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KR102755255B1 - Apparatus and method for making user customized insole - Google Patents

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KR102755255B1
KR102755255B1 KR1020160132175A KR20160132175A KR102755255B1 KR 102755255 B1 KR102755255 B1 KR 102755255B1 KR 1020160132175 A KR1020160132175 A KR 1020160132175A KR 20160132175 A KR20160132175 A KR 20160132175A KR 102755255 B1 KR102755255 B1 KR 102755255B1
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insole
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foot
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김상훈
김형수
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제주한라대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 3차원 스캐너를 통해 사용자의 발을 스캔하고, 스캔된 발 모델을 통해 특징점을 추출한 후 상기 특징점을 기초로 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a device and method for manufacturing a customized insole, and more particularly, to a device and method for manufacturing a customized insole, which scans a user's foot using a three-dimensional scanner, extracts feature points from a scanned foot model, and then manufactures an insole optimized for the user based on the feature points. The present invention extracts feature points from a foot model obtained using a three-dimensional scanner for the user's foot, and then aligns the feature points of an insole model adaptively deformed according to the size of the foot with the feature points of the foot model according to an automatic alignment algorithm, and provides an insole model optimized for the user's foot by adjusting the height so as to maximize the rigidity of the insole model so as to maintain the shape of the insole model while dispersing and minimizing energy according to a load applied by the user, and supports the manufacturing of the insole using a three-dimensional printer based on the insole model, thereby increasing the accuracy of insole manufacturing and providing an optimal insole that takes into account even the deformation of the insole shape due to the user's load, thereby improving the comfort, balance, and stability of the user when walking.

Description

사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법{Apparatus and method for making user customized insole}{Apparatus and method for making user customized insole}

본 발명은 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 3차원 스캐너를 통해 사용자의 발을 스캔하고, 스캔된 발 모델을 통해 특징점을 추출한 후 상기 특징점을 기초로 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device and method for manufacturing a customized insole, and more particularly, to a device and method for manufacturing a customized insole that scans a user's foot using a three-dimensional scanner, extracts feature points through a scanned foot model, and then manufactures an insole optimized for the user based on the feature points.

신체에서 지면과 인체를 지지하는 하체 중에서 지면과 가장 가까이 있는 발은 우리의 생활에서 가장 중요한 직립 자세 유지와 보행을 가능하게 한다. 발은 생체 역학적으로 가장 안정되게 체중을 분산시켜 몸의 균형을 맞추고 직립 자세 유지와 보행, 그리고 체중을 분산시켜 몸의 안정성을 유지하는데 역할을 한다. 따라서 오래 걷거나 서 있을 때 피로를 직접적으로 받는 부분이다.The feet, which are closest to the ground among the lower body that supports the ground and the human body, enable us to maintain an upright posture and walk, which are the most important in our lives. The feet play a role in maintaining the balance of the body by distributing the weight most stably biomechanically, maintaining an upright posture and walking, and distributing the weight to maintain the stability of the body. Therefore, it is the part that directly receives fatigue when walking or standing for a long time.

이런 충격을 완화하기 위해 발은 세 개의 아치(arch)로 구성되어 있으며, 종류는 내측 종아치(medial longitudinal arch), 외측 종아치(Lateral longitudinal arch), 횡 아치(Lateral longitudinal arch)로 구성되어 있다.To cushion this impact, the foot is made up of three arches: the medial longitudinal arch, the lateral longitudinal arch, and the lateral longitudinal arch.

종아치는 내측, 외측 두 부분의 형태로 되어 있는데 아치가 발의 내측에 있는 부분이 내측 종아치이고 외측에 있는 부분이 외측 종아치이다. 종아치는 뒤꿈치와 중족골(Metatarsal bone) 사이에 위치하며, 중간에는 뼈와 인대로 이루어져 있다. 횡아치는 볼이라고 알고 있는 전족부와 발가락 사이에서 가로방향으로 형성되어 있고, 중족골 아치는 발볼 아래 위치해 있다. 이렇게 내측 종아치, 외측 종아치, 횡아치가 있는데 이렇게 아치에 몸의 무게가 지지되었을 때 아치가 낮아지면서 무게를 분산하고 보행하면서 오는 충격을 감소시켜 준다. 하지만 아치에 무리한 힘을 가함으로써 신체피로, 부상 및 만성질환이 발생하는 원인이 족부의 기능적 특성에 있다고 밝혀지고 있다. 따라서 족부의 특성을 보완하기 위해 신발을 제작하여 발을 보호하였다.The arch is made up of two parts, the medial and lateral arches. The part on the inside of the foot is the medial arch, and the part on the outside is the lateral arch. The arch is located between the heel and the metatarsal bone, and the middle is made up of bones and ligaments. The transverse arch is formed horizontally between the forefoot, known as the ball, and the toes, and the metatarsal arch is located under the ball of the foot. There are the medial arch, lateral arch, and transverse arch, and when the weight of the body is supported by the arch, the arch is lowered, distributing the weight and reducing the shock from walking. However, it has been revealed that the cause of physical fatigue, injuries, and chronic diseases caused by excessive force on the arch is due to the functional characteristics of the foot. Therefore, shoes were made to complement the characteristics of the foot and protect the foot.

신발은 진흙, 모래, 오염물질, 작업 중에 발의 보호, 미끄럼 등의 문제를 해결하기 위해서 고안 되었다. 신발의 구성은 크게 9가지로 나눌 수 있는데, 갑피(Upper), 밑창(Outsole), 중창(Midsole), 뒷굽(Heel wedge), 인솔(Insole), 뒤보강(Back counter or heel counter), 설포(Tongue), 발목 깃(Ankle collar), 코싸게, 앞보강(toe cap) 등이 존재한다.Shoes are designed to solve problems such as mud, sand, contaminants, foot protection during work, and slipping. The composition of shoes can be broadly divided into nine parts: upper, outsole, midsole, heel wedge, insole, back counter or heel counter, tongue, ankle collar, toe cap, etc.

