the designing step after recalculating the contact pressure between the designed product shape and the virtual object, when the recalculated contact pressure is within a preset reference pressure range, the designed product shape is determined as a final product shape, and the recalculation When the applied contact pressure is out of the reference pressure range, the designed product shape may be changed based on the recalculated contact pressure.
  • the product shape may be designed by changing an area of the product shape where the calculated contact pressure deviates from a preset reference pressure range based on the contact pressure of the area where the calculated contact pressure deviates from a preset reference pressure range.
  • the calculating may calculate the contact pressure based on a change in each mesh of the virtual target according to the contact between the product shape and the virtual target and a displacement vector of a vertex of each mesh.
  • An apparatus for designing a product shape includes a receiving unit for receiving human body scan data for a target; a generator that generates a virtual object corresponding to the object based on the received body scan data; a calculation unit for contacting the generated virtual object with a preset product shape to be designed, and calculating a contact pressure at which the virtual object and the product shape are in contact; and a design unit for designing the product shape by changing the product shape based on the calculated contact pressure.
  • the calculation unit may calculate a contact pressure at which the virtual object and the product shape are in contact by using finite element analysis.
  • the receiving unit may receive a mesh-shaped 3D scan image of the object.
  • the generator may generate the virtual target based on mesh structure consistency between a pre-registered mesh-shaped template model and a mesh-shaped 3D scanned image of the target.
  • the design unit recalculates the contact pressure between the designed product shape and the virtual object, and determines the designed product shape as the final product shape when the recalculated contact pressure is within a preset reference pressure range, and the recalculated contact pressure When the pressure is out of the reference pressure range, the designed product shape may be changed based on the recalculated contact pressure.
  • the design unit may design the product shape by changing an area of the product shape where the calculated contact pressure deviates from a preset reference pressure range based on the contact pressure of the area where the calculated contact pressure deviates from a preset reference pressure range.
  • the calculation unit may calculate the contact pressure based on a change in each mesh of the virtual target according to the contact between the product shape and the virtual target and a displacement vector of a vertex of each mesh.
  • a product shape providing an appropriate degree of compression to the human body may be designed through contact pressure analysis using finite element analysis.
  • the present invention is a variety of products worn on various parts of the human body, for example, masks (oxygen masks, medical masks, customized masks for athletes, etc.), helmets, goggles, VR headsets, shoes, gloves, knee protectors, ankle protectors and lumbar spine It can be applied to products such as protective gear.
  • masks oxygen masks, medical masks, customized masks for athletes, etc.
  • helmets goggles, VR headsets, shoes, gloves, knee protectors, ankle protectors and lumbar spine It can be applied to products such as protective gear.
  • FIG. 1 is an operation flow chart for a product shape design method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary diagram for explaining a process of generating a virtual object.
  • Figure 3 shows an exemplary view for explaining a process of calculating the contact pressure in the mesh.
  • FIG. 4 shows an exemplary view of a mask.
  • 5 shows an example of contact pressure on a virtual target.
  • FIG. 6 shows an exemplary diagram for explaining a process of designing a mask according to contact pressure.
  • FIG. 7 illustrates a configuration of a product shape design device according to an embodiment of the present invention.
  • the gist of embodiments of the present invention is to design a product shape that provides an appropriate degree of compression to the human body through contact pressure analysis using finite element analysis.
  • the present invention may generate a virtual object corresponding to the object based on the consistency of the mesh structure between the 3D body scan data of the object and a pre-registered or set 3D template model.
  • the contact pressure applied to the human body can be evenly distributed by changing the shape of a partial region of the product shape based on the calculated contact pressure.
  • the present invention recalculates the contact pressure between the changed product shape and the virtual object after the product shape is changed, and if the recalculated contact pressure is within a preset reference pressure range, the changed product shape is determined as the final product shape, and the recalculation If the applied contact pressure is out of the reference pressure range, that is, if the contact pressure in some areas is out of the reference pressure range, the process of changing the product shape again based on the recalculated contact pressure may be repeated.
  • the present invention repeatedly performs the process of contact pressure calculation, product shape change, and contact pressure recalculation, so that products such as oxygen masks, VR headsets, medical prostheses and orthoses (eg, neck braces, posture correctors, prosthetic hands, prosthetic legs) etc.), and various protective gear (eg helmet, lumbar protector, elbow protector, knee protector, ankle protector, etc.)
  • products such as oxygen masks, VR headsets, medical prostheses and orthoses (eg, neck braces, posture correctors, prosthetic hands, prosthetic legs) etc.), and various protective gear (eg helmet, lumbar protector, elbow protector, knee protector, ankle protector, etc.)
  • FIG. 1 is an operation flow chart for a product shape design method according to an embodiment of the present invention.
  • a product shape design method receives human body scan data for an object, for example, a face, and generates a virtual object corresponding to the object based on the received body scan data.
  • Do (S110, S120).
