[發明專利]基于位置動力學的三維腳模型與鞋楦模型的匹配方法

有效

• 申請號: 201710982873.0
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107752228B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 汪夢畢;李云鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學常州工業技術研究院
• 主分類號: A43D1/04
• 分類號: A43D1/04;G06F17/50
• 代理公司: 32280 常州市權航專利代理有限公司
• 代理人: 朱鑫樂<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種基于位置動力學的三維腳模型與鞋楦模型的匹配方法，涉及虛擬試鞋技術領域，該方法以人腳和鞋楦的三維網格模型為基礎，使用基于位置動力學的物理仿真算法，模擬人腳穿鞋的最終形態與受力狀況，該方法能夠實現自動的腳楦匹配，腳模型的變形符合物理規律，能比較真實的模擬人腳穿鞋的最終形態和受力狀況，方法運行效率高、穩定性強。

技術領域

本發明涉及虛擬試鞋技術領域，尤其涉及一種基于位置動力學的三維腳模型與鞋楦模型的匹配方法。

背景技術

目前人們在網購平臺上選購鞋子時往往是根據自己的腳的長度碼數和寬度碼數，但是人腳是復雜的三維形狀，由于每款鞋子的鞋型不盡相同，因此這樣的選擇方式往往不能保證鞋子尺寸合腳。

鞋楦是對人腳的抽象，是鞋的母體和制鞋的基礎和重要模具，一雙鞋穿著是否舒適關鍵要看鞋楦是否合適。所以通過三維鞋楦模型和腳模型的匹配模擬消費者穿鞋的最終形態，再對匹配的結果進行受力分析，得出合腳性評價，從而幫助人們在網絡上選購合適的鞋子應該是一個可行的方案。

現有的腳楦匹配方案有很多種，例如由Li等人提出了一種基于有向包圍盒(OBB)和軸向包圍盒(AABB)的腳楦模型配準方法。Leon等人提出了用迭代最近點算法(IterativeClosest Point，ICP)處理腳楦匹配問題。馮糧城等人提出了基于軸變形的腳楦匹配方法，將腳楦匹配分為空間位置對準和腳型變形兩個主要步驟。李萌堅人提出的腳楦匹配過程綜合了以上方法，第一步使用包圍盒方法做腳楦模型的初始對齊，第二步使用ICP算法做腳楦迭代配準，第三步使用變形算法對腳做變形處理，針對普通跟高的鞋使用軸變形算法，，針對高跟鞋使用分段變形融合算法達到腳楦匹配的目的。Jia Yu等人利用有限元分析軟件ABAQUS，通過對人腳三維有限元模型的不同部位施加不同的力，對人腳穿入高跟鞋進行了物理仿真。以上這幾種腳模型與鞋楦模型的匹配方法還存在一些不足，例如基于包圍盒技術和最近迭代點算法的腳楦匹配還需人工調整才能達到比較好的匹配效果。基于軸變形和分段融合變形的腳楦匹配方法中，腳模型的變形基于幾何規律，變形狀態不夠真實。而基于有限元的動態仿真效率低，仿真不穩定等。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：現有技術中幾種腳模型與鞋楦模型的匹配方法存在的不足，例如：需人工調整才能達到比較好的匹配效果、腳楦匹配最終形態中腳模型的變形不夠真實、動態仿真效率低，本發明提供了一種基于位置動力學的三維腳模型與鞋楦模型的匹配方法來解決上述問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于位置動力學(PositionBased Dynamics，PBD)的三維腳模型與鞋楦模型的匹配方法，包括以下步驟：

S1、將三角網格數據格式的腳模型進行四面體有限元網格劃分；

S2、將三角網格數據格式的鞋楦模型與所述腳模型放入同一空間坐標系中并進行幾何對齊；

S3、對腳模型和鞋楦模型進行初始匹配仿真：

S301、設置初始匹配仿真的算法參數，包括楊氏模量E，泊松比υ，約束方程的求解迭代次數，時間步長△t，約束方程剛度系數α為1；

S302、初始化腳模型頂點p_i的位置x_i，速度v_i和質量m_i

x_i＝X_i,v_i＝0,m_i＝1

其中i表示頂點序號，X_i表示第i個頂點的初始位置坐標；

S303、在每個時間步長△t更新頂點的速度：

v'_i＝v_i+△tw_if_ext (p_i)