女鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)方法的探討

沈妮

（成都紡織高等?？茖W(xué)校，四川成都611731）

引言

當(dāng)今，信息技術(shù)高速發(fā)展，市場競爭越發(fā)激烈，中國鞋業(yè)想在市場競爭中占有優(yōu)勢地位，就必須實(shí)現(xiàn)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化和數(shù)字化。標(biāo)準(zhǔn)化就包含了設(shè)計(jì)要素的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化兩大方面。設(shè)計(jì)要素的標(biāo)準(zhǔn)化中，最重要的就是鞋楦的標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)樾傅慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度上影響了成鞋的舒適性。同時，在鞋楦的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，底弧設(shè)計(jì)是一個影響鞋類舒適度的重要因素。

1 理論基礎(chǔ)及技術(shù)支持

1.1 鞋楦底弧設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

根據(jù)鞋廠長期的制鞋經(jīng)驗(yàn)，鞋楦的前蹺和后翹之間相互存在一定的聯(lián)系，如表1所示，鞋廠制作女鞋常用的前蹺和后翹尺寸[1]。

鞋楦底心凹度測量方法就是用直尺垂直放在前掌凸度和踵心凸度點(diǎn)上，再觀測腰窩部位點(diǎn)距直尺間的距離，即得底心凹度值[1]。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，常用女鞋底心凹度在跟高不同時，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同，見表2[1]。

1.2 腳型測量方法

腳型測量方法可以分為手工測量和數(shù)字化測量兩個方面。同時，腳型測量方法也可以分為二維測量和三維測量兩個方面。二維測量主要指腳印的測量，三維測量主要指圍度的測量。手工二維測量可以采用踏腳印器、油印板等進(jìn)行腳印的采集，再運(yùn)用直尺進(jìn)行腳印的測量，手工三維測量可以采用記號筆標(biāo)記各個關(guān)鍵部位點(diǎn)，再運(yùn)用軟尺進(jìn)行各個圍度的測量。隨著科技的發(fā)展，腳型測量逐漸實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，腳印的采集可以應(yīng)用足部光學(xué)掃描儀進(jìn)行掃描，再通過二維軟件對圖像進(jìn)行測量分析，而數(shù)字化三維測量則可以通過足部三維掃描儀對腳型進(jìn)行掃描，再通過相應(yīng)的三維軟件對足部模型進(jìn)行測量。日本INFOOT光學(xué)3D掃描儀是本研究進(jìn)行腳型采集的主要儀器，如圖1。

2 鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)

2.1 鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)思路

鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)以腳型底弧曲線為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合參考鞋楦，以及前期鞋楦設(shè)計(jì)研究基礎(chǔ)展開設(shè)計(jì)，腳型底弧曲線的獲取思路如下圖2。

基于腳型底弧及參考鞋楦的女鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)思路如圖3。

表1 鞋廠女鞋常用的前、后翹高尺寸[1]（mm）

表2 常用女鞋底心凹度數(shù)據(jù)表[1]（mm）

圖1 INFOOT足部三維掃描儀

圖2 腳型底弧曲線的獲取流程圖

圖3 鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)流程圖

2.2 腳型底弧曲線采集

腳型底弧曲線采集時，根據(jù)不同跟高的鞋楦需求，采集正常人腳墊跟靜止?fàn)顟B(tài)下的三維腳型模型，因此測量時，保持所有被測試者雙腳裸足狀態(tài)，一支腳在掃描儀內(nèi)，一支腳在掃描儀外部踏板上，雙腳受力平衡，雙腿正常站立，掃描時腳為靜止不能移動，避免外部光線進(jìn)入掃描儀內(nèi)。掃描前，對于測試者的腳部標(biāo)記點(diǎn)包括∶第一跖趾、第五跖趾、第五跖骨粗隆、后跟最凸點(diǎn)。測量時正確的站姿如圖4。

在測試者墊跟裸足狀態(tài)下，掃描腳型后觀察3D模型是否光滑平順，若不符合則需要重新掃描。若符合標(biāo)準(zhǔn)掃描，則獲取模型，運(yùn)用Delcam powerSHAPE-Pro 2013軟件觀察模型，標(biāo)記關(guān)鍵部位點(diǎn)，如圖5。通過模型底視圖中軸線成面，與模型相交運(yùn)算，獲取三維腳型底弧，如圖6。

2.3 鞋楦底弧分段設(shè)計(jì)