  • a mesh-shaped 3D scan image of the object may be received, or a general 3D scan image other than the mesh shape may be received, and in step S120, a pre-registered mesh-shaped template model may be received. ) and the mesh structure consistency between the mesh-shaped 3D scan image of the object, a virtual object corresponding to the object may be generated.
  • the 3D scan data received in step S110 may be data for one person or data for several people.
  • the mesh shape of the template model may have different numbers and sizes of meshes in areas that are in contact with the product and areas that are not in contact with the product.
  • the mesh size of the contact area is smaller than that of the non-contact area.
  • the number of meshes in the contact area may be greater than the number of meshes in the non-contact area.
  • the mesh shape of the template model may have a mesh structure such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, or the like, and may be non-uniformly distributed in different sizes in the face area.
  • a triangular mesh structure will be described as an example.
  • step S120 by registering a template model in 3D human body scan data or 3D body scan image using a pre-registered or set mesh template model, a plurality of A mesh-shaped 3D virtual target (template-registered image) image, which is a mesh-shaped target image, may be generated for each of the targets.
  • the present invention may generate a mesh-shaped virtual target image through registration of a template model for one face, and a mesh-shaped virtual target image for each face through registration of template models for various types of faces. can also create them.
  • the created virtual object is brought into contact with a preset product shape to be designed, for example, a mask, and the contact pressure of the area where the virtual object and the product shape are in contact is calculated. (S130).
  • step S130 may calculate the contact pressure at which the virtual object and the product shape are in contact using finite element analysis, and the change of each mesh of the virtual object according to the contact between the product shape and the virtual object and each Contact pressure can be calculated based on the displacement vectors of the vertices of the mesh.
  • the product shape used to calculate the contact pressure may include only the shape of a portion in contact with the virtual object or may include the entire shape of the product.
  • step S130 taking a triangular mesh as an example, as shown in FIG. 3A, each triangular mesh of the virtual target has three vertices, and each vertex has six degrees of freedom (DOFs), that is, x , y, and z directions, the change of one mesh can be represented by an 18 ⁇ 18 matrix.
  • the change of one mesh is an 18 ⁇ 18 matrix, which can be a stiffness matrix.
  • Equation 1 the force at each vertex can be calculated by Equation 1 below.
  • f means a force at each vertex of the mesh
  • K means a stiffness matrix corresponding to a change in the mesh
  • u may mean a displacement vector at each vertex.
  • the stiffness matrix may be a 9 ⁇ 9 stiffness matrix when each vertex has three degrees of freedom (DOFs).
  • K may vary depending on a virtual object, for example, a face, and may be an assembled stiffness matrix.
  • the displacement may mean the amount of moving force (f1, f2, f3) at the vertex generated by wearing the product, for example, a mask on the face, and the contact pressure is the force It may mean a value divided by an area.
  • the contact in the virtual face Calculate the contact pressure by At this time, the contact pressure calculated at each vertex of the virtual face may be calculated, and the contact pressure calculated at each vertex may appear as in the example shown in FIG. 5 .
  • FIG. 5 when the mask having the shape of FIG. 4 is worn on the virtual face, it can be seen that the contact pressure is high at the side of the nose and low at the chin, and the contact pressure is low at the chin. It can be seen that the contact pressure is within a preset reference pressure range.
  • a product shape suitable for a virtual target is designed by changing the product shape based on the calculated contact pressure (S140).
  • step S140 changes the product shape of the area next to the nose in the direction of lowering the contact pressure so that the contact pressure on the side of the nose can be lowered and the contact pressure on the chin can be increased. , and the shape of the product in the chin area is changed in the direction of increasing the contact pressure, thereby designing the shape of the product.
  • the product whose product shape has been changed through this process can repeatedly change the product shape so that the contact pressure in all regions of the product shape is within a preset reference contact pressure range by repeating the processes of steps S130 and S140.
  • the shape of the product is changed through contact pressure calculation, that is, the design point that can be changed in the product shape is adjusted (610) to change the product shape (design a form), and the product thus changed
  • a virtual object for example, a virtual face
  • the contact pressure on the virtual face is recalculated (virtual fit testing, virtual clothing evaluation, 620) for the changed product shape, and then the recalculated contact pressure is used.
  • the process of changing or designing the product shape again is performed again (630). By repeating this process until the contact pressure of the virtual object falls within the reference contact pressure range, an optimal product shape can be designed.
  • the reference pressure range means a contact pressure with an appropriate degree of compression, and an appropriate degree of compression is a degree of compression that is not too excessive or too weak.
  • an appropriate degree of compression is a degree of compression that is not too excessive or too weak.
  • the product shape in the case of designing a product shape suitable for several people, the product shape can be designed in a direction that minimizes the dispersion of pressure on the shape of several people, and step S140 is to change or design the product shape.
  • an optimal product shape may be presented to a designer designing the product shape using the contact pressure and product shape, or a guide may be provided for a part to be changed in the product shape.
  • a physical property range for the product may be presented, or the product may be designed by dividing the size into several sizes such as small, medium, and large according to the range that the product can accommodate.
