Diplomarbeit fertig3\374

Berechnung dreidimensionaler Modelle von
Schuhsohlen
Vorgelegt dem Fachbereich
Mathematik/Informatik
der Universität Bremen
November 2010
Diplomarbeit von
Niloufar Hosseini
Erstgutachter: Prof. Dr. Karl-Heinz Rödiger
Zweitgutachter: Dr. Dieter Müller
Inhaltsverzeichnis
1
EINLEITUNG ..............................................................................................................................................1
1.1
1.2
1.3
2
Ziel der Arbeit.......................................................................................................................................1
Motivation ............................................................................................................................................2
Aufbau der Arbeit .................................................................................................................................2
MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG ..........................................................................................3
2.1
Herstellung des Schafts.........................................................................................................................3
2.2
Aufbau des Schuhs ...............................................................................................................................6
2.2.1
Die Brandsohle.................................................................................................................................8
2.2.2
Der Rahmen .....................................................................................................................................8
2.2.3
Die Laufsohle.................................................................................................................................10
2.2.4
Der Absatz .....................................................................................................................................10
3
STAND DER TECHNIK ...........................................................................................................................12
3.1
Shoemaster QS .....................................................................................................................................13
3.1.1
Shoemaster QS Power .....................................................................................................................13
3.1.2
Shoemaster QS Orthopedie..............................................................................................................15
3.2
ShoeVis...............................................................................................................................................16
3.3
Maßschuh-Galerie...............................................................................................................................18
3.3.1
Konstruktion der Leistenkopie......................................................................................................19
3.3.2
Konstruktion der Schaftteile .........................................................................................................22
3.3.3
Erzeugen eines 3D Modells des Schafts (Visualisierung)..............................................................22
3.3.3.1
Erzeugung der Abbildungsfunktion......................................................................................23
3.3.3.2
Übertragung der Schaftteil-Konturen auf den Leisten..........................................................25
3.3.3.3
Manipulation der Schaftteile ................................................................................................26
4
KONZEPT ..................................................................................................................................................28
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
4.5
5
Erstellung der Sohlenkontur ...............................................................................................................28
Anpassung der Innen- und Außenkontur ............................................................................................29
Die Sohle ............................................................................................................................................31
Absatzsohle und flache Sohle ........................................................................................................31
Wandersohle ..................................................................................................................................32
Integrierte Absatz- und Keilsohle ..................................................................................................33
Der Absatz ..........................................................................................................................................35
Die Naht..............................................................................................................................................36
REALISIERUNG .......................................................................................................................................38
5.1
Die Struktur des Leistens....................................................................................................................38
5.1.1
Das XML-Schema des Leistens .....................................................................................................38
5.1.2
Die Messpunkte .............................................................................................................................39
5.2
Erstellung und Anpassung der Kontur ................................................................................................40
5.3
Aufbau und Gestaltung des Rahmens .................................................................................................41
5.3.1
Einfacher Rahmen.........................................................................................................................42
5.3.2
Der Stupprahmen ...........................................................................................................................43
5.3.3
Die Naht .........................................................................................................................................46
5.4
Konstruktion der Laufsohle ................................................................................................................48
5.4.1
Absatz- und flache Sohle ...............................................................................................................48
5.4.1.1
Anfertigung des Absatzes.....................................................................................................49
5.4.2
Wandersohle ..................................................................................................................................51
5.4.3
Integrierte Absatz- und Keilsohle ..................................................................................................52
5.5
Ausführung des Programms................................................................................................................54
6
PROBLEMATIK BEI DER SIMULATION ...........................................................................................59
7
FAZIT UND AUSBLICK ..........................................................................................................................61
7.1
7.2
8
Fazit ....................................................................................................................................................61
Ausblick..............................................................................................................................................62
VERZEICHNISSE .....................................................................................................................................63
8.1
8.2
8.3
Abbildungsverzeichnis........................................................................................................................63
Literatur ..............................................................................................................................................65
Online-Literatur ..................................................................................................................................66
Erklärung
Ich versichere hiermit, die vorliegende Diplomarbeit selbständig und ohne Verwendung
fremder Hilfe außer die angegebenen Hilfsmittel verfasst zu haben. Alle direkt oder indirekt
aus Veröffentlichungen übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.
____________________________
Unterschrift
Bremen, den 01. November 2010
1 Einleitung
Von der Fußvermessung bis zur Fertigung des kompletten Maßschuhs durchläuft die
Schuhproduktion mehrere Schritte. Diese werden jedoch nicht alle vom Schuhmacher selbst
durchgeführt, sondern an den jeweilig zuständigen Betrieb abgegeben. Dafür müssen
Informationen zwischen den betreffenden Personen ausgetauscht werden, was unter anderem
Wartezeiten mit sich bringen kann. Zusätzlich besteht die Gefahr der Fehlübertragungen, aus
denen mehr Aufwand und hohe Kosten hervorgehen können.
Die Herstellung eines Maßschuhs erfordert allgemein einen beträchtlichen Aufwand, welcher
in der Regel mit hohen Kosten verbunden ist. Daraus resultiert der durchschnittliche Preis
eines Maßschuhs von 750-1500 Euro, der ihn im Vergleich zu Massenschuhen nicht
konkurrenzfähig macht. (vgl. [Ax/Raab 2003]). Damit entstand für die „Maßschuh-Galerie“ gefördert durch das Bundesforschungsministerium - der Wunsch zum „Aufbau einer EKommunikationsplattform für eine netzwerkintegrierte Maßschuhfertigung. Die Plattform soll
den schnellen Informationsaustausch zwischen den an der Herstellung und der Vermarktung
von Maßschuhen direkt und indirekt beteiligten Partnern unterstützen“ ([Ax/Raab 2003], S.
12). Zudem wurde versucht, durch die Verwendung von Computersystemen - unter anderem
für die Herstellung von maßgerechten Leisten, die der Holzabbildung des Fußes entsprechen einige Produktionsschritte zu vereinfachen und damit eine Kostensenkung zu erzielen.
Da dem Kunden bislang allein die Möglichkeit blieb, ihr gewähltes Schuhmodell nach der
Fertigung zu begutachten, entstand außerdem der Wunsch, dieses auf der Plattform zu
visualisieren, um vorab einen Einblick auf den individuellen Schuh zu gewähren. Damit
können die Kunden als Co-Designer mitwirken, indem sie ihr gewünschtes Schuhmodell aus
den auf der Plattform angebotenen Schuhmodellen wählen und diese nach Wunsch anpassen
und fertigen lassen.
1.1 Ziel der Arbeit
Im Rahmen der „Maßschuh-Galerie“ entwickelte [Plath 2004] ein Verfahren zur computergestützten Konstruktion der Schaftteile. Sie werden in der traditionellen Herstellung mit Hilfe
von angefertigten Schablonen aus Leder geschnitten, bevor durch das Zusammenfügen dieser
der Schuh entsteht. Mit Hilfe der computergestützten Konstruktion können diese nun durch
wenige Schritte erstellt und später auf das Leder übertragen werden. Für die Konstruktion
verwendete [Plath 2004] die zuvor automatisch in virtueller Form erzeugten Leisten.
Die aus dem Verfahren hervorgehenden virtuellen Schaftteile, die bereits für einige
Variationen der Herrenschuhmodelle Derby und Oxford existieren, wurden anhand eines von
[Weiler 2005] vorgestellten Verfahrens auf den dreidimensional erstellten virtuellen Leisten
platziert. Somit kann ein Schuh in wenigen Schritten automatisch visualisiert und dem
Kunden vor der Schuhherstellung präsentiert werden.
Zur Vollendung des visualisierten Schuhs muss noch die passende Sohle, ebenso die
gewünschten Sohlenbestandteile, wie der Absatz, der Rahmen oder die Naht konstruiert
werden. Somit ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung eines Algorithmus, anhand dessen
eine dreidimensionale Sohle sowie deren Bestandteile vollautomatisch und nach Wunsch des
Kunden erzeugt werden können. Die Konstruktion soll dazu auf dem für den Kunden
erstellten Leisten basieren, um die genaue Fußform zu berücksichtigen. Da es dem Kunden
frei steht, die für die Schuhherstellung benötigten Materialien - wie das Leder - zu wählen,
1
1 EINLEITUNG
soll zusätzlich die Möglichkeit gegeben sein, die erstellten Sohlen (-bestandteile) mit
Texturen zu belegen, was gleichzeitig die Ansicht des Schuhs realistischer gestaltet.
1.2
Motivation
Die Visualisierung von Maßschuhen beruht auf einem praktischen Kern und findet seinen
Einsatz im alltäglichen Leben. Das Besondere dieses Themas liegt demnach darin, dass es für
die breite Masse zugänglich ist. Dies gab mir die Motivation, die Informatik zur Lösung eines
praktischen, für jeden verständlichen Problems zu verwenden.
Ein weiterer Aspekt zur Auswahl dieses Themas war die Gelegenheit, mich näher mit der
Computergrafik zu befassen, die mich schon seit Beginn des Studiums interessierte. Zudem
gab mir dies die Möglichkeit, mir jeden programmierten Schritt grafisch vor Augen zu führen.
1.3
Aufbau der Arbeit
Die Konstruktion der Schuhsohle erfolgt analog zu der traditionellen Schuhherstellung. Zum
besseren Verständnis der einzelnen Schritte sowie der verwendeten Begriffe wird zunächst im
Kapitel 2 auf die Produktion von Maßschuhen eingegangen, die sich zum größten Teil auf die
Fertigung der Sohle konzentriert.
Die vorliegende Arbeit baut auf das bereits dreidimensional erzeugte Schaftmodell von
[Weiler 2005] auf, welches jedoch selbst auf die Konstruktion der einzelnen Schaftteile von
[Plath 2004] beruht. Auf beide wird im dritten Kapitel eingegangen. Zuvor aber werden zwei
bereits auf dem Markt existierende Produkte aus dem Bereich der Schuhvisualisierung
beschrieben, anhand derer die Problematik der Maßschuhvisualisierung zum Vorschein
kommt. Zum Vergleich der beiden Produkte sowie zur Anpassung an die Vorstellungen der
Maßschuh-Galerie werden zunächst Anforderungen definiert, die auch die Basis dieser Arbeit
bilden.
Im Kapitel 4 und 5 werden mit Berücksichtigung auf die im Kapitel 3 genannten Anforderungen einige Konzepte beschrieben, aus denen die jeweiligen Sohlenbestandteile hervorgehen.
Anschließend folgt die Umsetzung der vorgestellten Konzepte und die daraus resultierenden
Ergebnisse.
Kapitel 6 führt auf, welche Problematik bei der Visualisierung von Maßschuhen entstehen
kann und erläutert diese kurz.
Die Zusammenfassung der Ergebnisse und die Überprüfung der erreichten Ziele folgt im
siebten Kapitel. Zur Verbesserung des Schuhmodells gibt ein Ausblick anschließend
Auskunft über die möglicherweise zu erweiternden Bereiche.
2
2 Maßschuhe und ihre Herstellung
“Seit alters her waren Schuhe Indikatoren für den sozialen und ökonomischen Status - und
dies in allen Kultur- und Gesellschaftsformen“ ([Sternke 2006], S. 22).
Schuhe bieten einen sicheren Schutz für die Füße, jedoch mangelt es bei den industriegefertigten Schuhen häufig an Qualität und Individualität. Das Bewusstsein über die Rolle eines
Schuhs brachte allerdings eine starke Wachstumsrate in die Maßschuhherstellung, denn die
schweren gesundheitlichen Folgen, verursacht durch schlechtes Schuhwerk, offenbarten deren
Vorzüge.
Maßschuhe bieten neben der Individualität und der hohen Qualität des Materials eine perfekte
Passgenauigkeit. Somit ist der Schuh auf alle Einzelheiten und Fehlformen jedes einzelnen
Fußes angepasst und kann möglicherweise einige der entstandenen Schäden heilen.
Bis zur Industrialisierung wurden noch alle Schuhe per Hand gefertigt. Aus den ermittelten
Fußmaßen des Kunden wurde ein Holzleisten vorbereitet, der die Grundlage des Schuhs
bildete. Es folgte eine Leistenkopie, die eine zweidimensionale Darstellung des Leistens
ergab. Aus dieser konnten nun einzelne Lederteile ausgeschnitten und zu einem Schaft
zusammengenäht werden. Der Schaft wurde dann über den Holzleisten gezogen und an der
Brandsohle (vgl. Abschnitt 2.2.1) festgenagelt. Letztlich wurden die einzelnen Sohlenteile wie
die Laufsohle und anschließend der Absatz befestigt, wodurch ein fertiger Schuh entstand.
Auch heute werden Maßschuhe auf dieselbe Art und Weise hergestellt, nur sind die Aufgaben
des Schuhmachers durch das Aufteilen der Arbeit und die Nutzung von Maschinen
vereinfacht worden.
Da die einzelnen Schuhteile und deren Begriffe für das weitere Verständnis dieser Arbeit
notwendig sind, werden sie im Folgenden kurz erläutert. Genauere Informationen zu den
Begriffen finden sich in [Vass/Moln´ar 1999], [Sahm 1978] und [Pape 1920], aus denen die
weiteren Beschreibungen stammen.
2.1 Herstellung des Schafts
Die genaue Abmessung beider Füße ist die Basis aller Maßschuhe. Erst wenn alle Eigenschaften und Fehlformen der Füße ermittelt sind, kann weiter vorgegangen werden. Das
Maßnehmen kann manuell oder maschinell vorgenommen werden. Da beides jedoch nicht die
Grundlage dieser Arbeit ist, werden sie nicht genauer erläutert. Nachzulesen ist die manuelle
Form in ([Vass/Moln´ar 1999], S. 12ff), ([Sahm 1978], S. 119ff) und ([Pape 1920], S. 20ff),
die maschinelle auf [Gebiom 2010] unter Messsysteme.
Wichtig ist jedoch zu beachten: „man bedient sich des „Fußprofils“, das in der gewünschten
Absatzstellung und Beinhaltung vom Fuße abgezeichnet wird.“ ([Sahm 1978], S. 110). Dies
bedeutet, dass die gewünschte Absatzhöhe in die Werte des maßgenommenen Fußes
einfließen muss.
3
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
Abbildung 2.1: Absatzstellung des Fußes ([Vass/Molnár 1999], S. 17)
Stehen die Fußmaße fest, können die Daten direkt an den Leistenmacher geschickt werden,
der mit Hilfe einer Leistenfräse einen Maßholzleisten erstellt. Er ist das Ebenbild eines
menschlichen Fußes. Durch seine Form kann das spätere Schuhmodell repräsentiert werden
und dient damit als Vorlage zur Abnahme der Leistenkopie, aus der dann das Schaftmodell
entwickelt wird. Zusätzlich ist er als Arbeitsfläche des Schuhmachers gedacht, da der Schaft
auf den Leisten gespannt wird, um seine plastische Form zu erhalten.
Abbildung 2.2: Gefräster Maßleisten ([Vass/Molnár 1999], S. 43)
Zurück beim Schuhmacher, kann die Abnahme der Leistenkopie erfolgen. Da die Oberfläche
des Leistens Unebenheiten aufweist, kann das Leder nicht direkt ohne Verzerrungen auf das
Modell gelegt werden. Zur Lösung dieses Problems wird jeweils die innere und äußere
seitliche Kontur des Leistens auf eine zweidimensionale Ebene gezeichnet und mit etwas
Abstand ausgeschnitten. Um die Unebenheiten ausgleichen zu können, schneidet der
Schuhmacher am äußeren Rand der zuvor erzeugten Kontur kleine Dreiecke aus und legt die
Kopie anschließend auf den Leisten, wo sie nun ohne Verzerrungen befestigt werden kann.
Letztlich werden die Kanten und markanten Punkte des Leistens auf die Leistenkopie
übertragen und die Kontur erneut ausgeschnitten. Aus den zwei nun entstandenen Leistenkopien wird schließlich eine Mittelkopie erstellt, indem die Differenz der inneren und äußeren
Kopie berechnet und aus ihr eine mittlere Kontur gebildet wird.
