天津室内建模软件技术的发展和应用

参数化建模在鞋底设计中的操作张亚川，崔丽娜，黄灿艺（泉州师范学院，福建 泉州 ）摘要：跟着增材手艺的成长，参数化设计迎来了更除夜的成漫空间，参数化设计在鞋类产物设计中应用将是一个趋向，它不单可以简化设计流程，还可以提高设计效力。文章以步履鞋除夜底的设计为例，将足底压力分布作为参数化设计中图象干扰的首要影响成分，实现步履鞋除夜底的设计与建模。经由过程参数化设计实践，验证了参数化设计在鞋底设计中可行，同时获得了一种用参数化设计鞋底的新的设计思绪和编制。关头词：参数化设计；鞋底设计；足底压力Application of Parametric Modeling in Sole DesignZHANG Yachuan,CUI Lina,HUANG Canyi(Quanzhou Normal University,Quanzhou ,,China)Abstract：With the development of additive technology, parametric design has ushered in a greater development space. The application of parametric design in footwear design will be a trend. It can not only simplify the design process, but also improve the design efficiency. In this paper, taking the design of the outsole of sports shoes as an example, the plantar pressure distribution is taken as the main influence factor of image interference in parametric design to realize the design and modeling of the outsole. Through the practice of parametric design, the feasibility of parametric design in sole design is verified, and a new idea and method of parametric design of sole is obtained.Keywords：Parametric design；Sole design；Plantar pressure简介：张亚川（.－），男，内蒙古赤峰人，泉州师范学院，硕士研究生在读，研究标的方针为服饰艺术设计标的方针，yolozyc.com。通信人：黄灿艺（.－），男，福建泉州人，泉州师范学院副教授，博士，研究生导师。研究标的方针为服装服饰设计理论，服装结构与人体工程，.com。 参数化设计概念及在鞋类设计中应用参数化设计是一种设计思惟而非应用某种软件或建模手艺[]。在参数化设计中，参数反映的是设计要素之间的逻辑关系，各个组件之间的是动态的[]。参数化设计具有可逆性、可视化、快速便捷的优势。参数化设计是对传统设计过程的填补成长，为设计供给了加倍理性化的思惟模式[]。在建筑设计规模，建筑师扎哈·哈迪德的参数化设计建筑作品像是艺术品[]。产物设计规模也闪现了如宝马Vision Next 、Marco Hemerling的“衍生椅”等作品，如图。服装设计规模，设计师Iris Van Herpen、Jamela Law等应用参数化设计，分袂设计了服装，气焰怪异布满未来感。在鞋类规模，如阿迪达斯的“Futurecraft D”步履鞋，国内品牌匹克的“源型”等产物也几回闪现。一款鞋从设计到上市普遍需要一年到两年的时刻，更新迭代较慢，同质化严重，对比之下参数化设计有着良多的优胜性。首先参数化设计可以在计较机中完成对复杂造型的建模，时刻较短；其次操作有限元分化去评估设计方案，加倍便捷成本更低，Xiaoying Liu等[]经由过程有限元分化的编制对鞋底结构进行对比。，虚拟模子可经由过程D打印的编制一体成型，它规避了模具研发与制造过程，相较于传统制造编制可下降的原材料及能源破耗[]。D打印同样成为比来几年来几近所有国际一线鞋类品牌的必争之地。