基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，属于产品设计技术领域。该方法包括以下步骤：S1、创建定制化鞋垫设计项目文档；S2、选择所需的鞋垫模板；S3、导入足扫足压数据及关键点创建；S4、鞋垫模板与足扫一键摆位；S5、基于多点联动的鞋垫自定义设计；S6、生成实体，并以stl格式导出。本发明专利技术提供的方法具有开放源代码平台、多功能几何建模、实时可视化和交互性、集成工程分析和仿真，以及可扩展性和定制化等技术优势，这些优势使得该设计方法能够提供强大、灵活和高效的定制化。化。化。

【技术实现步骤摘要】
基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法


[0001]本专利技术属于产品设计
，特别是鞋垫设计
，涉及一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法。

技术介绍

[0002]鞋的舒适度主要由两方面来控制，一个是鞋腔的舒适度，另外一个是鞋垫的舒适度。鞋腔的舒适度主要与鞋腔的形状、所用材料和鞋的不同款式有关；而鞋垫的舒适度所涉及的方面更为重要，主要包括足底部的形状、足底部的轮廓以及足底部曲面的变化规律等。同时由于人在正常的运动中，步态的开始源于足跟的底部，而步态的结束也止于拇趾的底部，因此在整个步态中人体与地面的相互的作用力最终体现到足底与鞋之间的界面上，这个界面就是所说的鞋垫。因此，鞋垫所具有的最基本的作用便是分散压力的集中，保护足底组织的安全。由上可知，鞋垫对于所有人、尤其是对于部分需要保护足底健康的人来说是非常重要的。鞋垫的功能除了能够分散足底压力的集中，保护足底的软组织的安全外，还能够对不正常的步态进行校正，这种鞋垫为极具个性化的矫形鞋垫，一般为订制化加工，所以也称为定制化鞋垫。
[0003]在传统鞋垫(包括定制化鞋垫)的设计方法中，需要建立足部的石膏模型，同时鞋垫的制作和设计需要非常有经验的技术人员花费数日并经过反复的修改才能够完成，费时费力而且无法完成精确的批量生产，限制了鞋垫尤其是定制化鞋垫产业的发展。3D打印是一种快速成型技术，它是一种以三维模型的STL文件为基础，使用的材料一般是粉末状金属或塑料等可粘合材料，并通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这项技术可以精准高效地打印出定制化的功能性鞋垫，目前市场上个性化鞋垫制作成本昂贵且效率低下。传统设计客制化鞋垫需要足形三维数据与参考足压数据，在设备方面，除三维扫描仪外，还需要足压机，才能取得此些数据。此外，若依据参考足压数据来辅助设计鞋垫，还需人工的专业判断且难以量化需调整的部分，所以对于鞋垫技师可说是费时又耗工。
[0004]目前，定制化鞋垫设计主要涉及以下技术：
[0005]3D扫描技术：3D扫描技术是定制化鞋垫设计的关键技术之一。通过使用激光扫描仪或摄像机等设备，可以获取用户足部的三维形状数据。这些数据可以被导入到设计软件中，作为定制化鞋垫设计的基础。
[0006]足部动态数据采集技术：除了静态的足部形状数据，足部动态数据采集技术也起着重要作用。通过使用压力传感器、加速度计和陀螺仪等传感器装置，可以实时采集用户行走、跑步或其他运动时的足部压力分布、姿态变化等动态数据。这些数据可以用于定制化鞋垫设计的个性化调整和优化。
[0007]数据处理和分析技术：定制化鞋垫设计需要对大量的足部数据进行处理和分析。这包括数据的清理、配准和建模等步骤。同时，数据分析技术可以从足部数据中提取特征、识别问题区域，并为定制化设计提供基础。
[0008]CAD建模和设计软件：定制化鞋垫设计需要使用CAD建模和设计软件。这些软件提
供了建模工具和编辑功能，使设计师能够根据足部数据创建定制化鞋垫的几何形状和结构。软件通常还具备智能设计和优化算法，以帮助设计师生成符合用户需求的鞋垫设计方案。
[0009]3D打印技术：3D打印技术是定制化鞋垫设计的关键制造技术之一。根据CAD模型，使用3D打印机将设计好的鞋垫直接制造出来。3D打印技术具有灵活性和可定制性，可以满足个体用户的不同需求。