4
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
Abbildung 2.3: Keilförmig ausgeschnittene Leistenkopie ([Sahm 1978], S. 122)
Abbildung 2.4: Übertragung der markanten Punkte des Leistens auf die Leistenkopie und erneutes
Ausschneiden der Kontur ([Sahm 1978], S. 123)
Abbildung 2.5: Mittelkopie aus der inneren und äußeren Leistenkopie ([Sahm1978], S. 124)
Der Schaft eines Schuhs besteht aus Einzelteilen, die später zusammengenäht werden. Daher
muss die nun ausgeschnittene Mittelkopie durch den Einsatz verschiedener Techniken so
verändert werden, dass Schnittteile entstehen. Da die Techniken zur Erzeugung der Einzelteile
5
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
für diese Arbeit unrelevant sind, werden sie nicht weiter behandelt. Ein ausführliches Beispiel
findet sich in [Sahm 1973].
Liegen alle Konturen der Einzelteile als Schablone vor, können sie zu dem beauftragten
Zuschneider geschickt werden, wo sie auf gegerbtem und hochwertigem Leder aufgelegt und
ausgeschnitten werden. Je nach Schuhmodell werden dann die Schaftteile vom Schaftstepper
verziert und nach einigen Vorbereitungen schließlich zusammengenäht. Dabei spielen die
Farbe und die Art der Naht eine entscheidende Rolle für die Ästhetik des Schuhs. Im nächsten
Schritt kann das Futter im Inneren des Schafts eingefügt und die Überreste können
ausgeschnitten werden. Nach dem Ausstanzen der Schnürlöcher liegt dann der Schaft des
gewünschten Schuhmodells vor, er kann zur weiteren Verarbeitung des Schuhs an den
Schuhmacher geschickt werden.
Abbildung 2.6: Schaft des Full-Brogue Oxford ([Vass/Molnár 1999], S. 115)
2.2 Aufbau des Schuhs
Nachdem der Schaft fertig gestellt wurde, kann mit der Fertigung des Schuhs begonnen
werden. Sie umfasst im ersten Teil das Aufziehen und Spannen des Schafts auf den Leisten.
Der zweite Teil befasst sich mit dem Aufbau der Sohle und dem Anbringen des Absatzes. Da
die Sohle und der Absatz die Grundlage dieser Arbeit darstellen, wird im Folgenden
ausführlicher auf sie eingegangen.
6
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
Abbildung 2.7: Aufbau eines Schuhs ([Vass/Molnár 1999], S. 125)
7
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
2.2.1
Die Brandsohle
Grundlegend für das Anfertigen eines Schuhs ist die Brandsohle. Das 2,5 bis 3,5 cm dicke
Halsunterleder des Rindes stellt das passende Material zur Herstellung bereit, denn es ist stark
aber gleichzeitig auch sehr weich und damit für das entscheidende Verbindungsteil zwischen
dem Rahmen und dem Schaft bestens geeignet. Das Leder wird passend zum Umriss des
Fußes, d.h. entlang der Kontur des Leistens, ausgeschnitten und an dessen Unterseite
befestigt, wobei erneut überschüssiges Leder entfernt wird. Nun kann der zuvor vorbereitete
Schaft über den Leisten gelegt werden. Dabei wird der überstehende Rand des Schafts genannt Zwickzugabe nach unten gezogen und am Boden der Brandsohle festgenagelt.
Abbildung 2.8: Übertragung des Leistensumrisses
zur Erstellung der Brandsohle
([Vass/Molnár 1999], S. 134)
Abbildung 2.9: Ausschneiden der Überreste der
Brandsohle ([Vass/Molnár 1999], S. 135)
Abbildung 2.10: Aufziehen und Befestigen des Schafts ([Vass/Molnár 1999], S. 141)
2.2.2
Der Rahmen
Aus einem 18 mm breiten und drei mm dicken Lederstreifen, der aus dem Bauchbereich des
Rindes gewonnen wird, kann nun der Rahmen des Schuhs vorbereitet werden. Er dient als
zusätzlicher Halt des Oberleders und der Brandsohle und wird um die Sohlenkontur genäht.
Allgemein gilt die Unterscheidung zwischen zwei Schuhtypen. Beim rahmengenähten Schuh
wird der Rahmen durch eine innere, nicht sichtbare Naht mit dem Schaft und der Brandsohle
verbunden. Eine zweite sichtbare Naht verbindet dann den Rahmen mit der Laufsohle. Der
zwiegenähte Schuh unterscheidet sich nur darin, dass die Naht, die den Rahmen mit der
Brandsohle und dem Schaft verbindet, ebenfalls von Außen genäht wird und deshalb sichtbar
erscheint. Beinhaltet das Schuhmodell eine doppelte Sohle, d.h. zusätzlich zu der Laufsohle
8
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
auch eine Zwischensohle, so muss auch diese mit dem Rahmen verbunden werden. So ergibt
sich bei dem zwiegenähten Schuh zusätzlich eine dritte sichtbare Naht. Diese trägt zum einen
zur Ästhetik des Schuhs bei und bietet zum anderen eine stabilere Haltung. Der für das Nähen
verwendete Faden besteht meist aus zwölfsträngigem Leinen oder Hanf. Die unten
aufgeführten Bilder zeigen die zwei unterschiedlichen Nahtformen:
Abbildung 2.11: Rahmengenähte Variante mit
einfacher (oben) und doppelter Sohle (unten)
([Vass/Molnár 1999], S. 143)
Abbildung 2.12: Zwiegenähte Variante mit
einfacher (oben) und doppelter Sohle (unten)
([Vass/Molnár 1999], S. 141)
Abbildung 2.13: Annähen des Rahmens beim rahmengenähten Schuh ([Vass/Molnár 1999], S. 146)
Abbildung 2.14: Annähen des Rahmens
beim zwiegenähten Schuh
([Vass/Molnár 1999], S. 158)
9
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
2.2.3
Die Laufsohle
Durch Korkauflagen und durch eine Gelenkfeder im hinteren Bereich des Schuhs zur besseren
Stabilität wird der Hohlraum, der nun durch das Nähen des Rahmens zustande gekommen ist,
gefüllt. Darauf folgt die Befestigung der Laufsohle, die eine Stärke von etwa fünf bis sechs
mm aufweist. Hierfür wird ein starkes Leder benötigt, das aus der Haut links und rechts der
Wirbelsäule von Rindern gewonnen wird. Die Laufsohle wird festgeklebt und mit einem
Stichabstand von 6,6 mm an den Rahmen genäht (vgl. Abbildung 2.11 und 2.12).
Abbildung 2.15: Anbringen der Laufsohle ([Vass/Molnár 1999], S. 151)
2.2.4
Der Absatz
Den letzten Abschnitt der Herstellung bildet der Absatz. Hierbei handelt es sich um das
gleiche Leder wie bei der Laufsohle, jedoch wird der Absatz aus mehreren vier bis sechs mm
starken Lederteilen, so genannten Absatzflecken, gefertigt. Je größer der Schuh ist, desto
höher ist auch der Absatz, jedoch befindet sich ein geeigneter Absatz für Herrenschuhe im
Bereich von 2,5 cm.
Der Absatz nimmt ein Viertel der Leistenlänge ein (vgl. [Sahm 1978], S. 25). Schicht für
Schicht werden die Absatzflecken aufgeklebt und mit Metallnägeln angenagelt. Zur
Rutschfestigkeit folgt letztlich ein Gummifleck, der im hinteren Teil des Absatzes angebracht
wird. Ist dies geschehen, können die Sohle und der Absatz gefärbt und der Schuh geputzt und
poliert werden.
10
2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG
Die unteren Bilder zeigen die vier unterschiedlich fertig gestellten Herrenschuhe:
Abbildung 2.16: Herrenschuhmodelle Derby, Oxford, Monk und Slipper
([Vass/Molnár 1999], S. 61-62, 66 und 69)
11
3 STAND DER TECHNIK
3 Stand der Technik
Das Ziel dieser Arbeit ist es, zu einem vom Kunden gewählten Schuhmodell die passende und
gewünschte Sohle zu visualisieren. Hiermit soll jedem Kunden die Möglichkeit geboten
werden, seinen gewünschten Schuh vor der Produktion anhand einer Visualisierung zu
begutachten. So kann er selbst über die einzelnen Bestandteile bestimmen und als CoDesigner mitwirken. Da nicht jedes Schuhmodell für jede Fußform geeignet ist, müssen alle
Eigenschaften des Fußes in die Visualisierung mit einfließen, um zu zeigen, in wie weit der
ausgesuchte Schuh den Vorstellungen des Auftraggebers entspricht.
Um die Schuhvisualisierung umsetzen zu können, müssen einige Bedingungen erfüllt sein,
die im Folgenden kurz aufgeführt werden:
1. Verwendung des Maßleistens
Die Form des Leistens bestimmt das Modell jedes Schuhs. Beispielsweise können
verschiedene Leistenspitzen einen Schuh anders wirken lassen. Auch die spätere
Absatzhöhe, die für diese Arbeit von Bedeutung ist, wird durch den Leisten
festgelegt. Für die Herstellung eines an den Fuß des Kunden angepassten Schuhs
ist ein Maßleisten nötig, der alle Fußeigenschaften wiedergibt. Ein solcher Leisten
muss daher auch die Grundlage der Visualisierung bilden.
2. Berücksichtigung des Schuhmodells
Je nach Schuhmodell können die einzelnen Nähte des Schafts anders verlaufen. Da
die Reihenfolge der aufeinander gelegten Schaftteile sowie Verzierungen das
Modell des Schuhs und damit auch die Ästhetik beeinflussen, müssen sie so genau
wie möglich in der Visualisierung umgesetzt werden.
3. Auswahlmöglichkeit verschiedener Sohlen und Absätze und deren Eigenschaften
Passend zu jedem Schuhmodell wird die Sohle ausgewählt. Ihre Kontur ergibt
sich damit aus dem Leisten, auf dem der Schuh aufgebaut wird, zuzüglich der
Stärke des Schaftleders. Nach Wunsch des Kunden muss die Aussicht bestehen,
einzelne Eigenschaften der Sohle, wie die Dicke, den Rahmen oder die Form zu
verändern und bei der Visualisierung darzustellen. Auch der Absatz spielt bei
bestimmten Schuhmodellen eine entscheidende Rolle. Die normale Absatzhöhe
eines Herrenschuhes beträgt 2.5 cm, jedoch kann sie nach Belieben variieren. Dies
wird bei der Erstellung des Leistens umgesetzt, womit jeder Leisten eine
festgelegte Absatzhöhe aufweist. Ein visualisierter Absatz muss dies berücksichtigen und sich an die Höhe des Schuhs und an die Kontur der Sohle anpassen.
4. Wählbarkeit unterschiedlicher Ledersorten
Alle Einzelteile eines Schuhs, wie die Schaftteile oder die Sohle können aus
verschiedenen Ledersorten oder anderen Materialien bestehen. Es muss daher die
Möglichkeit geboten werden, die visualisierten Schuhteile einzeln mit Texturen zu
belegen, um somit den optischen Eindruck des Materials zu vermitteln.
12
3 STAND DER TECHNIK
5. Automatischer Ablauf
Liegt die Bestellung des Kunden vor, soll anhand der Bestelldaten und des an dem
Fuß angepassten Leistens, ebenso wie der Leistenkopie und die dazugehörigen
Schaftschnitte der gewünschte Schuh automatisch visualisiert werden.
Das dreidimensionale Modell des Schuhs muss daher fünf entscheidende Schritte beinhalten.
Zuerst muss ein virtueller Maßleisten vorliegen, der dem echten Fuß des Kunden entspricht.
Hierauf müssen die einzelnen Schaftteile, Nähte und Verzierungen so platziert werden, dass
das entsprechend gewählte Schuhmodell repräsentiert wird. Anschließend soll die Kontur der
Brandsohle so bestimmt werden, dass die Sohle und der Absatz passend zum Schuh
visualisiert werden können. Durch die Wahl verschiedener Texturen müssen letztlich die
Einzelteile des Schuhs so dargestellt werden, wie es bei einem echten Schuh der Fall wäre.
Ein automatischer Ablauf der Visualisierung soll den Prozess vervollständigen.
Im Rahmen des Projektes Maßschuh-Galerie an der Universität Bremen wurde die Erzeugung
eines 3D- Modells des Schuhs aus Schaftteilen unter Berücksichtigung der oben aufgeführten
Bedingungen angestrebt. Zur Vervollständigung der Visualisierung muss jedoch das Modell
der Sohle dreidimensional erzeugt werden, was das Thema dieser Arbeit bildet.
Bevor im Weiteren genauer auf die Umsetzung des 3D-Modells der Schaftteile eingegangen
wird, werden im Folgenden zwei Projekte vorgestellt, die sich ebenfalls mit der Visualisierung von Schuhen befasst haben. Anhand der beiden Beschreibungen wird die Problematik
der Maßschuhvisualisierung ausgehend von den Konstruktionsdaten deutlich, was sich auf die
Erzeugung des 3D-Schafts, ebenso wie die Sohle bezieht.
3.1 Shoemaster QS
„Shoemaster QS“ ist ein Projekt des Unternehmens „CSM3D International Limited“, das auf
Schuhkonstruktionen mittels CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided
Manufacturing) spezialisiert ist. Es bietet eine bestimmte Anzahl unterschiedlicher
Softwarepakete an, die verschiedene Teilbereiche der Schuhvisualisierung unterstützen. Die
zwei unten aufgeführten Bespiele illustrieren das Konzept, worauf das Projekt aufbaut. Die
Beschreibungen stammen aus Videotutorials passend zu jedem Teilgebiet, ebenso wie die
dazu gehörigen Bilder.
Eine Auswahl aller Programme und deren Erläuterungen befindet sich unter [Shoemaster
2009].
3.1.1
QS
Shoemaster QS Power
Die Power-Version des Shoemaster QS bietet eine dreidimensionale Umgebung, in der jedes
beliebige Standardleistenmodell aus einer Datenbibliothek heraus geladen werden kann. Je
nach gewünschter Schuhgröße kann der Leisten gradiert werden. Das bedeutet, dass
signifikante, zu der Kontur des Leistens gehörende Eckpunkte nach festgelegten Abständen
verschoben werden. Diese sind nach Erfahrungswerten für jede Standardgröße in Tabellenform festgelegt.
Durch Ebnung wird nun aus dem dreidimensionalen Leisten eine 2D-Kontur gewonnen, die
der Leistenkopie entspricht. Auf dieser können Linien und Muster hinzugefügt werden, die
das Erstellen einzelner Schnittmuster der Schaftteile ermöglichen. Für eine bessere Einsicht
bietet das Programm aber auch das direkte Auftragen der Linien und Konturen der einzelnen
13
3 STAND DER TECHNIK
Schaftteile auf dem Leisten. Durch deren unterschiedliche Zusammenstellung können neue
Schnitte entworfen werden. Um die erzeugten Schnittmuster für andere Standardgrößen
verfügbar zu machen, besteht die Möglichkeit, diese ebenfalls zu gradieren.
Abbildung 3.1: Der dreidimensionale Leisten und die dazu konstruierten Schnittmuster
([Shoemaster 2009])
Abbildung 3.2: Gradieren der Schnittmuster ([Shoemaster 2009])
14
3 STAND DER TECHNIK
Bezogen auf das Anliegen, Maßschuhe zu visualisieren, ist dieses Verfahren jedoch nicht
vorteilhaft, da hierbei nur auf Standardleisten zugegriffen wird. Ein Programm, das auf
Maßleisten aufbaut, wird im Folgenden dargestellt.
3.1.2
Shoemaster QS Orthopedie
Diese Software ermöglicht das Visualisieren von Schuhen ausgehend von einem Maßleisten.
Hierzu wird zunächst der zweidimensionale Fußumriss oder - wenn vorhanden - der
dreidimensionale Fußscan geladen. Passend zur Schuhgröße kann dann aus der Bibliothek das
gewünschte Leistenmodell ausgewählt werden. Um nun aus dem Leisten einen Maßleisten
entsprechend den Eigenschaften des Fußes zu konstruieren, wird er in einigen Bereichen an
die Länge und Breite des Fußes angepasst. Zur Erzeugung von Wölbungen oder Vertiefungen,
die sich am Fuß befinden wird durch Abnahme und Zunahme von Zusatzmaterialien versucht,
den Leisten anzugleichen. Das bedeutet, es werden Bereiche des Leistens ausgewählt, die sich
von dem echten Fuß unterscheiden und passend vergrößert oder verkleinert. Letztlich muss
der Leisten soweit verändert werden, dass er die Höhe des gewünschten Absatzes aufweist.
