1 引言
在鞋類體育用品領(lǐng)域,功能鞋墊3D設(shè)計(jì)建模近年來逐漸成為產(chǎn)品開發(fā)極為重要的一部分。對(duì)于一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目而言,精確設(shè)計(jì)的鞋墊可以提高專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練和競(jìng)技水平?捎糜3D設(shè)計(jì)建模的軟件有很多,如Rhino,Pro/e,AutoCAD等,目前在鞋墊設(shè)計(jì)中,Delcam公司開發(fā)的鞋類及其部件3D設(shè)計(jì)系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)比較流行,而利用通用軟件建模的例子比較少見。隨著制鞋產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程不斷加速,將通用軟件應(yīng)用于功能鞋墊產(chǎn)品開發(fā)是除專業(yè)軟件外又一條值得探索的途徑。
本實(shí)驗(yàn)將從建模過程中的操作體驗(yàn)以及依據(jù)模型加工出的實(shí)物鞋墊足底壓力分散效果這兩方面,對(duì)通用軟件Rhino與Delcam軟件進(jìn)行比較評(píng)測(cè),以期為未來的功能鞋墊設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考。
2 試驗(yàn)部分
2.1 試驗(yàn)儀器及材料
儀器:INFOOT三維掃描儀,Novel-Pedar足底壓力測(cè)量系統(tǒng)。
材料:EVA發(fā)泡樹脂。
軟件:Delcam-Powershape軟件、Rhinoceros 4.0。
2.2 Rhino軟件建模
將INFOOT三維掃描儀獲取的足部三維模型導(dǎo)入Rhino軟件,借鑒矯形鞋墊設(shè)計(jì)方法,并根據(jù)腳的骨骼結(jié)構(gòu),找出建模所需足部的關(guān)鍵部位,根據(jù)足底的輪廓,生成鞋墊上表面結(jié)構(gòu)曲線。根據(jù)試驗(yàn)用鞋鞋楦底樣,制作鞋墊下表面結(jié)構(gòu)曲線,如圖1所示。
圖1 使用Rhino軟件設(shè)計(jì)的鞋墊結(jié)構(gòu)曲線
根據(jù)結(jié)構(gòu)曲線,放面成型,如圖2所示。
圖2 在成型方面的對(duì)比
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2.3 Delcam軟件建模
根據(jù)Delcam軟件鞋墊建模流程,進(jìn)行受試者足底數(shù)據(jù)采集—鞋墊底樣設(shè)計(jì)—鞋墊輪廓設(shè)計(jì)—鞋墊造型曲線構(gòu)建—鞋墊整體造型調(diào)整,關(guān)鍵部位設(shè)定數(shù)據(jù)與Rhino軟件一致,建模如圖2示。
2.4 足底壓力測(cè)試
將模型導(dǎo)入CNC雕刻機(jī)加工,在足部三維模型提供者的幫助下,使用Novel-Pedar足底壓力測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)物鞋墊壓力測(cè)試,控制步速1m/s,每雙鞋墊測(cè)3次,每次時(shí)間20s。
3 分析及討論
3.1 操作體驗(yàn)分析
在線條控制上,Rhino軟件可以通過控制點(diǎn),方便快捷的調(diào)整,而Delcam軟件雖然有調(diào)節(jié)桿,卻不易于掌控,在點(diǎn)的位置會(huì)形成尖突。然而,在繪制腳底輪廓時(shí),Delcam軟件線條易于自動(dòng)跟蹤腳的底面輪廓,Rhino軟件容易出現(xiàn)偏移。
在成型方面,Rhino軟件與Delcam軟件都有多種不同的成型方式。Delcam軟件的智能曲面工具很強(qiáng)大,生成曲面便捷,可以自動(dòng)計(jì)算擬合曲面。Rhino軟件生成曲面相對(duì)來說條件要高些,在曲線未能接合情況下,曲面會(huì)出現(xiàn)起伏和不平。但就最終的成型結(jié)果來說,兩款軟件在曲面的平滑程度方面差別不大。
在模型觀察方面,Delcam軟件對(duì)于導(dǎo)入的腳型直接顯示為渲染效果,腳各部位的細(xì)節(jié)可以很清楚的觀察到,可以直接在上面繪制結(jié)構(gòu)線。而Rhino軟件則顯示為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),需要單獨(dú)渲染,才能觀察到細(xì)節(jié)部分,而且繪制結(jié)構(gòu)線的時(shí)候,渲染效果不能同步,需要一邊繪制一邊打開渲染進(jìn)行修改,比較麻煩。對(duì)比如圖3。
圖3 在顯示方面的對(duì)比
在軟件操作環(huán)境上,Rhino軟件對(duì)于硬件要求不高,功能強(qiáng)大,普適性強(qiáng),運(yùn)算速度快,穩(wěn)定性高。Delcam軟件對(duì)于硬件要求較高,配置一般的電腦運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象,運(yùn)算速度慢。
3.2 壓力數(shù)據(jù)分析
將足底壓力測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,Rhino軟件設(shè)計(jì)鞋墊和Delcam軟件鞋墊都取中間11步數(shù)據(jù),用Q-Q圖篩除奇異值,整理如圖4、圖5所示。
圖4 平均峰值壓力對(duì)比
圖5 平均峰值接觸面積對(duì)比
由圖4、圖5可知,在正常步速下,兩種鞋墊各部位的平均峰值壓力和平均峰值接觸面積差異很小,基本一致,可以說明,用兩種建模方式制作的鞋墊,其物理構(gòu)型的差異很小。
4 結(jié)論
在鞋墊3D建模設(shè)計(jì)中,Delcam軟件的優(yōu)點(diǎn)在于渲染效果好,在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線的過程中能清楚的觀察到腳型,且貼著已有模型自動(dòng)跟蹤獲取輪廓線功能強(qiáng)大,方便設(shè)計(jì)編輯,缺點(diǎn)在于對(duì)電腦硬件要求高。而Rhino軟件的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)線的編輯及關(guān)鍵點(diǎn)的捕捉操作很流暢方便,占用電腦內(nèi)存空間較小。缺點(diǎn)在于建模步驟較為繁瑣。但從實(shí)物鞋墊的壓力數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出,兩個(gè)軟件所建立出的鞋墊的物理構(gòu)型相差不大。
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