基于模糊层次分析的足楦匹配算法在鞋楦定制中的应用

针对现有的鞋楦定制技术没有完善的足楦匹配算法及衡量指标等问题,提出了基于模糊层次分析法（FAHP）的足楦匹配算法,通过计算鞋楦数据库中的鞋楦与足部的匹配值来决定技术路径。首先,提取8个足楦特征参数作为FAHP的准则来衡量足楦匹配情况,采用三角模糊数计算足楦特征参数的匹配值;根据各特征参数对成鞋舒适性的影响以及变形设计难易程度建立成对比较阵。然后,通过求解最大特征值的特征向量得到各参数对足楦匹配度值的权重。最后,计算出足楦匹配度值并选择技术路径。给出了足楦匹配度值计算实例,求解得到其值为0.69。结合阈值0.50、鞋楦定制标准0.80,说明该鞋楦与足部不完全匹配,但可作为变形修改设计的基础母楦。该方法可将基于鞋楦数据库的鞋楦定制与直接基于足部3D形貌的无实体楦造型等方法结合到一个系统中,提高量足制鞋的效率,降低定制成本。     

特征尺寸驱动的鞋楦参数化设计

针对鞋楦数字化设计中对非线性尺寸的约束要求,提出一种基于微分坐标变形的尺寸驱动曲面变形方法,实现围长驱动的楦型设计。基于足-楦尺寸的对应关系修改鞋楦上的非线性尺寸,将围长尺寸变化映射为围线形状的变化,再由变化后的围线形状通过网格变形技术转化为楦型曲面的形状修改。通过迭代计算,可以保证围度曲线长度的精确约束;同时,根据楦型设计规律增加的位置约束和方向约束使变形后的曲面能够继承原有楦型曲面内在的形状特征;拉普拉斯变形拥有的特征保持性特点使变形后的鞋楦仍然保持原有的楦型样式,且其最小二乘意义下的求解框架有利于均布计算误差,使变形更加光顺、自然。试验结果表明,所提方法变形自然,实用性强。     

定制鞋楦的分段自适应修改

采用光切扫描法提出了一种基于规则化点云数据的鞋楦定制算法.将规则化点云拟合为NURBS曲线后,在划分的各特征段内分别根据脚型对标准鞋楦进行整体缩放实现局部修改;然后,用基于能量优化原则同时修改控制点和权因子的方法,对标准鞋楦进行自适应修改来实现鞋楦的数字化定制.利用该算法对特定脚型进行自动化鞋楦定制,由脚型扫描至生成定制鞋楦模型的时间在120 s之内.根据此算法完成的定制鞋楦能够满足鞋楦美观性和舒适性的需求,并且缩短了常规手工定制鞋楦的时间.     

定制鞋楦的分段自适应算法

本文提出一种基于光切法扫描的规则化点云数据的鞋楦定制算法。将规则化点云拟合为NURBS曲线后,在划分的各特征段内分别根据脚型对标准鞋楦进行整体缩放以局部修改,提出了基于能量优化原则的同时修改控制点和权因子的方法,对标准鞋楦的自适应修改,以实现鞋楦数字化定制。     

面向舒适度评价的正装鞋跖围截面有限元分析

围绕鞋类舒适度感知量化及舒适度评价的问题,选取了由大量试穿经验证明舒适的鞋楦,作为舒适度标准样本,另选取同号同型,舒适度低的男士正装鞋鞋楦,进行对照试验.构建鞋楦跖围所在区域足部截面几何模型并获取跖围足底压力数据,通过有限元软件对静止站立状态下足部跖围受力与变形状况进行模拟测试,得到了相对的应力数据曲线和位移数据曲线.同时,试验数据结果是对主观舒适度评价的量化表达.将鞋类舒适度的主观因素同实验数据结果相结合,选取舒适鞋品软组织表面Von Mises X-Y峰值平均值为评价标准做出了鞋舒适性分析,结论得出,舒适度受到楦底突度、楦面曲率、轴线位置的综合影响,并且舒适的鞋楦对足部跖围横断面有相似的应力应变表现.本研究结果为鞋类舒适度的评价提供一定的参考,为舒适鞋品的生产开发提供借鉴.     

