1 引言
在鞋類體育用品領域，功能鞋墊3D設計建模近年來逐漸成為產品開發極為重要的一部分。對于一些運動項目而言，精確設計的鞋墊可以提高專業運動員的訓練和競技水平。可用于3D設計建模的軟件有很多，如Rhino，Pro/e，AutoCAD等，目前在鞋墊設計中，Delcam公司開發的鞋類及其部件3D設計系統在業內比較流行，而利用通用軟件建模的例子比較少見。隨著制鞋產業數字化進程不斷加速，將通用軟件應用于功能鞋墊產品開發是除專業軟件外又一條值得探索的途徑。
本實驗將從建模過程中的操作體驗以及依據模型加工出的實物鞋墊足底壓力分散效果這兩方面，對通用軟件Rhino與Delcam軟件進行比較評測，以期為未來的功能鞋墊設計開發提供參考。
2 試驗部分
2.1 試驗儀器及材料
儀器：INFOOT三維掃描儀，Novel-Pedar足底壓力測量系統。
材料：EVA發泡樹脂。
軟件：Delcam-Powershape軟件、Rhinoceros 4.0。
2.2 Rhino軟件建模
將INFOOT三維掃描儀獲取的足部三維模型導入Rhino軟件，借鑒矯形鞋墊設計方法，并根據腳的骨骼結構，找出建模所需足部的關鍵部位，根據足底的輪廓，生成鞋墊上表面結構曲線。根據試驗用鞋鞋楦底樣，制作鞋墊下表面結構曲線，如圖1所示。
圖1 使用Rhino軟件設計的鞋墊結構曲線
根據結構曲線，放面成型，如圖2所示。
圖2 在成型方面的對比
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2.3 Delcam軟件建模
根據Delcam軟件鞋墊建模流程，進行受試者足底數據采集—鞋墊底樣設計—鞋墊輪廓設計—鞋墊造型曲線構建—鞋墊整體造型調整，關鍵部位設定數據與Rhino軟件一致，建模如圖2示。
2.4 足底壓力測試
將模型導入CNC雕刻機加工，在足部三維模型提供者的幫助下，使用Novel-Pedar足底壓力測量系統進行實物鞋墊壓力測試，控制步速1m/s，每雙鞋墊測3次，每次時間20s。
3 分析及討論
3.1 操作體驗分析
在線條控制上，Rhino軟件可以通過控制點，方便快捷的調整，而Delcam軟件雖然有調節桿，卻不易于掌控，在點的位置會形成尖突。然而，在繪制腳底輪廓時，Delcam軟件線條易于自動跟蹤腳的底面輪廓，Rhino軟件容易出現偏移。
在成型方面，Rhino軟件與Delcam軟件都有多種不同的成型方式。Delcam軟件的智能曲面工具很強大，生成曲面便捷，可以自動計算擬合曲面。Rhino軟件生成曲面相對來說條件要高些，在曲線未能接合情況下，曲面會出現起伏和不平。但就最終的成型結果來說，兩款軟件在曲面的平滑程度方面差別不大。
在模型觀察方面，Delcam軟件對于導入的腳型直接顯示為渲染效果，腳各部位的細節可以很清楚的觀察到，可以直接在上面繪制結構線。而Rhino軟件則顯示為網狀結構，需要單獨渲染，才能觀察到細節部分，而且繪制結構線的時候，渲染效果不能同步，需要一邊繪制一邊打開渲染進行修改，比較麻煩。對比如圖3。
圖3 在顯示方面的對比
在軟件操作環境上，Rhino軟件對于硬件要求不高，功能強大，普適性強，運算速度快，穩定性高。Delcam軟件對于硬件要求較高，配置一般的電腦運行會出現死機的現象，運算速度慢。
3.2 壓力數據分析
將足底壓力測試數據進行整理，Rhino軟件設計鞋墊和Delcam軟件鞋墊都取中間11步數據，用Q-Q圖篩除奇異值，整理如圖4、圖5所示。
圖4 平均峰值壓力對比
圖5 平均峰值接觸面積對比
由圖4、圖5可知，在正常步速下，兩種鞋墊各部位的平均峰值壓力和平均峰值接觸面積差異很小，基本一致，可以說明，用兩種建模方式制作的鞋墊，其物理構型的差異很小。
4 結論
在鞋墊3D建模設計中，Delcam軟件的優點在于渲染效果好，在設計結構線的過程中能清楚的觀察到腳型，且貼著已有模型自動跟蹤獲取輪廓線功能強大，方便設計編輯，缺點在于對電腦硬件要求高。而Rhino軟件的優點在于對線的編輯及關鍵點的捕捉操作很流暢方便，占用電腦內存空間較小。缺點在于建模步驟較為繁瑣。但從實物鞋墊的壓力數據對比可以看出，兩個軟件所建立出的鞋墊的物理構型相差不大。
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