이러한, 신발의 구성에서 인솔(insole, 또는 안창)은 충격을 흡수하고 몸의 체중을 왼쪽과 오른발에 분산함으로써 발에서 받는 피로와 통증을 감소시키는 인솔은 사용자의 신체와 밀접히 관련된 구성부이다.In the composition of these shoes, the insole is a component closely related to the user's body that absorbs shock and reduces fatigue and pain in the feet by distributing the body's weight to the left and right feet.

인솔(insole)은 발바닥과 직접 닳는 부분으로서, 보통 신발의 안쪽에 위치하며, 쿠션을 제공하고 착화감(fitting)을 좋게 하는 역할을 한다. 최근에는 보행에 도움을 줄 수 있는 의료보조기구의 역할도 한다. 인솔은 몸의 압력 하중이 발바닥에 전해지는데 이를 효율적으로 분산하는 기능을 가진다. 일반적으로 보행에서 압력은 입각기(stance phase)에 나타나는데 잘못된 자세나 질환을 가진 사람은 발의 압력 분포의 특성이 아주 뚜렷하게 나타나게 된다. 이를 측정하는 도구(족저 압력 측정 장치)를 이용하여 수치적으로 산출해 낸다. 더 나아가 인솔의 높이에 대한 연구로 척추(vertebral)의 에너지 흡수와 주위 근육의 효율성을 위해서는 시상면상(sagittal plane)의 목뼈, 등뼈, 허리뼈의 균형이 중요하며, 허리 엉치각이 척추굽이와 자세를 유지하는데 중요하다고 한다.The insole is a part that is directly worn on the sole of the foot, usually located on the inside of the shoe, and provides cushioning and improves the fit. Recently, it has also been used as a medical assistive device that can help with walking. The insole has the function of efficiently distributing the body's pressure load transmitted to the sole of the foot. In general, pressure appears in the stance phase during walking, and people with poor posture or diseases show very distinct characteristics of the pressure distribution of the foot. This is calculated numerically using a measuring tool (plantar pressure measuring device). Furthermore, research on the height of the insole has shown that the balance of the cervical, thoracic, and lumbar vertebrae in the sagittal plane is important for the energy absorption of the vertebral column and the efficiency of the surrounding muscles, and the lumbar sacral angle is important for maintaining the spinal curve and posture.

여기서 중요한 점은 높은 굽은 신체의 중력 중심을 바꿔 변동 폭을 증가시키고 보행을 방해하며, 척추 및 하지 관절의 운동각에 변화가 생겨 골반경사각을 증가시키고, 근피로 유발, 균형 능력 감소와 낙상위험도를 높이게 된다고 밝혀져 있다.The important point here is that a high curvature changes the center of gravity of the body, increasing the range of motion and hindering walking, and changes the angle of motion of the spine and lower extremity joints, increasing the pelvic tilt angle, causing muscle fatigue, reducing balance ability, and increasing the risk of falling.

상술한 바와 같이 사용자의 신체와 밀접한 관련이 있는 인솔의 제작에 있어서 질병이나 질환의 원인과 현상을 과학적이고 체계적으로 규명하여 사용자의 신체에 최적화된 인솔에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As mentioned above, in the production of insoles, which are closely related to the user's body, active research is being conducted to scientifically and systematically identify the causes and phenomena of diseases and illnesses and to develop insoles optimized for the user's body.

그러나, 현재 사용자에 최적화된 인솔을 제작하는 기술은 석고를 사용하여 본을 떠서 발에 맞는 모형을 제작하고, 이를 기반으로 전문가가 수작업으로 인솔의 크기와 높이를 맞춰서 제작하는 방식이므로, 전문 인력과 제작에 필요한 상당한 시간이 요구될 뿐만 아니라 환자의 발을 특정하는데 어려움이 있어 인솔의 정밀도 및 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.However, the current technology for making insoles optimized for each user involves taking a cast using plaster to create a model that fits the foot, and having experts manually adjust the size and height of the insole based on this. This requires not only specialized manpower and a considerable amount of time for production, but also makes it difficult to specify the patient's foot, which reduces the precision and accuracy of the insole.

최근 3차원 모델링 관련 기술이 발전하면서, 사용자의 발에 맞춤화된 인솔을 3차원 모델로 생성하여, 이를 기반으로 인솔을 제작하는 기술이 등장하고 있으나, 이러한 기존의 제작 과정 역시 맞춤형 3차원 모델 제작 시간이 오래 걸린다는 점과 표준화된 방법이 없이 전문가의 숙련도에 따라 최종 제작된 인솔이 달라지는 단점이 있어 3차원 모델과 상당한 차이가 발생하므로 정확도를 보장할 수 없는 문제점이 있다.Recently, with the advancement of 3D modeling technology, a technology has emerged to create a 3D model of an insole customized to the user's foot and manufacture the insole based on this. However, this existing manufacturing process also has the disadvantage of taking a long time to produce a customized 3D model and the lack of a standardized method, so the final insole varies depending on the skill level of the expert, resulting in significant differences from the 3D model, and thus the problem of not being able to guarantee accuracy.

더군다나, 기존의 3차원 모델링을 통한 인솔 제작 기술은 단순 사용자의 발바닥과 대면하는 인솔의 면을 발바닥 형태에 맞추는데 그치므로, 사용자의 자세 변형이나 보행에 따라 인솔에 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형시에도 사용자가 바른 자세를 유지할 수 있도록 하고 보행시 편안함과 안정감을 보장하기 위한 개선된 인솔 제작 기술이 요구되고 있다.Moreover, since the existing insole manufacturing technology using 3D modeling simply adjusts the surface of the insole facing the user's sole to the shape of the sole, an improved insole manufacturing technology is required that allows the user to maintain correct posture and ensures comfort and stability when walking even when the insole is deformed due to changes in the user's posture or the load applied to the insole while walking.

한국등록특허 제10-0969038호Korean Patent Registration No. 10-0969038

상술한 문제점을 개선하여, 본 발명은 사용자의 발에 대한 3차원 모델링을 통해 발 모델을 산출하고, 상기 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하여 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 최적화하여 변형함으로써 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하고, 이를 기반으로 3차원 프린터를 통해 사용자의 발에 최적화된 인솔을 제작할 수 있도록 지원하여 인솔의 제작 정확도를 높이는데 그 목적이 있다.In order to improve the above-described problems, the present invention provides an insole model optimized for the user's foot by generating a foot model through three-dimensional modeling of the user's foot, extracting feature points from the foot model, and then aligning the feature points of an insole model adaptively deformed according to the size of the foot with the feature points of the foot model according to an automatic alignment algorithm to deform the insole model to be optimized for the foot model, and based on this, supporting the production of an insole optimized for the user's foot through a three-dimensional printer, thereby increasing the accuracy of insole production.

