宣臻

（江西服裝學院 服裝設計學院，南昌 330201）

引言

鞋楦在制鞋過程中發(fā)揮著重要的模具作用，出于對鞋楦設計效率的考慮，本文主要采用三維立體掃描技術來有效完成健美鞋鞋楦的設計，以滿足穿著舒適的實際需求。

一、鞋楦是鞋設計的重要依據(jù)

在健美鞋設計中，鞋楦發(fā)揮著重要作用。鞋楦是健美鞋的母體，其特征點及特征線直接體現(xiàn)健美鞋的長短肥瘦及造型，并且決定了健美鞋的舒適度以及對腳部運動是否有利。鞋楦雖然是基于腳型規(guī)律而設計的，但其并非就是機械式地重復與模仿人體腳，是從科學分析的角度出發(fā)，對腳進行美化與藝術化的處理，技術性、藝術性特點突出，讓鞋楦成為腳的模特，只有精美的楦型才能設計出精美的健美鞋。

（一）鞋楦標準化的應用

鞋楦主要是根據(jù)人的腳的形狀而形成起來的，是鞋類設計中不可缺少的模型及定型工具。鞋楦的特征部位與特征尺寸眾多，在這方面國家有明確的規(guī)定，即將楦底樣長和長度每一部位的特征點與跖圍為標準尺寸，鞋楦底盤寬度也應作為標準尺寸，楦底各部位寬度允許在加減半個型的范圍內任意取值。楦底由第五跖趾部位之后，楦體上部楦統(tǒng)口后端點往前站腳長22%的位置處為鞋楦后身，在設計鞋楦時其后身可以不做任何改變，僅對其頭式進行相應的調整。鞋楦標準化的應用縮短設計的時間，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品標準化。

（二）鞋楦數(shù)據(jù)的重要特征點與特征線

鞋楦的特色是由特征點與特征線組成。鞋楦特征點是特征識別的前提條件，能夠讓設計者對掃描鞋楦特征點的位置及其功能有一定的掌握。從鞋楦測量學的角度上看，所謂鞋楦特征點，顧名思義就是標識測量位置的各個界點或者測點，如鞍點等。其一般處于腳尖最前點，楦后跟最后點等核心位置。國家明確指出，從兩個方面體現(xiàn)鞋楦的特征信息：一方面是沿鞋楦底樣長度尺寸，我們稱之為“號”；另一方面是沿底樣長縱剖面面積或周長，以說明鞋楦的胖瘦，我們稱之為“型”。鞋楦表面存在兩條特征線，我們將其共同定義成中心特征線為經(jīng)過統(tǒng)口前點、繞口后點和鞋楦最前點的表面曲線；跖圍特征線為鞋的楦頭中寬度最大的表面曲線。鞋楦制作與以上這兩個因素緊密相連，也是三維技術識別的核心數(shù)據(jù)。

> 圖 1

> 圖2

二、三維自動識別技術

三維自動識別系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)識別來完善鞋楦設計。鞋楦的原材料主要以高壓和低壓聚乙烯混合物為主。如果鞋楦的結構及其造型設計的不合理，那么不僅妨礙了鞋的定型與舒適度，而且還會加大鞋的生產(chǎn)難度。

（一）數(shù)據(jù)識別原理

自動特征識別系統(tǒng)在對obj格式的數(shù)據(jù)文件讀入后，可能得出所有類型的掃描鞋楦數(shù)據(jù)，像左鞋楦、右鞋楦等，從鞋楦的特征點角度來及時有效地識別，通過準確判斷與識別所有數(shù)據(jù)種類明確后續(xù)處理步驟。如果實際識別的鞋楦特征點信息是不規(guī)律的或者難以識別到鞋楦部分核心特征點，那么這就不屬于正確模型。鞋楦的形狀與人體之間差別很大，但在獲取鞋楦和人體的數(shù)據(jù)過程中，均采用三維掃描儀來獲取的，存在諸多的相似點。因此可運用截面法識別鞋楦的特征。