  • the method of the present invention can present a design method that automatically finds the product shape by analyzing the contact pressure using the finite element analysis for the optimal product shape that can best fit the human body, and the designer must A design guide may be presented or recommended to a designer by finding a design proposal in the algorithm of the present invention without trying various designs.
  • the method according to the embodiment of the present invention can design a product shape that provides an appropriate degree of compression to the human body through the contact pressure analysis between the object and the product using finite element analysis, and can be worn on various parts of the human body.
  • it can be applied to products such as masks (oxygen masks, medical masks, customized masks for athletes, etc.), helmets, goggles, VR headsets, shoes, gloves, knee protectors, ankle protectors, and lumbar protectors.
  • FIG. 7 illustrates a configuration of a product shape design device according to an embodiment of the present invention.
  • the product shape design device 700 includes a receiving unit 710, a generating unit 720, a calculating unit 730, a designing unit 7410, and a database (DB) 750.
  • DB database
  • the DB 750 is a means for storing all types of data related to the present invention, and may include a preset template model, an algorithm of the present invention, a 3D scan image of an object, product shape information, and the like. Of course, the DB may include all data usable in the present invention as well as the above data.
  • the receiving unit 710 receives human body scan data of an object, for example, a face.
  • the receiving unit 710 may receive a mesh-shaped 3D scan image of the object or a general 3D scan image that is not meshed, and the received 3D scan data may be data of one person. There may be data for several people.
  • the generation unit 720 creates a virtual object corresponding to the object based on the received body scan data.
  • the generation unit 720 may generate a virtual object corresponding to the object based on the consistency of the mesh structure between the pre-registered mesh-shaped template model and the mesh-shaped 3D scan image of the object.
  • the number and size of the meshes in the area that is in contact with the product and the area that is not in contact with the product may be different. It may be greater than the number of meshes in the non-contact area.
  • the calculation unit 730 brings the virtual object into contact with a preset product shape to be designed, and calculates the contact pressure of the area where the virtual object and the product shape are in contact.
  • the calculation unit 730 may calculate the contact pressure at which the virtual object and the product shape are in contact using finite element analysis, and the change of each mesh of the virtual object according to the contact between the product shape and the virtual object and each mesh
  • the contact pressure can be calculated based on the displacement vector of the vertex.
  • the design unit 740 designs the product shape by changing the product shape based on the calculated contact pressure.
  • the design unit 740 recalculates the contact pressure between the changed product shape and the virtual object, and if the recalculated contact pressure is within a preset reference pressure range, determines the changed product shape as the final product shape, and recalculates the contact pressure. If the pressure is out of the standard pressure range, the product shape can be changed again based on the recalculated contact pressure.
  • the design unit 740 may design the product shape by changing based on the contact pressure of a region of the product shape where the calculated contact pressure is out of the reference pressure range.
  • each component constituting FIG. 4 may include all of the contents described in FIGS. 1 to 6, which is obvious to those skilled in the art.
  • devices and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, and designable logic.
  • ALU arithmetic logic unit
  • a processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system.
  • a processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.
  • OS operating system
  • a processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.
  • a processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can contain
  • a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
  • Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device.
  • Software and/or data may be implemented on any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device to be interpreted by, or to provide instructions or data to, a processing device. can be embodyed.
  • Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner.
  • Software and data may be stored on one or more computer readable media.
  • the method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • Program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks.
  • - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 방법은 대상에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 상기 대상에 대응하는 가상 대상을 생성하는 단계; 상기 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력(contact pressure)을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 제품 형상을 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 단계를 포함한다.

Description

접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치
본 발명은 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유한요소분석(finite element analysis)을 이용한 접촉 압력(contact pressure) 분석을 통해 인체에 적절한 압박도를 제공하는 제품 형상을 설계할 수 있는 제품 형상 설계 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
3차원(3D) 인체 스캐닝과 분석 기술은 지난 10년 동안 등장하여 인체 공학적 제품 설계와 정형 외과, 성형 외과, 의료, 패션, 영화 제작과 게임 등에 유용하게 적용되어 왔다. 인간의 3D 스캔 이미지는 인체 측정 신체 치수(예를 들어, 길이, 폭, 원주와 임의의 다른 지점 간 길이 또는 표면 길이)와 신체 형상 정보(예를 들어, 호, 단면 곡률, 표면, 면적과 부피)를 포함하여 제품 설계에 대한 다양한 유용한 정보를 제공할 수 있다. 특히, 마스크 및 고글과 같은 얼굴 착용형 제품은 대상 사용자의 얼굴에 잘 맞도록 인체 공학적으로 설계된 형태를 가져야 한다.