2.3.1 生成參考鞋楦底弧

明確設(shè)計(jì)思路，確定前后翹高度，選擇參考鞋楦，如圖7。通過鞋楦底視圖中軸線成面，與模型相交運(yùn)算，獲取參考鞋楦底弧，如圖8。

2.3.2 明確鞋楦、腳型底弧部位點(diǎn)及分段區(qū)域

參考《鞋楦設(shè)計(jì)》[1]著地點(diǎn)位置即是跖趾圍線與底弧的交點(diǎn)為理論的著地點(diǎn)位置。前期研究表明，運(yùn)動狀態(tài)下，隨著鞋跟高度變化，著地狀態(tài)變化，前掌壓力中心COP位置處于在一定范圍內(nèi)變化的趨勢[2]，因此，本研究定義前掌著地點(diǎn)位置附近為前掌著地區(qū)域。

緩沖區(qū)最凸點(diǎn)的研究關(guān)鍵在于如何確定緩沖區(qū)最凸點(diǎn)的位置，本研究主要結(jié)合鞋楦廠師傅經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的定位，即采用作圖法定位緩沖區(qū)最凸點(diǎn)。假定一個直尺無限靠近一個鞋楦底弧，直尺總會與鞋楦底弧相切于兩點(diǎn)，其中一點(diǎn)是鞋楦底弧的后翹端點(diǎn)O，另一點(diǎn)則是底弧緩沖區(qū)最凸點(diǎn)G，如圖9。

腰窩區(qū)域則是介于跟口部位點(diǎn)和緩沖區(qū)最凸點(diǎn)之間的區(qū)域，該區(qū)域最凹處為底心。腰窩區(qū)域主要對應(yīng)的是腳型的足弓區(qū)域。由于足弓具有一定的彈性，可以輔助人類行走，因此，在設(shè)計(jì)底弧腰窩高度時，需要留一定的彈性空間。

前期研究表明，后翹端點(diǎn)O沿底弧線往前尖方向腳長23%處定義為跟口部位點(diǎn)H，跟口線與水平線的夾角為θ，跟口斜度為tanθ，如圖10。同時，鞋楦跟口斜度與后翹高度有著一元線性關(guān)系，即Y=0.372X-4.795(Y為跟口斜度tanθ，X為后翹高度)[3]。

2.3.3 分段設(shè)計(jì)新的鞋楦底弧

結(jié)合三維腳型、參考鞋楦底弧，分段設(shè)計(jì)新的鞋楦底弧，如圖11。

（1）將參考鞋楦、三維腳型底弧1∶1導(dǎo)入CorelDRAW平面軟件；

（2）根據(jù)前后翹高度和參考鞋楦底弧、后弧線，建立底弧卡板基準(zhǔn)線；

（3）根據(jù)鞋楦設(shè)計(jì)風(fēng)格，底弧前蹺段、前掌著地區(qū)域可參照參考鞋楦底弧進(jìn)行以著地點(diǎn)為中心的凸度設(shè)計(jì)；

（4）底弧緩沖區(qū)、腰窩段以腳型底弧為依據(jù)設(shè)計(jì)；

（5）底弧后跟區(qū)域的確定則根據(jù)公式Y(jié)=0.372X-4.795(Y為跟口斜度 tanθ，X為后翹高度)計(jì)算確定。

（6）平滑連接各段曲線，獲取新的鞋楦底弧，如圖12。

圖4 三維掃描正確站姿圖

圖5 三維腳型

圖6 三維腳型底弧

圖9 確定底弧緩沖區(qū)最凸點(diǎn)

圖7 參考鞋楦

圖8 參考鞋楦底弧

圖10 跟口及斜度

圖11 分段設(shè)計(jì)新的鞋楦底弧

圖12 新的鞋楦底弧

3 結(jié)果與討論

女鞋楦底弧的設(shè)計(jì)對女鞋舒適度有一定的影響。本文將女鞋楦底弧分為前蹺段、前掌著地區(qū)域、緩沖區(qū)、腰窩段、后跟段五個部分，再分別根據(jù)參考鞋楦、三維腳型以及相關(guān)的理論研究基礎(chǔ)展開設(shè)計(jì)。將三維掃描代替手工測量，數(shù)字化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)，有利于鞋楦高精度，高舒適度生產(chǎn)，該設(shè)計(jì)方法將在女鞋舒適度研究，定制鞋設(shè)計(jì)，鞋楦設(shè)計(jì)數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化等領(lǐng)域發(fā)揮一定作用，但對于鞋楦底弧各分段設(shè)計(jì)變化對女鞋舒適度的具體影響還需要進(jìn)一步研究。