面向个性化定制的脚楦测量与舒适度评价系统

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脚楦测量与舒适度评价技术是面向个性化定制的鞋类制造的关键技术。本文基于计算机视觉、计算机图形学、数字几何处理方面的技术,对脚型与楦型的线性与非线性参数的测量问题进行了深入研究,并在测量技术的基础上提出了基于脚楦运动仿真的舒适度的评价方法。结合各项研究成果,实现了一套集三维模型获取、处理、参数测量、仿真模拟、舒适度评价与模型编辑功能为一体的应用系统。本文开展的工作主要为:  对脚型与楦型的线性与非线性参数的测量技术进行了研究。为了解决鞋楦围长的高精度测量问题,探索了流形曲面上的子曲面问题。为了获取某种意义上的最优子曲面,提出了理想子曲面的概念,并在理想子曲面内通过构造测地映射来参数化该子曲面,进而自然地定义了子曲面的平均长度这一度量。提出了扩展的测地线即为流形曲面上具有最短平均路径的子曲面的概念及相关理论。  提出了一种基于扩展测地线的高精度鞋楦围长测量方法,将鞋楦围长测量问题可以转化为求解鞋楦曲面上定位点问的扩展测地线。该方法使用带曲面约束的质点弹簧系统来迭代计算鞋楦围长测量中皮尺的曲面位置。由于带曲面约束的质点弹簧系统势能与子曲面的平均长度具有相同的变化趋势,故将扩展测地线和质点弹簧系统的势能统一了起来。实验结果表明,本文提出的高精度的鞋楦围长测量方法达到了制鞋行业的精度要求。  提出了一种基于可变形三维网格的脚楦仿真方法。使用刚体变换和几何变形技术对脚楦三维模型进行对齐配准,再使用物理模型对脚楦受力进行运动仿真,模拟了脚穿入鞋内后的模型变化。此基础上提出了基于各个测量参数差异的脚楦舒适度评价方法,提高了评价的可信度与真实度,在实际应用上也提高了鞋类个性化定制的整体满意率。  最后,将面向个性化鞋类定制中的各项技术整合集成为一套完整的系统。系统具备客户脚型的获取、脚型参数测量、鞋楦参数测量、脚楦模型的对齐匹配、脚楦模型的变形仿真、脚楦舒适度评价以及鞋楦曲面编辑等基本功能。初步满足了数字化的个性化鞋类定制服务的软硬件需要。  上述工作的主要贡献与技术创新点为:  1、基于中国鞋楦尺寸检测方法(GB/T3294-1988),提出了基于扩展测地线的数字鞋楦围长测量方法。据我们了解,这是第一个达到我国制鞋产业所要求的0.5mm测量精度的围长测量方法。同时,该测量方法为数字化模型上更为广泛的测量问题提供了参考;  2、流形曲面上扩展测地线理论的提出,从实际问题出发,为流形上的曲线装配了子曲面结构,拓展与丰富了测地线这一重要概念;  3、提出了基于可变形脚楦模拟的舒适度评价方法,初步解决了面向个性化定制的制鞋业中最为关键的舒适度评价问题。
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