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摘 要：在功能鞋垫建模操作体验和实物鞋垫足底压力分散效果两方面，对通用建模软件Rhino和专业建模软件Delcam PowerSHAPE 在功能鞋垫设计上的优缺点进行比较分析。
关键词: 鞋垫；建模；设计软件
1 引言
在鞋类体育用品领域，功能鞋垫3D 设计建模近年来逐渐成为产品开发极为重要的一部分。对于一些运动 项目而言，精确设计的鞋垫可以提高专业运动员的训练和竞技水平[1]。可用于3D 设计建模的软件有很多，如Rhino，Pro-e，AutoCAD 等，目前在鞋垫设计中，Delcam 公司开发的鞋类及其部件3D 设计系统在业内比较流行，而利用通用软件建模的例子比较少见。随着制鞋产业数字化进程不断加速，将通用软件应用于功能 鞋垫产品开发是除专业软件外又一条值得探索的途径。
本实验将从建模过程中的操作体验以及依据模型加工出的实物鞋垫足底压力分散效果这两方面，对通用软件 Rhino 与Delcam 软件进行比较评测，以期为未来的功 能鞋垫设计开发提供参考。
2 试验部分
2.1 试验仪器及材料
仪器：INFOOT 三维扫描仪，Novel-Pedar 足底压力测量系统。
材料：EVA 发泡树脂。
软件：Delcam-Powershape 软件、Rhinoceros 4.0。
2.2 Rhino 软件建模
将INFOOT 三维扫描仪获取的足部三维模型导入Rhino 软件，借鉴矫形鞋垫设计方法[2], 并根据脚的骨骼结构[3]，找出建模所需足部 的关键部位, 根据足底的轮廓，生成鞋垫上表面结构曲线。根据试验用鞋鞋楦底样[4]，制作鞋垫下表面结构曲线，如图1 所示。 （图片）
图1 使用Rhino 软件设计的鞋垫结构曲线 根据结构曲线，放面成型，如图2 所示。（图片） 2.3 Delcam 软件建模
根据Delcam 软件鞋垫建模流程[5]，进行受试者足底数据采集— 鞋垫底样设计—鞋垫轮廓设计—鞋垫造型曲线构建—鞋垫整体造型调整，关键部位设定数据与Rhino 软件一致，建模如图2 示。
2.4 足底压力测试
将模型导入CNC 雕刻机加工，在足部三维模型提供者的帮助下， 使用Novel-Pedar 足底压力测量系统进行实物鞋垫压力测试，控制步速1m/s，每双鞋垫测3 次，每次时间20s。
3 分析及讨论
3.1 操作体验分析
在线条控制上，Rhino 软件可以通过控制点，方便快捷的调整， 而Delcam 软件虽然有调节杆，却不易于掌控，在点的位置会形成尖突。然而，在绘制脚底轮廓时，Delcam 软件线条易于自动跟踪脚的底面 轮廓，Rhino 软件容易出现偏移。
在成型方面，Rhino 软件与Delcam 软件都有多种不同的成型方式。Delcam 软件的智能曲面工具很强大，生成曲面便捷，可以自动 计算拟合曲面。Rhino 软件生成曲面相对来说条件要高些，在曲线未 能接合情况下，曲面会出现起伏和不平。但就最终的成型结果来说，两款软件在曲面的平滑程度方面差别不大。
在模型观察方面，Delcam 软件对于导入的脚型直接显示为渲染效果，脚各部位的细节可以很清楚的观察 到，可以直接在上面绘制结构线。而Rhino 软件则显示为网状结构，需要单独渲染，才能观察到细节部分， 而且绘制结构线的时候，渲染效果不能同步，需要一边绘制一边打开渲染进行修改，比较麻烦。对比如图3。（图片） 在软件操作环境上，Rhino 软件对于硬件要求不 高，功能强大，普适性强，运算速度快，稳定性高。Delcam 软件对于硬件要求较高，配置一般的电脑运行会出现死机的 现象，运算速度慢。
3.2 压力数据分析
将足底压力测试数据进行整理，Rhino 软件设计鞋垫和Delcam软件鞋垫都取中间11 步数据，用Q-Q 图筛除奇异值，整理如图4、图5 所示。（图片） （图片） 由图4、图5 可知，在正常步速下，两种鞋垫各部位的平均峰值压力和平均峰值接触面积差异很小，基本一致，可以说明，用两种建 模方式制作的鞋垫，其物理构型的差异很小。
4 结论
在鞋垫3D 建模设计中，Delcam 软件的优点在于渲染效果好，在设计结构线的过程中能清楚的观察到脚型，且贴着已有模型自动跟踪 获取轮廓线功能强大，方便设计编辑，缺点在于对电脑硬件要求高。而Rhino 软件的优点在于对线的编辑及关键点的捕捉操作很流畅方便， 占用电脑内存空间较小。缺点在于建模步骤较为繁琐。但从实物鞋垫的压力数据对比可以看出，两个软件所建立出的鞋垫的物理构型相差不大。
参考文献
[1] 罗逸苇, 姜明. 鞋垫的设计与制造[J]. 中国皮革,2006(6)
[2] Cheung J T M , Zhang M. Parametric design of pressure-relieving foot orthosis using statisticsbased finite element method[J]. Medical Engineering& Physics, 2008(30): 269-277
[3] 舒先涛. 人体解剖学简明图谱( 英汉对照)[M]. 武汉: 湖北科学 技术出版社,2004
[4] 陈国学. 鞋楦设计[M]. 北京: 中国轻工业出版社,2005
[5] 喻伟才, 徐波, 何有节. DelcamPowerSHAPE 在功能鞋垫 建模上的应用[J]. 中国皮革,2011(1)
3/11/2013
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