基于后跟墊高的足部形態(tài)設(shè)計增高鞋墊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增高鞋墊設(shè)計領(lǐng)域，涉及采用與增高鞋墊材質(zhì)相同的掃描用鞋墊將后跟墊高進行足部形態(tài)掃描并基于掃描得到的足部形態(tài)設(shè)計增高鞋墊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的增高鞋墊的設(shè)計是以裸足形態(tài)為基礎(chǔ)的，但在后跟墊高的情況下，相對于支撐面而言，足底大部分區(qū)域的高度會增加，使得后跟墊高時足弓高度大于裸足時的足弓高度，因而以裸足形態(tài)為基礎(chǔ)設(shè)計的增高鞋墊存在中足與鞋墊的接觸面積減小、前掌和后跟分擔(dān)的載荷增大的問題，嚴重時會導(dǎo)致穿著者出現(xiàn)前掌和后跟疼痛。增高鞋墊的上表面的設(shè)計要符合后跟墊高時的足部形態(tài)才能保證穿著的舒適性。
[0003]為了獲得后跟墊高時的足部形態(tài)，現(xiàn)有的做法是將腳視為剛體，把裸足的三維圖繞跖趾關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)至后跟高與設(shè)計增高鞋墊的跟高一致即得到后跟墊高時的足部形態(tài)。但腳上除了有剛性較好的骨骼，還有肌肉、韌帶和腱膜等彈性體，實際上腳并不是剛體。同時，增高鞋墊的加入會迫使腳處于跖屈狀態(tài)，腳趾被地面?zhèn)鬟f的壓力屈曲，引起足弓進一步升高[Hicks JH.Journal of anatomy.1954,88:25-31]，當(dāng)后跟墊得足夠高時，甚至?xí)蛊阶泔@現(xiàn)出高弓的特征，足部形態(tài)特征參數(shù)與跟高間的關(guān)系是非線性的[Makiko Kouchi ,EmikoTsutsum1.Anthropological Science.2000,108(4): 331-343]，不同跟高時的足弓升高量需通過實驗進行測定。因此，上述方法確定的后跟墊高時的足部形態(tài)并不準確，以此為依據(jù)設(shè)計的增高鞋墊會與實際情況出現(xiàn)較大偏差，為了克服該問題，需采用與實際穿著狀態(tài)一致的足部形態(tài)為設(shè)計依據(jù)來進行增高鞋墊的設(shè)計。
[0004]用于制造鞋墊的材料絕大部分都是不透明的，將不透明的鞋墊在腳底進行掃描，鞋墊會遮住足底，致使掃描結(jié)果中的腳和鞋墊成為一個整體，無法觀測足底形態(tài)。目前采用的方法是選用成品鞋跟墊在腳后跟部位進行掃描以獲取后跟墊高時的足部形態(tài)[李鑫，王坤余，徐波，沈妮.站立狀態(tài)下跟高對足部維長尺寸的影響.中國皮革.2013，(18): 110-110，114]，該方法只遮住了腳后跟部分，對腳長、腳寬和圍度等參數(shù)的測量很有效，但由于成品鞋跟多采用塑料或木材等較硬的材料制作，將成品鞋跟直接墊在足底進行掃描，會造成有鞋跟和無鞋跟交界處的足底出現(xiàn)較大形變。不僅如此，由于成品鞋跟的材質(zhì)較硬，而制作增高鞋墊材料是具有可壓縮性的，掃描時硬質(zhì)成品鞋跟引起的足部形變量與實際穿著增高鞋墊時足部的形變量是不同的，因此該方法獲取的足部形態(tài)仍然不夠準確，以此為依據(jù)設(shè)計的增高鞋墊會也會與實際情況出現(xiàn)偏差。