Stimmt der Leisten mit der gewünschten Form überein, kann er geebnet und in eine 2DLeistenkopie überführt werden, worauf die einzelnen Schaftteillinien für das gewünschte
Modell geladen, an den Maßleisten angepasst und verändert werden können.
Abbildung 3.3: Einzelne Schritte zum Entwerfen von orthopädischen Schuhen ([Shoemaster 2009])
15
3 STAND DER TECHNIK
Um das dreidimensionale Modell des Schuhs zu vollenden, kann mit Hilfe der Software
„SoleDesign“ eine Sohle passend zum gewünschten Schuhmodell entworfen werden.
Die zum Shoemaster QS gehörenden Softwarepakete produzieren qualitativ hochwertige
Bilder, sind allerdings zum Kreieren neuer Schuhmodelle angedacht. Zwar besteht hier die
Möglichkeit, Schuhe anhand von Maßleisten unter Berücksichtigung des gewünschten
Linienverlaufs der Nähte und Muster zu erzeugen und passende Sohlen zu konstruieren, doch
müssen alle Schritte vom Anwender einzeln durchgeführt werden. So existiert das Problem
eines nicht vollautomatischen Verlaufs, der für die Maßschuh-Galerie jedoch relevant ist.
3.2 ShoeVis
Eine zweite Option, dreidimensionale Schuhmodelle zu erzeugen, ermöglicht das Forschungsprojekt der AiF (Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen
"Otto von Guericke" e.V. ) „Die virtuelle Realität und der Schuh“. ShoeVis ist die Software
des 2009 abgeschlossenen Projektes.
Sie beruht ebenso wie Shoemaster QS auf dem Ziel, die Vorgänge des Schuhdesigns für
Designer zu vereinfachen. Grundlage des Konzeptes bildet ein Leisten, der als Steuerelement
für den Anwender gedacht ist. Dessen Bewegung bringt somit eine Lageänderung des
virtuellen Schuhs mit sich. Zur Auswahl einzelner Schuhelemente wird zusätzlich ein
Zeigestift eingesetzt, welcher auch zur Steuerung des Menüs dient. So führt ein Tippen auf
den Leisten oder das Kippen des Stiftes zur Auswahl von Menüpunkten.
Abbildung 3.4: Der Leisten und der Zeigestift als Steuerelement [Richter 2009]
Die Designlinien zur Erstellung von einzelnen Schaftschnitten können anhand des Zeigestiftes
umgesetzt werden. So kann der Designer die gewünschten Linien auf den Leisten zeichnen,
welche in nahezu Echtzeit auf den virtuellen Schuh übertragen werden.
Abbildung 3.5: Zeichnen von Designlinien auf den virtuellen Leisten und Erzeugung passender Schaftteile
mit dem gewünschten Material [Richter 2009]
16
3 STAND DER TECHNIK
Um einen realen optischen Eindruck zu vermitteln, bietet die Funktionalität des Programms
die Möglichkeit, einzelne Schuhbestandteile auszuwählen und mit gewünschter Textur oder
Materialstärke zu versehen. Weitere Accessoires wie Ösen, Schnürsenkel oder auch die Sohle
können ebenso aus einer Bibliothek ausgesucht und positioniert werden.
Abbildung 3.6: Bearbeitung des Menüs und Einstellung der Materialstärke mit Hilfe des Stiftes
[Richter 2009]
Zur Anpassung des generierten Schuhmodells an den kundenindividuellen Maßleisten besteht
die Möglichkeit, den Leisten auszutauschen. Allerdings müssen hierbei der Schaft sowie die
Sohle über geeignete Parameter verändert werden. Da verschiedene Maßleisten erhebliche
Unterschiede in ihrer Form aufweisen können, kann die Übertragung der Konturen auf den
neuen Leisten nicht verzerrungsfrei ablaufen. Hierzu müssen die Konturen einzeln
nachbearbeitet werden, um die gewünschte Form zu erhalten.
ShoeVis bietet damit die Möglichkeit, Schuhe virtuell zu erzeugen. Wie bereits erwähnt, steht
auch hier das Design des Schuhs im Vordergrund. Die Möglichkeit, Schaftteile nach Wunsch
zu kreieren und sie mit gewünschter Materialstärke und Textur zu belegen, ist hierbei
gegeben. Allerdings kann die Übertragung eines bereits erzeugten Modells auf einen
Maßleisten zu Verzerrungen und damit einer zusätzlichen Bearbeitung führen. Da die
Visualisierung des Maßschuhs und der geeigneten Sohle für die Maßschuh-Galerie
automatisch ablaufen muss, ist somit auch diese Möglichkeit kaum geeignet.
Abbildung 3.7: Virtueller Schuh, erstellt mit ShoeVis [Richter 2009]
17
3 STAND DER TECHNIK
Die meisten heute auf dem Markt existierenden Programme beziehen sich auf das Kreieren
neuer Schuhmodelle, um Kunden eine größere Auswahlmöglichkeit zu bieten und zusätzlich
Zeit und Kosten zu sparen. Ein Projekt, das sich ausschließlich darauf spezialisiert hat, bereits
existierende Maßschuhmodelle mit Hilfe der Konstruktionsdaten und in automatischer Form
zu visualisieren, ist die Maßschuh-Galerie.
3.3 Maßschuh-Galerie
Wie bereits zu Beginn der Arbeit erwähnt, ist die Maßschuh-Galerie ein Projekt, welches das
Ziel verfolgt, die Kosten für die Herstellung von Maßschuhen zu senken. Hierbei wurde
versucht, die Arbeit der Schuhmacher durch den Einsatz von Computern zu vereinfachen,
indem die Herstellung und Anpassung der Maßleisten und auch die Konstruktion der dazu
passenden Schaftteile mit Hilfe des Computers umgesetzt werden. Hieraus entstand der
Wunsch, Kunden die Möglichkeit zu bieten, den von ihnen bestellten Schuh vor der
Herstellung zu begutachten. Damit musste ein Verfahren entwickelt werden, das anhand der
Daten eines virtuellen Leistens und der dazugehörigen Schaftteile ein dreidimensionales
Modell erzeugt, in dem alle Punkte der einzelnen Schaftteile auf dem Leisten einen Platz
finden. Zur Vollendung des Modells muss zusätzlich die passende Sohle konstruiert werden.
Das Verfahren zur Konstruktion der passgenauen Schaftteile, ebenso wie die Erzeugung des
dreidimensionalen Schaftmodells basieren auf einem virtuellen Leisten des Systems OptiCAD
der Firma Gebiom. Anhand elektronischer Messinstrumente werden die Fußmaße erfasst,
welche zur Herstellung eines Holz-Maßleistens dienen. Zusätzlich können die Maße mit Hilfe
einer CAD/CAM-Software in einen virtuellen Leisten überführt und als XML exportiert
werden. Die untere Abbildung zeigt einen von Gebiom zur Verfügung gestellten Leisten.
Abbildung 3.8: Virtueller Leisten der Firma Gebiom
Für das dreidimensionale Schaftmodell müssen nun zuerst die einzelnen Konturen der
Schaftteile passend zu dem jeweiligen Maßleisten konstruiert werden. Damit muss zunächst
eine virtuelle Leistenkopie entsprechend dem Maßleisten abgenommen und aus dieser
schließlich die Konturen der einzelnen Schaftteile erzeugt werden. [Plath 2004] stellt ein
Verfahren vor, mit dem die Abnahme der Leistenkopie, ebenso wie die Konstruktion der
einzelnen Schaftteile computergestützt realisiert werden können. Hierdurch kann die Arbeit
der Schuhmacher vereinfacht und damit Zeit und Geld gespart werden. Das von [Plath 2004]
entwickelte Verfahren wird im Folgenden beschrieben.
18
3 STAND DER TECHNIK
3.3.1
Konstruktion der Leistenkopie
Die Leistenkopie wird, wie bereits erwähnt, anhand eines Leistens der Firma Gebiom
konstruiert. Auf diesen werden zunächst einige Punkte definiert, die zur Bestimmung der
Kontur der Leistenkopie von großer Bedeutung sind. Die untere Abbildung zeigt die
definierten Punkte auf einem Leisten.
Abbildung 3.9: Messpunkte des Leistens ([Plath 2004], S. 87)
Zur Ermittlung der in Abbildung 3.9 gezeichneten Punkte verwendet [Plath 2004] fünf
verschiedene Methoden:
1. Fest definierte Positionen
Bei dieser Kategorie handelt es sich um Punkte, die bereits bei der Herstellung des
Leistens definiert werden. Da ihre Lage für jeden Leisten zuvor festgelegt ist,
können sie direkt aus der XML Datei des Leistens übernommen werden. Ein
Bespiel hierfür ist der Hochspannpunkt (HSP).
2. Aufspüren geometrischer Besonderheiten
Anhand der Untersuchung der Leistenoberfläche können einige Punkte ermittelt
werden, die sich an charakteristischen Stellen des Leistens befinden. Beispielsweise ist der Absatzpunkt (AP) der hinterste und tiefste und analog dazu der
Spitzpunkt (SPP) der vorderste und tiefste Punkt jedes Leistens.
3. Abtragen fester Maße auf der Leistenoberfläche
Befindet sich eine definierte oder definierbare Linie auf der Oberfläche des
Leistens, kann die Lage einiger Punkte, die sich auf dieser Linie befinden, durch
ihre festgelegten Abstände zu anderen Punkten aus dieser Linie beschrieben
werden. Durch die Verbindung von Spitz- und Absatzpunkt kann beispielsweise
eine Linie entstehen, die auch als Mittellinie bekannt ist und den Leisten in zwei
Hälften unterteilt. Die Lage einiger Punkte, die sich auf der Mittellinie befinden,
können somit in Bezug zueinander bestimmt werden. Ein Beispiel hierfür ist der
Fersenmesspunkt (FMP), der sich zwei Zentimeter oberhalb des Absatzpunktes
befindet.
19
3 STAND DER TECHNIK
4. Schnittpunktbildung an Kanten der Leistenoberfläche
Lässt man die Ränder des Leistens mit Linien schneiden, die sich ebenso wie die
Mittellinie auf dem Leisten befinden, entstehen neue Punkte. Diese sind für die
Kontur der Leistenkopie notwendig, da sie sich an geometrisch markanten
Positionen befinden. Z.B. entsteht durch den Schnitt der Ballenlinie mit der Kante
des Leistens der Weitenpunkt (WA), der unter anderem für diese Arbeit von
großer Bedeutung ist.
Abbildung 3.10: Schnittpunkt der Ballenlinie mit der Leistenkante ([Plath 2004], S. 86)
5. Relationsangabe auf definierten Linien
Bei der dritten Variante zur Erkennung von Punkten werden einzelne Punkte, die
sich auf bestimmten Linien befinden, in festen Längen zu einander dargestellt. In
Variante 5 werden die Punkte in Bezug zu Abständen, die sich zwischen zwei
anderen Punkten befinden, beschrieben. Ein Bespiel hierfür liefert das Leistenlängenmaß, das als Abstand zwischen dem Fersenmesspunkt und dem Spitzpunkt
definiert wird. 1/3 dieser Länge zuzüglich 5mm ergibt eine Strecke, die angibt, in
welchem Abstand sich der Zentralpunkt (ZP) vom Spitzpunkt befindet.
Abbildung 3.11: Berechnung des Zentralpunktes mit Hilfe der Mittellinie ([Plath 2004], S. 86)
Sind die für die Leistenkopie entscheidenden Punkte ermittelt, muss eine Methode gefunden
werden, um eine bestimmte Menge von Messstrecken zwischen Paaren von diesen Punkten zu
ermitteln, die beim Erstellen der Kontur der Leistenkopie eine wichtige Rolle spielen. [Plath
2004] verwendet ein von ihm entwickeltes Verfahren der Rekursiven Winkelschachtelung zur
Bestimmung kürzester Wege auf dreidimensionalen Oberflächen. Die Methode bildet nach,
20
3 STAND DER TECHNIK
wie ein Mensch die Strecke zwischen zwei Punkten mit Hilfe eines Maßbands messen würde
und dabei versucht, den kürzesten Weg zu finden. Dies geschieht, indem er das Maßband an
den beiden Punkten festhält und strammzieht. Befindet sich allerdings ein Hindernis in Form
einer Wölbung oder einer Vertiefung auf der Messstrecke, muss versucht werden, das
Maßband an den Hindernissen vorbeizulegen. Die genaue Erläuterung des Algorithmus würde
den Rahmen dieser Arbeit verlassen. Eine ausführliche Beschreibung findet sich unter ([Plath
2004], ab S. 102). Die folgende Abbildung zeigt alle auf dem Leisten ermittelten Messstrecken.
Abbildung 3.12: Messstrecken auf dem virtuellen Leisten ([Plath 2004], S. 114)
Für die nun ermittelten Messstrecken müssen die jeweiligen Abstände auf dem Leisten
bestimmt werden. [Plath 2004] berechnet alle Abstände für einen Leisten der französischen
Größe 42. Mit Hilfe des CAD-Systems COAT – das ursprünglich aus der Bekleidungsbranche
stammt und zur Erstellung von Schnittmustern dient - kann nun die Konstruktion der
Leistenkopie erfolgen. Hierbei wird ausgehend von zwei festgelegten Punkten, Zentralpunkt
(ZP) und Fersenmesspunkt (FMP), die Lage aller definierten Messpunkte auf der zweidimensionalen Ebene berechnet. Die Kontur der Leistenkopie ergibt sich nun durch die Verbindung
der konstruierten Punkte. Das kurz beschriebene Verfahren bietet die Möglichkeit zur
automatischen Konstruktion einer Leistenkopie aus jedem gewünschten Maßleisten. Dabei
müssen lediglich die in diesem Abschnitt beschriebenen Schritte mit den Angaben des
Maßleistens durchgeführt werden.
Abbildung 3.13: Leistenkopie Größe 42 ([Plath 2004], S. 128)
21
3 STAND DER TECHNIK
3.3.2
Konstruktion der Schaftteile
Der Aufbau des Schafts basiert auf der bereits konstruierten Leistenkopie. Zur Erstellung der
einzelnen Schaftteile wird das Schnittkonstruktionssystem COAT verwendet, das zuvor auch
zur Erzeugung der Leistenkopie eingesetzt wurde. Wie bereits im Abschnitt 2.1 für die
traditionelle Schuhkonstruktion beschrieben, müssen auch hier die benötigten Linien des
gewünschten Schuhschnitts auf die Leistenkopie übertragen werden. [Plath 2004] untersuchte
hierfür die für ein bestimmtes Schuhmodell existierenden Konstruktionsanleitungen und
setzte die Vorgehensweise in COAT um. „Um den Aufbau einer Konstruktion und die
Verwendung der Parameter darin nachvollziehen zu können, enthält das COAT-System einen
speziellen Editor für die Konstruktionshistorie. Er dient auch dazu, Probleme oder Fehler
innerhalb des Konstruktionsprozesses aufzufinden und diese gegebenenfalls zu korrigieren
bzw. zu modifizieren“ ([Szczepanek 2003], S. 143). Damit bietet COAT die Möglichkeit, die
Entstehungsgeschichte der Konstruktion festzuhalten. So kann immer geschaut werden,
welche Linien der Schnittteile beispielsweise wann und mit welchen Längen oder Winkel
erzeugt wurden. Damit kann ein einmalig erzeugtes Modell für jeden Kunden verwendet
werden. Zusätzlich können durch Verwendung von Variablen für die Konstruktion kleine
Veränderungen, wie bei der Länge oder Bereite der Zunge, innerhalb eines bestimmten
Schuhmodells vorgenommen werden, um die persönlichen Vorstellungen des jeweiligen
Kunden zu berücksichtigen.
Die hier erzeugten Schaftteile können als Papierschablone angefertigt und für das Zuschneiden des Leders verwendet werden.
