【摘 要】
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随着3D扫描技术等非接触测量技术的快速发展,点云表示3D形状已被接受为曲面的常见描述,这催生出了相关的数字化建模方法。但至目前,一般的表面配准和曲面拟合等方法虽然可以较方便地实现曲面的参数化建模,但不适用于处理医疗和康复领域中常见的精细化、精准化定制设计任务,如医用压力袜的设计任务。这是因为这些方法往往需要较多的特征点来提高形状表示的平滑度与光顺性,这将不可避免地导致精度和计算效率之间的平衡困境;
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随着3D扫描技术等非接触测量技术的快速发展,点云表示3D形状已被接受为曲面的常见描述,这催生出了相关的数字化建模方法。但至目前,一般的表面配准和曲面拟合等方法虽然可以较方便地实现曲面的参数化建模,但不适用于处理医疗和康复领域中常见的精细化、精准化定制设计任务,如医用压力袜的设计任务。这是因为这些方法往往需要较多的特征点来提高形状表示的平滑度与光顺性,这将不可避免地导致精度和计算效率之间的平衡困境;此外,为保证施压的精准性,特征点的选择应符合解剖学事实,而不是通过纯由算法拾取。为了克服上述问题,本文提出了基于非均匀有理B样条（NURBS）的人体腿部参数化建模方法,利用解剖学特征点构建NURBS小腿曲面模型,并提出了NURBS拟合曲面误差指标函数,实现了面向压力袜定制的人体小腿高精度建模。具体工作如下:一、基于人体及解剖学的特征数据点提取。经过数据初始化、重采样之后,基于解剖学特征分析周长分布,确定关节截面;继而对每层关键界面的轮廓曲线进行曲率分析识别关键点;最后将所获得的关键点进一步组合重构以形成矩形拓扑结构的型值点网格,从而为进一步基于NURBS曲面建模做好准备。二、人体小腿NURBS曲面模型建立及误差分析。实现了基于上述特征点的控制点反算,并建立了小腿的NURBS二次连续曲面;提出了面向一般性的NURBS拟合曲面快速误差估计的误差指标函数,避免了将NURBS曲面进行额外的基变换与有理多项式相乘的运算;通过进一步节点调整提升曲面拟合精度,结果表明,本文模型在对国人小腿3D模型数据进行重构时平均误差低至3.7‰,较前人小腿参数化模型精度提升一个数量级。本研究利用了NURBS曲面能够较好保证型值点的通过性、型值点之间区域的光顺性优点,为医用压力袜定制所需的高精度人腿模型参数化问题给出了一种高效解决方案。相关方法和技术有助于推进其他高精度定制穿戴品及压力类康复穿戴品的设计与制造。
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