[0005]在獲取足部形態(tài)后，需要設(shè)計增高鞋墊的上表面，目前采用的方法是:首先根據(jù)足弓的最大高度確定增高鞋墊足弓部分的上表面的最大高度，然后以此為基礎(chǔ)根據(jù)大致的足底形態(tài)憑經(jīng)驗光滑連接增高墊上表面的其余部分。但實際上，足底是較復(fù)雜的三維空間曲面，需要確定一系列的特征點的位置后才能較為準確地確定增高鞋墊上表面的形狀，現(xiàn)有方法這樣僅憑經(jīng)驗確定增高鞋墊上表面形狀，沒有客觀數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，操作的重復(fù)性差，容易造成設(shè)計出的增高鞋墊與實際足底情況出現(xiàn)偏差，影響穿著的舒適度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于后跟墊高的足部形態(tài)設(shè)計增高鞋墊的方法，以設(shè)計出更符合后跟墊高時足底實際情況的增高鞋墊，提高增高鞋墊穿著的舒適性。
[0007]本發(fā)明提供的基于后跟墊高的足部形態(tài)設(shè)計增高鞋墊的方法，包括以下步驟:
[0008](I)制作掃描用鞋墊
[0009]掃描用鞋墊呈楔形，其長度從足部后跟延伸到跖趾關(guān)節(jié)，厚度從足部后跟端到跖趾關(guān)節(jié)端逐漸變薄，足部后跟端的厚度與增高鞋墊的跟高一致，跖趾關(guān)節(jié)端的厚度為0.5?1_，該掃描用鞋墊位于中足內(nèi)側(cè)下方的部位被掏空以在掃描足部三維圖像時不遮擋足弓，采用與制作增高鞋墊相同的材料制作掃描用鞋墊；
[0010](2)掃描足部三維圖像
[0011]受試者采用雙腿站直的姿勢，將掃描用鞋墊置于腳下，利用三維足部掃描儀掃描左腳和右腳在后跟墊高時的足部三維圖像；
[0012](3)建立三維坐標系、確定設(shè)計點
[0013]將后跟墊高時的足部三維圖像導(dǎo)入三維設(shè)計軟件中并建立三維坐標系:以所述三維圖像中掃描用鞋墊底面所在平面為xy平面，掃描用鞋墊底面后跟端的中點為坐標原點，以坐標原點與第二趾的趾跟中點的連線為y軸，由坐標原點指向第二趾的趾跟中點方向為正，X軸位于xy平面上且垂直于y軸，由足部內(nèi)側(cè)指向外側(cè)方向為正，z軸垂直于xy平面，由掃描用鞋墊的底面指向足底的方向為正;在中足內(nèi)側(cè)區(qū)域?qū)?yīng)的xy平面上，每間隔3?5mm作平行于X軸和y軸的直線形成網(wǎng)格線，從各網(wǎng)格線的交點沿z軸正方向作xy平面的垂線，以所作垂線與足底面的交點為特征點，選取多個特征點作為設(shè)計點，測量并記錄各設(shè)計點到xy平面的距離；
[0014](4)設(shè)計增高鞋墊上表面及其他部位
[0015]假設(shè)足弓在運動時相對于靜止站立時足弓最大高度處的下降量為d，0<cK 5mm，將距離xy平面最遠的設(shè)計點沿z軸負方向平移d，將其他設(shè)計點沿z軸負方向平移m，將平移后的各設(shè)計點連接形成光滑的曲面，該曲面即為增高鞋墊足弓部分的上表面，然后根據(jù)足底形態(tài)設(shè)計增高鞋墊上表面的其他部位、根據(jù)鞋底上表面的形狀設(shè)計增高鞋墊的下表面，增高鞋的長度從足部后跟延伸到跖趾關(guān)節(jié)、厚度從足部后跟端到跖趾關(guān)節(jié)端逐漸變薄，其跟高與掃描用鞋墊后跟端的厚度一致、跖趾關(guān)節(jié)端的厚度為0.5?1mm，連接增高鞋墊的上下表面，即完成增高鞋墊的設(shè)計；
[0016]m的確定原則為:各設(shè)計點平移后仍然保持平移前的相對位置關(guān)系且平移后的各設(shè)計點能連接形成光滑的曲面，O ^ m<d。
[0017]上述方法中的步驟(4)中，采用至少3個不同的d值設(shè)計出至少3種增高鞋墊，制作出相應(yīng)的增高鞋墊，放入鞋腔試穿，根據(jù)試穿舒適度得到優(yōu)選的鞋墊設(shè)計方案;優(yōu)選采用3?5個不同的d值。