또한, 본 발명은 발 모델에 최적화된 인솔 모델의 형태를 유지하면서 사용자의 신체 무게를 지탱할 수 있는 내구력을 지니도록 인솔 모델의 높이를 최적화하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 인솔 모델을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention aims to provide an insole model that can improve the comfort, balance, and stability of a user when walking by optimizing the height of the insole model so that it has durability capable of supporting the weight of a user's body while maintaining the shape of the insole model optimized for a foot model.

본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 특징점 생성부와, 상기 특징점 생성부로부터 제공되는 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 정합부 및 상기 정합부를 통해 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 변형부를 포함할 수 있다.A device for manufacturing a customized insole according to an embodiment of the present invention may include a feature point generation unit which obtains a three-dimensional foot model by scanning a user's foot from a three-dimensional scanner, and generates selected feature point information for a plurality of selected feature points selected by the user from the foot model, a matching unit which matches the foot model and the insole model according to a preset matching algorithm based on the selected feature point information provided from the feature point generation unit and reference feature point information for reference feature points of a preset three-dimensional insole model corresponding to the insole, and a deformation unit which moves points constituting a mesh in an insole model matched to the foot model through the matching unit according to a preset deformation algorithm to calculate a target point of each point constituting the insole model, and adjusts the height of the insole model corresponding to the target point to provide an optimal insole model optimized for the user.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 인솔 모델은 3차원의 템플릿으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the insole model may be characterized by being composed of a three-dimensional template.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 특징점 생성부는 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 특징점의 선택을 위해 상기 발 모델에 표시되는 서로 다른 가이드 영역에 대한 가이드 정보를 제공하고, 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 상기 선택 특징점 정보로 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the feature point generation unit may be characterized by providing guide information for different guide areas displayed on the foot model for selecting feature points according to preset anatomical information, and generating feature points selected in each guide area as the selected feature point information.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 정합 알고리즘은As an example related to the present invention, the above matching algorithm

Figure 112016098896584-pat00001
이며,
Figure 112016098896584-pat00001
And,

P와 P´은 각각 상기 선택 특징점 및 상기 가이드 영역에 따른 상기 P의 상기 선택 특징점에 대응되는 상기 기준 특징점이며, s는 스케일링 값(상수), R은 회전 행렬, T는 P´로 이동하기 위한 이동 벡터인 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized in that P and P´ are the reference feature points corresponding to the selected feature points of P according to the selected feature points and the guide area, respectively, s is a scaling value (constant), R is a rotation matrix, and T is a movement vector for moving to P´.

본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐너 및 3차원 프린터와 연동하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법은, 상기 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 단계와, 상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 단계와, 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고, 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 단계 및 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작하는 단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a customized insole of a customized insole manufacturing device linked with a three-dimensional scanner and a three-dimensional printer according to an embodiment of the present invention may include the steps of: obtaining a three-dimensional foot model by scanning a user's foot from the three-dimensional scanner, and generating selected feature point information for a plurality of selected feature points selected by the user from the foot model; matching the foot model and the insole model according to a preset matching algorithm based on the selected feature point information and reference feature point information for reference feature points of a preset three-dimensional insole model corresponding to the insole; moving points constituting a mesh in the insole model matched to the foot model according to a preset deformation algorithm to calculate target points of each point constituting the insole model, and adjusting the height of the insole model corresponding to the target points to provide an optimal insole model optimized for the user; and providing information related to the optimal insole model to the three-dimensional printer to manufacture a customized insole.

본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention extracts feature points from a foot model obtained by a three-dimensional scanner for a user's foot, and then aligns the feature points of an insole model that is adaptively deformed according to the size of the foot with the feature points of the foot model according to an automatic alignment algorithm, and based on this, adjusts the height of the insole model obtained by maximizing the rigidity to maintain the shape of the insole model while dispersing and minimizing energy according to a load applied by the user, thereby providing an insole model optimized for the user's foot, and by supporting the production of the insole using a three-dimensional printer based on the insole model, the accuracy of the insole production is increased, and at the same time, an optimal insole that takes into account the deformation of the insole shape due to the user's load is provided, thereby improving the comfort, balance, and stability of the user when walking.

또한, 본 발명은 3차원 스캐너로 스캔한 발 모델을 기준으로 사용자의 신체 특성과 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형을 고려한 사용자에 최적화된 인솔을 자동으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 기존보다 정확하고 빠른 인솔 제작을 보장하는 효과가 있다.In addition, the present invention can automatically generate an insole optimized for a user by considering the deformation of the insole according to the user's physical characteristics and the load applied by the user based on a foot model scanned by a 3D scanner, thereby ensuring more accurate and faster insole production than before.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 특징점 생성 및 정합 과정에 대한 동작 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치에 의해 생성된 최적 인솔 모델의 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 대한 순서도.
Figure 1 is a configuration diagram of a device for manufacturing a customized insole according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary operation diagram of a feature point generation and alignment process of a user-customized insole manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an example diagram of an optimal insole model generated by a user-customized insole manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a flow chart of a method for manufacturing a customized insole according to an embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.Hereinafter, detailed embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이 상기 사용자 맞춤형 인솔(insole, 안창) 제작 장치(100)는 3차원 스캐너(3D 스캐너(scanner))(10) 및 3차원 프린터(3D 프린터(printer))(20)와 연결되어 연동하며, 특징점 생성부(110), 정합부(120) 및 변형부(130)를 포함할 수 있다.FIG. 1 is a configuration diagram of a device for manufacturing a customized insole according to an embodiment of the present invention. As illustrated, the device for manufacturing a customized insole (insole, inner sole) (100) is connected to and linked with a three-dimensional scanner (3D scanner) (10) and a three-dimensional printer (3D printer) (20), and may include a feature point generation unit (110), an alignment unit (120), and a deformation unit (130).

