[发明专利]基于位置动力学的三维脚模型与鞋楦模型的匹配方法

说明书

本发明提供了一种基于位置动力学的三维脚模型与鞋楦模型的匹配方法，涉及虚拟试鞋技术领域，该方法以人脚和鞋楦的三维网格模型为基础，使用基于位置动力学的物理仿真算法，模拟人脚穿鞋的最终形态与受力状况，该方法能够实现自动的脚楦匹配，脚模型的变形符合物理规律，能比较真实的模拟人脚穿鞋的最终形态和受力状况，方法运行效率高、稳定性强。

技术领域

本发明涉及虚拟试鞋技术领域，尤其涉及一种基于位置动力学的三维脚模型与鞋楦模型的匹配方法。

背景技术

目前人们在网购平台上选购鞋子时往往是根据自己的脚的长度码数和宽度码数，但是人脚是复杂的三维形状，由于每款鞋子的鞋型不尽相同，因此这样的选择方式往往不能保证鞋子尺寸合脚。

鞋楦是对人脚的抽象，是鞋的母体和制鞋的基础和重要模具，一双鞋穿着是否舒适关键要看鞋楦是否合适。所以通过三维鞋楦模型和脚模型的匹配模拟消费者穿鞋的最终形态，再对匹配的结果进行受力分析，得出合脚性评价，从而帮助人们在网络上选购合适的鞋子应该是一个可行的方案。

现有的脚楦匹配方案有很多种，例如由Li等人提出了一种基于有向包围盒(OBB)和轴向包围盒(AABB)的脚楦模型配准方法。Leon等人提出了用迭代最近点算法(IterativeClosest Point，ICP)处理脚楦匹配问题。冯粮城等人提出了基于轴变形的脚楦匹配方法，将脚楦匹配分为空间位置对准和脚型变形两个主要步骤。李萌坚人提出的脚楦匹配过程综合了以上方法，第一步使用包围盒方法做脚楦模型的初始对齐，第二步使用ICP算法做脚楦迭代配准，第三步使用变形算法对脚做变形处理，针对普通跟高的鞋使用轴变形算法，，针对高跟鞋使用分段变形融合算法达到脚楦匹配的目的。Jia Yu等人利用有限元分析软件ABAQUS，通过对人脚三维有限元模型的不同部位施加不同的力，对人脚穿入高跟鞋进行了物理仿真。以上这几种脚模型与鞋楦模型的匹配方法还存在一些不足，例如基于包围盒技术和最近迭代点算法的脚楦匹配还需人工调整才能达到比较好的匹配效果。基于轴变形和分段融合变形的脚楦匹配方法中，脚模型的变形基于几何规律，变形状态不够真实。而基于有限元的动态仿真效率低，仿真不稳定等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中几种脚模型与鞋楦模型的匹配方法存在的不足，例如：需人工调整才能达到比较好的匹配效果、脚楦匹配最终形态中脚模型的变形不够真实、动态仿真效率低，本发明提供了一种基于位置动力学的三维脚模型与鞋楦模型的匹配方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于位置动力学(PositionBased Dynamics，PBD)的三维脚模型与鞋楦模型的匹配方法，包括以下步骤：

S1、将三角网格数据格式的脚模型进行四面体有限元网格划分；

S2、将三角网格数据格式的鞋楦模型与所述脚模型放入同一空间坐标系中并进行几何对齐；

S3、对脚模型和鞋楦模型进行初始匹配仿真：

S301、设置初始匹配仿真的算法参数，包括杨氏模量E，泊松比υ，约束方程的求解迭代次数，时间步长△t，约束方程刚度系数α为1；

S302、初始化脚模型顶点p_i的位置x_i，速度v_i和质量m_i

x_i＝X_i,v_i＝0,m_i＝1

其中i表示顶点序号，X_i表示第i个顶点的初始位置坐标；

S303、在每个时间步长△t更新顶点的速度：

v'_i＝v_i+△tw_if_ext (p_i)