一种眼镜镜架设计方法及制造方法及方法技术

本发明专利技术公开了一种眼镜镜架设计方法及制造方法，包括：接收三维扫描仪输入的头部点云数据，将所述头部点云数据重构为三角网格模型，获得头部模型及脸部特征信息；利用非完备模型的对称面提取算法提取模型对称面；进行眼镜与头部模型的虚拟装配及匹配；提取眼镜设计所需头部特征点和相应的特征尺寸；初始匹配性分析；镜架各向异性缩放及变形；再次匹配性分析；匹配性数据及镜架模型输出；根据匹配性数据对镜架再设计；镜架平衡性分析；镜架多孔结构和装饰元素添加相结合的镜架平衡性设计；镜架3D打印及表面处理。本发明专利技术解决了平衡性与轻量化协调设计问题，使佩戴更舒适和健康；同时解决了个性化快速定制与长周期批量制造之间的矛盾。的矛盾。的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种眼镜镜架设计方法及制造方法及方法


[0001]本专利技术涉及眼镜
与计算机图形学领域，特别是一种眼镜镜架设计方法及制造方法及方法。

技术介绍

[0002]随着计算机辅助设计及3D打印技术的快速发展，眼镜
越来越关注眼镜设计的适配性和个性化。随着电子产品的高速发展，我国的近视率逐年增长。对于青少年近视问题，以预防为主。但对于已经近视的孩子，佩戴合适的近视眼镜应该是重要的选择。目前市面上的近视镜对于青少年来说，主要存在以下问题：1)镜架形状不适配孩子脸型，佩戴舒适性差，使孩子不愿佩戴；2)由于镜架对脸型的适配性差，特别是鼻托部分设计不到位，致使眼镜佩戴过程中，经常沿着鼻梁向下滑动，使镜片倾斜，从而使本来和孩子视力相匹配的眼镜度数在实际效果上有较大偏差，会造成视力的进一步下降；3)部分近视者左右视力相差较大时，因左右镜片厚度不同而造成眼镜左右不平衡，一方面佩戴不舒服，另一方面因左右倾斜也会引起视力进一步恶化的危险；4)镜架相对偏重。
[0003]针对上述问题，学术界和产业界都有进行相关的研究和探索，但相对比较片面，没有形成完整的解决方案，主要体现为：1)虽然现在三维扫描技术和装备发展较快，获取三维头部模型已经不是问题，但一方面由于三维模型的不完备性，基于三维模型的适配性评价和个性化设计研究还不深入，目前大多是基于图像的虚拟试戴；另一方面，存在个性化定制与批量生产之间的矛盾，不管是金属镜架还是塑料类镜架，其制造成型过程都需要模具或板材切割，而模具制造一般周期长、成本高，难以在实际上满足大批量的个性化定制需求。2)对于镜架的佩戴平衡性问题，有部分学者进行了初步的数值模拟探讨，但没有应用于镜架设计和后续的制造，更没有把平衡性和适配性、轻量化有机结合起来。
[0004]综合起来说，在技术层面，存在非完备模型的对称面提取、匹配性评价、形状与尺寸的人因设计、平衡性与轻量化协调设计等问题尚未解决；在方案层面，存在个性化快速定制与长周期批量制造之间的矛盾。因此，有必要提出一种新的设计和制造方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提出一种眼镜镜架设计方法及制造方法及方法，能够解决了平衡性与轻量化协调设计问题，使佩戴更舒适和健康；同时解决了个性化快速定制与长周期批量制造之间的矛盾。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一方面，本专利技术一种眼镜镜架设计方法，包括：
[0008]步骤101，接收输入的头部点云数据，将所述头部点云数据重构为三角网格模型，获得头部模型及脸部特征信息；
[0009]步骤102，基于非完备头部模型对称面提取算法，对所述三角网格模型进行处理，获得头部模型的对称面；
[0010]步骤103，接收输入的眼镜镜架初始模型，基于ICP算法将所述眼镜镜架初始模型与步骤102处理后的头部模型对齐，进行虚拟装配；
[0011]步骤104，提取眼镜设计所需脸部特征点及对应的尺寸；提取眼镜镜架初始模型特征点及对应的尺寸；获取眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置；
[0012]步骤105，基于所述眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置，进行匹配性分析，输出第一匹配性分析结果与相对位置；如果所述相对位置在预设容差范围内，转步骤109；否则，转步骤106；
[0013]步骤106，基于所述第一匹配性分析结果与相对位置，对初始模型的眼镜镜架进行各向异性缩放及变形，获得调整后的眼镜镜架模型；
[0014]步骤107，获取脸部特征点和调整后的眼镜镜架模型特征点的相对位置，进行匹配性分析，输出第二匹配性分析结果与相对位置；
[0015]步骤108，基于所述第二匹配性分析结果与相对位置，对调整后的眼镜镜架进行各向异性缩放及变形；
[0016]步骤109，接收输入的装饰性时尚元素特征、产品标识和编号，添加到调整后的眼镜镜架上；
[0017]步骤110，镜架平衡性分析，包括基于有限元数值模拟进行眼镜自平衡性分析、质量分布计算与质量迁移计算以及镜架强度应力分布计算；
[0018]步骤111，将镜架平衡性分析的结果映射为镜架各部分的密度分布，由密度分布驱动生成多孔结构。
[0019]优选的，所述脸部特征信息包括人脸的眼睛、鼻子和耳朵的形状及位置。
[0020]优选的，所述步骤102，具体包括：
[0021]S1021，接收在所述三角网格模型上选择的一片对称初始区域以及该对称初始区域的对称中心线附近的任意三个点，计算所述三个点的x坐标的平均值得到对称面的x坐标，作为初始的对称面P；