이때, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 하드웨어로 구성된 개별 장치로 구성되거나 사용자 단말이나 서버에 설치되어 동작하는 소프트웨어 또는 사용자 단말에 구성되는 모듈로 구성될 수도 있다. 또한, 상기 사용자 단말은 PC와 같은 다양한 단말로 구성될 수 있다.At this time, the user-customized insole manufacturing device (100) may be configured as an individual device composed of hardware, or may be configured as software installed and operated on a user terminal or server, or as a module configured in a user terminal. In addition, the user terminal may be configured as various terminals such as a PC.

상술한 구성을 토대로, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)를 구성하는 각 구성부의 상세 동작을 설명한다.Based on the above-described configuration, the detailed operation of each component constituting the customized insole manufacturing device (100) is described.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 특징점 생성부(110)는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캐닝하여 생성한 3차원의 발 모델 관련 정보를 수신할 수 있다.First, as illustrated in FIG. 2, the feature point generation unit (110) can receive information related to a three-dimensional foot model generated by scanning the user's foot from a three-dimensional scanner.

또한, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 발 모델에서 사용자 선택에 따라 선택된 복수의 선택 특징점을 추출하고, 해당 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다.In addition, the feature point generation unit (110) can extract a plurality of selected feature points selected according to user selection from the foot model and generate selected feature point information for the plurality of selected feature points.

이때, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자 입력을 수신하기 위한 입력부 및 상기 발 모델 관련 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있으며, 상기 입력부 및 디스플레이부는 별도의 장치로 구성되어 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)와 상호 연결될 수 있다.At this time, the user-customized insole manufacturing device (100) may include an input unit for receiving user input and a display unit for displaying information related to the foot model, and the input unit and the display unit may be configured as separate devices and may be interconnected with the user-customized insole manufacturing device (100).

이에 따라, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 디스플레이부를 통해 상기 발 모델 관련 정보를 기초로 발 모델을 표시할 수 있으며, 상기 입력부를 통한 사용자 입력에 따라 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 특징점을 선택 특징점 정보로 생성할 수 있다.Accordingly, the feature point generation unit (110) can display a foot model based on the foot model related information through the display unit, and can generate feature points selected by the user from the foot model as selected feature point information according to user input through the input unit.

이때, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 발 모델을 구성하는 발바닥에서 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 보행시 하중이 미리 설정된 기준치 이상 가해지는 서로 다른 복수의 가이드 영역을 상기 발 모델의 발바닥에 표시하여 가이드 정보를 제공할 수 있으며, 상기 입력부를 통한 사용자 입력에 따라 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 선택 특징점 정보로 생성할 수 있다.At this time, the feature point generation unit (110) can provide guide information by displaying a plurality of different guide areas on the sole of the foot model, where a load exceeding a preset reference value is applied during walking according to preset anatomical information on the sole of the foot model, and can generate feature points selected from each guide area as selected feature point information according to user input through the input unit.

도시된 바와 같이, 상기 특징점 생성부(110)는 사용자 입력에 따라 4개의 특징점을 선택하여 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다. 이때, 4개의 점들은 1번부터 발바닥의 좌측 상부에서 지면에 가장 하중을 강하게 받는 부분이고, 2번은 발바닥의 우측상부에서 하중을 가장 많이 받는 부분이다. 4번은 발 하부 중앙에 위치하면서 하중을 가장 먼저 강하게 받는다. 마지막으로 3번은 2번과 4번의 중앙에 존재한다. 따라서, 사용자가 보행할 때는 4, 3, 2, 1번 순으로 하중을 받게 된다.As illustrated, the feature point generation unit (110) can select four feature points according to user input and generate selected feature point information. At this time, the four points are the part that receives the strongest load from the ground from the upper left of the sole starting from point 1, the part that receives the strongest load from the upper right of the sole from point 2, the part that receives the strongest load from the upper right of the sole from point 2, the part that receives the strongest load from the upper right of the sole from point 3, and the part that receives the strongest load from the lower center of the foot from point 4. Finally, the part that receives the strongest load from point 3 is located in the center of points 2 and 4. Therefore, when the user walks, the load is received in the order of points 4, 3, 2, and 1.

이후, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 선택 특징점 정보를 포함하는 발 모델 관련 정보를 생성하여 상기 정합부(120)로 제공할 수 있다.Thereafter, the feature point generation unit (110) can generate foot model related information including the selected feature point information and provide it to the matching unit (120).

한편, 상기 정합부(120)는 미리 설정된 형태의 인솔에 대한 3차원 인솔 모델에 대한 정보가 설정될 수 있으며, 상기 3차원 인솔 모델은 기준 특징점이 설정될 수 있다.Meanwhile, the alignment unit (120) can set information on a three-dimensional insole model for a preset insole shape, and the three-dimensional insole model can have reference feature points set.

이때, 상기 3차원 인솔 모델은 3차원 템플릿(template)으로 구성될 수 있으며, 상기 복수의 선택 특징점에 각각 대응되는 복수의 기준 특징점이 상기 인솔 모델에 설정될 수 있다.At this time, the 3D insole model may be configured as a 3D template, and a plurality of reference feature points each corresponding to the plurality of selected feature points may be set in the insole model.

여기서, 상기 발 모델의 서로 다른 가이드(guide) 영역 각각에 대응되는 가이드 영역이 복수로 상기 3차원 인솔 모델에 설정되어, 상호 대응되는 가이드 영역에 속하는 선택 특징점과 기준 특징점이 상호 대응될 수 있다.Here, multiple guide areas corresponding to different guide areas of the foot model are set in the 3D insole model, so that selected feature points and reference feature points belonging to the mutually corresponding guide areas can correspond to each other.

일례로, 발 모델의 제 1 가이드 영역에 속하는 선택 특징점과 상기 인솔 모델에서 상기 제 1 가이드 영역과 대응되는 제 2 가이드 영역에 속한 기준 특징점이 상호 대응될 수 있다.For example, a selected feature point belonging to a first guide area of a foot model and a reference feature point belonging to a second guide area corresponding to the first guide area of the insole model may correspond to each other.