[0010]综上所述，定制化鞋垫设计方法的技术背景涉及了3D扫描技术、足部动态数据采集技术、数据处理和分析技术、CAD建模和设计软件以及3D打印技术等多个方面。这些技术的应用使得设计师能够根据用户的个体特征和需求，实现定制化鞋垫的设计和制造。但目前大多数定制化鞋垫设计方法不够灵活，效率较低，功能也存在一定缺陷。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，该方法采用开放源代码平台、多功能几何建模、实时可视化和交互性、集成工程分析和仿真，具有可扩展性和定制化等技术优势。
[0012]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0013]一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，该方法包括以下步骤：S1、创建定制化鞋垫设计项目文档；S2、选择所需的鞋垫模板；S3、导入足扫足压数据及关键点创建；S4、鞋垫模板与足扫一键摆位；S5、基于多点联动的鞋垫自定义设计；S6、生成实体，并以stl格式导出。
[0014]进一步，在步骤S4中，所述鞋垫模板与足扫一键摆位为在设计过程中需要将鞋垫与足扫数据摆齐，便于用户进行对比设计；所述足扫数据是用户脚掌处于某一平面进行点云重构获取的，其所在CAD参考平面位置会有差异，因此在做操作前先对其位置进行摆位，在下一步曲面重构切割时需要指定切割方向；因此，摆位的最终结果为长轴
‑
X轴，短轴
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Y轴，鞋垫底面
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Z轴负。
[0015]进一步，步骤S4中所述鞋垫模板与足扫一键摆位具体实现方法包括：足扫与坐标轴对齐、鞋垫与足扫旋转指定的方位并进行对齐；
[0016]所述足扫与坐标轴对齐包括：
[0017]1)在足扫数据底部创建三个关键点P1[x1,y1,z1]，P2[x1,y1,z1]，P3[x1,y1,z1]；
[0018]2)由于足扫数据必平行于某个坐标面，根据三个点对应的x,y,z与其构成三角形重心x，y，z的算数平均值rmsx,rmsy,rmsy大小来判断足扫面，min(rmsx,rmsy,rmsy)对应的为足扫所在的平面法相，例min(rmsx,rmsy,rmsy)
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>rmsz，则足扫所在平面为xoy；
[0019]3)获取三个关键点两两之间的长度L12，L13，L23；L12为长度最小，长度最小的两个点为当前三个点创建的三角形短边方向；获取三个点对应的编号位置，P1
‑
P2位于脚掌位置，P3即为足跟位置；
[0020]4)获取L12对应的中心点P0，结合前面获取的足扫所在的平面xoy，获取L03与坐标轴x或者坐标轴y的夹角θ，对足扫以及创建的三个关键点以z轴为旋转轴，旋转对应角度，将足扫与对应的坐标轴对齐；
[0021]所述鞋垫与足扫旋转指定的方位并进行对齐包括：
[0022]1)获取P1、P2两点在x,y,z三个方向的Δx，Δy，Δz，获取max(Δx，Δy，Δz)找到对应的短轴所在的坐标轴X轴；同理，获取P1、P3或者P1、P2两点在x,y,z三个方向的Δx，Δy，Δz，获取max(Δx，Δy，Δz)找到对应的长轴所在的坐标轴Y轴；
[0023]2)利用获得的鞋垫旋转轴，将足扫数据旋转至指定的方向，即X轴
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长轴，Y轴
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短轴；
[0024]3)由于是在鞋垫底部创建的关键点，将足扫在z轴方向的最小值与关键点z进行对比，确定是否对足扫进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，其特征在于：在该方法中，包括以下步骤：S1、创建定制化鞋垫设计项目文档；S2、选择所需的鞋垫模板；S3、导入足扫足压数据及关键点创建；S4、鞋垫模板与足扫一键摆位；S5、基于多点联动的鞋垫自定义设计；S6、生成实体，并以stl格式导出。2.根据权利要求1所述的一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，其特征在于：在步骤S4中，所述鞋垫模板与足扫一键摆位为在设计过程中需要将鞋垫与足扫数据摆齐，便于用户进行对比设计；所述足扫数据是用户脚掌处于某一平面进行点云重构获取的，其所在CAD参考平面位置会有差异，因此在做操作前先对其位置进行摆位，在下一步曲面重构切割时需要指定切割方向；摆位的最终结果为长轴