（二）數(shù)據(jù)測量過程

通過預處理手段對系統(tǒng)讀入的掃描數(shù)據(jù)文件進行一番處理后，統(tǒng)口前點與統(tǒng)口后點處于平面狀態(tài)，并且楦后跟也有一些特征點處于平面狀態(tài)，前撐與后撐均處于X軸的位置上。利用做過原點垂直于Z軸的切面以此掌握了解截面環(huán)求取統(tǒng)口后點、統(tǒng)口前點、楦底后端點等各部分的特征點。由于該截面環(huán)中涉及了鞋楦的最前點，因此再次進行切面最終獲得鞋楦最前點。由鞋楦后跟凸點的地方根據(jù)X軸正方向相應的偏移距離進行垂直在X軸上的切面最終了解截面環(huán)，對于截面環(huán)中水平間距較遠的屬于跖圍。以趾圍為依據(jù)得到跖圍的最高水平點與最低水平點。再次實施切面，該切面在Z軸上處于垂直狀態(tài)，從跖圍最高水平點到跖圍最低水平點一定距離的方向偏移，以獲得鞋楦最前點。進行以統(tǒng)口前點與鞋楦最前點為依據(jù)且在X-Z平面上處于垂直狀態(tài)的切面以獲取截面環(huán)，將截面環(huán)中一段截面線段的距離散納入到中心特征線范圍內。從鞋楦最前點、統(tǒng)口前點、統(tǒng)口后點角度來進行鞋楦的左右之分。（圖1）

三、鞋楦三維模型的構建與加工技術

三維立體掃描技術在快速掃描鞋底實物、金屬模型與實物模具后，得到具體的點云數(shù)據(jù)信息，對該數(shù)據(jù)進行相應的處理后生成了CAD三維數(shù)據(jù)模型，通過該模型完成鞋楦的模具設計。密切結合數(shù)字化技術與數(shù)控機床，構建具有個性化意義的鞋楦數(shù)據(jù)庫，從而集足型掃描和鞋楦設計制作為一體。

（一）CAD鞋楦模型建立

在構建鞋楦的數(shù)學模型過程中，應開展必要的數(shù)學掃描，進而獲得鞋楦CAD模型。比如，通過離散法造型構建鞋楦的曲面體模型；基于鞋楦的形體特征分為諸多個性質非常相似的面片，然后根據(jù)相關要求將諸多個面片拼接在一起，最后成為一個整體，將基于AutoCAD環(huán)境的Visual C+ +作為編程語言來完成鞋楦面的設計工作；此外，通過不均勻的B樣條構建模型，通過openCL渲染環(huán)境，通過三維掃描技術完成鞋楦曲面的實體造型。此軟件的優(yōu)勢在于采用數(shù)字化手段完成文件的輸入與輸出；一個楦頭可以和各種鞋楦模型連接；明確裁剪剖面并實現(xiàn)良好的連接；對鞋楦側面外形的長度進行一定的調整，通過掃描儀對側面圖形的數(shù)字參數(shù)進行及時讀取，并在剪貼板中詳細記錄該數(shù)字參數(shù)；對各種鞋楦模型進行規(guī)范標準測量，并將測量的數(shù)據(jù)信息記錄在精準化的技術文件中。

（二）CAD優(yōu)化處理技術

三維技術優(yōu)化設計鞋楦造型。以鞋楦的外形為基礎提供一個數(shù)字化模型，通過掃描儀對鞋楦三個側面的截面進行輸入輸出，再輸入楦外形、楦跟、楦底、楦頭來獲得不同的部位的優(yōu)化設計。首先，適當調整鞋楦進而設計一個新的楦頭，第二，模板可選用掃描儀，也可選用剪貼板，在進一步選用楦跟編輯器，對楦跟的外觀加以改變。第三，選用掃描儀或者文件的模板和楦底曲線編輯器，按照各種楦側面和楦底對楦底的周邊曲線進行準確的計算、整改及裁剪。新增或者不要楦底曲線，在需要的情況下再適當?shù)募右哉{整，利用局部編輯器，在定義標準和較為封閉的空間環(huán)境中來進行不同程度的整改來獲得滿意的鞋楦造型。

CAD三維建模優(yōu)化技術有效補充了傳統(tǒng)設計的不足。以往中人們設計鞋產(chǎn)品時，一般都必要在完成樣品楦后才能真正的看到最終的設計成效，這是傳統(tǒng)設計的一大弊端。而隨著計算機技術的發(fā)展，利用計算機能將樣品楦的立體圖形展示在電腦屏幕上，以便設計人員對一些欠缺的地方進行整改。這不僅有助于豐富設計人員的想象空間，設計更多更優(yōu)的產(chǎn)品，而且減少了人力、物力的投入量，實現(xiàn)了較高的經(jīng)濟效益目的。