안면 제품 설계의 최적 형상(또는 모양)은 안면 인체 측정, 형상 특성 및 제품과 얼굴 간의 접촉 압력을 분석함으로써, 찾을 수 있다. 종래 일 실시 예의 기술은 마스크의 가장 좋은 형태를 찾기 위하여 얼굴과 마스크 사이의 적합성에 대한 컴퓨터 기반 분석을 제안하였다. 해당 기술에서는 각각의 3D 얼굴 이미지에 적합한 마스크 설계를 가상으로 착용시켜 이루어졌으며, 마스크와 얼굴 사이의 거리 및 접촉 압력을 계산하고, 여러 사람의 얼굴에 적합한 접촉 압력이 될 때까지 마스크 설계를 반복하여 변경하였다.
본 발명의 실시 예들은, 유한요소분석(finite element analysis)을 이용한 접촉 압력(contact pressure) 분석을 통해 인체에 적절한 압박도를 제공하는 제품 형상을 설계할 수 있는 제품 형상 설계 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 방법은 대상에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하는 단계; 상기 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 상기 대상에 대응하는 가상 대상을 생성하는 단계; 상기 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력(contact pressure)을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 제품 형상을 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 단계를 포함한다.
상기 계산하는 단계는 유한요소분석(finite element analysis)을 이용하여 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산할 수 있다.
상기 수신하는 단계는 상기 대상에 대한 메쉬(mesh) 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신할 수 있다.
상기 생성하는 단계는 미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델(template model)과 상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 상기 가상 대상을 생성할 수 있다.
상기 설계하는 단계는 상기 설계된 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 상기 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 상기 설계된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 상기 재계산된 접촉 압력이 상기 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 상기 재계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 설계된 제품 형상을 변경할 수 있다.
상기 설계하는 단계는 상기 제품 형상의 영역 중 상기 계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위를 벗어나는 영역을 상기 벗어나는 영역에 대한 접촉 압력에 기초하여 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계할 수 있다.
상기 계산하는 단계는 상기 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉에 따른 상기 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 상기 각 메쉬의 꼭지점(vertex)의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 장치는 대상에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하는 수신부; 상기 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 상기 대상에 대응하는 가상 대상을 생성하는 생성부; 상기 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력(contact pressure)을 계산하는 계산부; 및 상기 계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 제품 형상을 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 설계부를 포함한다.
상기 계산부는 유한요소분석(finite element analysis)을 이용하여 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산할 수 있다.
상기 수신부는 상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신할 수 있다.
상기 생성부는 미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델(template model)과 상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 상기 가상 대상을 생성할 수 있다.
상기 설계부는 상기 설계된 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 상기 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 상기 설계된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 상기 재계산된 접촉 압력이 상기 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 상기 재계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 설계된 제품 형상을 변경할 수 있다.
상기 설계부는 상기 제품 형상의 영역 중 상기 계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위를 벗어나는 영역을 상기 벗어나는 영역에 대한 접촉 압력에 기초하여 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계할 수 있다.
상기 계산부는 상기 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉에 따른 상기 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 상기 각 메쉬의 꼭지점의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 유한요소분석(finite element analysis)을 이용한 접촉 압력(contact pressure) 분석을 통해 인체에 적절한 압박도를 제공하는 제품 형상을 설계할 수 있다.
이러한 본 발명은 인체의 다양한 부위에 착용되는 다양한 제품 예를 들어, 마스크(산소 마스크, 의료 마스크, 운동선수용 맞춤형 마스크 등), 헬멧, 고글, VR 헤드셋, 신발, 장갑, 무릎 보호대, 발목 보호대와 요추 보호구 등과 같은 제품에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 가상 대상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 3은 메쉬에서 접촉 압력을 계산하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 4는 마스크에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 5는 가상 대상에서의 접촉 압력에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 6은 접촉 압력에 따라 마스크를 설계하는 과정을 설명하기 위한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시 예들은, 유한요소분석(finite element analysis)을 이용한 접촉 압력(contact pressure) 분석을 통해 인체에 적절한 압박도를 제공하는 제품 형상을 설계하는 것을 그 요지로 한다.
여기서, 본 발명은 대상의 3차원 인체 스캔 데이터와 미리 등록 또는 설정된 3차원 템플릿 모델(template model) 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 대상에 대응하는 가상 대상을 생성할 수 있으며, 이렇게 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 제품 형상 간의 접촉 압력을 계산한 후 계산된 접촉 압력에 기초하여 제품 형상의 일부 영역에 대한 형상을 변경함으로써, 인체에 접촉되는 접촉 압력이 골고루 분산되도록 할 수 있다.
나아가, 본 발명은 제품 형상의 변경 후 변경된 제품 형상과 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 변경된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 재계산된 접촉 압력이 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 즉, 일부 영역의 접촉 압력이 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 재계산된 접촉 압력에 기초하여 변경된 제품 형상을 다시 변경하는 과정을 반복할 수 있다. 즉, 본 발명은 접촉 압력 계산, 제품 형상 변경과 접촉 압력 재계산 과정을 반복 수행함으로써, 제품 예를 들어, 산소 마스크, VR 헤드셋, 의료용 보철 및 보조기(예: 목 교정기, 자세 교정기, 의수, 의족 등), 각종 보호구(예: 헬멧, 요추 보호구, 팔꿈치 보호구, 무릎 보호구, 발목 보호대 등) 등 인체에 착용하는 제품에 대한 형상을 설계할 수 있다.
