[發明專利]一種緩震鞋墊的結構設計方法

有效

• 申請號: 202010972476.7
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112115528B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 童晶;陸榮杰;江超群;陳正鳴
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 韓紅莉

本發明公開了一種緩震鞋墊的結構設計方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，分別根據導入的鞋墊模型的尺寸與空間位置對采樣點進行賦值與位置調整，完成采樣矩陣的創建與初始化；步驟二，以具備孔洞結構的三周期極小曲面作為鞋墊鏤空晶格結構，根據選定的三周期極小曲面的公式進行采樣點隱函數值計算；步驟三，根據Marching Cube算法與采樣點隱函數值生成具有厚度的鞋墊模型；步驟四，最后進行鞋墊模型的頂點與鞋墊模型的面片的添加，完成具備緩震功能的鞋墊模型的創建。本發明對鞋墊緩震功能的結構實現方式進行探索，增強了鞋墊的功能性，降低了設計復雜度。

技術領域

本發明涉及一種緩震鞋墊的結構設計方法，屬于三維圖形幾何處理技術領域。

背景技術

鞋墊是與腳接觸最緊密，用于承載身體重量、吸收走路時腳和地面產生的作用力與反作用力的軟墊。現有鞋墊存在排汗、透氣性較差，通過優化材料或者使用專業軟件設計復雜結構來實現減震功能的手段不夠有效、簡便等問題。

目前主要有兩種方法可以實現具備輕量化特點的鏤空晶格結構設計：CAD方法和基于隱式曲面的設計方法。隱式曲面建模(Implicit Surface Modeling，ISM)通過使用數學函數來自由引入孔形狀，是設計多孔單元結構的有效方法。如三周期極小曲面(TriplyPeriodic Minimal Surfaces，TPMS)，在設計時非常靈活，通過改變參數調整孔結構，可以設計形狀復雜的多孔結構。和基于CAD的方法相比，TPMS能既精確又容易地控制孔結構參數，如孔隙大小、孔隙形狀和孔隙率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種緩震鞋墊的結構設計方法，本發明采用隱式曲面方法，將三周期極小曲面和Marching Cube表面重建算法結合，在事先設計好的具備一定減壓功能的鞋墊約束的空間內，進行鞋墊鏤空晶格結構的生成，使其具備輕質、緩震、透氣等特性。

為達到上述目的，本發明提供一種緩震鞋墊的結構設計方法，包括以下步驟：

步驟一，根據導入的鞋墊模型的尺寸與鞋墊模型的空間位置，對鞋墊模型的采樣點進行賦值，對采樣點進行位置調整，完成采樣矩陣的創建與初始化；

步驟二，以具備孔洞結構的三周期極小曲面作為鞋墊鏤空晶格結構，根據選定的三周期極小曲面的公式進行采樣點隱函數值計算；

步驟三，根據改進的Marching Cube算法與采樣點隱函數值生成具有厚度的鞋墊模型；

步驟四，最后進行鞋墊模型的頂點與鞋墊模型的面片的添加，完成具備緩震功能的晶格鞋墊的創建。

優先地，鞋墊鏤空晶格結構基于以下參數進行控制調整：三周期極小曲面的周期、三周期極小曲面的曲率、改進的Marching Cube算法的頂點和改進的Marching Cube算法的等值面位置關系判斷閾值。

優先地，步驟一包括以下內容：

根據導入的鞋墊模型的物理尺寸設置待創建的晶格鞋墊的表示精度和待創建的晶格鞋墊的孔隙度來決定鞋墊模型的采樣點個數。

優先地，步驟一還包括以下內容：根據鞋墊模型的物理AABB包圍盒與采樣點的個數對采樣點進行物理坐標的賦值，根據鞋墊模型的邏輯AABB包圍盒與采樣點的個數對采樣點進行邏輯坐標的賦值，以完成采樣矩陣的創建。

優先地，步驟一還包括以下內容：使用射線求交技術確定鞋墊模型在物理AABB包圍盒內的空間位置，根據鞋墊模型在物理AABB包圍盒內的空間位置對部分采樣點進行位置調整，以壓縮部分采樣點的方式完成采用矩陣的初始化。

優先地，包括以下內容：

基于所選用于作為鞋墊鏤空晶格結構的三周期極小曲面的公式進行采樣點隱函數值計算，設置改進的Marching Cube算法的位置判斷閾值，選取構成具有厚度的鞋墊鏤空晶格結構的采樣點；