Abbildung 3.14: Fertig konstruiertes Oberleder eines Derby-Modells ([Plath 2004], S. 144)
3.3.3
Erzeugen eines 3D Modells des Schafts (Visualisierung)
Das von [Plath 2004] entwickelte Verfahren zur Konstruktion von Schaftteilen ermöglicht
dem Schuhmacher, ein einmalig in COAT erzeugtes Modell auch für andere Kunden zu
verwenden. Hierfür reicht es, die Fußmaße in einen Leisten zu überführen, aus dem
automatisch die Leistenkopie erzeugt wird. Konstruiert werden die einzelnen, kundenindividuellen Schaftteile unter Berücksichtigung des Schuhschnitts durch die Ausführung der in
COAT aufgezeichnete Konstruktionshistorie. Die hier gestalteten Schaftteile bilden die
Grundlage für die Erzeugung des dreidimensionalen Modells des Schafts von [Weiler 2005].
Um Kunden die Möglichkeit zu bieten, den gewählten Schuh vor der Produktion zu
begutachten, bestand der Wunsch nach der automatischen Visualisierung des Schuhs unter
22
3 STAND DER TECHNIK
Berücksichtigung der kundenindividuellen Maße. Die hierfür benötigten Daten, wie die des
Leistens, der Leistenkopie sowie der Kontur der einzelnen Schaftteile liegen bereits vor. Zum
Austausch der Daten aus COAT wurde eine XML Schnittstelle implementiert, die die
benötigten Daten zur Verfügung stellt. Wie zuvor erwähnt, wird der Leisten des Systems
OptiCAD in Form einer XML Datei gespeichert. Diese beinhaltet einzelne Punkte des
Leistens in einer Matrixstruktur, die es erlaubt, den Leisten durch ein Polygonnetz zu
beschreiben. Die Schaftteile und die Leistenkopie hingegen, werden in zweidimensionaler
Form und anhand von Punkten beschrieben, die deren durchgängige Kontur ergeben.
Dem Erzeugen des dreidimensionalen Modells des Schafts von [Weiler 2005] liegt eine
Abbildungsfunktion zu Grunde, die die einzelnen Punkte der Schaftteile auf den Leisten
überträgt. Dies ist möglich, da alle für den Schuh benötigten Schaftteile aus der Leistenkopie
abgeleitet werden. Damit ist ihre Lage zu der Leistenkopie deutlich. Da die Leistenkopie aus
dem Leisten überführt wird, können so alle Schaftteile beliebiger Modelle durch eine
einmalig erzeugte Abbildung auf den Leisten projiziert werden.
Zur Umsetzung des Konzepts ist also eine Methode nötig, um die Positionen einzelner Punkte
des Schaftteils auf dem Leisten zu identifizieren. Hierzu verwendet [Weiler 2005] ein
Partikelsystem, das das folgende Ziel verfolgt:
„Eine zweidimensionale Repräsentation der Oberfläche einer virtuellen Leistenhälfte zu
finden, in der die Verzerrungen zwischen benachbarten Punkten, bezogen auf deren
Ausgangspositionen im dreidimensionalen Raum, minimal sind“ ([Weiler 2005], S.65).
Existiert eine zweidimensionale Repräsentation der Leistenoberfläche, können so Positionen
auf dem Leisten gefunden werden, auf denen jeder einzelne Punkt des Schaftteils seinen Platz
findet. Zusätzlich muss eine Reihenfolge festgelegt werden, nach der die Schaftteile platziert
werden. Da die Lederstärke einen Einfluss auf die Optik des Schuhs hat, müssen außerdem
alle Schaftteile mit einer bestimmten Dicke versehen werden. Die hier genannten Schritte
werden nun im Folgenden genauer erklärt.
3.3.3.1 Erzeugung der Abbildungsfunktion
Wie bereits erwähnt, dient die Abbildungsfunktion zur Ermittlung der Positionen einzelner
Punkte der Schaftteile auf dem Leisten. Mit Hilfe des Partikelsystems soll erreicht werden,
dass die dreidimensionale Oberfläche des Leistens als eine zweidimensionale Ebene
repräsentiert werden kann. Hierzu werden einzelne Punkte, die sich auf der Oberfläche des
Leistens befinden, als Partikel aufgefasst, die verschiedene Attribute, wie Position und Größe
enthalten. Nun werden alle Partikel aus dem dreidimensionalen Raum in die zweidimensionale Ebene übertragen. Dabei sollen sie sich so ausrichten, dass ihr Abstand sowie ihr Winkel zu
ihren Nachbarn die gleichen Werte aufweisen wie die im dreidimensionalen Raum.
Da die Abbildungsfunktion zwischen der Leistenoberfläche und der Leistenkopie erzeugt
werden soll, muss das Partikelsystem vor der Erzeugung der Abbildung mit der Kontur der
Leistenkopie verbunden werden. „Dies geschieht, indem die Kontrollpunkte auf dem
virtuellen Leisten und die entsprechenden Punkte auf der Kontur der virtuellen Leistenkopie
übereinander gelegt werden“ ([Weiler 2005], S. 71). Bei den Kontrollpunkten handelt es sich
um die von [Plath 2004] festgelegten und in der Abbildung 3.13 dargestellten Punkte, die die
charakteristischen Richtungsänderungen der Leistenkopie beschreiben.
23
3 STAND DER TECHNIK
Abbildung 3.15: In die Leistenkopie fixiertes Partikelsystem ([Weiler 2005], S. 73)
Die Ermittlung der Abbildungsfunktion zwischen der Leistenoberfläche und der Leistenkopie
kann nun gestartet werden. Nach endlich vielen Iterationsschritten erreicht das Partikelsystem
seinen stabilen Zustand. Zur Erkennung dieses Zustands muss in jedem Iterationsschritt
anhand einer Bewertungsfunktion bestimmt werden, ob es sich hierbei um den Idealzustand
handelt. Strebt dieser Wert gegen Null, so ist der Endzustand erreicht. Die Repräsentation des
Leistens liegt nun als Dreiecksnetz vor.
Abbildung 3.16: Iterationsschritt 1 ([Weiler 2005], S. 74)
Abbildung 3.17: Iterationsschritt 40 ([Weiler 2005], S. 76)
24
3 STAND DER TECHNIK
Abbildung 3.18: Iterationsschritt 250 ([Weiler 2005], S. 77)
3.3.3.2 Übertragung der Schaftteil-Konturen auf den Leisten
Mit Hilfe der erzeugten Abbildung der Leistenoberfläche in die Kontur der Leistenkopie kann
nun jedem Punkt, der sich innerhalb der Leistenkopie befindet, eine eindeutige Position auf
der Leistenoberfläche zugeordnet werden und umgekehrt. Hiermit besteht die Möglichkeit,
alle Punkte eines Schaftteils, die sich innerhalb der Leistenkopie befinden, auf den Leisten zu
positionieren. Punkte, die nicht Teil der Leistenkopie sind, können daher auch nicht
abgebildet werden. Dies ist vor allem bei der zusätzlichen Zwickzugabe der Fall, was jedoch
für die Visualisierung nicht von Bedeutung ist, da sich dieser Bereich unter dem Leisten
befindet und damit nicht sichtbar ist.
Abbildung 3.19: Abschneiden der Zwickzugabe ([Weiler 2005], S. 80)
Zur Umsetzung muss jetzt für jeden Punkt des Schaftteils ein Dreieck in der Abbildungsfunktion bestimmt werden. Da die Position dieses Dreiecks mit Hilfe der Abbildungsfunktion sehr
leicht auf dem Leisten ermittelt werden kann, können so die Punkte des Schaftteils von dem
Dreieck, in dem sie sich befinden, auf das dazugehörige Dreieck auf dem Leisten abgebildet
werden.
Abbildung 3.20: Die Kontur eines Schaftteils auf der Leistenkopie und das dazugehörige Ebenbild auf
dem virtuellen Leisten ([Weiler 2005], S. 81)
25
3 STAND DER TECHNIK
3.3.3.3 Manipulation der Schaftteile
Die nun auf dem Leisten positionierten Schaftteile sind nur in Form von Konturen vorhanden.
Um sie jedoch als dreidimensionales Modell repräsentieren zu können, müssen die Konturen
zuerst in Polygonnetze umgewandelt werden. Hierfür werden aus den Konturen gleichmäßige
Dreiecksnetze erzeugt. Beim Übertragen der Schaftteile auf den Leisten werden somit nicht
nur die äußeren Linien, sondern alle Punkte des Dreiecksnetzes verwendet.
Zur Erzeugung des Dreiecksnetzes müssen die Konturen der Schaftteile trianguliert werden.
[Weiler 2005] implementiert hierfür den Delaunay-Refinement-Algorithmus von Rupert, J.
(vgl. [Weiler 2005], S. 85) . Dieser bietet den Vorteil, dass alle sich in einem Dreiecksnetz
befindenden Dreiecke ungefähr die gleiche Größe aufweisen. Die untere Abbildung zeigt ein
trinaguliertes Schaftteil.
Abbildung 3.21: Trianguliertes Schaftteil ([Weiler 2005], S. 87)
Nach der Übertragung sämtlicher Punkte eines triangulierten Schaftteils befinden diese sich
direkt auf dem Leisten. Dies entspricht jedoch nicht dem realen Bild eines Lederstücks, das
eine bestimmte Stärke aufweist. Daher muss jedes Schaftteil in einen dreidimensionalen
Körper mit einstellbarer Stärke umgewandelt werden. Wird jede durch die Abbildungsfunktion ermittelte Position orthogonal und mit einem variablen Abstand zu der Leistenoberfläche
verschoben, entsteht damit die Wirkung eines Lederstücks mit bestimmter Stärke. Da ein
echter Schuh aus Schaftteilen besteht, die an den Nahtstellen übereinander gelegt werden und
damit unterschiedliche Höhen aufweisen, werden sie in verschiedenen Ebenen auf dem
Leisten platziert, die jeweils für sich eine eigene Stärke besitzen. Befinden sich an einzelnen
Stellen mehrere Schaftteile übereinander, so werden die Lederstärken der jeweiligen Ebenen
summiert.
Abbildung 3.22: Dreidimensionales Modell eines Derby-Schuhs ([Weiler 2005], S. 91)
26
3 STAND DER TECHNIK
Abbildung 3.23: Mit Texturen belegtes Schuhmodell ([Weiler 2005], S. 91)
Damit ist die Erzeugung des dreidimensionalen Schuhmodells aus Schaftteilen von [Weiler
2005] abgeschlossen. Offen bleibt das Modell der Sohle und der Absatz. Die gewünschten
Sohlenmodelle müssen passend zum jeweiligen Schuhmodell und nach Wünschen des
Auftragsgebers automatisch visualisiert werden. Damit muss auch das Verfahren zur
Visualisierung der Sohle, die im Kapitel 3 genannten Kriterien erfüllen. Eine ausführliche
Beschreibung eines Konzepts unter Berücksichtigung der aufgeführten Kriterien befindet sich
im nächsten Kapitel.
27
4 KONZEPT
4 Konzept
Um dem Wunsch nachzukommen, unterschiedliche Sohlen unter Berücksichtung der in
Kapitel 3 genannten Kriterien zu erzeugen, werden in diesem Kapitel die wesentlichen
Konzepte zur Erstellung von fünf verschiedenen Sohlen aufgeführt. Zusätzlich werden
Konzepte zur Realisierung von Sohlenbestandteilen, wie der Naht oder verschiedener
Absatzformen erläutert. Damit besteht die Möglichkeit, eine Sohle durch Zusammensetzung
einzelner Elemente anzufertigen und diese nach Wunsch auszutauschen.
Zur Verwirklichung des Ziels, eine realitätsnahe Sohle zu visualisieren, soll ähnlich wie bei
der traditionellen Schuhherstellung vorgegangen werden. Hierbei wird anhand des
vorgefertigten Maßleistens eine Brandsohle ausgeschnitten, auf der der Schaft befestigt wird.
Entlang der nun entstandenen Kontur wird der Rahmen aufgenäht, falls einer vorhanden sein
sollte. Aus dessen Umriss kann anschließend die endgültige Sohlenkontur gewonnen und die
Sohle erstellt werden.
Zur Nachbildung der oben genannten Einzelschritte sind zunächst Punkte aus dem virtuellen
Leisten zu ermitteln, deren Verbindung die Kontur der Brandsohle ergibt. Es ist zu beachten,
dass diese Kontur abhängig von dem individuellen Leisten ist und daher für jeden Fuß und
jeden Kunden separat erzeugt werden muss. Als Grundlage für die Visualisierung stehen
demzufolge virtuelle Leisten der Firma Gebiom zur Verfügung, die mit dem System
OptiCAD erzeugt werden und in Form einer XML-Datei gespeichert sind.
4.1 Erstellung der Sohlenkontur
Die Kontur jeder Sohle ergibt sich aus der Brandsohle zuzüglich der Lederstärke des auf dem
Leisten angebrachten Schafts. [Weiler 2005] stellt wie im Abschnitt 3.3.3 beschrieben ein
Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Modells des Schafts vor. Im Gegensatz zu
der realen Schuhherstellung, bei der der Schaft unter dem Leisten befestigt wird, wird hier die
Zwickzugabe entlang der Sohlenlinie des Leistens abgeschnitten (vgl. Abbildung 3.19). Dabei
ergibt sich die erforderliche Kontur aus dem Umriss der Brandsohle, vergrößert um die Stärke
des Schaftleders. Folglich ergeben sich zwei Methoden zur Ermittlung einer passenden
Sohlenkontur:
Die erste Methode besteht darin, aus dem erzeugten 3D-Modell des Schafts Punkte entlang
der Sohlenlinie zu ermitteln und diese später zu verbinden. Bei der zweiten Methode muss der
Umriss der Brandsohle aus dem dreidimensionalen Leistenmodell extrahiert und anschließend
soweit nach außen vergrößert werden, dass die entstandene Umrisslinie die Brandsohle
zuzüglich der Lederstärke des Schafts darstellt.
Die Anwendung der ersten Methode stellt eine logische Möglichkeit dar, ist aber für diese
Arbeit aus zwei Gründen ungeeignet: Die Erstellung der einzelnen Schaftteile wurde von
[Plath 2004] für einige Varianten der beiden Herrenschuhmodelle Derby und Oxford
umgesetzt. Um die Erzeugung des 3D-Schafts so realistisch wie möglich zu gestalten, legt
[Weiler 2005] die einzelnen Schaftteile in verschiedenen Ebenen auf den Leisten, um die
Nahtstellen hervorzuheben. Abbildung 3.22 kann dies besser verdeutlichen. Dies hat jedoch
zur Folge, dass eine aus dem Schaft ermittelte Sohlenkontur nicht ebenmäßig erscheint,
sondern an den Nahtstellen Unebenheiten aufweist. Es besteht die Möglichkeit, die Kontur
der Sohle aus dem dreidimensionalen Schaft zu gewinnen, sobald die einzelnen Schaftteile
genau auf dem Leisten aufgelegt und bevor sie mit verschiedenen Lederstärken belegt
werden. Allerdings muss die Kontur in diesem Fall um die Stärke des Leders nach außen
28
4 KONZEPT
vergrößert werden, was wieder der zweiten Methode gleicht. Das zweite Problem besteht
darin, dass zur Konstruktion eines 3D-Modells des Schafts für Maßleisten zur Zeit keine
Schaftteilkonturen zur Verfügung stehen. Somit konnte die Umsetzung der Sohlen für
Maßschuhe unter dieser Methode bislang nicht umgesetzt und auch nicht überprüft werden.
Das zweite Verfahren bildet nach, wie ein Schuhmacher die Kontur der Brandsohle erzeugen
würde. Dabei legt er den Leisten auf das gewünschte Leder und markiert die Kontur anhand
eines Stiftes. Den ausgeschnittenen Umriss legt er nun auf die Unterseite des Leistens und
entfernt die überschüssigen Lederteile (vgl. Kapitel 2.2.1). Um diesen Vorgang nachzubilden,
müssen diejenigen Punkte des Leistens, die sich auf der Sohlenlinie befinden extrahiert
werden. Da ein Leisten stets eine Innen- und Außenseite besitzt, werden die Punkte für jede
Seite separat ermittelt und anschließend in richtiger Reihenfolge zusammengefügt, sodass
durch die Verbindung eine gleichmäßige Kontur entsteht.
Zur Anpassung der nun erzeugten Kontur an die Umrisslinie des Schafts müssen alle Punkte
orthogonal zu dem Leisten und passend zu dem Parameter für die Lederstärke verschoben
werden.