이러한 본 발명에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 방법은 대상 예를 들어, 얼굴에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하고, 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 대상에 대응하는 가상 대상을 생성한다(S110, S120).
여기서, 단계 S110은 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신할 수도 있고, 메쉬 형상이 아닌 일반적인 3차원 스캔 이미지를 수신할 수도 있으며, 단계 S120은 미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델(template model)과 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 대상에 대응하는 가상 대상을 생성할 수 있다. 단계 S110에서 수신하는 3차원 스캔 데이터는 한 명의 데이터일 수도 있고, 여러 사람들에 대한 데이터일 수도 있다.
본 발명에서 템플릿 모델의 메쉬 형상은 제품과 접촉되는 영역과 접촉되지 않는 영역의 메쉬 수와 메쉬 크기가 다를 수 있으며, 바람직하게는 접촉되는 영역의 메쉬 크기가 접촉되지 않는 영역의 메쉬 크기보다 작고, 접촉되는 영역의 메쉬 수가 접촉되지 않는 영역의 메쉬 수보다 많을 수 있다. 이 때, 템플릿 모델의 메쉬 형상은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 메쉬 구조를 가질 수 있으며, 얼굴 영역에 불균일하게 상이한 크기로 분산될 수 있다. 본 발명에서는 삼각형 메쉬 구조를 예를 들어 설명한다.
예를 들어, 단계 S120은 도 2에 도시된 바와 같이, 미리 등록 또는 설정된 메쉬 형상의 템플릿 모델을 이용하여 3차원 인체 스캔 데이터 또는 3차원 인체 스캔 이미지에 템플릿 모델을 등록(registration)함으로써, 복수의 대상들 각각에 대하여 메쉬 형상의 대상 이미지인 메쉬 형상의 3차원 가상 대상(template-registered image) 이미지를 생성할 수 있다. 본 발명은 하나의 얼굴에 대하여 템플릿 모델의 등록을 통해 메쉬 형상의 가상 대상 이미지를 생성할 수도 있으며, 다양한 종류의 얼굴들에 대하여 템플릿 모델의 등록을 통해 얼굴들 각각에 대한 메쉬 형상의 가상 대상 이미지들을 생성할 수도 있다.
단계 S120에 의해 가상 대상이 생성되면, 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상 예를 들어, 마스크를 접촉시키고, 가상 대상과 제품 형상이 접촉되는 영역의 접촉 압력(contact pressure)을 계산한다(S130).
이 때, 단계 S130은 유한요소분석(finite element analysis)을 이용하여 가상 대상과 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산할 수 있으며, 제품 형상과 가상 대상 간의 접촉에 따른 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 각 메쉬의 꼭지점의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산할 수 있다. 접촉 압력을 계산하기 위해 사용되는 제품 형상은 가상 대상과 접촉하는 부분에 대한 형상만을 포함할 수도 있고, 해당 제품의 전체 형상을 모두 포함할 수도 있다.
단계 S130은 도 3a에 도시된 바와 같이, 삼각형 메쉬를 예로 들면, 가상 대상의 삼각형 메쉬 각각이 3개의 꼭지점(vertex)을 가지고, 각 꼭지점이 6개의 자유도(DOFs; degree of freedoms) 즉, x, y, z 방향으로의 변형을 가지기 때문에 1개의 메쉬의 변화는 18×18 행렬로 나타낼 수 있다 여기서, 1개의 메쉬의 변화는 18×18 행렬로, 강성 행렬(stiffness matrix)일 수 있다.
그리고, 각 꼭지점에서의 힘은 아래 <수학식 1>에 의해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2021014088-appb-img-000001
여기서, f는 메쉬의 각 꼭지점에서의 힘을 의미하고, K는 메쉬의 변화에 대응하는 강성 행렬(stiffness matrix)을 의미하며, u는 각 꼭지점에서의 변위 벡터(displacement vector)를 의미할 수 있다. 여기서, 강성 행렬은 각 꼭지점이 3개의 자유도(DOFs)를 가지는 경우 9×9 강성 행렬일 수 있다. K는 가상 대상 예를 들어, 얼굴에 의해 달라질 수 있으며, 어셈블된 강성 행렬일 수 있다.