또한, 상기 특징점 생성부(110)는 상기 사용자 입력에 따라 상기 각 기준 특징점을 가변할 수도 있다.In addition, the feature point generation unit (110) may vary each of the reference feature points according to the user input.

이때, 상기 선택 특징점 및 기준 특징점은 랜드마크 점(Landmark Point)을 의미할 수 있다.At this time, the above-mentioned selected feature points and reference feature points may mean landmark points.

상술한 구성에 따라, 상기 정합부(120)는 상기 특징점 생성부(110)로부터 선택 특징점 정보를 포함하는 발 모델 관련 정보를 수신하고, 상기 인솔 모델과 발 모델에 각각 대응되는 선택 특징점 정보와 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델에 대응되어 상기 인솔 모델을 정합할 수 있다.According to the above-described configuration, the matching unit (120) receives foot model related information including selected feature point information from the feature point generation unit (110), and can match the insole model to the foot model according to a preset matching algorithm based on the selected feature point information and reference feature point information corresponding to the insole model and the foot model, respectively.

이때, 상기 정합부(120)는 하기 수학식 1에 따른 정합 알고리즘에 상기 선택 특징점 정보와 기준 특징점 정보를 적용하여 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 대응되어 정합시키기 위한 이동 벡터(Translation vector)와, 회전 행렬(Rotation matrix) 및 스케일링 값(Scaling factor)을 포함하는 정렬 정보를 산출하고, 상기 정렬 정보에 따라 상기 인솔 모델을 상기 발 모델에 대응되어 최적화하여 정렬함으로써 상기 발 모델과 상기 인솔 모델을 정합시킬 수 있다.At this time, the alignment unit (120) applies the selected feature point information and the reference feature point information to the alignment algorithm according to the following mathematical expression 1, and calculates alignment information including a translation vector, a rotation matrix, and a scaling factor for aligning the insole model to correspond to the foot model, and aligns the insole model to correspond to the foot model in an optimal manner according to the alignment information, thereby aligning the foot model and the insole model.

Figure 112016098896584-pat00002
Figure 112016098896584-pat00002

이때, 상기 정합 알고리즘은 Procrustes 알고리즘(또는 Procrustes 분석법)일 수 있으며, P와 P´는 각각 이전 데이터와 새로 업데이트된 데이터이며, s는 스케일링 값(상수), R은 회전행렬이며, T는 새로운 데이터 P´로 가기 위한 이동벡터일 수 있다.At this time, the above matching algorithm may be a Procrustes algorithm (or Procrustes analysis method), P and P´ may be previous data and newly updated data, respectively, s may be a scaling value (constant), R may be a rotation matrix, and T may be a movement vector to go to the new data P´.

또한, 상기 P는 상기 발 모델의 선택 특징점일 수 있으며, 상기 P´는 상기 가이드 영역에 따른 상기 P의 선택 특징점에 대응되는 상기 인솔 모델의 기준 특징점일 수 있다.Additionally, the P may be a selection feature point of the foot model, and the P´ may be a reference feature point of the insole model corresponding to the selection feature point of the P according to the guide area.

이에 따라, 상기 정합부(120)는 상기 P에 상기 복수의 선택 특징점 중 어느 하나를 대입시 상기 P에 따른 선택 특징점에 대응되는 기준 특징점을 상기 P´에 대입할 수 있다.Accordingly, the matching unit (120) can substitute a reference feature point corresponding to the selected feature point according to P into P´ when substituting any one of the plurality of selected feature points into P.

상기 수학식 1을 통하여, 새로 구해진 P´가 목표가 되는 데이터인 Q가 되도록 R과 T를 구하면 두 개의 서로 다른 데이터들이 정합될 수 있다. 따라서, 상기 정합부(120)는 상술한 구성을 통해 인솔 모델과 사용자의 발 모델을 정합할 수 있다. 이때, 상기 Q는 상기 인솔 모델의 기준 특징점을 의미할 수 있으며, 상기 Q는 상기 P´와 동일할 수 있다.By calculating R and T through the above mathematical expression 1 so that the newly obtained P´ becomes the target data Q, two different data can be aligned. Accordingly, the alignment unit (120) can align the insole model and the user's foot model through the above-described configuration. At this time, the Q may mean a reference feature point of the insole model, and the Q may be the same as the P´.

한편, 상기 변형부(130)는 상기 정합부(120)로부터 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델 관련 정보를 수신할 수 있으며, 사용자의 하중에 따른 상기 인솔 모델의 변형시 강성을 최대화하면서 에너지를 분산하여 최소화시킬 수 있도록 상기 인솔 모델을 구성하는 점들의 높이를 상이하게 조절하여 사용자에 최적화된 인솔 모델을 생성할 수 있는데, 이에 대한 구성을 상세히 설명한다.Meanwhile, the deformation unit (130) can receive information related to the insole model matched to the foot model from the alignment unit (120), and can generate an insole model optimized for the user by differently adjusting the heights of points constituting the insole model so as to maximize rigidity and minimize energy dispersion when the insole model is deformed according to the user's load. The configuration thereof will be described in detail.

상기 인솔 모델은 복수의 점들로 이루어져 있으며, 각각의 점들은 서로 이어져 메쉬(mesh) 구조를 가지도록 구성된다. 이때, 상기 메쉬 구조는 두 개의 점을 잇고 있는 선분(edge)의 에너지를 최소화시키는 방향으로 구성되어 있다.The above insole model is composed of multiple points, and each point is connected to each other to form a mesh structure. At this time, the mesh structure is configured in a direction that minimizes the energy of the edge connecting two points.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 형태가 크게 바뀌지 않는 방향으로, 즉 국부 강성(local rigidity)을 최대한 보존하는 방향으로 사용자의 하중에 의한 상기 인솔 모델의 변형시 강성을 최대화하고 에너지를 분산하여 최소화시킬 수 있는 점들(vertices)의 위치를 변경하여 상기 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있으며, 상기 인솔 모델의 높이 조절을 통해 최적 인솔 모델을 생성할 수 있다.Accordingly, the deformation part (130) can adjust the height of the insole model by changing the positions of vertices that maximize rigidity and minimize energy dispersion when the insole model is deformed by the user's load in a direction in which the shape of the insole model aligned with the foot model does not change significantly, that is, in a direction in which local rigidity is preserved as much as possible, and an optimal insole model can be created by adjusting the height of the insole model.

