[发明专利]一种基于三维鞋楦的数字化开板方法

说明书

本发明公开了一种基于三维鞋楦的数字化开板方法，包括以下步骤：在三维鞋楦模型上设计绘制样式曲线；按精度要求离散鞋楦曲面，构建基于半边数据结构的三角形面片网格模型；构造映射关系，在构造的半边数据结构的网格模型中，从边界开始查找连接领域最多的三角形面片，并把它转换到指定平面上；搜索与已展平三角形面片共边、共点相连的待展平三角形；根据与已展平三角形面片相连边长等比例确定展平三角形，得到欲展平三角形面片的初始位置；直到展平所有三角形面片到平面；根据面积坐标映射关系，提取鞋楦曲面上展平到平面后的样式曲线，根据曲线交叉提取闭合轮廓进行分片。上述技术方案，算法步骤简单、展平效果突出和计算效率优良。

技术领域

本发明涉及鞋楦技术领域，具体涉及一种基于三维鞋楦的数字化开板方法。

背景技术

在传统的鞋样设计中，主要采用“糊纸法”，即将美纹纸粘贴在鞋楦外表面，接着在美纹纸上设计样式曲线，然后揭下美纹纸展平到纸板上，分片取跷，最后才能生产样品鞋。在数字化制造大趋势下，在制鞋行业的平面开板计算机辅助设计软件已有较高普及。平面开板计算机辅助设计软件主要功能是从鞋样半面板开始，通过扫描半面板生成图像，然后按样板勾画设计线进行分片，最后输出切割生成样板。在方便获取鞋楦模型情况下(或者3D扫描或者CAD设计模型)，从三维鞋楦开始设计样式曲线，然后生成平面切割样板，对提供效率和效益都具有很大价值。

鞋楦的外形一种复杂曲面，好比传统手工美纹纸粘贴展平会存在局部的褶皱或拉伸，在数学意义上是不可展曲面(高斯曲率K≠0)。把复杂的曲面展平到平面的得到外形轮廓涉及很多应用比如船舶，汽车、飞机的外壳以及服装下料等。在计算机图形学中的曲面参数化、纹理映射本质上也是同类问题。

基于上述不同行业的应用回溯复杂曲面展平的研究。复杂曲面展开问题的研究可追溯到二十多年前Manning提出的基于等距树的计算机模式化裁剪方法。此后，国内外学者针对不同应用领域、采用不同的展开方法，做了大量相关研究。其中有利用力学模拟方法来展开曲面，例如McCartney提出的方法，首先将曲面Delaunay三角化，然后将三角形依次变换到平面，并用迭代法使得变形能量最小。该方法虽然解决了大部分曲面展开问题，但是对表面曲率变化较大的复杂曲面时，仍存在一些问题。比如离散曲面初始几何展开时，出现构不成三角网格的情况；对初始展开平面利用弹簧－质点模型进行力学修正时，出现震荡发散不收敛现象。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种算法步骤简单、展平效果突出和计算效率优良的基于三维鞋楦的数字化开板方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于三维鞋楦的数字化开板方法，包括以下步骤：

(1)在三维鞋楦模型上设计绘制样式曲线；

(2)按精度要求离散鞋楦曲面，构建基于半边数据结构的三角形面片网格模型，半边数据结构是构造相邻三角形的点、边、面之间的关系，以便后续遍历和查询；

(3)按精度要求把样式曲线离散后获得多段线，把多段线节点投影到网格模型曲面上，记录投影到三角形面片的面积坐标，构造映射关系；

(4)在构造的半边数据结构的网格模型中，从边界开始查找连接领域最多的三角形面片，并把它转换到指定平面上；

(5)搜索与已展平三角形面片共边、共点相连的待展平三角形；根据与已展平三角形面片相连边长等比例确定展平三角形，得到欲展平三角形面片的初始位置；

(6)根据弹簧质点模型，把三角形面片顶点作为质点，三角形面片的各条边视有弹簧连接，进行物理建模，构造运动平衡方程；以初始三维位置为初始弹性约束，边长的变化为附加的内力，进行势能释放，迭代求解优化展平位置；每步迭代优化过程进行三角形折叠检测和求解精度判断，如果满足精度要求结束求解；否则继续迭代求解，直到满足结束条件；

(7)重复步骤(4)到步骤(6)，直到展平所有三角形面片到平面；