변위는 도 3b에 도시된 바와 같이, 제품 예를 들어, 마스크를 얼굴에 착용함으로써, 발생되는 꼭지점에서의 움직여진 힘(f1, f2, f3)의 양을 의미할 수 있으며, 접촉 압력은 힘을 면적으로 나눈 값을 의미할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 마스크에 대한 제품 형상(front view, perspective view)이 있고, 이러한 형상의 제품이 가상 대상 즉, 메쉬 형상의 가상 얼굴에 접촉하면, 가상 얼굴에서의 접촉에 의한 접촉 압력을 계산한다. 이 때, 가상 얼굴의 각 꼭지점에서 계산된 접촉 압력이 계산될 수 있으며, 각 꼭지점에서 계산된 접촉 압력은 도 5에 도시된 예와 같이, 나타날 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 해당 가상 얼굴에 도 4의 형상을 가지는 마스크가 착용되는 경우 코 옆 부분에서 접촉 압력이 높게 나타나고, 턱 부분에서 접촉 압력이 낮게 나타나는 것을 알 수 있으며, 나머지 부분에서의 접촉 압력을 미리 설정된 기준 압력 범위 내에 있는 것을 알 수 있다.
다시 도 2를 참조하여, 단계 S130에 의해 각 꼭지점에서의 접촉 압력이 계산되면, 계산된 접촉 압력에 기초하여 제품 형상을 변경함으로써, 가상 대상에 맞는 제품 형상을 설계한다(S140).
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 접촉 압력이 계산되면, 단계 S140은 코 옆 부분에서의 접촉 압력을 낮추고 턱 부분에서의 접촉 압력을 높일 수 있도록, 코 옆 영역의 제품 형상을 접촉 압력을 낮추는 방향으로 변경하고, 턱 영역의 제품 형상을 접촉 압력을 높이는 방향으로 변경함으로써, 제품 형상을 설계할 수 있다.
이러한 과정을 통해 제품 형상이 변경된 제품은 단계 S130과 단계 S140의 과정을 다시 반복 수행함으로써, 제품 형상의 모든 영역에서의 접촉 압력이 미리 설정된 기준 접촉 압력 범위 내에 있도록 제품 형상을 반복적으로 변경할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 접촉 압력 계산을 통해 제품의 형상을 변경 즉, 제품 형상에서 변경 가능한 설계 포인트를 조정(610)함으로써, 제품 형상을 변경(design a form)하고, 이렇게 변경된 제품 형상을 다시 가상 대상 예를 들어, 가상 얼굴에 접촉시킴으로써, 변경된 제품 형상에 대하여 가상 얼굴에서의 접촉 압력을 재계산(virtual fit testing, 가상 착의 평가, 620)한 후 이렇게 재계산된 접촉 압력을 이용하여 제품 형상을 다시 변경 또는 설계하는 과정을 다시 수행(630)한다. 이러한 과정을 가상 대상에 대하여 접촉 압력이 기준 접촉 압력 범위에 들어갈 때까지 반복 수행함으로써, 최적의 제품 형상을 설계할 수 있다.
본 발명의 방법에서 기준 압력 범위는 적정한 압박도의 접촉 압력을 의미하는 것으로, 적정한 압박도는 너무 과하거나 너무 약하지 않은 압박도로, 압박이 과하면 불편함 및 통증을 느낄 수 있고, 산소 마스크와 수중 마스크와 같은 경우 인체에 착용되는 압박이 약하면 누설 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 기준 압력 범위를 설정할 수 있으며, 이러한 기준 압력 범위는 본 발명의 기술을 제공하는 사업자 또는 개인에 의해 설정될 수 있고, 제품에 따라 이러한 기준 압력 범위는 달라질 수 있다.
제품 형상을 설계하는데 있어서, 여러 사람에 맞는 제품 형상을 설계하는 경우에는 여러 사람의 형상에 대한 압력의 분산을 최소화하는 방향으로 제품 형상을 설계할 수 있으며, 단계 S140은 제품 형상을 변경 또는 설계하는데 있어서, 제품 형상을 설계하는 설계자에게 접촉 압력과 제품 형상을 이용하여 최적의 제품 형상을 제시할 수도 있고, 제품 형상에서 변경해야 될 부분에 대하여 가이드를 제공할 수도 있다. 이 때, 단계 S140은 제품에 대한 물성치 범위를 제시할 수도 있고, 제품이 수용할 수 있는 범위에 따라 제품의 크기를 소, 중, 대와 같은 여러 개의 크기로 나눠서 설계할 수도 있다. 이렇듯, 본 발명의 방법은 사람의 인체에 가장 잘 맞을 수 있는 최적 제품 형상을 유한요소분석을 이용하여 접촉 압력을 분석함으로써, 제품 형상을 자동으로 찾아주는 설계 방법을 제시할 수 있으며, 설계자는 일일이 다양한 설계를 해보지 않고 본 발명의 알고리즘에서 설계안을 찾아서 설계자에게 설계 가이드를 제시 또는 추천할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 유한요소분석을 이용한 대상과 제품 간의 접촉 압력 분석을 통해 인체에 적절한 압박도를 제공하는 제품 형상을 설계할 수 있으며, 인체의 다양한 부위에 착용되는 다양한 제품 예를 들어, 마스크(산소 마스크, 의료 마스크, 운동선수용 맞춤형 마스크 등), 헬멧, 고글, VR 헤드셋, 신발, 장갑, 무릎 보호대, 발목 보호대와 요추 보호구 등과 같은 제품에 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제품 형상 설계 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제품 형상 설계 장치(700)는 수신부(710), 생성부(720), 계산부(730), 설계부(7410)와 데이터베이스(DB)(750)를 포함한다.