이때, 상기 변형부(130)는 미리 설정된 변형(Deformation) 알고리즘을 통해 상기 점들의 최적 위치를 산출하고, 이를 기반으로 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있다.At this time, the deformation unit (130) can calculate the optimal positions of the points through a preset deformation algorithm and adjust the height of the insole model based on this.

또한, 상기 변형 알고리즘은 하기 수학식 2와 수학식 3으로 구성될 수 있다.In addition, the above transformation algorithm can be composed of the following mathematical expressions 2 and 3.

우선, 상기 변형부(130)는 상기 변형 알고리즘에 따른 수학식 2를 상기 인솔 모델에 따른 상기 메쉬 구조에서 서로 이어진 서로 다른 점에 적용할 수 있다.First, the deformation part (130) can apply mathematical expression 2 according to the deformation algorithm to different points connected to each other in the mesh structure according to the insole model.

Figure 112016098896584-pat00003
Figure 112016098896584-pat00003

상기 수학식 2에서,

Figure 112016098896584-pat00004
Figure 112016098896584-pat00005
는 상기 인솔 모델을 구성하는 서로 다른 점들(또는 서로 다른 각 점의 위치)이며,
Figure 112016098896584-pat00006
Figure 112016098896584-pat00007
은 목표지점에서의 점(또는 이동위치에서의 점)이고, R은 회전행렬이며,
Figure 112016098896584-pat00008
는 가중치를 의미할 수 있다. 이때, 가중치는 미리 설정되거나 가변될 수 있다.In the above mathematical expression 2,
Figure 112016098896584-pat00004
and
Figure 112016098896584-pat00005
are the different points (or the positions of each different point) that constitute the above insole model,
Figure 112016098896584-pat00006
class
Figure 112016098896584-pat00007
is a point at the target point (or a point at the moving location), and R is a rotation matrix.
Figure 112016098896584-pat00008
may mean a weight. In this case, the weight may be preset or variable.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 수학식 2를 통해 강성을 최대화하면서 에너지를 최소화하는 회전행렬 R을 구할 수 있다.Accordingly, the above-described deformation part (130) can obtain a rotation matrix R that maximizes stiffness while minimizing energy through the above-described mathematical expression 2.

한편, 상기 변형부(130)는 상기 변형 알고리즘에 따라 상기 수학식 2를 상기 인솔 모델을 구성하는 모든 점에 적용하기 위한 하기 수학식 3을 통해 상기 각 인솔 모델을 구성하는 각 점에 대한 최적의 목표 지점을 산출할 수 있다Meanwhile, the deformation part (130) can calculate the optimal target point for each point constituting each insole model through the following mathematical expression 3 for applying the mathematical expression 2 to all points constituting the insole model according to the deformation algorithm.

Figure 112016098896584-pat00009
Figure 112016098896584-pat00009

상기 수학식 3에서, n은 인솔 모델을 이루는 총 점들의 수이고,

Figure 112016098896584-pat00010
Figure 112016098896584-pat00011
와 마찬가지로 가중치이다.In the above mathematical expression 3, n is the total number of points forming the insole model,
Figure 112016098896584-pat00010
Is
Figure 112016098896584-pat00011
Likewise, it is a weight.

이를 통해, 상기 변형부(130)는 상기 수학식 2와 수학식 3을 통해 서로 다른 점들 각각에 대한 회전행렬인

Figure 112016098896584-pat00012
를 산출하고, 상기 회전행렬을 기초로 원래의 인솔 모델의 모습을 최대한 유지하면서 회전시켰을 때의 목표 지점의 위치를 산출할 수 있다.Through this, the above deformation part (130) is a rotation matrix for each different point through the above mathematical expressions 2 and 3.
Figure 112016098896584-pat00012
and, based on the rotation matrix, the position of the target point can be calculated when the original insole model is rotated while maintaining its shape as much as possible.

이에 따라, 상기 변형부(130)는 상기 목표 지점의 위치를 기반으로 상기 인솔 모델을 구성하는 점들 별로 최적 위치를 결정하고, 상기 최적 위치에 따라 상기 인솔 모델을 구성하는 각 점의 위치를 변경하여 인솔 모델의 높이를 조절할 수 있으며, 이와 같은 높이 조절에 따라 최적 인솔 모델을 생성할 수 있다.Accordingly, the deformation unit (130) determines the optimal position for each point constituting the insole model based on the position of the target point, and can adjust the height of the insole model by changing the position of each point constituting the insole model according to the optimal position, and can generate an optimal insole model according to such height adjustment.

한편, 상기 변형부(130)는 도 3에 도시된 바와 같은 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 전송할 수 있으며, 상기 3차원 프린터에 의해 해당 최적 인솔 모델에 따른 인솔이 제작되도록 할 수 있다.Meanwhile, the above-described deformation part (130) can transmit information related to the optimal insole model as shown in FIG. 3 to the 3D printer, and cause the 3D printer to produce an insole according to the optimal insole model.

이를 통해, 본 발명에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자의 발에 최적화된 인솔을 제공하여 사용자가 바르고 균형잡힌 자세를 유지할 수 있도록 지원하는 동시에 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 보장할 수 있도록 지원할 수 있다.Through this, the user-customized insole manufacturing device (100) according to the present invention can provide an insole optimized for the user's foot, thereby helping the user maintain a correct and balanced posture, while ensuring comfort, balance, and stability when walking.

또한, 본 발명은 3차원 프린터를 이용하여 인솔을 제작할 경우 신발의 굽을 생각해서 인솔의 두께를 최대한 2cm 내외로 얇게 제작함과 동시에 인체의 무게를 지탱할 수 있는 내구성을 지녀야 하는 등 인솔의 기본 기능을 유지할 수 있는 최적의 인솔을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide an optimal insole that can maintain the basic functions of an insole, such as making the insole as thin as possible, approximately 2 cm, considering the heel of a shoe when manufacturing the insole using a 3D printer, while at the same time having durability that can support the weight of the human body.