鞋楦曲面混合有理Bézier构造及刻楦过程仿真

为实现鞋楦曲面的高效精加工,研究了一种可控精度的鞋楦曲面重构方法。采用基于曲率分布和弧长对分的自适应加密方法对鞋楦原始数据进行缺损点插补和平滑处理;建立了三次NURBS曲线表示鞋楦横截面周线和轴线方向的表面曲线,并采用混合有理Bézier曲面拟合鞋楦表面;把鞋楦曲面按加工精度的要求离散后,计算得到刀具轨迹线,在Vericut平台上建立刀具模型、毛坯模型和数控刻楦机的运动模型,并对刻楦过程进行了仿真以及误差分析。结果表明,该鞋楦曲面重构方法精度可以调节,误差在允许范围内,运算量适中。     

曲线驱动的网格变形算法与应用

提出了一种曲线驱动的网格变形方法并把其应用于鞋楦的设计系统。基于三角网格模型的拓扑邻接信息,快速提取截面轮廓曲线;由主曲率极值法提取模型特征点集,利用移动最小二乘法细化该点集并对其进行排序、稀疏,然后将细化后的点集拟合为B样条曲线。计算曲线上采样点与模型上的对应点,从而使曲线与模型相关联,通过交互编辑截面轮廓曲线或特征曲线等来实现鞋楦的再设计。最后给出了该方法在鞋楦CAD系统中的功能实现。     

基于CAD/CAM集成的鞋楦快速逆向成型技术研究

研究了鞋楦的快速数字化原型技术，采用三维卤光扫描仪，快速获取原始数据；利用Geomagic软件对点云进行诸如补洞，简化等有效处理，输出．obj文件到自行开发的系统中；交互调整楦的初姑位置并自动识别鞋楦的关键特征点，对鞋楦进行整体缩放或指定特征尺寸缩放；通过镜像，自动生成另一只对应鞋楦；数据以STL格式直接输入到快速成型机进行加工，从而实现了三维扫描仪作为输入，快速成型机作为输出的集成CAD／CAM系统。     

鞋楦特征驱动的鞋底模型个性化定制变形

鞋底模型变形控制是鞋类个性化定制数字化设计的关键技术之一。针对传统变形方法难以有效地实现鞋底模型个性化定制变形的问题，提出一种鞋楦模型数据驱动的分步变形策略，并基于径向基函数插值实现鞋底模型个性化定制变形的方法。在鞋楦模型与鞋底模型的特征提取和位姿匹配完成的基础上，将级放处理后的鞋底模型变形分为水平维度、竖直维度、内部区域和外部适应4个阶段变形，分别以鞋楦模型的相关特征作为驱动，利用径向基函数插值实现鞋底网格模型变形设计。算法实例表明本方法能够降低径向基函数插值稳定性依靠形状系数所带来的影响，有效实现鞋底个性化定制变形，且变形效果稳定良好。通过对比变形前后的随机采样点的间隙余量可以发现，鞋底模型内部区域较好地适应鞋楦模型曲面特征，达到个性化定制目的。     

基于脚部三维扫描的鞋楦建模方法研究

对脚部进行三维扫描,经过网格处理,采用特征节点和特征曲线及其拓扑关系建立脚部特征模型;以脚部特征模型上的特征节点和曲线建立局部坐标系,确定鞋楦特征模板上的顶点,并完成特征模板上顶点的拓扑关系;通过2D曲线的输入,建立鞋楦侧轮廓,底面和统口轮廓曲线;最后,对鞋楦曲面做细分处理,实现了一个符合扫描脚部模型特征和定制轮廓的鞋楦造型工作。     