图 参数化设计在不合规模的操作 参数化鞋底建模. 足底压力测量本次建模实践需要操作足底压力数据作为节制设计形态的参数，所以需要考试考试对足底压力进行测量，从而获得足底压力分布图片。考试考试采纳Foot Scan足底压力测量系统，Foot Scan足底压力测量系统可以自动陈述出步态时刻周期、足底压力改变与身移的相对关系、足底压力分布、足部平衡分化、摆布脚足底压力对比等内容。考试考试经由过程对被测者跑步时的足底压力分布数据进行汇集，图是某位被测者足底压力汇集点的压力随时刻改变的曲线，其中线条为足跟部所受压力随时刻改变的曲线，声名在落地瞬间，足跟部收到的冲击力最除夜，随后慢慢削减。线条、和分袂是第、跖趾关节、足跟个部位压力在足跟落地后随时刻改变的曲线[]。从图中可以看出，足底压力分布较除夜的区域分袂是足跟与前掌区域。图 足底压力峰值点的压力-时刻. 建模平台的选择Grasshopper（简称GH）是一款可视化图形算法编纂器，它基于Rhino建模平台运行，是参数化设计的主流软件之一，在产物规模和建筑规模等获得普遍地应用[]。GH经由过程法度楷模算法生成三维模子，其自己具有编程属性，代码被集成到一个个的运算器中，使不具有编程能力的设计师也较等闲操作。与传统的设计编制对比，操作GH进行的参数化设计编制，可以经由过程输入算法指令，使计较机遵循算法自动生成功能；同时，GH上手较为等闲，对计较机硬件要求较低，且设计方案的调剂可以经由过程对参数的调剂直接获得改削功能，从而有用提高设计效力。本次鞋底的参数化设计就将操作Rhino与GH来进行建模，对鞋底花纹进行设计，方针是将足底压力分布与鞋底纹路的设计相连络，催生出新的设计思绪与编制。. 参数化干扰的种类渐变干扰是产物中常见的一种外不美不美观表皮样式，普遍应用于产物CMF、平面设计、包装设计等[]。干扰是经由过程渐变的参数，节制一种集群的分布具有秩序感和韵律感。在GH中首要有点干扰、线干扰和图象干扰三种编制。.. 点干扰与线干扰点干扰首先需要在方针物体外成立一个或多个干扰点，经由过程运算器求出干扰点与方针点之间的距离，再将获得的距离巨细映照为方针物体的改变数据，可以发生一种渐变纪律的分布。线干扰与点干扰的事理近似，线干扰需要在方针物体外成立一条或多条曲线，求出干扰曲线与方针点的距离，再将获得的距离巨细映照为方针物体的改变数值，经由过程线干扰可以获得渐变的下场。图 点干扰与线干扰示意.. 图象干扰图象干扰的事理与点线干扰有所不合，图象干扰是操作图片上单元像素的灰度值不合来对方针物体进行改变的。好比在灰度较除夜的区域，物体的体积较小，分布也较为希少，反之在灰度较小的处所，物体体积较除夜分布较密。图象干扰需要操作GH中的Image Sampler运算器，需要寄望的是方针物体的面积与图片的巨细要合适。遵循图象干扰的事理，可以操作足底压力分布图来对鞋底的设计进行影响，使设计加倍理性，更合适人机工程学。图 图象干扰示意. 足底压力争片数据对鞋除夜底建模的指导意义鞋除夜底的浸染主若是止滑、耐磨，经由过程对足底压力的分化，可以发现足底压力首要分布在前掌跖骨和足跟区域，在足部发力的过程中，这些区域与地面之间更等闲发生滑动，同时在这些区域鞋底的磨损也最为严重，基于这类气象在鞋底的设计上就需要着重考虑这些区域。一种编制是经由过程增除夜跖骨与足跟区域鞋底花纹与地面的接触面积来下降地面反浸染力对足部酿成的压力。除夜底花纹接触面积除夜遵循公式（），其中P指的是压强巨细，F是指鞋底所遭到的力，S指的是受力面积，当花纹着地面积S增除夜时，压强P就减小，则进入不变磨损阶段，这时辰磨损率低而不变。故增除夜花纹的面积有助于提高鞋底的耐磨性，同时增除夜花纹与地面的接触面积也有益于鞋底的止滑性[]。P=FS， 公式（）足中部受力较小，此区域可以适当下降鞋底花纹的面积，从而下降鞋除夜底的重量。在足底压力争片中可以看到，受力巨细的气象经由过程色彩的不合揭露出来，这样的分歧可以操作图象干扰映照到鞋底花纹上，用以实现上述的设计。参数化设计应用于鞋底设计的此外一个优势为，其可为特定需求供给小我定制鞋底甚至鞋款。遵循不合脚型足底压力分布的特点，经由过程指导鞋底的设计来实现定制化鞋底，让鞋产物的设计加倍理性加倍科学，知足用户分歧化的需求，如糖尿病足、专项运带动不凡需求等。 参数化除夜底建模设计. 