‑
X轴，短轴
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Y轴，鞋垫底面
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Z轴负。3.根据权利要求2所述的一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，其特征在于：步骤S4中所述鞋垫模板与足扫一键摆位具体实现方法包括：足扫与坐标轴对齐、鞋垫与足扫旋转指定的方位并进行对齐；所述足扫与坐标轴对齐包括：1)在足扫数据底部创建三个关键点P1[x1,y1,z1]，P2[x1,y1,z1]，P3[x1,y1,z1]；2)由于足扫数据必平行于某个坐标面，根据三个点对应的x,y,z与其构成三角形重心x，y，z的算数平均值rmsx,rmsy,rmsy大小来判断足扫面，min(rmsx,rmsy,rmsy)对应的为足扫所在的平面法相，则足扫所在平面为xoy；3)获取三个关键点两两之间的长度L12，L13，L23；L12为长度最小，长度最小的两个点为当前三个点创建的三角形短边方向；获取三个点对应的编号位置，P1
‑
P2位于脚掌位置，P3即为足跟位置；4)获取L12对应的中心点P0，结合前面获取的足扫所在的平面xoy，获取L03与坐标轴x或者坐标轴y的夹角θ，对足扫以及创建的三个关键点以z轴为旋转轴，旋转对应角度，将足扫与对应的坐标轴对齐；所述鞋垫与足扫旋转指定的方位并进行对齐包括：1)获取P1、P2两点在x,y,z三个方向的Δx，Δy，Δz，获取max(Δx，Δy，Δz)找到对应的短轴所在的坐标轴X轴；同理，获取P1、P3或者P1、P2两点在x,y,z三个方向的Δx，Δy，Δz，获取max(Δx，Δy，Δz)找到对应的长轴所在的坐标轴Y轴；2)利用获得的鞋垫旋转轴，将足扫数据旋转至指定的方向，即X轴
‑
长轴，Y轴
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短轴；3)由于是在鞋垫底部创建的关键点，将足扫在z轴方向的最小值与关键点z进行对比，确定是否对足扫进行鞋面翻转；4)获取足扫及鞋垫模板中心坐标，利用平移操作将两者对齐。4.根据权利要求3所述的一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，其特征在于：在步骤S5中，基于多点联动的鞋垫自定义设计包括鞋垫模板重构获取网格线，对鞋垫模板STL文件进行切割，获取相应的特征线，实现鞋垫模板的重构，并生成网格文件，用于
后续的曲面生成及调整等几何操作；所述鞋垫模板重构获取网格线包括：1)鞋垫模板分割线生成：鞋垫模板切割；获取内部长轴及短轴切割线交点以及边缘轮廓点，短轴nx，长轴ny，剔除长度小于短轴切割线；获取内部长短轴切割线交点及边缘轮廓点，创建样条曲线，在此基础进行线段分割获取新的控制点；重新获取短轴切割点，对边缘轮廓进行切割，获取鞋垫长轴方向前后端的线段，用于后续的线段分割；2)控制点及网格线创建：对短轴及前面获取的前后短线段进行等值分割点，分割数＝ny；网格线及点编号方向：轮廓线
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顺时针，内部点
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从下往上
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从左往右。5.根据权利要求4所述的一种基于OpenCascade与COIN3D的定制化鞋垫设计方法，其特征在于：在步骤S5中，基于多点联动的鞋垫自定义设计还包括曲面生成，鞋垫曲面的生成使用的是FreeCAD中的Surface模块，具体包括：1)通过鼠标拖拽实现曲面调整：利用Coin3D创建用于鼠标拖拽的虚拟点及网格线，鼠标选中移动虚拟点，然后将虚拟点...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴可，王森，刘飞，曾昭会，
申请(专利权)人：沪渝人工智能研究院，
类型：发明
国别省市：