（三）CAD輔助加工技術

鞋楦三維造型軟件的功能是對計算機屏幕上顯示的鞋楦圖形進行加工， 通過CAD連接數(shù)控設備的進而使其變成鞋楦實物。數(shù)控刻楦機屬于鞋楦CAD/CAM的最終輸出設備，在整個系統(tǒng)中是不容小覷的環(huán)節(jié)，其精確性與可靠性的高低直接決定了正在加工的鞋楦的外觀精美度。實際中，我們常見的加工方式有三軸數(shù)控銑床加工、快速原型法加工、專業(yè)開發(fā)數(shù)控刻楦機加工。其中，在鞋楦加工中應用三軸數(shù)控銑床，主要對鞋楦曲面進行劃分，使其成為上下曲面，在銑床中進行分別加工，然后把上下曲面粘結起來，最后通過手工的方式打模出鞋楦母模。在鞋楦制造過程中采用快速原型法，首先利用層壓輥對片材與熱敏膠進行加壓后粘結起來，并且處于上方位置處的激光器通過計算機CAD模型得到的數(shù)據(jù)，移動為位移控制器，經(jīng)過一番切割，使其成為鞋楦輪廓形狀，進行拋光處理后采用光亮劑涂抹于其表面。三軸數(shù)控銑床加工和快速原型法加工僅局限于對母楦的設計制造，無法投入到批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為此，專用開發(fā)CAD數(shù)控楦機是鞋楦加工的最佳設備。

數(shù)控刻楦機主機通過三坐標聯(lián)動的方式完成加工，通過專門的氣動或者液壓夾具把加工的毛坯楦固定于C軸上，在C軸步進電機的驅動下可將C軸作為中心旋轉，并利用液壓機構帶動Z軸滑動工作臺向Z方向邁進。利用X軸步進電機與絲桿帶動處于Z軸滑動工作臺上的X軸向工作臺向X方向平行移動。利用平皮帶驅動銑刀來使X軸滑動工作臺中固定的防爆電機高速率轉動。所以在X軸滑動工作臺與Z軸滑動工作臺的共同作用下，轉動速率極快的刀盤能夠自由地在X與Z平面上運轉，對銑刀刀盤及C軸兩個中心之間的距離加以控制就能夠根據(jù)測量所得的鞋楦輪廓數(shù)據(jù)來順利完成整個毛坯楦截面外部輪廓的加工，將一些不必要的材料全部切割掉，從而得到最終的鞋楦。（圖2）

鞋楦的整體加工過程結束后，要用前面提到測量設備來精確測量成品鞋楦，測量所得數(shù)據(jù)應符合規(guī)定要求，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的不足地方，并采取有效的整改措施，確保最終的成品與設計人員的模型相一致。

四、三維鞋楦設計技術展望

隨著我國社會的快速發(fā)展，進一步加快了制鞋行業(yè)的發(fā)展進程，然而相較于西方發(fā)達國家的制鞋行業(yè)，我國的鞋楦設計技術還有待提高。要保證鞋楦設計的高效可靠性，就必須研發(fā)規(guī)范標準的鞋楦三維CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)可把測量所得的鞋楦數(shù)據(jù)信息儲存于計算機中，由計算機實現(xiàn)三維模型。在計算機屏幕上顯示設計結果，若結果未達到預期的要求，可重新設計整改，結合實際所需的尺寸，在尺寸的驅動下整改三維圖形。通過三維軟件開發(fā)平臺如ACIS等完成鞋楦CAD系統(tǒng)的研發(fā)。隨著CAD消費者數(shù)量的不斷提高，鞋楦設計系統(tǒng)的未來發(fā)展空間廣闊。制楦行業(yè)應注重借鑒其他同行業(yè)中運用的各類新興高效的技術、工藝、材料等一系列對企業(yè)發(fā)展有巨大幫助的技術。深入到西方國家制楦行業(yè)中進行考察，吸收制楦精髓，并在此基礎上加以創(chuàng)新。通過先進的電子快速測量法對整個國家群眾的腳型進行全面普查，構建專門的腳型數(shù)據(jù)庫，并以此為依據(jù)制定本國的鞋楦標準。實際中，有很多人因為穿鞋不當而最終引起了腳疾的發(fā)生。培養(yǎng)一批專業(yè)素質強的科研設計團隊，籌集大量的科研經(jīng)費，致力于研發(fā)更為精致的制楦工藝，重視科研的必要性，為制楦行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展提供有力的技術依據(jù)。總而言之，我們只有盡快制定各類高效完善的措施對策，不斷深入分析研究，才能達到國際先進水平，進而處于國際市場最前沿。

五、結論

三維CAD技術不僅能夠準確獲取鞋楦的數(shù)據(jù)，而且采用自動特征識別在鞋楦CAD系統(tǒng)內對鞋楦模型進行一番預處理，使掃描鞋楦通過諸多截面求交，全面反映鞋楦的特征點及特征線，再通過CAD數(shù)控設備的輔助，達到對鞋楦深入優(yōu)化設計，符合現(xiàn)代人們對健美鞋運動的要求。■