Dieser Ablauf erzeugt für jeden Leisten die gewünschte Sohlenkontur und ist somit für alle
Leistenmodelle anwendbar, ohne dass zuvor ein dreidimensionales Schaftmodell erzeugt
werden muss. Zusätzlich bietet diese Methode die Möglichkeit, in einem separaten Schritt
durch Vergrößerung der Parameter der Lederstärke einen gewünschten Schuhrahmen
anzufertigen.
4.2 Anpassung der Innen- und Außenkontur
Die Erstellung der Sohle baut auf kundenindividuellen Leisten auf. Da es sich dabei nicht um
Standard- sondern um Maßleisten handelt, ist davon auszugehen, dass jeder Fuß unterschiedliche Eigenschaften und Fehlformen aufweisen kann. Diese können eine Auswirkung auf die
Sohle und damit auf den Gesamteindruck des Schuhs haben und müssen daher genau beachtet
werden.
Abbildung 4.1: Innen- und Außenseite eines Leistens
29
4 KONZEPT
Jeder Fuß besteht aus einer Innen- und Außenseite. Betrachtet man die Konturen der
jeweiligen Seiten, so fällt auf, dass sie im Vergleich zueinander sehr unterschiedlich aussehen
können. Die untere Abbildung zeigt die Konturen der Innen- und Außenseite eines normalen
Fußes. Werden diese verglichen, wird gut sichtbar, dass beide eine fast identische Kurvenform besitzen. Hierfür kann ohne weiteres eine Sohle erstellt werden, die aus beiden Seiten
betrachtet ein fast identisches Aussehen aufzeigt.
Abbildung 4.2: Konturen der Innen- und Außenseite eines normalen Fußes
Die zweite Abbildung hingegen zeigt eine Fehlform auf. Dabei weisen die Kurven der Innenund Außenseite extreme Unterschiede in ihrer Höhe auf. Wird auf solch einen Leisten eine
Sohle gebaut, ist von einem unästhetischen Aussehen auszugehen. Dabei kann die Sohle zum
einen so aufgebaut werden, dass beide Seiten über eine bestimmte Sohlendicke verfügen, was
zur Folge haben kann, dass der Schuh uneben auf dem Boden steht, oder die Sohle wird an
die Innen- und Außenseite angepasst, sodass sie den Boden erreicht. In diesem Fall befindet
sich der Schuh beidseitig auf dem Boden, die Sohle jedoch sieht ungleichmäßig aus.
Abbildung 4.3: Konturen der Innen und Außenseite eines fehlgeformten Fußes
Zur Lösung dieses Problems fertigt der Schuhmacher ein Fußbett an, das die Erhebungen der
Fußsohle und damit die Höhenunterschiede der beiden Seiten ausgleicht und für eine
ebenmäßige Sohle sorgt. Das Fußbett ist eine Art Schuheinlage, die direkt unter den Leisten
gelegt wird, auf dem die Brandsohle und der Schaft befestigt werden. So befindet sie sich
später im Schuh des Kunden, passt sich einerseits seinem Fuß und dessen Unebenheiten an
und gleicht anderseits die Unterschiede für eine ebenmäßige Sohle aus.
Um die visualisierte Sohle ästhetischer zu gestalten, muss daher davon ausgegangen werden,
dass die beiden Konturen der Innen- und Außenseite sich in jedem Punkt der Sohle auf einer
fast identischen Ebene befinden. Aus dem Grund muss die zuvor ermittelte Sohlenkontur
angepasst werden, indem aus beiden Konturen eine gemeinsame errechnet wird, die die
Differenzen beider Seiten ausgleicht. Wie dies umgesetzt wird, ist in Kapitel 5.2 erläutert.
Abbildung 4.4: Erstellung der gemeinsamen Mittelkontur zur Verbesserung der Fehlform
30
4 KONZEPT
4.3 Die Sohle
Die Form jeder Sohle ist abhängig von dem Modell des Schuhs und damit von der Form des
Leistens. Aus diesem Grund ist nicht jede Sohle für jeden Leisten anwendbar.
Bei der Maßherstellung klassischer Herrenschuhe werden häufig nur zwei verschiedene
Sohlenarten verwendet. Hierbei handelt es sich zum einen um eine Absatzsohle, die über den
gesamten Sohlenbereich eine einheitliche Stärke aufweist, worauf anschließend der Absatz
folgt und zum anderen um eine Wandersohle. Jedoch existiert eine große Auswahl an Sohlen
für Herrenschuhe. Da jede von ihnen anders aussieht und die Herstellung auf unterschiedlichen Wegen erfolgen kann, kann es keine allgemeingültige Lösung zur Visualisierung aller
Sohlenarten geben. In dieser Arbeit werden exemplarisch die fünf häufigsten Sohlen
umgesetzt.
Bei der Konstruktion dieser Sohlen wird unterschiedlich vorgegangen, dennoch besitzen diese
gemeinsame Punkte, die für die Umsetzung beachtet werden müssen. Dazu werden für jeden
Leisten vier verschiedene Punkte ermittelt, die in Abbildung 3.13 dargestellt sind.
1 Spitzpunkt
Der Spitzpunkt bezieht sich auf den vordersten Punkt jeder Sohle. Je nach Wunsch
kann die Stärke der Sohle in diesem Bereich variieren und sich von anderen
Sohlenbereichen unterscheiden.
2 Schnittpunkt der Sohlenkante mit der Ballenlinie
Hierbei handelt es sich um den tiefsten Punkt des Leistens und damit um einen der
wichtigsten Punkte bei der Herstellung der Sohle. Es muss sichergestellt werden,
dass sich dieser stets auf dem Boden befindet. Andernfalls sitzt der Schuh nicht
korrekt und kann zu gesundheitlichen Schäden führen. Dieser Punkt wurde bereits
von [Plath 2004] als Weitenpunkt festgelegt und für die Innen- und Außenseite des
Leistens separat ermittelt.
3 Absatzpunkt
Der Absatzpunkt bildet den hintersten und tiefsten Punkt des Leistens. Die
Ermittlung der Absatzfläche ist von diesem Punkt abhängig.
4 Anfangspunkt der Absatzfläche
Dieser stellt den ersten Punkt dar, ab dem der Absatz des Schuhs gebildet wird. Es
wird allgemein berechnet, dass ein Absatz ¼ der Leistenlänge einnimmt. Bei der
Sohlenerstellung muss beachtet werden, dass dieser Bereich eingehalten wird und
sich immer dem tiefsten Sohlenpunkt anpasst.
4.3.1
Absatzsohle und flache Sohle
Die einfachste Form bildet die flache Sohle, denn sie besitzt die gleiche Stärke im gesamten
Sohlenbereich. Je nach Form des Leistens kann diese unterschiedlich eingesetzt werden.
Durch deren Kombination mit einem Absatz kann die passende Sohle für klassische
Herrenschuhe wie Oxford oder Derby erzeugt werden. Sportlichere Herrenschuhe benötigen
keinen Absatz, so kann eine solche Sohle ohne weitere Veränderungen genutzt werden.
31
4 KONZEPT
Abbildung 4.5: klassisches Modell mit der Absatzsohle und Sportlicher Schuh mit der flachen Sohle
[Soleman 2010]
Bei der Visualisierung der flachen Sohle ist keine Rücksicht auf die im letzten Kapitel
genannten Punkte notwendig, denn alle Bereiche dieser Sohle weisen die gleiche Dicke auf
und müssen daher nicht unterschieden werden. Damit ergibt sich ein simpler Vorgang für die
Umsetzung, in dem alle zu der Sohle gehörigen Punkte um die gewünschte Sohlenstärke
parallel zur Y-Achse nach unten verschoben werden. Diese Stärke ist vom Kunden frei
wählbar und kann nach Belieben verändert werden.
4.3.2
Wandersohle
Eine Wandersohle zeichnet sich durch ihre Robustheit aus. Die eingebauten Zähne machen
den Schuh für Wanderungen stabiler und bieten zugleich einen besseren Halt auf unebenen
Boden.
Abbildung 4.6: Wandersohle [Soleman 2010]
Die Visualisierung einer solchen Sohle kann ebenso wie bei der einheitlichen erfolgen, indem
die Sohle und der Absatz separat erzeugt und später zusammengesetzt werden. Betrachtet man
diese Bestandteile einzeln, so fällt auf, dass die Sohle nur etwa bis zur Hälfte des gesamten
Bereichs gezahnt ist. Für die Realisierung muss demzufolge ein Punkt bestimmt werden, ab
dem sich die Zähne aufheben. Die Berechnung dieses Punktes wird im Kapitel 5.4.2 erläutert.
Eine Unterscheidung zwischen dem Spitzpunkt und dem Weitenpunkt ist auch hier nicht
notwendig, denn für beide gilt die gleiche Sohlenstärke. Da die Sohle in diesem Fall
unabhängig vom Absatz erzeugt wird, ist auch der Absatzpunkt ohne Belang.
Die folgende Abbildung dient zur besseren Veranschaulichung des Modellierungsprozesses.
Anhand derer wird die genaue Erzeugung der Zähne beschrieben.
32
4 KONZEPT
Abbildung 4.7: Verschiebung der Konturpunkte
Für den gesamten gezahnten Bereich der Sohle werden alle Punkte, die sich in diesem Gebiet
befinden, parallel zur Y-Achse in zwei Stufen nach unten verschoben. Entsprechend der
Abbildung 4.8 bedeutet dies, dass der Punkt A im ersten Schritt nach A1 und im zweiten
Schritt nach A2 verschoben wird. A´ symbolisiert den aktuellen Zustand von A und besitzt an
diesem Punkt die gewählte Sohlendicke.
In diesem Zustand existieren für jeden Anfangspunkt zwei verschobene Punkte A1 und A2,
die jedoch ihre gezahnte Form nur durch die richtige Verbindung zueinander erhalten. Für den
restlichen Bereich der Sohle, der keine derartige Form besitzt, gilt, dass jeder Punkt nur um
einen Schritt verschoben wird, der zweite jedoch unbeachtet bleibt.
Abbildung 4.8: Verbindung der Punkte zur Erstellung der Zähne
4.3.3
Integrierte Absatz- und Keilsohle
Die integrierte Absatz- und Keilsohle bildet die vierte und fünfte Variante, der in dieser
Arbeit visualisierten Formen. Bis zum Weitenpunkt besitzen beide die gleiche kurvige Form.
Der Unterschied besteht jedoch darin, dass der restliche Teil der Keilsohle durchgängig auf
dem Boden aufliegt, während die Sohle mit integriertem Absatz sich weiterhin durch eine
kurvige Form auszeichnet.
33
4 KONZEPT
Abbildung 4.9: Keil- und integrierte Absatzsohle [Soleman 2010]
Schlussfolgernd bedeutet das, dass beide Sohlen an den im Kapitel 4.3 vorgestellten Punkten
unterschiedliche Stärken besitzen. Bei der Konstruktion muss daher gewährleistet sein, dass
für den Spitz- und den Weitenpunkt, ebenso wie für die Absatzfläche verschiedene Werte
angenommen werden können.
Dieses Verfahren besteht aus drei Teilschritten: Im ersten wird der Abschnitt vom Spitz- bis
zum Weitenpunkt konstruiert. Der zweite Schritt beinhaltet den zwischen dem Weitenpunkt
und der Absatzfläche, der letzte bezieht sich auf den in der Sohle eingebauten Absatz.
Abbildung 4.10: Verschiebung der Punkte zur Erstellung des ersten Abschnitts
Zur Konstruktion des ersten Abschnitts muss eine Kurve erzeugt werden, die den SP´ mit dem
WP´ verbindet. Hierfür wird zunächst der Spitz- ebenso wie der Weitenpunkt um die für sie
gewählte Stärke nach unten verschoben, ehe ihre Höhendifferenz gebildet wird. Der
entstandene Wert wird dann durch die Anzahl der in diesem Bereich liegenden Punkte
dividiert. Hieraus ergibt sich die Zahl z, die für die Verschiebung der einzelnen Punkte nach
unten verantwortlich ist (vgl. Abbildung 4.10).
34
4 KONZEPT
Im zweiten Abschnitt unterscheiden sich die beiden Sohlen für das bloße Auge, da sie für die
Keilsohle eine Gerade bildet, während die integrierte Absatzsohle eine Kurvenform besitzt.
Dennoch können beide bei der Umsetzung zusammengefasst werden:
Hier ist es nicht möglich, wie bei der Gestaltung des ersten Abschnitts vorzugehen, in dem die
Verschiebung der Punkte in Abhängigkeit zu der Sohlenkurve steht. Dies liegt daran, dass
sich die zu konstruierende Kurve nicht an die der Sohle anpasst. Es bleibt die Möglichkeit
einer Kosinus-Funktion, die es zulässt, eine einheitliche Kurve zu gestalten, die einen
Übergang des WP´ zum Beginn der um den Faktor c verschobenen Absatzfläche bildet. Dabei
gilt:
c = Die Höhendifferenz zwischen dem WP´ und des Anfangspunktes der Absatzfläche
Diese beiden Punkte geben die Minima der Kurve an. Für den Mittelpunkt kann der Kunde
einen Abstand zum Boden angeben, der verschieden stark gewölbte Kurven mit sich bringt.
Dieser Abstand definiert das Maximum. Beträgt dieses Null, so entsteht aus der integrierten
Absatzsohle eine Keilsohle.
Abbildung 4.11: Kosinus-Kurve
Der letzte Abschnitt besteht aus dem Absatz. Er muss stets an den tiefsten Punkt der Sohle
(WP`) angeglichen werden. Dazu wird jeder in diesem Bereich liegende Punkt um einen
Abstand nach unten verschoben, der der Höhendifferenz zum WP´ entspricht.
4.4 Der Absatz
Der Absatz ist eines der wichtigsten Elemente eines eleganten Herrenschuhs. Seine Höhe
wird bereits bei der Herstellung des Maßleistens berücksichtigt. Damit ermöglicht ein
vorgefertigter Leisten immer nur eine bestimmte Absatzhöhe. Als Schlussfolgerung ergibt
sich, dass diese Höhe für die Visualisierung nicht variabel ist, sondern dass sich ein Absatz
stets an die tiefste Stelle der Sohle anpassen muss, um eine ebenerdige Fläche zu ermöglichen.
Die Ermittlung der Absatzlänge folgt aus der Leistenlänge, die mit Hilfe von zwei bestimmten
Punkten berechnet werden kann. Dabei handelt es sich um den bereits von [Plath 2004]
festgelegten Spitzpunkt, ebenso wie den Absatzpunkt (siehe Abbildung 3.13). Der Abstand
beider ergibt die gesuchte Leistenlänge.
35
4 KONZEPT
Ist die gewünschte Absatzlänge ermittelt, kann analog zur der Erstellung einheitlicher Sohlen
vorgegangen werden, indem jeder Punkt, der zu der Absatzfläche gehört um seine Differenz
zu dem Weitenpunkt parallel zur Y-Achse nach unten verschoben wird.
Für den Einsatz von verschiedenen Absätzen wurden in dieser Arbeit drei unterschiedliche
Formen visualisiert. Bei den ersten zwei handelt es sich zum einen um den geraden und zum
anderen um den runden Absatz. Deren Erstellung unterscheidet sich nur im inneren Bereich
des Absatzes, um eine gerade oder runde Form zu ermöglichen. Die dritte Variante bildet der
Wanderabsatz, der passend zur Wandersohle und auf dieselbe Art erzeugt wird. Die genaue
Realisierung der aufgezählten Formen wird im Kapitel 5.4.1.1 erläutert.
4.5 Die Naht
Handelt es sich bei dem gewünschten Modell um einen rahmengenähten Schuh, so muss der
Rahmen mit der Laufsohle bei einfachen und mit der Lauf- und Zwischensohle bei doppelten
Sohlen angenäht werden. Wie bereits im Kapitel 2.2.2 aufgeführt und anhand der dortigen
Abbildungen sichtbar, existieren zwei verschiedene Varianten zum Nähen des Rahmens. (vgl.
Kapitel 2.2). Damit ist die Naht eines der wichtigsten Bestandteile für Rahmenschuhe. Sie
dient dem ästhetischen Eindruck und steht deshalb bei der Visualisierung im Vordergrund.
Für diese Arbeit wurde die rahmengenähte Variante umgesetzt. Hierbei existiert nur eine
sichtbare Naht, die sich auf dem Rahmen befindet und diesen mit der Laufsohle verbindet.
Allerdings können mit Hilfe des Konzepts durch wenige zusätzliche Programmierungsschritte
auch zwiegenähte Schuhe visualisiert werden, die über drei sichtbare Nähte verfügen.