除夜底根底曲面的成立除夜底参数化建模的首要逻辑是操作足底压力争平不合受力区域色彩灰度的不合，对曲面上生成的表皮进行干扰，所以首先需要成立生成表皮的根底曲面。经由过程在Rhino中操作曲线工具绘制出鞋底的曲线，操作挤出切割的呼吁获得根底的曲面。此时假定直接在成立的曲面上操作运算器生成表皮，会发现表皮是在切割前挤出的曲面上生成的，所以需要操作曲面的水平与垂直标的方针对所成立的曲面进行从头的拟合。图 应用曲面坐标生成鞋底表皮拟合曲面. 几何形态鞋底花纹生成鞋底的防滑机能与花纹的结构有着慎密慎密亲密的关系，花纹的结构多种多样，以几何单元遵循必定的空间、距离、标的方针进行列举，组成的纹样经常操作做鞋底花纹[]，如爬山鞋、高尔夫球鞋、足球鞋等鞋款的鞋底花纹。如六边形或蜂巢结构是常见的几何花纹，Nike在Free系列步履鞋中就操作了该结构的除夜底花纹。本次建模设计中操作GH中的Lunchbox插件来生成六边形花纹，并让花纹遵循足底压力分布来列举。Lunchbox插件可以遵循曲面UV直接在曲面上生成六边形的表皮，曲面UV指的是三维曲面在二维空间下的坐标，U即水平标的方针，V即垂直标的方针，经由过程曲面的UV标的方针便可必定纹理若何放置在曲面之上。而且表皮分布平均纪律，与曲面可以很好地吻合。经由过程节制曲面UV两个标的方针上的参数来调剂六边形分布的密度，增除夜六边形在曲面上列举的密度，有益于增除夜鞋底与地面的摩擦力。经由过程不美观不美观不雅察看分化参数选择了U标的方针，V标的方针的六边形数目排布。图 Nike Free系列跑鞋外底图 经由过程调剂参数改变分布密度. 足底压力与图象干扰调剂完表皮分布的密度后，操作运算器将每个生成的六边形沿着其中心点进行缩放，缩放的比例可操作滑块进行固定的调剂，本次建模实践操作图象干扰的事理，即足底压力分布区域色彩灰度的不合，映照为六边形缩放比例的不合。人足底受力的首要区域是前掌跖骨与后跟部位，对这些区域的止滑性需要重点考虑，经由过程放除夜花纹的形态，增除夜与地面的接触面积，可以提高这些区域的止滑性；而在受力较小的区域，可以缩小花纹来减轻鞋底的重量。将考试考试中获得的足底压力争导入到GH中，调剂巨细，选择灰度模式，经由过程区间运算器调剂六边形的巨细，将缩放的最小值与最除夜值的比例调剂为:，几何纹理分布经由过程足底压力分布数据节制，合适参数化设计的逻辑，操作参数化建模将人机工程学恰当地融入到设计傍边。图 导入并调剂图象图 调剂缩放区间. 生成模子在曲面上生成六边形花纹后，接下来就是将二维的花纹成立成三维的形体。根底的逻辑是将每个六边形沿着坐标中的Y轴挤出，但这类编制获得的模子中，所有的六边形都是朝着统一个标的方针挤出，而鞋底是一个空间中的曲面，鞋底纹路理当沿着鞋底曲面垂直的标的方针挤出，这样才能保证鞋底的贴地性。所以，在挤出表皮时，要将挤出标的方针定为每个六边形所对应的法线标的方针，如图（a）所示。因为法线不成见，故操作六边形中心点的移动和连线，可以暗示出每个六边形所对应的法线标的方针）。往后将六边形表皮沿着法线标的方针挤出，并调剂挤出长度的数值，封盖成立成实体。除六边形以外，Lunchbox中还自带了其他外形的花纹，好比菱形、三角形等，建模逻辑与六边形根底一致。事实下场下场图如图（b）所示。这样的鞋底花纹，呈有机形态分布，且单元花纹数目较多巨细纷歧，用传统的出产制造编制难度斗劲除夜，可以操作D打印手艺将虚拟模子转化为实体，今朝D打印在鞋产物上采纳的首要手艺有SLS、FDM、DP和SLA手艺等，其中SLS和FDM是两除夜主导手艺，SLS手艺是D打印鞋产物中应用最为普遍[]。表为常见的D打印手艺斗劲。今朝如Nike、Adidas等品牌都已最早操作D打印手艺来出产步履鞋，D打印可以解决传统出产编制难以解决的复杂造型制造的问题，下降了制造难度与成本，为参数化设计应用到鞋类设计规模供给了理想的出产制造手段。图 （a）挤出标的方针对比（b）下场图 结语参数化设计当下已成为十分热点的设计编制，其可以操作数据的理性分化，辅助设计师获良多种模子设计方案，催生出新设计设法、激起设计灵感、提高设计效力。本文操作参数化设计中的干扰概念，连络足底压力分布图，对鞋底的纹路进行了立异设计。经由过程设计实践注解，参数化设计在鞋底设计中考试考试的可行性，获得了一种新的设计思绪与编制。参考文献：[] Woodbury R . 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