DB(750)는 본 발명과 관련된 모든 종류의 데이터를 저장하는 수단으로, 미리 설정된 템플릿 모델, 본 발명의 알고리즘, 대상에 대한 3차원 스캔 이미지, 제품 형상 정보 등을 모두 포함할 수 있다. 물론, DB는 상술한 데이터뿐만 아니라 본 발명에서 사용 가능한 모든 데이터를 포함할 수 있다.
수신부(710)는 대상 예를 들어, 얼굴에 대한 인체 스캔 데이터를 수신한다.
이 때, 수신부(710)는 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신할 수도 있고, 메쉬 형상이 아닌 일반적인 3차원 스캔 이미지를 수신할 수도 있으며, 수신하는 3차원 스캔 데이터는 한명의 데이터일 수도 있고, 여러 사람들에 대한 데이터일 수도 있다.
생성부(720)는 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 대상에 대응하는 가상 대상을 생성한다.
이 때, 생성부(720)는 미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델과 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 대상에 대응하는 가상 대상을 생성할 수 있다. 템플릿 모델의 메쉬 형상은 제품과 접촉되는 영역과 접촉되지 않는 영역의 메쉬 수와 메쉬 크기가 다를 수 있으며, 접촉되는 영역의 메쉬 크기가 접촉되지 않는 영역의 메쉬 크기보다 작고, 접촉되는 영역의 메쉬 수가 접촉되지 않는 영역의 메쉬 수보다 많을 수 있다.
계산부(730)는 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 가상 대상과 제품 형상이 접촉되는 영역의 접촉 압력을 계산한다
이 때, 계산부(730)는 유한요소분석을 이용하여 가상 대상과 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산할 수 있으며, 제품 형상과 가상 대상 간의 접촉에 따른 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 각 메쉬의 꼭지점의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산할 수 있다.
설계부(740)는 계산된 접촉 압력에 기초하여 제품 형상을 변경함으로써, 제품 형상을 설계한다.
이 때, 설계부(740)는 변경된 제품 형상과 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 변경된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 재계산된 접촉 압력이 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 재계산된 접촉 압력에 기초하여 제품 형상을 다시 변경할 수 있다.
나아가, 설계부(740)는 제품 형상의 영역 중 계산된 접촉 압력이 기준 압력 범위를 벗어나는 영역을 벗어나는 영역에 대한 접촉 압력에 기초하여 변경함으로써, 제품 형상을 설계할 수 있다.
비록, 도 7의 장치에서 그 설명이 생략되었더라도, 도 4를 구성하는 각 구성 수단은 도 1 내지 도 6에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있으며, 이는 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, 산술논리연산장치(ALU, arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, 설계가능논리소자(FPGA, field programmable gate array), 프로그래밍가능논리장치(PLU, programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 대상에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하는 단계;
    상기 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 상기 대상에 대응하는 가상 대상을 생성하는 단계;
    상기 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력(contact pressure)을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 제품 형상을 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 단계
    를 포함하는 제품 형상 설계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는
    유한요소분석(finite element analysis)을 이용하여 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수신하는 단계는
    상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는
    미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델(template model)과 상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 상기 가상 대상을 생성하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설계하는 단계는
    상기 설계된 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 상기 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 상기 설계된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 상기 재계산된 접촉 압력이 상기 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 상기 재계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 설계된 제품 형상을 변경하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 설계하는 단계는
    상기 제품 형상의 영역 중 상기 계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위를 벗어나는 영역을 상기 벗어나는 영역에 대한 접촉 압력에 기초하여 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계산하는 단계는
    상기 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉에 따른 상기 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 상기 각 메쉬의 꼭지점의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 방법.
  8. 대상에 대한 인체 스캔 데이터를 수신하는 수신부;
    상기 수신된 인체 스캔 데이터에 기초하여 상기 대상에 대응하는 가상 대상을 생성하는 생성부;
    상기 생성된 가상 대상과 설계하고자 하는 미리 설정된 제품 형상을 접촉시키고, 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력(contact pressure)을 계산하는 계산부; 및
    상기 계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 제품 형상을 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 설계부
    를 포함하는 제품 형상 설계 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 계산부는
    유한요소분석(finite element analysis)을 이용하여 상기 가상 대상과 상기 제품 형상이 접촉되는 접촉 압력을 계산하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 수신부는
    상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지를 수신하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 생성부는
    미리 등록된 메쉬 형상의 템플릿 모델(template model)과 상기 대상에 대한 메쉬 형상의 3차원 스캔 이미지 간의 메쉬 구조 일관성에 기초하여 상기 가상 대상을 생성하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 설계부는
    상기 설계된 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉 압력을 재계산한 후 상기 재계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위 내인 경우 상기 설계된 제품 형상을 최종 제품 형상으로 결정하고, 상기 재계산된 접촉 압력이 상기 기준 압력 범위를 벗어나는 경우 상기 재계산된 접촉 압력에 기초하여 상기 설계된 제품 형상을 변경하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 설계부는
    상기 제품 형상의 영역 중 상기 계산된 접촉 압력이 미리 설정된 기준 압력 범위를 벗어나는 영역을 상기 벗어나는 영역에 대한 접촉 압력에 기초하여 변경함으로써, 상기 제품 형상을 설계하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 계산부는
    상기 제품 형상과 상기 가상 대상 간의 접촉에 따른 상기 가상 대상의 각 메쉬의 변화와 상기 각 메쉬의 꼭지점의 변위 벡터에 기초하여 접촉 압력을 계산하는 것을 특징으로 하는 제품 형상 설계 장치.