한편, 사람의 발바닥은 크기, 넓이, 높이가 사람마다 다르게 나타나며, 왼쪽과 오른쪽의 크기나 모양이 조금씩 다른 특징을 가지고 있다. 따라서 왼쪽과 오른쪽이 다른 인솔 제작 설정 값으로 제작되어야 하므로, 상술한 구성에서 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 사용자의 왼발 및 오른발 각각에 대응되어 최적 인솔 모델을 제공할 수 있다.Meanwhile, the size, width, and height of the sole of a person's foot are different for each person, and the left and right sides have slightly different sizes and shapes. Accordingly, the left and right sides must be manufactured with different insole manufacturing settings, and thus the user-customized insole manufacturing device (100) in the above-described configuration can provide an optimal insole model corresponding to each of the user's left and right feet.

상술한 바와 같이, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 발 모델과 인솔 모델에 각각 부여된 4개의 특징점을 기초로 상기 인솔 모델을 발 모델에 맞추어 크기와 형태를 최적화할 수 있다.As described above, the customized insole manufacturing device (100) can optimize the size and shape of the insole model to fit the foot model based on four characteristic points assigned to each of the foot model and the insole model.

이때, 상기 발 모델과 인솔 모델의 정합에 따른 발 모델에 정합된 인솔 모델과 발 모델을 유클리드(Euclid) 유사도를 이용하여 비교할 수 있으며, 이에 따른 유클리디언(Euclidean) 차이는 하기 수학식 4와 같이 정의하고 4개의 점에서 나온 점들의 합을 4로 나누어 3차원의 두 모델 사이의 거리를 비교할 수 있다.At this time, the insole model and the foot model aligned to the foot model can be compared using the Euclidian similarity according to the alignment of the foot model and the insole model, and the Euclidean difference according to this can be defined as in the following mathematical expression 4, and the distance between the two models in three dimensions can be compared by dividing the sum of the points from the four points by 4.

Figure 112016098896584-pat00013
Figure 112016098896584-pat00013

인솔의 유사도 비교에서 크게는 2.7cm에서 작게는 0에 가까운 차이를 보였다. 평균 오차율은 0.8cm정도의 오차를 보였다. 이는 4개의 특징점 오차의 합으로 아주 근소한 오차율을 보인다고 할 수 있다. In the comparison of the similarity of the insoles, the difference ranged from as large as 2.7 cm to as small as close to 0. The average error rate was about 0.8 cm. This can be said to be a very small error rate as it is the sum of the errors of the four feature points.

상술한 바와 같이, 본 발명은 3차원 스캐너로 스캔한 발 모델을 기준으로 사용자의 신체 특성과 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 인솔의 변형을 고려한 사용자에 최적화된 인솔을 자동으로 생성할 수 있으며, 이에 따라 기존보다 정확하고 빠른 인솔 제작을 보장할 수 있다.
As described above, the present invention can automatically generate an insole optimized for a user by considering the deformation of the insole according to the user's physical characteristics and the load applied by the user based on a foot model scanned by a 3D scanner, thereby ensuring more accurate and faster insole production than before.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 대한 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart of a method for manufacturing a custom insole of a custom insole manufacturing device (100) according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고(S1), 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성할 수 있다(S2).As described above, the user-customized insole manufacturing device (100) can obtain a three-dimensional foot model by scanning the user's foot from a three-dimensional scanner (S1) and generate selection feature point information for a plurality of selection feature points selected by the user from the foot model (S2).

또한, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합할 수 있다(S3).In addition, the user-customized insole manufacturing device (100) can align the foot model and the insole model according to a preset matching algorithm based on the selected feature point information and the reference feature point information for the reference feature points of a preset 3D insole model corresponding to the insole (S3).

다음, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 인솔 모델을 구성하는 상기 각 점의 목표 지점을 산출하고(S4), 상기 목표 지점에 대응되어 상기 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 생성 및 제공할 수 있다(S5).Next, the user-customized insole manufacturing device (100) moves points forming a mesh in an insole model aligned with the foot model according to a preset deformation algorithm to calculate a target point of each point forming the insole model (S4), and adjusts the height of the insole model corresponding to the target point to generate and provide an optimal insole model optimized for the user (S5).

이후, 상기 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치(100)는 상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작할 수 있다(S6).
Thereafter, the user-customized insole manufacturing device (100) can provide the optimal insole model-related information to the 3D printer to manufacture a user-customized insole (S6).

상술한 바와 같이, 본 발명은 사용자의 발에 대하여 3차원 스캐너를 통해 얻어진 발 모델로부터 특징점을 추출한 후 발의 크기에 따라서 적응적으로 변형되는 인솔 모델의 특징점과 상기 발 모델의 특징점을 자동정렬 알고리즘에 따라 발 모델과 정합하고, 이를 기반으로 얻어진 인솔 모델에 대하여 인솔 모델의 형태를 유지하도록 강성을 최대화하는 동시에 사용자에 의해 가해지는 하중에 따른 에너지를 분산시켜 최소화할 수 있도록 높이를 조절하여 사용자의 발에 최적화된 인솔 모델을 제공하며, 해당 인솔 모델을 기초로 3차원 프린터를 통해 인솔이 제작되도록 지원함으로써, 인솔 제작의 정확도를 높임과 동시에 사용자의 하중에 의한 인솔 형태의 변형까지 고려한 최적의 인솔을 제공하여 사용자의 보행시 편안함과 균형 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
As described above, the present invention extracts feature points from a foot model obtained by a three-dimensional scanner for a user's foot, and then aligns the feature points of an insole model adaptively deformed according to the size of the foot with the feature points of the foot model according to an automatic alignment algorithm, and based on this, adjusts the height of the insole model obtained by maximizing the rigidity to maintain the shape of the insole model while dispersing and minimizing energy according to the load applied by the user, thereby providing an insole model optimized for the user's foot, and supports the production of the insole using a three-dimensional printer based on the insole model, thereby increasing the accuracy of the insole production and providing an optimal insole that takes into account the deformation of the insole shape due to the user's load, thereby improving the comfort, balance, and stability of the user when walking.

본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.The various devices and components described herein may be implemented by hardware circuits (e.g., CMOS-based logic circuits), firmware, software, or a combination thereof. For example, they may be implemented by utilizing transistors, logic gates, and electronic circuits in the form of various electrical structures.