Ein Nahtstich befindet sich immer zwischen jeweils zwei Punkten. Die genaue Bestimmung
der Punkte wird erst im Kapitel zur Realisierung behandelt. Deren Abstand ist abhängig von
der Stichweite des Nahtstichs. Um einer echten Naht nahe zu kommen, wird auf jedem
ermittelten Punkt ein Achteck aufgebaut, das als Fundament des Nahtstiches gilt.
Das Achteck wird auf einer bestimmen Ebene aufgebaut, deren Auswahl von großer
Wichtigkeit ist. Der Rahmen eines Schuhs wird aus der Sohlenlinie des Leistens ermittelt.
Somit ergibt sich, dass die Kontur nicht aus einer geraden, zu der X-Achse parallelen Linie
besteht, sondern eine kurvige Form besitzt. Dies bedeutet, dass sich alle zu dem Rahmen
gehörenden Punkte auf verschiedenen Ebenen befinden können. Wird das Fundament des
Nahtstichs - separat für jeden Punkt - auf einer zu der X-Achse parallelen Ebene erzeugt, so
kann dies zur keiner ästhetischen Naht führen. Die untere Abbildung verdeutlicht dies.
Abbildung 4.12: Die verschiedenen Ebenen der Punkte
Zur Aufhebung des Problems muss für jeweils zwei Nahtstichpunkte eine gemeinsame Ebene
berechnet werden, auf der das Achteck aufgebaut wird. Werden nun weitere Achtecke in
36
4 KONZEPT
verschiedenen Ebenen zwischen den gewählten Punkten erzeugt und anschließend
miteinander verbunden, entsteht ein Nahtstich.
Abbildung 4.13: Ermittlung der gemeinsamen Ebene und Aufbau der Achtecke
37
5 Realisierung
Die gewünschte Sohle lässt sich anhand einer Bestellung anfertigen, die neben den
Kundendaten das gewünschte Schuhmodell, ebenso wie die Angaben zu den unterschiedlichen Elementen beinhaltet. Diese sind unter anderem das Material, die Stärke des Schaftleders oder auch die Form und Dicke der Sohle. Je nach Wunsch können diese Elemente vom
Kunden verändert oder zusammengesetzt werden.
In diesem Kapitel werden die Schritte zur Realisierung der Sohlenelemente erläutert. Alle
Vorgänge basieren auf den im Kapitel 4 beschriebenen Konzepten und wurden mit der
Programmiersprache C++ umgesetzt. Deren 3D-Darstellung wurde mit DirectX erreicht.
5.1 Die Struktur des Leistens
Der Leisten bildet die Basis zur Erzeugung der Sohle. Im Folgenden werden der Aufbau des
Leistens sowie dessen wichtigste Messpunkte erläutert..
5.1.1
Das XML-Schema des Leistens
Der aus OptiCAD erzeugte virtuelle Leisten steht in Form einer XML-Datei zur Verfügung.
Dessen Struktur wird mit einem Polygonnetz beschrieben, das ausschließlich aus Dreiecken
besteht, denn „aufgrund ihrer Flexibilität und vergleichsweise einfachen Datenstruktur sind
Polygonnetze das wohl am weitesten verbreitete Verfahren zur Beschreibung dreidimensionaler Objekte“ ( [Plath 2004] S.77). Damit befindet sich das Netz des Leistens, dessen Punkte
zuvor aus einer zweidimensionalen Matrix überführt wurden, in einem dreidimensionalen
euklidischen Raum. Die untere Abbildung zeigt dies.
Abbildung 5.1: Matrix-Transformation ( [Plath 2004], S. 78)
38
5 REALISIERUNG
Die Struktur der Matrix lässt sich durch M=mij ЄR3 beschreiben , wobei 0≤i<m und 0≤j<n ist.
Die rechteckige Form ermöglicht es, die Quer- oder Randlinien, die sich auf dem Leisten
befinden, innerhalb der zweidimensionalen Matrix zu identifizieren. Damit kann die
Sohlenlinie im dreidimensionalen Raum erkannt werden.
Abbildung 5.1 zeigt die Matrix-Struktur der XML-Datei für einen Derby-Leisten. Die zu der
Matrix gehörenden Zahlen beschreiben die Menge der Punkte, die sich auf der i- bzw. j-Achse
befinden. Daraus lässt sich anhand dieses Beispiels die Zahl m als 59 und n mit 36
beschreiben. Dies bedeutet, dass sich die zu dem rechten Sohlenrand gehörenden Punkte mit
einer Differenz von n Schritten zueinander befinden. Für den linken Rand gilt das für alle n+1
Schritte. Auf diese Weise können alle für die Sohlenkontur erforderlichen Punkte abgelesen
werden, aus denen später jeweils eine Innen- und eine Außenkontur erstellt wird.
Abbildung 5.2: Aufbau der XML-Datei des virtuellen Leistens
5.1.2
Die Messpunkte
Im Abschnitt 4.3 werden wichtige Messpunkte beschrieben, deren Einsatz für die Sohlenerstellung notwendig ist. Die XML-Datei des Leistens beinhaltet neben der Matrix-Struktur zur
Erzeugung des Polygonnetzes diese und weitere Messpunkte, die von [Plath 2004] zur
Konstruktion der Leistenkopie definiert und ermittelt worden sind.
Daraus ergeben sich die für diese Arbeit nötigen Punkte als:
-
ASP
= Absatzpunkt
-
SP
= Spitzpunkt
-
WPI
= Weitenpunkt Innen
-
WPA
=Weitenpunkt Außen
-
RP
= Ristpunkt, zur Erstellung der Wandersohle
39
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.3: Die von [Plath 2004] zur Konstruktion der Leistenkopie ermittelten Messpunkte
5.2 Erstellung und Anpassung der Kontur
Die nun ermittelten Punkte für die Innen- und Außenseite der Sohle befinden sich in einem
dreidimensionalen Raum. Für die Erstellung der Sohle und deren Elemente ist es notwendig,
die Lage der einzelnen Punkte bezüglich des Koordinatensystems und damit zueinander
beschreiben zu können. Für diesen Zweck werden die Punkte in Ortsvektoren umgewandelt.
Der Ortsvektor jedes Punktes beschreibt die Strecke, die vom Ursprung bis zu ihm hinzu
verläuft. Die erstellten Vektoren werden anschließend zu einer Innen- und Außenkontur
verbunden, aus denen die spätere Kontur der Sohle hervorgeht.
Abbildung 5.4: Sohlenkontur aus der Vereinigung der Außen- und Innenkontur
40
5 REALISIERUNG
Bevor aus der Innen- und Außenkontur eine gemeinsame gebildet wird, muss allerdings
untersucht werden, ob sie große Höhenunterschiede aufweisen. Diese können die Ästhetik des
Schuhs beeinflussen und müssen daher behoben werden.
Die Anpassung der Konturen geschieht, wie bei der realen Schuhherstellung anhand eines
Fußbettes. Unterschiedliche Fuß- und Fehlformen können dazu beitragen, dass sich an einigen
Stellen des Fußes die innere und in anderen Bereichen die äußere Seite tiefer befindet. Die
Methode zur Berechnung der gemeinsamen Kontur muss sich deshalb an den tiefen Stellen
beider Seiten anpassen und darf dennoch die ursprüngliche Kurvenform des Fußes nicht
verlieren.
Bei dem Verfahren zur Konstruktion des Fußbettes werden jeweils die Punkte aus dem
inneren und dem äußeren Bereich der Sohlenkontur, die sich gegenüber befinden, der Reihe
nach verglichen und im Falle eines Höhenunterschiedes die Höhendifferenz gebildet.
Abhängig davon, auf welcher Seite sich der höchstgelegene Punkt befindet, werden alle zu
diesem Bereich gehörenden Punkte um die berechnete Differenz parallel zur Y-Achse nach
unten verschoben. Werden diese Schritte für alle Punkte der Innen- und Außenseite
durchgeführt, befinden sich beide Konturen auf der gleichen Ebene und haben sich an die
Tiefenunterschiede der jeweils anderen Seite angepasst.
Das Ergebnis dieses Verfahrens wird in der folgenden Abbildung sichtbar. Das Fußbett ist
anhand der roten Markierung zu erkennen:
Abbildung 5.5: Anpassung der Innen- und Außenseite anhand des Fußbettes
Zu dieser Zeit befindet sich die Sohlenkontur direkt passend zu dem gewählten Leisten,
entspricht jedoch nicht dem Umriss, des auf dem Leisten aufgelegten Schafts. Daraus folgt,
dass die entstandene Kontur an die Stärke des Schaftleders angepasst werden muss. Dies
entspricht zugleich der Methode der Rahmenerzeugung, die aus diesem Grund im nächsten
Abschnitt behandelt wird.
5.3 Aufbau und Gestaltung des Rahmens
In diesem Abschnitt wird das Verfahren zur Erstellung des Rahmens beschrieben. Es existiert
eine große Auswahl an Rahmensorten [Minke 2010], die nicht alle für diese Arbeit umsetzbar
sind. Aus diesem Grund werden nur zwei Varianten exemplarisch umgesetzt. Zur weiteren
Verbesserung des ästhetischen Eindrucks des Schuhs wird eine Naht realisiert und deren
Aufbau beschrieben.
41
5 REALISIERUNG
5.3.1
Einfacher Rahmen
Zum Aufbau des Rahmens oder zur Anpassung der Sohlenkontur an die Stärke des
Schaftleders muss die bis jetzt existierende Kontur nach außen vergrößert werden, darf jedoch
ihre ursprüngliche Form nicht verlieren. Hierzu müssen alle Konturpunkte orthogonal zu dem
Leisten verschoben werden. Die Umsetzung erfolgt mit Hilfe eines Verschiebevektors, der
zur Vergrößerung des alten Umrisses führt. Die Erstellung dessen wird anhand zweier zu der
Kontur der Sohle gehörenden Punkte erklärt, die zuvor in Ortsvektoren umgewandelt wurden.
Abbildung 5.6: Ermittlung des Verschiebevektors
r
r
Aus der Differenz der beiden Ortsvektoren a und b lässt sich die Strecke
r r r
bilden. Dabei ist: v = b - a .
Der gewünschte Verschiebevektor bildet dabei die Senkrechte zum Vektor
r
v vom Typ Vektor
r
v . Für den Vektor
 
 
r x
r y 
r
r
v mit v =   ergibt sich der Verschiebevektor v´ als v´=   .
 y
− x
 
 
r
Die Länge des Vektors v´ ist zu diesem Zeitpunkt gleichzusetzen mit der Länge des
r
Ursprungsvektors v . Zur Anpassung der neuen Kontur an die Lederstärke des Schafts oder an
r
die Breite des Rahmens wird die Länge des Verschiebevektors v´ auf eins reduziert und
anschließend mit dem Faktor für die gewünschte Stärke multipliziert.
Die Durchführung dieser Schritte liefert neue Punkte. Diese und die zuvor existierenden
Punkte müssen folglich so verbunden werden, dass eine Fläche entsteht, die als Schuhrahmen
erkennbar ist. Zu diesem Zweck werden sie trianguliert, indem aus jeweils drei vorhandenen
Punkten ein Dreieck erzeugt wird.
42
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.7: Vollendeter Rahmen
Das Leder, aus dem der Rahmen angefertigt wird, besitzt neben der Breite und der Länge
auch eine Dicke, die in diesem Zustand nicht für den Rahmen berücksichtigt wird. Das
Einbeziehen der Dicke entspricht dem Vorgang zur Konstruktion der flachen Sohle und wird
im Kapitel 5.4.1 dargelegt.
5.3.2
Der Stupprahmen
Der Stupprahmen bildet eine andere Variante zu dem normalen Rahmen. Dabei werden in
bestimmten Abständen Kerben in den Rahmen eingeprägt, die Stück für Stück von der Hand
in den Rahmen gedrückt werden (vgl. [Dinkelacker 2006]). Je nach Wunsch lässt sich deren
Grobheit verändern. Es entstehen folglich verschiedene Stufen, die sich von extra fein bis
grob erstrecken.
Abbildung 5.8: Unterschiedliche Grobheitsstufen des Stupprahmens [Minke 2010]
Die Visualisierung der in den Rahmen eingeprägten Kerben erfolgt mit Hilfe der Punkte, die
die Kontur der Sohle bilden. Je nach deren Auswahl kann die Grobheitsstufe des Stupprah-
43
5 REALISIERUNG
mens verändert werden. Für diese Arbeit wurde die grobe Variante des Stupprahmens
verwirklicht, kann jedoch durch Verfeinerung der gewählten Punkte zur Realisierung anderer
Formen führen. Im Folgenden wird anhand von zwei Punkten die Erstellung eines solchen
Rahmens erklärt.
Den ersten Schritt hierzu bildet die Erstellung eines Ortsvektors, der sich vom Ursprung bis
zum Mittelpunkt M zweier Punkte erstreckt. Dieser ist notwendig, um die Feinheit der Kerben
zu beeinflussen. Die Einprägung der Kerben findet nicht über den gesamten Rahmen, sondern
nur im vorderen Bereich statt (vgl. Abbildung 5.8). Hierzu werden, wie bei dem Verfahren
r
r
zur Erzeugung eines einfachen Rahmens, die beiden Ortsvektoren a und b und zusätzlich der
r
Ortsvektor v zum Mittelpunkt um ein Teil des Verschiebevektors, der für verschiedene
Grobheitsstufen anders ausfallen kann, verschoben.
Abbildung 5.9: Erzeugung des Stupprahmens, Stufe 1
Zur Nachahmung der Kerbeneinprägung werden nun die folgenden Schritte durchgeführt:
- Fortsetzung des Punktes M´ um die Hälfte der Rahmendicke parallel zur Y-Achse
nach unten
-
Verschiebung der Punkte P1´ und P2´ um die Dicke des Rahmen parallel zur YAchse und anschließende Verlängerung mit dem Restteil des Verschiebevektors
Abbildung 5.10: Erzeugung des Stupprahmens Stufe 2
44
5 REALISIERUNG
-
Erweiterung des Punktes M´´ mit der Hälfte des Restteils des Verschiebevektors
und zusätzliche Verschiebung um die Hälfte der Rahmendicke nach unten
-
Anschließende Triangulierung der neu erstellten Punkte
Abbildung 5.11: Erzeugung des Stupprahmens Stufe 3
Die Durchführung der oben beschriebenen Schritte für alle zu der Sohlenkontur gehörenden
Punkte liefert den gewünschten Stupprahmen:
Abbildung 5.12: Anwendung des Verfahrens auf alle Konturpunkte
Abbildung 5.13: Stupprahmen
45
5 REALISIERUNG
5.3.3
Die Naht
Ein Nahtstich wird zwischen je zwei Punkten aufgebaut, dessen Grundlage durch ein Achteck
präsentiert wird. Dieses befindet sich auf einer Ebene, die mit Hilfe der gewählten Punkte und
mindestens einem weiteren aufgespannt wird. Deren Bestimmung ist abhängig von der Länge
der Stichnaht. Für diese Arbeit fällt die Auswahl auf alle zu der Kontur der Sohle gehörenden
Punkte. Es besteht jedoch die Möglichkeit, beispielsweise jeden zweiten für einen längeren
Nahtstich zu nehmen oder zusätzliche Punkte zwischen den ursprünglichen zu definieren, die
einen kürzeren Nahtstich ergeben. Um die Nähte für den Betrachter sichtbar zu gestalten,
müssen die gewählten Punkte soweit nach außen verschoben werden, dass sie sich direkt am
Umriss des Schafts befinden. Für zwei Punkte wird die Umsetzung der Naht im Folgenden
erläutert.
Die Konstruktion des Achtecks muss sich an die Ebene, auf der sich die ausgesuchten Punkte
befinden, anpassen. Dazu wird der Mittelpunkt der beiden Punkte berechnet und zwischen
diesem und je einem der beiden anderen ein Vektor aufgespannt. Dieser dient als Richtungsvektor, der zusätzlich die Schieflage der Ebene angibt. Lässt man nun den Vektor mehrere
Male um 45 Grad um den Punkt verlaufen, so ergeben sich acht gleichmäßig angeordnete
Punkte, die sich alle auf der gewünschten Ebene befinden. Der Abstand jedes Eckpunktes
zum Mittelpunkt des Achtecks lässt sich durch den Richtungsvektor beschreiben, dessen
Länge zuvor an den Faden angepasst wurde, um ein Achteck entsprechend der Fadenstärke zu
garantieren.