PCT/KR2021/014088 2021-10-13 2021-10-13 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치 WO2023063441A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/014088 WO2023063441A1 (ko) 2021-10-13 2021-10-13 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2021/014088 WO2023063441A1 (ko) 2021-10-13 2021-10-13 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023063441A1 true WO2023063441A1 (ko) 2023-04-20

Family

ID=85987777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/014088 WO2023063441A1 (ko) 2021-10-13 2021-10-13 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023063441A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003281220A (ja) * 2002-03-25 2003-10-03 Sumitomo Rubber Ind Ltd 人体接触用の粘弾性構造体の設計方法
US20090266362A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Mark Phillip E Rapid Production of Customized Masks
KR20120071299A (ko) * 2010-12-22 2012-07-02 한국전자통신연구원 삼차원 모델의 형상 전이 방법 및 장치
KR101563516B1 (ko) * 2013-12-27 2015-10-27 주식회사 그린기술 맞춤형 마스크 및 그 제조방법
JP2016540603A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． ３次元患者インターフェイス装置の調整システム及び方法
KR20210136349A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 한동대학교 산학협력단 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003281220A (ja) * 2002-03-25 2003-10-03 Sumitomo Rubber Ind Ltd 人体接触用の粘弾性構造体の設計方法
US20090266362A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Mark Phillip E Rapid Production of Customized Masks
KR20120071299A (ko) * 2010-12-22 2012-07-02 한국전자통신연구원 삼차원 모델의 형상 전이 방법 및 장치
JP2016540603A (ja) * 2013-12-20 2016-12-28 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． ３次元患者インターフェイス装置の調整システム及び方法
KR101563516B1 (ko) * 2013-12-27 2015-10-27 주식회사 그린기술 맞춤형 마스크 및 그 제조방법
KR20210136349A (ko) * 2020-05-07 2021-11-17 한동대학교 산학협력단 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6872556B2 (ja) 母集団に基づく表面メッシュの再構成
Lacko et al. Ergonomic design of an EEG headset using 3D anthropometry
Kim et al. A customized smart medical mask for healthcare personnel
Yang et al. Facial expression recognition with the advent of face masks
CN110603570B (zh) 对象物识别方法、装置、系统、程序
CN108334810A (zh) 视线追踪设备中确定参数的方法和装置
WO2023063441A1 (ko) 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치
Li et al. A scalable mass customisation design process for 3D-printed respirator mask to combat COVID-19
Liu et al. Distinguishable spatial-spectral feature learning neural network framework for motor imagery-based brain–computer interface
CN110222651A (zh) 一种人脸姿态检测方法、装置、终端设备及可读存储介质
KR102383825B1 (ko) 접촉 체압 분석을 이용한 제품 형상 설계 방법 및 그 장치
CN110353852B (zh) 基于计算机的测量两颗牙齿间位置关系的方法
CN116778138A (zh) 一种肺结节定位系统
CN217562004U (zh) 一种vr手套及vr系统
US20230139237A1 (en) Systems and methods for producing user-customized facial masks and portions thereof
CN115512012A (zh) 一种骨骼重映射方法、装置、计算机设备及存储介质
CN112365579B (zh) 呼吸面罩的三维模型生成方法、装置、设备及存储介质
CN114743252A (zh) 用于头部模型的特征点筛选方法、设备和存储介质
WO2021112288A1 (ko) 사용자 맞춤형 침구 형상 제공 장치 및 방법
Rodrigues et al. Supervised classification of motor-rehabilitation body movements with rgb cameras and pose tracking data
CN111429406A (zh) 结合多视图推理的乳腺x射线影像病变检出方法和装置
Bhat et al. BCI-touch based system: a multimodal CAD interface for object manipulation
WO2023018021A1 (ko) 안모 형태 분류 방법 및 이를 위한 의치 디자인 장치
WO2024101685A1 (ko) 증강현실을 이용한 이미지 정합 기반 의료영상 생성장치 및 이의 동작 방법
CN220085169U (zh) 一种主机及头戴式设备

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21960708

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1