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above-described contents can be modified and changed by those skilled in the art to which the present invention pertains, without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the rights of the present invention.

10: 3차원 스캐너 20: 3차원 프린터
100: 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치
110: 특징점 생성부 120: 정합부
130: 변형부
10: 3D scanner 20: 3D printer
100: Customized insole manufacturing device
110: Feature point generation section 120: Alignment section
130: Transformation section

Claims (5)

3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 특징점 생성부;
상기 특징점 생성부로부터 제공되는 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 정합부; 및
상기 정합부를 통해 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델을 구성하는 상기 점들 각각의 목표 지점을 산출하고, 목표 지점에 대응되어 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 변형부
를 포함하며,
상기 변형부는, 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델을 구성하는 점들 중 상기 메쉬에 기반한 서로 이어진 점들을 대상으로 상기 변형 알고리즘에 따라 상기 인솔 모델의 강성을 최대화하면서 에너지를 최소화하는 회전행렬을 산출한 후 상기 회전행렬을 기초로 상기 서로 이어진 점들 각각에 대해 목표 지점을 결정하고 목표 지점의 위치로 점의 위치를 변경하여 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 높이를 조절하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
A feature point generation unit that obtains a 3D foot model by scanning a user's foot from a 3D scanner and generates selected feature point information for a plurality of selected feature points selected by the user from the foot model;
A matching unit that matches the foot model and the insole model according to a preset matching algorithm based on the selected feature point information provided from the feature point generation unit and the reference feature point information for the reference feature point of the preset 3D insole model corresponding to the insole; and
A deformation unit that moves the points forming the mesh in the insole model aligned to the foot model through the above-described alignment unit according to a preset deformation algorithm to calculate the target point of each of the points forming the insole model aligned to the foot model, and adjusts the height of the insole model aligned to the foot model in response to the target point to provide an optimal insole model optimized for the user.
Including,
The above deformation unit calculates a rotation matrix that maximizes the stiffness of the insole model while minimizing energy based on the deformation algorithm among the points forming the insole model aligned with the foot model, and then determines a target point for each of the connected points based on the rotation matrix, and adjusts the height of the insole model aligned with the foot model by changing the location of the point to the location of the target point. A customized insole manufacturing device.
청구항 1에 있어서,
상기 인솔 모델은 3차원의 템플릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
In claim 1,
A device for manufacturing a customized insole, characterized in that the above insole model is composed of a three-dimensional template.
청구항 1에 있어서,
상기 특징점 생성부는 미리 설정된 해부학적 정보에 따라 특징점의 선택을 위해 상기 발 모델에 표시되는 서로 다른 가이드 영역에 대한 가이드 정보를 제공하고, 상기 각 가이드 영역에서 선택된 특징점을 상기 선택 특징점 정보로 생성하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치.
In claim 1,
A device for manufacturing a customized insole, characterized in that the above-mentioned feature point generation unit provides guide information for different guide areas displayed on the foot model for selecting feature points according to preset anatomical information, and generates the feature points selected in each of the above-mentioned guide areas as the selected feature point information.
삭제delete 3차원 스캐너 및 3차원 프린터와 연동하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 장치의 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법에 있어서,
상기 3차원 스캐너로부터 사용자의 발을 스캔한 3차원 발 모델을 획득하고, 상기 발 모델에서 사용자에 의해 선택된 복수의 선택 특징점에 대한 선택 특징점 정보를 생성하는 단계;
상기 선택 특징점 정보와 인솔에 대응되는 미리 설정된 3차원 인솔 모델의 기준 특징점에 대한 기준 특징점 정보를 기초로 미리 설정된 정합 알고리즘에 따라 상기 발 모델과 인솔 모델을 정합하는 단계;
상기 발 모델에 정합된 인솔 모델에서 메쉬를 구성하는 점들을 미리 설정된 변형 알고리즘에 따라 이동시켜 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델을 구성하는 상기 점들 각각의 목표 지점을 산출하고, 목표 지점에 대응되어 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 높이를 조절하여 사용자에 최적화된 최적 인솔 모델을 제공하는 단계; 및
상기 최적 인솔 모델 관련 정보를 상기 3차원 프린터로 제공하여 사용자 맞춤형 인솔을 제작하는 단계
를 포함하며,
상기 최적 인솔 모델을 제공하는 단계는,
상기 발 모델에 정합된 인솔 모델을 구성하는 점들 중 상기 메쉬에 기반한 서로 이어진 점들을 대상으로 상기 변형 알고리즘에 따라 상기 인솔 모델의 강성을 최대화하면서 에너지를 최소화하는 회전행렬을 산출한 후 상기 회전행렬을 기초로 상기 서로 이어진 점들 각각에 대해 목표 지점을 결정하고 목표 지점의 위치로 점의 위치를 변경하여 상기 발 모델에 정합된 인솔 모델의 높이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 맞춤형 인솔 제작 방법.
A method for manufacturing a custom insole using a custom insole manufacturing device that is linked to a 3D scanner and a 3D printer,
A step of obtaining a three-dimensional foot model by scanning the user's foot from the three-dimensional scanner, and generating selected feature point information for a plurality of selected feature points selected by the user from the foot model;
A step of aligning the foot model and the insole model according to a preset matching algorithm based on the reference feature point information of the reference feature point of the preset 3D insole model corresponding to the above-mentioned selected feature point information and the reference feature point information of the preset 3D insole model;
A step of calculating a target point of each of the points constituting the insole model constituting the insole model constituting the foot model by moving the points constituting the mesh in the insole model constituting the foot model according to a preset deformation algorithm, and adjusting the height of the insole model constituting the foot model corresponding to the target point to provide an optimal insole model optimized for the user; and
A step for producing a customized insole by providing the above optimal insole model related information to the above 3D printer.
Including,
The step of providing the above optimal insole model is:
A method for manufacturing a customized insole, characterized in that it further includes a step of calculating a rotation matrix that maximizes the stiffness of the insole model while minimizing energy according to the deformation algorithm among the connected points based on the mesh among the points forming the insole model aligned with the foot model, and then determining a target point for each of the connected points based on the rotation matrix and changing the position of the point to the position of the target point to adjust the height of the insole model aligned with the foot model.
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