一种缓震鞋垫的结构设计方法技术

本发明专利技术公开了一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，分别根据导入的鞋垫模型的尺寸与空间位置对采样点进行赋值与位置调整，完成采样矩阵的创建与初始化；步骤二，以具备孔洞结构的三周期极小曲面作为鞋垫镂空晶格结构，根据选定的三周期极小曲面的公式进行采样点隐函数值计算；步骤三，根据Marching Cube算法与采样点隐函数值生成具有厚度的鞋垫模型；步骤四，最后进行鞋垫模型的顶点与鞋垫模型的面片的添加，完成具备缓震功能的鞋垫模型的创建。本发明专利技术对鞋垫缓震功能的结构实现方式进行探索，增强了鞋垫的功能性，降低了设计复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种缓震鞋垫的结构设计方法
本专利技术涉及一种缓震鞋垫的结构设计方法，属于三维图形几何处理

技术介绍
鞋垫是与脚接触最紧密，用于承载身体重量、吸收走路时脚和地面产生的作用力与反作用力的软垫。现有鞋垫存在排汗、透气性较差，通过优化材料或者使用专业软件设计复杂结构来实现减震功能的手段不够有效、简便等问题。目前主要有两种方法可以实现具备轻量化特点的镂空晶格结构设计：CAD方法和基于隐式曲面的设计方法。隐式曲面建模(ImplicitSurfaceModeling，ISM)通过使用数学函数来自由引入孔形状，是设计多孔单元结构的有效方法。如三周期极小曲面(TriplyPeriodicMinimalSurfaces，TPMS)，在设计时非常灵活，通过改变参数调整孔结构，可以设计形状复杂的多孔结构。和基于CAD的方法相比，TPMS能既精确又容易地控制孔结构参数，如孔隙大小、孔隙形状和孔隙率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种缓震鞋垫的结构设计方法，本专利技术采用隐式曲面方法，将三周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，根据导入的鞋垫模型的尺寸与鞋垫模型的空间位置，对鞋垫模型的采样点进行赋值，对采样点进行位置调整，完成采样矩阵的创建与初始化；/n步骤二，以具备孔洞结构的三周期极小曲面作为鞋垫镂空晶格结构，根据选定的三周期极小曲面的公式进行采样点隐函数值计算；/n步骤三，根据改进的Marching Cube算法与采样点隐函数值生成具有厚度的鞋垫模型；/n步骤四，最后进行鞋垫模型的顶点与鞋垫模型的面片的添加，完成具备缓震功能的晶格鞋垫的创建。/n

【技术特征摘要】
1.一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据导入的鞋垫模型的尺寸与鞋垫模型的空间位置，对鞋垫模型的采样点进行赋值，对采样点进行位置调整，完成采样矩阵的创建与初始化；
步骤二，以具备孔洞结构的三周期极小曲面作为鞋垫镂空晶格结构，根据选定的三周期极小曲面的公式进行采样点隐函数值计算；
步骤三，根据改进的MarchingCube算法与采样点隐函数值生成具有厚度的鞋垫模型；
步骤四，最后进行鞋垫模型的顶点与鞋垫模型的面片的添加，完成具备缓震功能的晶格鞋垫的创建。


2.根据权利要求1所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，鞋垫镂空晶格结构基于以下参数进行控制调整：三周期极小曲面的周期、三周期极小曲面的曲率、改进的MarchingCube算法的顶点和改进的MarchingCube算法的等值面位置关系判断阈值。


3.根据权利要求1所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，步骤一包括以下内容：根据导入的鞋垫模型的物理尺寸设置待创建的晶格鞋垫的表示精度和待创建的晶格鞋垫的孔隙度来决定鞋垫模型的采样点个数。


4.根据权利要求3所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，步骤一还包括以下内容：根据鞋垫模型的物理AABB包围盒与采样点的个数对采样点进行物理坐标的赋值，根据鞋垫模型的逻辑AABB包围盒与采样点的个数对采样点进行逻辑坐标的赋值，以完成采样矩阵的创建。


5.根据权利要求4所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，步骤一还包括以下内容：使用射线求交技术确定鞋垫模型在物理AABB包围盒内的空间位置，根据鞋垫模型在物理AABB包围盒内的空间位置对部分采样点进行位置调整，以压缩部分采样点的方式完成采用矩阵的初始化。


6.根据权利要求5所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，包括以下内容：
基于所选用于作为鞋垫镂空晶格结构的三周期极小曲面的公式进行采样点隐函数值计算，设置改进的MarchingCube算法的位置判断阈值，选取构成具有厚度的鞋垫镂空晶格结构的采样点；
其中，鞋垫模型由面向体转化进而产生厚度，改进的MarchingCube算法采用双阈值判断采样点与等值面关系的单阈值，具体公式如下：



α为体素顶点的位置状态值，f(x,y,z)为体素顶点的隐函数值，Cmax为位置判断的高阈值，Cmin为位置判断的低阈值，高阈值和低阈值的设置通过下式实现：
IsoValue∈[C-δ,C+δ]，
其中，C为等值面曲率，以三周期极小曲面曲率作为等值面曲率，δ为任意正实数，C+δ为双阈值判断方法的高阈值Cmax，C-δ为低阈值Cmin。


7.根据权利要求6所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，步骤三中，将等值面与体素的交点选取为体素边的中点。


8.根据权利要求1所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，包括以下内容：
(11)选取P类型三周期极小曲面作为鞋垫缓震晶格结构，其公式如下：
cosX+cosY+cosZ＝C
其中C为等值面曲率，表示鞋垫模型的曲面弯曲程度；X＝2*Π*x,Y＝2*Π*y,Z＝2*Π*z，2*Π是系数，2*Π代表三周期极小曲面在X坐标轴、Y坐标轴和Z坐标轴三个坐标轴上的周期为1，即在边长为1的长方体内包含一个TPMS单元；
曲率C越大，曲面孔洞越大；对三周期极小曲面的周期的控制通过设置逻辑采样密度实现；
鞋垫缓震晶格结构的重建表示精度由物理采样密度的样本量决定，通过物理采样密度的样本量指定一个TPMS单元在物理X轴坐标、物理Y轴坐标和物理Z轴坐标这三个坐标轴均匀选取的采样点个数，采样点个数越多，鞋垫模型的重建精度也越高；
(2)以具备孔洞结构的三周期极小曲面作为鞋垫镂空晶格结构，使用改进的MarchingCube算法完成具有厚度的鞋垫模型的创建；
P类型三周期极小曲面的参数设置为曲率C＝-0.5，改进的MarchingCube算法判断顶点与等值面位置关系采用双阈值判断方法，双阈值判断方法的高阈值设置为1，双阈值判断方法的低阈值设置为-1。


9.根据权利要求8所述的一种缓震鞋垫的结构设计方法，其特征在于，创建鞋垫模型具体步骤如下：
(1)根据导入的鞋垫模型的物理尺寸，设置逻辑采样密度为20mm、15mm和17mm三个数值，分别表示在物理X轴坐标20mm处、15mm处和17mm处存在长度为一个周期的三周期极小曲面，物理采样密度的样本量sampleSize＝48*48*48，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：童晶，陆荣杰，江超群，陈正鸣，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32