Abbildung 5.14: Ermittlung des Richtungsvektors zur Erstellung des Achtecks
Die Verbindung der zwei Achtecke zur Erzeugung des kompletten Nahtstichs muss über
einen Bogen erfolgen, der die Rundung der Naht aufzeigen soll. Dafür gilt es, die Achtecke
über weitere Ebenen zu erstellen, die dem Verlauf des Bogens folgen. Damit sind zusätzliche
Punkte nötig, die in Abbildung 5.15 zu erkennen sind. Deren Ermittlung wird im Folgenden
beschrieben, wobei die beiden Punkte PAnfang und PZiel die Hauptpunkte darstellen,
zwischen denen der Nahtstich aufgebaut wird.
1. Bestimmung des Drehpunktes PD aus dem Mittelpunkt und dessen Verschiebung
nach oben mit einem variablen Abstand
2. Verschiebung des Punktes PAnfang mit einem variablen Abstand nach oben zur
Erstellung des Punktes P1
46
5 REALISIERUNG
3. Berechnung des Punktes P3 aus dem Mittelvektor des Punktes P1 und PD
4. Aufstellung des Punktes P2 aus dem X-Wert des P3- und Y-Wert des PD-Punktes
5. Berechnung des Punktes P4 aus dem Mittelpunkt der Punkte P3 und P2
6. Durchführung der Schritte 2 bis 5 für den Punkt PZiel
Abbildung 5.15: Berechnung unterschiedlicher Punkte zur Ermittlung des Nahtbogens
Abbildung 5.16: Ermittelte Punkte
Die in der Abbildung 5.16 aufgezeigten Punkte bilden den Bogen des Nahtstichs. Um dieses
Bild zu vervollständigen, wird auf jedem Punkt ein Achteck aufgebaut. Den Richtungsvektor
zur Erstellung der einzelnen Achteckpunkte bildet die Strecke zwischen jedem Punkt und dem
Mittelpunkt.
Verbindet man die gewünschten Punkte zu einem Dreiecksnetz, so entsteht der Nahtstich,
dessen Erzeugungsschritte nun auf alle Sohlenkonturpunkte angewendet werden können.
47
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.17: Aufgebauter Nahtstich
5.4 Konstruktion der Laufsohle
In diesem Abschnitt werden die einzelnen Sohlenformen realisiert. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Kontur der Sohle im Falle eines Rahmenschuhs an den Umriss des
Rahmens und sonst an die Stärke des Schaftleders angepasst hat.
Alle in den folgenden Abschnitten aufgeführten Sohlenformen sind erst dann für den
Betrachter sichtbar, wenn aus jeder vorhandenen Fläche ein Dreiecksnetz erzeugt wird, auf
dem für jede Sohle das gewünschte Texturmaterial aufgesetzt werden kann. Die Triangulierung erfolgt für jede Sohle auf dieselbe Art und Weise, indem jeweils drei Punkte zu einem
Dreieck verbunden werden. Aus diesem Grund wird diese Beschreibung nicht für jede Sohle
separat aufgeführt.
5.4.1
Absatz- und flache Sohle
Das Verfahren zur Erzeugung der Sohle ist gleichzusetzen mit der Erzeugung der Rahmenstärke. Hierfür werden alle im Abschnitt 5.2 erzeugten Ortsvektoren, die bereits an den
Rahmen des Schuhs angepasst sind, parallel zur Y-Achse nach unten verschoben. Der Faktor
zur Verschiebung der Sohle ist variabel einstellbar und kann nach Wunsch des Kunden
verändert werden.
Es ist jedoch darauf zu achten, dass die Sohle erst dort beginnt, wo ein Rahmen endet. Dies
bedeutet, dass vor der Erstellung der Sohle alle verwendeten Ortsvektoren zunächst um die
Stärke des Rahmens nach unten verschoben werden müssen.
Das Aussehen dieser Sohle kann sich je nach Leisten verändern. Dabei kann sie mit einem
Absatz, für klassische Herrenschuhe oder ohne, für sportliche Schuhe verwendet werden. Die
untere Abbildung zeigt eine solche Sohle. Dabei ist der Rahmen in rot dargestellt.
Abbildung 5.18: Aufbau einer Absatzsohle
48
5 REALISIERUNG
Für einen Derby Leisten wie in der oberen Abbildung zu sehen ist, ist so eine Sohle ohne
weiteres nicht anwendbar und benötigt daher einen Absatz. Dessen Aufbau wird im
Folgenden beschrieben.
5.4.1.1 Anfertigung des Absatzes
Für die Konstruktion des Absatzes muss zunächst ein Abschnitt ermittelt werden, in dem er
aufgebaut wird. Dieser beträgt ¼ der Leistenlänge. Hierfür wird zunächst zwischen dem
Spitzpunkt und dem Absatzpunkt ein Vektor aufgespannt, dessen Länge die des Leistens
ergibt.
x
r
r  
Dabei gilt für die Länge eines Vektors v mit v =  y  :
z 
 
r
v = x2 + y 2 + z 2
Verschiebt man nun alle Punkte, die zu der Sohle gehören, parallel zur Y-Achse um einen
Faktor d nach unten, so ergibt sich der gewollte Absatz. Die Länge des Faktors d ist für den
Absatz von großer Bedeutung. Wird dieser zu lang gewählt, so ragt der Absatz über den
tiefsten Leistenpunkt, dem Weitenpunkt hinaus. Wird er zu kurz gewählt, so befindet sich der
Schuh nicht optimal auf dem Boden. Damit kann die Länge des Faktors d für jeden Leisten
unterschiedlich ausfallen. Nach der Konstruktion der Sohle wird die Position des Weitenpunktes gespeichert. Bei der Erstellung des Absatzes werden nun alle zu der Absatzfläche
gehörenden Punkte zunächst mit dem gespeicherten Punkt verglichen und um die sich daraus
ergebende Höhendifferenz nach unten verschoben. Damit ergibt sich keine einheitliche Länge
für den Faktor d.
Die Erzeugung der Fläche für den Absatz erfolgt nun durch die Verbindung aller Punkte in
Form eines Dreiecksnetzes.
Abbildung 5.19: Absatz mit geradem Innenbereich
Der so erstellte Absatz besitzt im inneren Bereich eine gerade Form. Hierfür genügt es, die
äußeren beiden Absatzpunkte n und 0 in Form eines Dreiecks miteinander zu verbinden. Für
die meisten klassischen Herrenschuhe wird jedoch der runde Absatz verwendet. Hierfür muss
die gerade Form in einen Halbkreis umgewandelt werden. Die Schritte dazu werden nun
erläutert.
49
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.20: Erzeugung des runden Absatzes, Stufe 1
Zwischen den beiden Absatzpunkten 0 und n muss zunächst ein Vektor gebildet werden,
r
dessen Länge den Abstand der beiden Punkte angibt. Dieser wird als Verschiebevektor v zur
Erstellung des Halbkreises verwendet. Hierfür sind zunächst vier Punkte zu ermitteln, aus
deren Verbindung sich der Bogen des Halbkreises ergibt.
Abbildung 5.21: Erzeugung des runden Absatzes, Stufe 2
Die Punkte P1 bis P4 werden folgendermaßen ermittelt:
r
- Aufteilung des Vektors v in fünf Teile
-
Berechnung des Abstands b zwischen dem Absatzpunkt 0 und 1
-
Verschiebung des Absatzpunktes 0 um 2 b in Richtung der X-Achse und um 1 des
3
5
r
Vektors v in Richtung der Z- Achse. Damit entsteht P1.
r
Verschiebung von P1 um 1 b in Richtung der X-Achse und um 1 des Vektors v in
-
3
5
Richtung der Z- Achse. Damit entsteht P3.
-
Erstellung der Punkte P2 und P4 auf die selbe Weise und Erzeugung eines Dreiecksnetzes zur Verbindung der berechneten Punkte
50
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.22: Runder Absatz
Die dritte Variante des Absatzes bildet der Wanderabsatz. Das Verfahren zu dessen
Erzeugung gleicht der Erstellung der Wandersohle und wird deshalb im nächsten Abschnitt
behandelt.
5.4.2
Wandersohle
Die Zähne der Wandersohle nehmen nur einen Teil der Sohle ein. Hierfür muss zunächst ein
Punkt ermittelt werden, ab dem die Sohle ebenmäßig verläuft. Dieser befindet sich etwa in der
Mitte der Sohle und wird anhand des Ristpunktes RP berechnet (siehe Abbildung 3.13). Dazu
wird der Mittelpunkt aus dem Rist- und dem Weitenpunkt gebildet. Da jedoch für die innere
und äußere Seite des Leistens separate, nicht identische Werte für den Weitenpunkt existieren,
muss zunächst der Mittelpunkt aus beiden berechnet werden. Damit verläuft die gezahnte
Form der Sohle links von Punkt P.
Um eine einheitliche Struktur zu schaffen, werden nun alle Sohlenkonturpunkte in zwei
verschiedenen Abständen nach unten verlängert. Bei dem ersten Abstand handelt es sich um
2
der gewählten Sohlenstärke. Der zweite bildet die restlichen 1 . Damit entspricht die
3
3
Verschiebung jedes Punktes nach zwei Abständen der gewünschten Sohlenstärke. Für den
Bereich rechts von Punkt P bildet der erste Abstand damit 2 und der zweite Null (vgl.
3
Abbildung 4.8)
Die genaue Form der Sohle wird, wie bereits im Kapitel 4.3.2 beschrieben, erst durch die
richtige Triangulation sichtbar.
Abbildung 5.23: Triangulierte Wandersohle
In diesem Zustand hat die Sohle jedoch keinen Absatz. Zur Erstellung eines passenden
Absatzes wird mit demselben Verfahren wie zur Konstruktion normaler Absätze vorgegangen. Die Konturpunkte dagegen werden wie bei der Wandersohle verschoben.
51
5 REALISIERUNG
Die untere Abbildung zeigt eine komplette Wandersohle kombiniert mit dem Stupprahmen
Abbildung 5.24: 3D-Modell einer Wandersohle
5.4.3
Integrierte Absatz- und Keilsohle
Der Aufbau dieser Sohlen erfolgt durch die Aufteilung der Sohlenkontur in drei Abschnitte.
Die Erstellung des ersten Teils wurde bereits im Kapitel 4.3.3 ausführlich beschrieben und
wird nicht weiter erläutert.
Abbildung 5.25: Kurve des ersten Teils
Der zweite Abschnitt des Schuhs erstreckt sich vom Weitenpunkt bis zum Beginn der
Absatzfläche. Die Stärke der Sohle am Weitenpunkt steht bereits nach der Erstellung des
ersten Teils fest, woran sich auch der Punkt zu Beginn der Absatzfläche angleichen muss.
Damit weisen beide Punkte den selben Y-Wert auf, der das Minimum für die Kosinuskurve
bildet. Das Maximum ergibt sich hierbei aus dem Abstand der Schuhwölbung vom Boden,
was auch vom Kunden frei wählbar ist. Der Hochpunkt zur Bestimmung einer gleichmäßigen
Kurve befindet sich am Mittelpunkt, der aus dem Weiten- und dem Absatzbeginnpunkt
resultiert. Damit kann die Kosinus-Kurve wie folgt berechnet werden:
Die allgemeine Form einer Kosinusfunktion lässt sich durch f(x)=a.cos(b(x+c))+d
beschreiben. Hierfür sind zunächst die Koeffizienten a, b, c und d zu berechnen. Da sich jeder
Leisten vom anderen unterscheidet, variieren auch die Positionen des Spitz-, des Weiten- und
des Absatzpunktes. Damit ist keine allgemeingültige Funktion absehbar. Somit müssen die
52
5 REALISIERUNG
genannten Koeffizienten für jeden Leisten separat berechnet werden. Diese beschreiben die
unterschiedlichen Verhaltensweisen der Kurve. Ihre Bedeutung lässt sich beschreiben durch:
-
a = Streckung oder Stauchung der Kurve parallel zur Y-Achse
-
b = Streckung oder Stauchung der Kurve parallel zur X-Achse
-
c = Verschiebung der Kurve parallel zur X-Achse
-
d = Verschiebung der Kurve parallel zur Y-Achse
Die Berechnung dieser Koeffizienten lässt sich anhand der unteren Formeln ableiten. Hierbei
wird davon ausgegangen, dass der Spitz-, der Weiten- und der Absatzpunkt bereits um die für
sie bestimmte Sohlenstärke verschoben sind.
-
a = Die Hälfte der Differenz aus dem Maximum und Minimum
-
b = Der Quotient aus dem Wert 2 π und der Periodenlänge. Die Periodenlänge
beträgt dabei stets den Wert des Abstands zwischen den beiden Minima.
-
C =Die Hälfte der Summe aus dem X-Wert des Weitenpunktes und der des Absatzbeginnpunktes
-
d = Der Mittelwert aus dem Maximum und Minimum
Für die Konstruktion der Kurve wird nun für jeden Punkt der Sohlenkontur, der sich in dem
Bereich zwischen dem Weiten- und dem Absatzbeginnpunkt befindet, die Formel angewendet. Dabei gilt es, für jedes x der Formel den X-Wert des Punktes anzugeben, für den die
Länge der Verschiebung berechnet werden soll.
Wird für den Abstand der Wölbung vom Boden der Wert Null ausgewählt, so wird aus der
Kurve eine gerade Linie, die eine Keilsohle erzeugt.
Abbildung 5.26: Kosinus-Kurve
Den letzten Teil der Sohle bildet der Absatz. Das Verfahren gleicht dem zur Erzeugung des
separaten Absatzes, bei dem für jeden Punkt des Abschnitts die Höhendifferenz zum
Weitenpunkt berechnet wird. Jeder Punkt wird dann um diese Differenz nach unten
verschoben.
53
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.27: Anfertigung der Absatzfläche
5.5 Ausführung des Programms
Zur Ausführung des Algorithmus steht dem Benutzer die Methode, die gewünschten Angaben
- wie den passgenauen Leisten, die Sohlenart sowie deren Elemente, die dazu passenden
Materialien und die gewünschten Parameter - auf der Plattform der „Maßschuh-Galerie“
anzugeben, zur Verfügung. Die gewählten Angaben werden dem Programm in Form einer
XML-Datei zur Verfügung gestellt, aus der es in wenigen Sekunden den passenden Schuh
generiert. Die untere Abbildung verdeutlicht dies:
Abbildung 5.28: Bestellformular
54
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.29: XML-Datei der Bestellung
Zusätzlich wurde eine prototypische Benutzeroberfläche erstellt, durch die einzelne Schritte
des Algorithmus durchgeführt werden können. Die Ausführung des Programms zur
Visualisierung des 3D-Schaftmodells ist anhand der Diplomarbeit von [Weiler 2005] zu
entnehmen und wird nicht weiter beschrieben.
Abbildung 5.30: Gui mit visualisierter Keilsohle
Die Erzeugung der Sohle sowie deren Bestandteile erfolgt mit Hilfe der im rechten Teil des
Fensters dargestellten Steuerelemente. Die Konstruktion jeder Sohle erfolgt auf unterschiedli-
55
5 REALISIERUNG
che Weise und benötigt daher verschiedene Parameter. Auch werden die Bestandteile, wie der
Rahmen, der Absatz, die Naht oder das Fußbett nicht für jede Sohle gebraucht. Um eine
Verwirrung des Anwenders durch die vielen Steuerelemente zu verhindern, sind diese zu
Beginn des Programmstarts deaktiviert. Wählt der Anwender die bevorzugte Sohlenform, so
werden die jeweiligen Elemente, die für die Erzeugung von Nöten sind, aktiviert. So kann er
schrittweise durch das Programm geführt werden, um sein Ziel zu erreichen. Zusätzlich
werden alle Felder nach der Auswahl der Sohle mit Standardwerten belegt, die für diese Form
üblich sind. Es besteht die Möglichkeit, die Vorabeinstellungen als Orientierungshilfe zu
nutzen oder diese nach Wunsch zu verändern.
