一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法，包括步骤1：获取脚型的点云模型，再将点云构成相互连接的格网得到格网模型；步骤2：基于格网模型构建脚型的X‑Y‑Z局部坐标系；步骤3：在预设特征断面线上设置搜索窗口来获取待测参数相对应的特征点，再计算出待测参数；待测参数为脚长或脚宽时，计算待测参数的特征点之间的欧式距离；待测参数为跖围或跗围或兜围时，基于X‑Y‑Z局部坐标系将待测参数相对应的特征点所在平面作为切割平面，切割格网模型得到跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线，再计算出跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线的轮廓长度。本发明专利技术通过上述方法可以实现脚型参数的高精度自动提取。

【技术实现步骤摘要】
一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法
本专利技术属于脚型参数测量
，具体涉及一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法。
技术介绍
双脚是人身体的重要部位，随着生活水平的不断提高，人们对鞋子的舒适度要求越来越高，个性化制鞋成为趋势。而作为制鞋的前提是需要获取到脚部的各类参数。传统量测方式是让有经验的专业人员利用软皮尺进行量测记录。其缺点如下：(1)效率不高，需要人工量测；(2)数据的精度依赖于专业人员的经验，数据重现性不好；(3)量测方式不灵活，需要专业人员和工具辅助。随着各种类型的三维扫描仪的普及立体视觉方法的应用，获取到人体脚型的三维点云数据变得越来越容易。利用计算机辅助的数字化量测软件可以对脚型参数进行量测和估计，但是仍然需要人工交互的方式来确定精确的参数，因此，急需一种可以自动获取精确的脚型参数的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法，可以以较高的精度、自动化地提取出脚型参数。本专利技术提供的一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法，包括如下步骤：步骤1：获取脚型的点云模型，以索引的方式将离散的点云构成相互连接的格网得到格网模型；步骤2：基于步骤1中格网模型构建脚型的X-Y-Z局部坐标系；其中，按照步骤A-步骤C构建所述X-Y-Z局部坐标系：步骤A：设定水平面并以水平面为基准生成序列平面，再将序列平面作为切割平面对格网模型进行切割生成断面线，并选择水平位置最低的闭合断面线所在的平面为基准Z平面；步骤B：获取所述基准Z平面的断面线上转动惯量值最小的轴并作为X轴，以及获取所述基准Z平面上闭合断面线的质心并作为原点O；步骤C：基于步骤A中的基准Z平面和步骤B中的X轴采用右手原则确定Y轴；步骤3：在预设特征断面线上设置搜索窗口来获取待测参数相对应的特征点，再依据所述相对应的特征点计算出所述待测参数；a：所述待测参数为脚长或脚宽时，计算所述待测参数的相对应特征点之间的欧式距离，所述欧式距离为相对应的待测参数的值；b：所述待测参数为跖围或跗围或兜围时，基于所述X-Y-Z局部坐标系将所述待测参数相对应的特征点所在平面作为切割平面，再利用切割平面切割所述格网模型得到跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线，再计算出所述跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线的轮廓长度，所述轮廓长度为相对应的待测参数的值；其中，所述待测参数为脚长或脚宽或跖围或跗围时，选择步骤A中基准Z平面的断面线作为预设特征断面线；所述待测参数为兜围时，选择以O-XZ平面作为切割平面对步骤1中格网模型进行切割生成的断面线以及所述基准Z平面的断面线作为预设特征断面线。本专利技术将人体脚型的点云数据进行构网处理得到格网模型，再利用断面线生成技术以及对断面线进行区域分析提取X轴，进而构建出X-Y-Z局部坐标系，再基于X-Y-Z局部坐标系和断面线生成技术在格网上对脚型参数进行自动提取。一方面，本专利技术完全不依赖人工测量的手段，全自动化地实现脚型参数提取；另一方面，本专利技术是巧妙地将断面线和格网模型结合进行参数提取，极大地提高了参数的可靠度以及精确度。且本专利技术所构建的X-Y-Z局部坐标系是基于人体脚型构建的，与常规的全局坐标系不同，常规的全局坐标系是外部采集或测量设备所在坐标，而非脚型所在坐标，其与脚型自身坐标之间存在转换关系，故直接依托于全局坐标系中的数据来提取脚型参数时，其过程必然容易出现误差。例如，所得到的人体脚型的点云数据也是基于常规的全局坐标系的数据。而本专利技术直接建立基于脚型的局部坐标系，再基于局部坐标系进行脚型参数提取，其相较于直接由全局坐标系中的数据提取出的脚型参数的精确度更高，可以有效地降低坐标转换中可能存在的误差。其中，本专利技术设定的水平面指人体脚型模型数据扫描时设定地面或脚底接触的面。