[0022]S1022，基于所述初始的对称面P，利用生成镜像面算法计算初始区域的镜像区域；
[0023]S1023，使用ICP算法对所述对称初始区域和镜像区域进行对齐；
[0024]S1024，基于对齐后的镜像区域，得到所述对称初始区域与镜像区域的对应x坐标的中点点集，即为对称中点点集，由该点集拟合出对称平面。
[0025]优选的，步骤S104中，脸部特征点对应的尺寸包括：瞳距、耳顶点距和颞距；
[0026]眼镜镜架初始模型特征点对应的尺寸包括：镜框长度、镜框宽度、镜框高度、镜框倾角、鼻托高度和镜腿长度；
[0027]眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置包括：鼻托与头部模型鼻梁山根处的相对位置、桩头与头部模型颞部的相对位置、两镜片中心距与头部模型的瞳距的相对位置、镜腿与瞳孔特征点到耳朵特征点的z向距离的相对位置。
[0028]优选的，步骤106和步骤108中，对眼镜镜架进行各向异性缩放及变形，包括：鼻托适配调整、桩头形状尺寸调整、两镜片中心距调整和镜腿形状尺寸调整。
[0029]优选的，步骤110中，进行眼镜自平衡性分析，包括：
[0030]a，获取眼镜镜架的支撑点s
i
，如下：
[0031][0032]其中，i∈(1,2,3,4)，S1表示左镜腿上的支撑点，S2表示右镜腿上的支撑点，S3表示左鼻托上的支撑点，S4表示右鼻托上的支撑点；s∈(1,2,3,4)，F1表示左镜腿上的支撑面，F2表示右镜腿上的支撑面，F3表示左鼻托上的支撑面，F4表示右鼻托上的支撑面；A
f
表示支持面F
S
内的三角面片f的面积，c
f
表示面f的中心；
[0033]b，获取四个支撑点S1、S2、S3和S4的位置的中心S0。
[0034]优选的，步骤110中，进行质量分布计算与质量迁移计算，包括：
[0035]将眼镜架用体素填充，根据体素的分布情况，耦合眼镜架的质量分布，从而得到眼镜架的重心c，其中c＝[c
x
,c
y
,c
z
]；
[0036]基于c和S0的相对位置，确定质量迁移的数值；其中，佩戴的平衡性要求按照c和S0的相对位置进行约束。
[0037]优选的，步骤110中，进行镜架强度应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种眼镜镜架设计方法，其特征在于，包括：步骤101，接收输入的头部点云数据，将所述头部点云数据重构为三角网格模型，获得头部模型及脸部特征信息；步骤102，基于非完备头部模型对称面提取算法，对所述三角网格模型进行处理，获得头部模型的对称面；步骤103，接收输入的眼镜镜架初始模型，基于ICP算法将所述眼镜镜架初始模型与步骤102处理后的头部模型对齐，进行虚拟装配；步骤104，提取眼镜设计所需脸部特征点及对应的尺寸；提取眼镜镜架初始模型特征点及对应的尺寸；获取眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置；步骤105，基于所述眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置，进行匹配性分析，输出第一匹配性分析结果与相对位置；如果所述相对位置在预设容差范围内，转步骤109；否则，转步骤106；步骤106，基于所述第一匹配性分析结果与相对位置，对初始模型的眼镜镜架进行各向异性缩放及变形，获得调整后的眼镜镜架模型；步骤107，获取脸部特征点和调整后的眼镜镜架模型特征点的相对位置，进行匹配性分析，输出第二匹配性分析结果与相对位置；步骤108，基于所述第二匹配性分析结果与相对位置，对调整后的眼镜镜架进行各向异性缩放及变形；步骤109，接收输入的装饰性时尚元素特征、产品标识和编号，添加到调整后的眼镜镜架上；步骤110，镜架平衡性分析，包括基于有限元数值模拟进行眼镜自平衡性分析、质量分布计算与质量迁移计算以及镜架强度应力分布计算；步骤111，将镜架平衡性分析的结果映射为镜架各部分的密度分布，由密度分布驱动生成多孔结构。2.根据权利要求1所述的眼镜镜架设计方法，其特征在于，所述脸部特征信息包括人脸的眼睛、鼻子和耳朵的形状及位置。3.根据权利要求1所述的眼镜镜架设计方法，其特征在于，所述步骤102，具体包括：S1021，接收在所述三角网格模型上选择的一片对称初始区域以及该对称初始区域的对称中心线附近的任意三个点，计算所述三个点的x坐标的平均值得到对称面的x坐标，作为初始的对称面P；S1022，基于所述初始的对称面P，利用生成镜像面算法计算初始区域的镜像区域；S1023，使用ICP算法对所述对称初始区域和镜像区域进行对齐；S1024，基于对齐后的镜像区域，得到所述对称初始区域与镜像区域的对应x坐标的中点点集，即为对称中点点集，由该点集拟合出对称平面。4.根据权利要求1所述的眼镜镜架设计方法，其特征在于，步骤S104中，脸部特征点对应的尺寸包括：瞳距、耳顶点距和颞距；眼镜镜架初始模型特征点对应的尺寸包括：镜框长度、镜框宽度、镜框高度、镜框倾角、鼻托高度和镜腿长度；眼镜镜架初始模型特征点和脸部特征点的相对位置包括：鼻托与头部模型鼻梁山根处
的相对位置、桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：高梁，刘斌，杨晖，许建文，仇中宝，曹伟，
申请(专利权)人：厦门天允星途医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：