[0018]上述方法的步驟(3)、(4)中，可采用各種三維設(shè)計軟件進行增高鞋墊的設(shè)計，例如常用的三維設(shè)計軟件Delcam PowerShape、Rhinoceros等。
[0019]上述方法的步驟(3)中，具體選擇多少個特征點作為設(shè)計點根據(jù)實際設(shè)計增高鞋墊時所針對的腳形態(tài)進行確定，例如，根據(jù)腳的長短、肥瘦、足弓形態(tài)等來確定，而這些又與性別、年齡、足部是否存在畸形與病變等情況有關(guān)，選取的設(shè)計點的數(shù)量越多，設(shè)計的增高鞋墊足弓部分的上表面越準確，但隨著設(shè)計點數(shù)量的增加，設(shè)計時數(shù)據(jù)處理的工作量和難度也會增加，綜合上述各種因素考慮，要得到合適的增高鞋墊足弓部分的上表面，需要選取至少10個特征點作為設(shè)計點。
[0020]通常，正常的足部形態(tài)基本上是左右腳對稱的，對于適用于這類左右腳基本對稱的增高鞋墊的設(shè)計，在步驟(3)、(4)中可僅針對左腳或者右腳的足部三維圖像進行增高鞋墊的設(shè)計，然后按照左右腳的對稱關(guān)系得到另一只腳的增高鞋墊;對于左右腳足部形態(tài)不一致，需要專門定制增高鞋墊的情況而言，在步驟(3)、(4)中則分別根據(jù)左右腳的足部三維圖像進行增高鞋墊的設(shè)計。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1.本發(fā)明提供了一種設(shè)計增高鞋墊的新方法，該方法通過對掃描用鞋墊進行改進，在掃描足部三維圖像時獲取到了準確度較高的后跟墊高時的足部形態(tài)，在此基礎(chǔ)上，該方法通過在足部三維圖像中建立坐標系，通過作網(wǎng)格線和垂線的方式尋找供設(shè)計增高鞋墊表面用的設(shè)計點，根據(jù)這些設(shè)計點并結(jié)合足弓在運動時相對于靜止站立時的下降量綜合確定增高鞋墊的上表面形狀，由于獲取的足部形態(tài)數(shù)據(jù)更為準確，增高鞋墊上表面的確定方法科學(xué)合理，因而本發(fā)明所述方法設(shè)計的增高鞋墊更加符合后跟墊高時的足部實際情況，穿著舒適性更好。
[0023]2.本發(fā)明所述方法充分考慮到了掃描用鞋墊的材質(zhì)和形態(tài)對準確獲取后跟墊高時的足部形態(tài)的影響，采用與制作增高鞋墊相同的材料制作掃描用鞋墊，由于二者材質(zhì)相同，因而能保證掃描足部形態(tài)時與穿著增高鞋墊時的足部形變量的一致性，同時由于制作掃描用鞋墊的材質(zhì)較軟，因而在有無鞋墊的交界部位所引起的足部形變量不大，并且將掃描用鞋墊位于中足內(nèi)側(cè)下方的部位掏空，由于中足處掃描用鞋墊的墊高高度已經(jīng)不太高，僅掏空位于中足內(nèi)側(cè)的部分，在掃描時不會引起大的足部形變，也不影響掃描時足弓形態(tài)的獲取，因而本發(fā)明所述方法獲取的足部形態(tài)更加準確，以此為基礎(chǔ)設(shè)計的增高鞋墊與實際情況的偏差更小，穿著舒適度更好。
[0024]3.由于足弓的高度在運動的過程中會發(fā)生變化，而雙腳站姿的足部形態(tài)與行走時的足部形態(tài)最為接近且穩(wěn)定性好，因此本發(fā)明所述方法采用雙腳站姿狀態(tài)進行掃描獲取足部形態(tài)，獲取的足部形態(tài)與運動時的形態(tài)是接近的。在運動時，單支撐期的足部受力大于雙腳站姿時的足部受力，會使足弓高度略低于雙腳站姿，但現(xiàn)有的測試手段無法獲取足弓在運動時的具體形變量。本發(fā)明所述方法根據(jù)經(jīng)驗估計足