进一步优选，以切割平面对格网模型进行切割生成断面线的过程如下：步骤D：获取切割平面与格网模型的交点；步骤E：根据方向一致性准则和距离大小确定各个所述交点之间的邻接关系，再依据所述邻接关系将获取的交点依次连接为断面线；其中，满足所述方向一致性准则的前提下选择距离最近的两个交点作为邻接交点；所述方向一致性准则为：v1·v2＞＝0向量v1是从A到B的两个邻接交点确定的当前方向向量，向量v2是交点B到下一邻接交点C的方向向量。进一步优选，断面线的长度按照如下公式计算：其中，L为单条断面线的长度，Vi，Vi+1表示断面线上邻接的两个点，n为单条断面线上离散交点的个数。进一步优选，步骤D的执行过程如下：首先，按照公式1或公式2判断格网模型的每个三角形的每条边是否与切割平面均无交点；若不是，则依据计算出三角形与切割平面的交点坐标；其中，公式1和公式2表示三角形任意一边AB与切割平面无交点；公式1：a(xA-xB)+b(yA-yB)+c(zA-zB)＝0公式2：ax+by+cz+d＝0(x-xA,y-yA,z-zA)＝k(x-xB,y-yB,z-zB)x≠xA,y≠yA,z≠zAx≠xB,y≠yB,z≠zBk＞0,k≠1式中，(x,y,z)表示三角形的AB延长边与切割平面的交点在全局坐标系xyz的坐标；其中，三角形与切割平面之间存在一个交点，则按照如下公式3计算出交点坐标；公式3：a·xB+b·yB+c·zB+d≠0式中，(x,y,z)表示三角形的AB边与切割平面一个交点在全局坐标系xyz的坐标；三角形与切割平面之间存在两个交点，则按照如下公式4计算出交点坐标；公式4：a·xB+b·yB+c·zB+d＝0x1＝xB,y1＝yB,z1＝zBx2＝xC,y2＝yC,z2＝zC式中，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)表示三角形与切割平面的两个交点在全局坐标系xyz的坐标；其中，切割平面如下所示：Pi:ax+by+cz+d±i·k＝0,0≤i＜N，N≥1式中，Pi表示第i层切割平面，N表示切割平面的层数，k表示相邻一层的切割平面之间的间隔，a、b、c、d表示切割平面的平面参数，三角形的三个顶点分别为A(xA,yA,zA)，B(xB,yB,zB)和C(xC,yC,zC)。本方案中全局坐标系xyz是承载脚模型图像的A4纸确定的，坐标原点为A4纸的某个角点，x,y轴沿着A4纸的长边和短边，z轴垂直于A4纸。上述公式中是以三角形的一条边AB为例，但是应当理解，三角形的其他边也是类似相同的计算。且切割平面可以是单独一个切割面，此时N为1，i为0；切割平面还可以是序列平面，相邻平面之间间隔k。进一步优选，所述待测参数与特征点的对应关系如下：待测参数为脚长，相对应的特征点为脚尖前端点和脚跟后端点；待测参数为脚宽或跖围，相对应的特征点为脚掌内外侧端点；待测参数为跗围，相对应的特征点为脚掌外侧端点和脚掌中部最凹点；待测参数为兜围，相对应的特征点为脚跟后端点和脚背最凹点。进一步优选，所述待测参数包括脚长、脚宽、跖围、跗围以及兜围时，步骤3依次提取出脚型的脚长、脚宽、跖围、跗围、兜围；c：提取脚型的脚长的过程为：在基准Z平面的断面线上，沿着X轴在脚跟、脚尖的预设临近区域分别设置矩形搜索窗口搜索脚尖前端点和脚跟后端点；再计算脚尖前端点和脚跟后端点之间的欧式距离；其中，将脚跟处的矩形搜索窗口沿着X轴由负向正方向搜索基准Z平面的断面线，将矩形窗口内的X值最小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取脚型的点云模型，以索引的方式将离散的点云构成相互连接的格网得到格网模型；步骤2：基于步骤1中格网模型构建脚型的X‑Y‑Z局部坐标系；其中，按照步骤A‑步骤C构建所述X‑Y‑Z局部坐标系：步骤A：设定水平面并以水平面为基准生成序列平面，再将序列平面作为切割平面对格网模型进行切割生成断面线，并选择水平位置最低的闭合断面线所在的平面为基准Z平面；步骤B：获取所述基准Z平面的断面线上转动惯量值最小的轴并作为X轴，以及获取所述基准Z平面上闭合断面线的质心并作为原点O；步骤C：基于步骤A中的基准Z平面和步骤B中的X轴采用右手原则确定Y轴；步骤3：在预设特征断面线上设置搜索窗口来获取待测参数相对应的特征点，再依据所述相对应的特征点计算出所述待测参数；a：所述待测参数为脚长或脚宽时，计算所述待测参数的相对应特征点之间的欧式距离，所述欧式距离为相对应的待测参数的值；b：所述待测参数为跖围或跗围或兜围时，基于所述X‑Y‑Z局部坐标系将所述待测参数相对应的特征点所在平面作为切割平面，再利用切割平面切割所述格网模型得到跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线，再计算出所述跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线的轮廓长度，所述轮廓长度为相对应的待测参数的值；其中，所述待测参数为脚长或脚宽或跖围或跗围时，选择步骤A中基准Z平面的断面线作为预设特征断面线；所述待测参数为兜围时，选择以O‑XZ平面作为切割平面对步骤1中格网模型进行切割生成的断面线以及所述基准Z平面的断面线作为预设特征断面线。...