Rapid parametric design methods for shoe-last customization

With the development of computer-aided design (CAD) technology and increasing demands of customized footwear, shoe-lasts are requested to be designed rapidly so as to speed-up the process of footwear manufacturing. Thus, this study presents a CAD system for shoe-last rapid customized design based on the piecewise reconstruction to realize the interactive deformation and separate/global shoe-last form reuse. First, piecewise remodeling method is proposed based on the multi-layer parametric definition and contour curves are extracted from the mesh. Then, five types of proper constraints to support surface manipulation are proposed, and the draft-driven deformation by the contour curve bending can realize the interactive local surface design in free angle of view. Finally, shoe-last styles can be saved and reused globally or separately to share design results between different shoe-lasts. Experimental examples show that customized shoe-lasts can be easily and rapidly generated by adopting the parametric design methods.     

基于制造网格的虚拟企业组织变更与制造资源调度问题研究

为提高虚拟企业的组织和运营效率,引入网格技术,基于制造网格构建面向应用的虚拟企业架构。在虚拟企业环境下,根据制造资源不同的调度阶段,分别建立基于外网格的虚拟企业制造系统和基于内网格的成员企业制造子系统;提出以制造资源特征匹配为核心的虚拟企业分布式调度策略和成员企业本地调度策略。针对特征匹配过程,建立制造资源特征集,对每个特征集制订相应的匹配准则,以保证特征匹配的可行性,进而完成调度过程。最后,通过定制型人工关节产品开发实例,阐述了基于制造网格的虚拟企业组织和制造资源调度过程。     

基于NURBS曲线的凸轮廓线表达方法的研究及应用

为了使不同的凸轮廓线具有统一的表达形式,并保证凸轮廓线的光顺性,采用NURBS曲线来逼近凸轮廓线,并结合最小二乘法构建了NURBS曲线的目标函数,建立了基于NURBS曲线的凸轮廓线表达模型。将该模型用于步行式插秧机共轭凸轮推秧装置中共轭凸轮廓线的表达,拟合得到的凸轮廓线曲率变化均匀。与传统的拟合方法对比发现,用NURBS曲线拟合后得到的凸轮廓线曲率变化均匀、 误差小,需要的型值点少,从而表明采用NURBS曲线表达凸轮廓线具有明显的优势。     

NURBS及其自由变形

在分析 NURBS曲线、曲面与其参数域之间映射关系的基础上 ,建立了 NURBS实体和其参数域之间的映射关系 ,并进一步发现了基于 URBS的由变形与三参数 NU RBS实体之间的联系和自由变形的实质 ,即对三参数 NURBS实体的参数施了形状约束。将这一思想进一步推广到控制晶格顶点和权因子 ,则是我们下一步的工作     

非均匀有理B样条曲线多分辨率特征几何建模研究

NURBS曲线的几何建模,传统方法是通过模型的控制顶点对曲线进行操作、编辑和处理,繁琐费时,使NURBS曲线的设计变得十分困难。基于一种新的半正交非均匀B样条小波多分辨率技术将单一尺度几何空间变换到多尺度空域和频域空间,NURBS曲线的整体结构和局部细节被转化为曲线的多尺度整体特征和细节特征。通过对这种多尺度特征的编辑、操作和处理有效实现NURBS曲线的几何建模。     

NURBS curve and surface fitting for reverse engineering

Reverse engineering is an approach for constructing a computer-aided design (CAD) model from a physical part through dimensional measurement and surface modelling. This paper presents alternatives for reverse engineering of free-form parts using Non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) surfaces. A two-step linear approach is employed for fitting NURBS curves and surfaces using the measured points. During the first step, the weights of the control points are identified from a homogeneous system using symmetric eigenvalue decomposition. The control points are further processed in a way similar to B-spline curve and surface fitting. Some examples are presented to illustrate both the steps of reverse engineering and the process of NURBS curve and surface fitting.