【技术特征摘要】
1.一种基于格网模型和断面线的脚型参数获取方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取脚型的点云模型，以索引的方式将离散的点云构成相互连接的格网得到格网模型；步骤2：基于步骤1中格网模型构建脚型的X-Y-Z局部坐标系；其中，按照步骤A-步骤C构建所述X-Y-Z局部坐标系：步骤A：设定水平面并以水平面为基准生成序列平面，再将序列平面作为切割平面对格网模型进行切割生成断面线，并选择水平位置最低的闭合断面线所在的平面为基准Z平面；步骤B：获取所述基准Z平面的断面线上转动惯量值最小的轴并作为X轴，以及获取所述基准Z平面上闭合断面线的质心并作为原点O；步骤C：基于步骤A中的基准Z平面和步骤B中的X轴采用右手原则确定Y轴；步骤3：在预设特征断面线上设置搜索窗口来获取待测参数相对应的特征点，再依据所述相对应的特征点计算出所述待测参数；a：所述待测参数为脚长或脚宽时，计算所述待测参数的相对应特征点之间的欧式距离，所述欧式距离为相对应的待测参数的值；b：所述待测参数为跖围或跗围或兜围时，基于所述X-Y-Z局部坐标系将所述待测参数相对应的特征点所在平面作为切割平面，再利用切割平面切割所述格网模型得到跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线，再计算出所述跖围断面线或跗围断面线或兜围断面线的轮廓长度，所述轮廓长度为相对应的待测参数的值；其中，所述待测参数为脚长或脚宽或跖围或跗围时，选择步骤A中基准Z平面的断面线作为预设特征断面线；所述待测参数为兜围时，选择以O-XZ平面作为切割平面对步骤1中格网模型进行切割生成的断面线以及所述基准Z平面的断面线作为预设特征断面线。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：以切割平面对格网模型进行切割生成断面线的过程如下：步骤D：获取切割平面与格网模型的交点；步骤E：根据方向一致性准则和距离大小确定各个所述交点之间的邻接关系，再依据所述邻接关系将获取的交点依次连接为断面线；其中，满足所述方向一致性准则的前提下选择距离最近的两个交点作为邻接交点；所述方向一致性准则为：v1·v2＞＝0向量v1是从A到B的两个邻接交点确定的当前方向向量，向量v2是交点B到下一邻接交点C的方向向量。3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于：断面线的长度按照如下公式计算：其中，L为单条断面线的长度，Vi，Vi+1表示断面线上邻接的两个点，n为单条断面线上离散交点的个数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤D的执行过程如下：首先，判断格网模型的每个三角形的每条边是否与切割平面均无交点；若不是，则计算出三角形与切割平面的交点坐标；其中，三角形与切割平面之间存在一个交点，则按照如下公式3计算出交点坐标；公式3：a·xB+b·yB+c·zB+d≠0式中，(x,y,z)表示在全局坐标系xyz中三角形的AB边与切割平面一个交点坐标；三角形与切割平面之间存在两个交点，则按照如下公式4计算出交点坐标；公式4：a·xB+b·yB+c·zB+d＝0x1＝xB,y1＝yB,z1＝zBx2＝xC,y2＝yC,z2＝zC式中，(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)表示在全局坐标系xyz中三角形与切割平面的两个交点坐标；其中，切割平面如下所示：Pi:ax+by+cz+d±i·k＝0,0≤i＜N，N≥1式中，Pi表示第i层切割平面，N表示切割平面的层数，k表示相邻一层的切割平面之间的间隔，a、b、c、d表示切割平面的平面参数，三角形的三个顶点分...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朗明，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43