Steuerelemente:
Die untere Abbildung zeigt die verschiedenen Steuerelemente:
Abbildung 5.31: Abschnitt der Gui zur Erstellung der Sohle
56
5 REALISIERUNG
Die folgenden Bilder zeigen Beispiele komplett visualisierter Schuhe durch Zusammensetzung unterschiedlicher Elemente.
Abbildung 5.32: Derby-Modell mit Absatzsohle, runder Absatz, Naht sowie einfacher Rahmen
Abbildung 5.33: Oxford-Modell mit Wandersohle
57
5 REALISIERUNG
Abbildung 5.34: Unterseite einer Wandersohle
58
6 PROBLEMATIK BEI DER SIMULATION
6 Problematik bei der Simulation
Bei der Visualisierung von Sohlen kam ein Problem zum Vorschein, das zuvor bei der
Erzeugung des dreidimensionalen Schaftmodells möglicherweise nicht erkannt wurde oder
nicht berücksichtigt werden konnte. Dieses Problem führt dazu, dass die Visualisierung für
einige Maßschuhe nicht korrekt durchgeführt werden kann, was sich jedoch erst in der
Zukunft zeigen wird. Denn zum jetzigen Zeitpunkt existieren keine Schnittteile für
Maßschuhe, aus denen 3D-Modelle erzeugt werden könnten. Im Folgenden wird das Problem
genauer erläutert:
Wie bereits im Abschnitt 2.2 erwähnt, wird bei der Herstellung des Schafts eine Zwickzugabe
berücksichtigt, die zur Befestigung des Schafts mit der Brandsohle dient. Für die Visualisierung des Schaftmodells erscheint diese zunächst belanglos und wird deshalb nicht weiter
einbezogen, sodass der Schaft entlang der Sohlenlinie des Leistens abgeschnitten wird (vgl.
Abbildung 3.19 und 3.20).
Bei einer Fehlformung des Fußes wird vom Schuhmacher ein Fußbett gefertigt, das direkt
unter den Leisten gelegt wird, bevor das Anbringen der Brandsohle folgt. Nach dem
Aufziehen des Schafts befindet sich das Fußbett im Innern des Schuhs und ist von außen nicht
sichtbar, gleicht jedoch die fehl geformten Stellen des Fußes aus (vgl. Abbildung 5.5).
Für die Visualisierung gilt es demnach, die Sohlenkontur an das Fußbett anzupassen, das
jedoch nicht von dem Schaft verdeckt wird, da dieser zuvor abgeschnitten wurde. Damit
entsteht eine Lücke zwischen dem Rahmen und dem Schaft. Wie bereits zu Beginn erwähnt,
ist es zur Zeit nicht möglich, einen Maßschuh komplett zu visualisieren. Um sich der
Vorstellung dennoch anzunähern, kann man sich den Leisten als 3D-Schaft vorstellen.
Abbildung 6.1: Darstellung der Lücke zwischen dem Rahmen und dem Schaft
Eine erste Möglichkeit, das Problem zu beheben, besteht darin, das Fußbett mit der zu dem
Schaftleder passenden Textur zu belegen. Dies ist jedoch abhängig von der Stelle, an der sich
die Fehlformung befindet und deren Ausmaß. Wird dies nicht berücksichtigt, kann der
Verlauf der Schaftteile und deren Nähte verloren gehen, zumal Schaftteile auch unterschiedliche Farben und Strukturen besitzen können.
59
6 PROBLEMATIK BEI DER SIMULATION
Die zweite Möglichkeit bestünde darin, das Fußbett bei der Herstellung des Leistens zu
bedenken und mit einzubeziehen. So könnte die Konstruktion der Leistenkopie und die daraus
resultierenden Schaftteile aus dem angepassten Leisten erfolgen und das Problem beheben.
Allerdings soll der Maßleisten in erster Linie nicht zur Erstellung der Visualisierung dienen,
sondern ein Abbild des Fußes für den Schuhmacher darstellen. Die Einarbeitung des
Fußbettes in den Leisten würde dessen Form verändern und somit nicht der des Fußes
entsprechen.
Somit stellt dies ein ungelöstes Problem dar, das es näher zu untersuchen und beheben gilt.
Da jedoch nicht jeder Schuh eines Fußbettes bedarf, entsteht dieses Problem nur bei einer
gewissen Anzahl von Fällen, zumal kleine Fehlformungen ignoriert werden können.
60
7 Fazit und Ausblick
In dieser Arbeit wurden Konzepte vorgestellt, mit denen dreidimensionale Modelle von fünf
verschiedenen Sohlen sowie einige Sohlenelemente erzeugt werden können. Als Eingabedatei
werden lediglich der individuelle virtuelle Leisten, dessen Messpunkte und die Stärke des
Schaftleders benötigt. Anhand des Leistens kann analog zu der Arbeitsweise des Schuhmachers eine Brandsohle extrahiert werden, die dessen Sohlenkontur entspricht. Zur Anpassung
dieser an den Schaft muss die Kontur anhand der bekannten Stärke des Schaftleders nach
außen vergrößert werden. Damit entsteht die gewünschte Sohlenkontur, die die Grundlage für
die Erstellung weiterer Sohlenelemente, wie des Rahmens, des Fußbettes, des Absatzes und
der Naht bildet.
7.1 Fazit
Die Erstellung der Sohle sollte sich an den vier folgenden Anforderungen orientieren:
•
Verwendung des Maßleistens zur Erzeugung kundenindividueller Sohlen
•
Auswahlmöglichkeit zwischen verschiedenen Sohlen und Absätzen sowie deren
Parametereigenschaften
•
Wählbarkeit unterschiedlicher Ledersorten
•
Automatischer Ablauf
Wie bereits zu Anfang des Kapitels erwähnt, bildet der Maßleisten die Grundlage der
Sohlenkontur. Damit ist ein kundenindividueller Leisten sichergestellt.
Die Erstellung der Sohle wurde lediglich für die fünf am häufigsten auf dem Markt
vertretenen Modelle durchgeführt. Trotz der Anforderung, allgemeingültige Schuhsohlen zu
realisieren, kommt dies zustande, da ein breites Spektrum an Sohlenvarianten existiert, die
sich in kleinen Details unterscheiden. Damit ist es ausgeschlossen, alle bestehenden Designs
anhand eines Verfahrens umzusetzen, zumal keine feste Regel bezüglich des Aussehens der
Sohle besteht und jedes Modell nach den Wünschen des Designers entworfen wird. Es muss
jedoch erwähnt werden, dass bei klassischen Herrenschuhmodellen wie beispielsweise Derby
und Oxford lediglich die Absatz- sowie Wandersohle eine Rolle spielen.
Um dennoch möglichst individuelle Schuhe visualisieren zu können, kann zudem zwischen
drei verschiedenen Absatzformen und zwei Rahmenarten gewählt werden, wobei letzteres
eine Naht beinhaltet. Je nach Wunsch des Kunden können diese durch unterschiedliche
Parameter verändert werden.
Für jedes konstruierte Sohlenelement wurde anhand von Dreiecken ein Polygonnetz erzeugt.
Diese nun entstandenen Flächen können nach Kundenwunsch und zur realistischen
Gestaltung des Schuhs mit Texturen belegt werden. Stehen alle bevorzugten Eigenschaften
zur Konstruktion der Sohle fest, kann das Programm ausgeführt werden, sodass in wenigen
Sekunden die gewollte Visualisierung erscheint.
Damit sind alle vier an das Programm gestellten Anforderungen erfüllt.
61
7 FAZIT UND AUSBLICK
7.2 Ausblick
Die fünf für diese Arbeit realisierten Sohlen gelten exemplarisch für zahlreiche, auf dem
Markt existierende Modelle. Für eine Erweiterung dieser wäre es jedoch vorteilhaft, sich an
einem vorgegebenen Katalog orientieren zu können, zumal die Herstellung von Maßschuhen
sich weitgehend auf klassische Schuhmodelle bezieht, für die hier bereits passende Sohlen
umgesetzt wurden.
Ebenso besteht die Möglichkeit, die Form des Rahmens für andere Schuhmodelle zu
erweitern. Dies gilt beispielsweise für den Stupprahmen, für den verschiedene Grobheitsstufen existieren. Die bereits umgesetzte Variante stellt die grobe dar, die aus jeweils zwei zu der
Sohlenkontur gehörenden Punkten erstellt wird. Zur Verfeinerung dieser muss der Abstand
der zwei Punkte lediglich verringert werden, indem zwischen ihnen weitere Punkte berechnet
werden.
Als eine zusätzliche Erweiterung kann die Verbindungsnaht zwischen dem Rahmen und der
Sohle, die bisher für rahmengenähte Schuhe bestand, für zwiegenähte erstellt werden. Die
Konstruktion der Naht kann hierbei übernommen werden. Lediglich müssen neue Punkte
ermittelt werden, die dem Verlauf der zweiten bzw. der dritten Naht folgen.
Die aufgeführten Erweiterungen sind allerdings durch wenige Programmierungsschritte zu
erreichen, da das dem zugrunde liegende Konzept bereits existiert. Diese sind daher in
wissenschaftlicher Hinsicht wenig herausfordernd.
Selbige Konstruktion kann dazu verwendet werden, die Nähte zwischen den einzelnen
Schaftteilen zu erzeugen. Die Herausforderung hierbei besteht darin, aus dem dreidimensionalen Modell des Schafts diejenigen Punkte zu extrahieren, die die Nahtlinie bestimmen. Diese
befinden sich zumeist entlang der Kontur der einzelnen Schaftteile. Die Umsetzung dieser
Aufgabe kann als Programmieraufgabe oder als eine eventuelle Bachelorarbeit vergeben
werden.
Ein bis jetzt offenes Thema, das als weiterer ästhetischer Aspekt zu betrachten ist, sind
Lochmusterungen, die für verschiedene Schuhvarianten unterschiedlich ausfallen können.
Dazu müssen unterschiedliche Schuhmodelle untersucht werden, um die Bereiche aus dem
3D-Schaftmodell ermitteln zu können, die die Muster enthalten. Schließlich muss ein
Verfahren entwickelt werden, das die gewünschten Lochungen dreidimensional erzeugt, was
im Rahmen einer Diplomarbeit liegen würde.
62
8 VERZEICHNISSE
8 Verzeichnisse
8.1 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2.1: Absatzstellung des Fußes ([Vass/Molnár 1999], S. 17) ................................................................ 4
Abbildung 2.2: Gefräster Maßleisten ([Vass/Molnár 1999], S. 43) ....................................................................... 4
Abbildung 2.3: Keilförmig ausgeschnittene Leistenkopie ([Sahm 1978], S. 122) ............................................... 5
Abbildung 2.4: Übertragung der markanten Punkte des Leistens auf die Leistenkopie und erneutes
Ausschneiden der Kontur ([Sahm 1978], S. 123) ........................................................................ 5
Abbildung 2.5: Mittelkopie aus der inneren und äußeren Leistenkopie ([Sahm1978], S. 124) ............................ 5
Abbildung 2.6: Schaft des Full-Brogue Oxford ([Vass/Molnár 1999], S. 115) .................................................... 6
Abbildung 2.7: Aufbau eines Schuhs ([Vass/Molnár 1999], S. 125) .................................................................... 7
Abbildung 2.8: Übertragung des Leistensumrisses zur Erstellung der Brandsohle
([Vass/Molnár 1999], S. 134) ....................................................................................................... 8
Abbildung 2.9: Ausschneiden der Überreste der Brandsohle ([Vass/Molnár 1999], S. 135) ............................... 8
Abbildung 2.10: Aufziehen und Befestigen des Schafts ([Vass/Molnár 1999], S. 141) ........................................ 8
Abbildung 2.11: Rahmengenähte Variante mit einfacher (oben) und doppelter Sohle (unten)
([Vass/Molnár 1999], S. 143) ....................................................................................................... 9
Abbildung 2.12: Zwiegenähte Variante mit einfacher (oben) und doppelter Sohle (unten)
([Vass/Molnár 1999], S. 141) ....................................................................................................... 9
Abbildung 2.13: Annähen des Rahmens beim rahmengenähten Schuh ([Vass/Molnár 1999], S. 146) ................. 9
Abbildung 2.14: Annähen des Rahmens beim zwiegenähten Schuh ([Vass/Molnár 1999], S. 158) ...................... 9
Abbildung 2.15: Anbringen der Laufsohle ([Vass/Molnár 1999], S. 151) ........................................................... 10
Abbildung 2.16: Herrenschuhmodelle Derby, Oxford, Monk und Slipper
([Vass/Molnár 1999], S. 61-62, 66 und 69) ............................................................................... 11
Abbildung 3.1: Der dreidimensionale Leisten und die dazu konstruierten Schnittmuster
([Shoemaster 2009]) ................................................................................................................... 14
Abbildung 3.2: Gradieren der Schnittmuster ([Shoemaster 2009]) .................................................................... 14
Abbildung 3.3: Einzelne Schritte zum Entwerfen von orthopädischen Schuhen ([Shoemaster 2009]) ............. 15
Abbildung 3.4: Der Leisten und der Zeigestift als Steuerelement [Richter 2009] .............................................. 16
Abbildung 3.5: Zeichnen von Designlinien auf den virtuellen Leisten und Erzeugung passender
Schaftteile mit dem gewünschten Material [Richter 2009] ........................................................ 16
Abbildung 3.6: Bearbeitung des Menüs und Einstellung der Materialstärke mit Hilfe des Stiftes
[Richter 2009] ............................................................................................................................ 17
Abbildung 3.7: Virtueller Schuh, erstellt mit ShoeVis [Richter 2009] ............................................................... 17
Abbildung 3.8: Virtueller Leisten der Firma Gebiom ......................................................................................... 18
Abbildung 3.9: Messpunkte des Leistens ([Plath 2004], S. 87) .......................................................................... 19
Abbildung 3.10: Schnittpunkt der Ballenlinie mit der Leistenkante ([Plath 2004], S. 86) ................................... 20
63
8 VERZEICHNISSE
Abbildung 3.11: Berechnung des Zentralpunktes mit Hilfe der Mittellinie ([Plath 2004], S. 86) ........................ 20
Abbildung 3.12: Messstrecken auf dem virtuellen Leisten ([Plath 2004], S. 114) ............................................... 21
Abbildung 3.13: Leistenkopie Größe 42 ([Plath 2004], S. 128) ........................................................................... 21
Abbildung 3.14: Fertig konstruiertes Oberleder eines Derby-Modells ([Plath 2004], S. 144) ............................. 22
Abbildung 3.15: In die Leistenkopie fixiertes Partikelsystem ([Weiler 2005], S. 73) ......................................... 24
Abbildung 3.16: Iterationsschritt 1 ([Weiler 2005], S. 74) ................................................................................... 24
Abbildung 3.17: Iterationsschritt 40 ([Weiler 2005], S. 76) ................................................................................. 24
Abbildung 3.18: Iterationsschritt 40 ([Weiler 2005], S. 76) ................................................................................. 25
Abbildung 3.19: Abschneiden der Zwickzugabe ([Weiler 2005], S. 80) .............................................................. 25
Abbildung 3.20: Die Kontur eines Schaftteils auf der Leistenkopie und das dazugehörige
Ebenbild auf dem virtuellen Leisten ([Weiler 2005], S. 81) ...................................................... 25
Abbildung 3.21: Trianguliertes Schaftteil ([Weiler 2005], S. 87) ........................................................................ 26
Abbildung 3.22: Dreidimensionales Modell eines Derby-Schuhs ([Weiler 2005], S. 91) ................................... 26
Abbildung 3.23: Mit Texturen belegtes Schuhmodell ([Weiler 2005], S. 91) ...................................................... 27
Abbildung 4.1: Innen- und Außenseite eines Leistens ........................................................................................ 29
Abbildung 4.2: Konturen der Innen- und Außenseite eines normalen Fußes ..................................................... 30
Abbildung 4.3: Konturen der Innen und Außenseite eines fehlgeformten Fußes ............................................... 30
Abbildung 4.4: Erstellung der gemeinsamen Mittelkontur zur Verbesserung der Fehlform .............................. 30
Abbildung 4.5: klassisches Modell mit der Absatzsohle und Sportlicher Schuh mit der flachen Sohle
[Soleman 2010] .......................................................................................................................... 32
Abbildung 4.6: Wandersohle [Soleman 2010] .................................................................................................... 32
Abbildung 4.7: Verschiebung der Konturpunkte ................................................................................................ 33
Abbildung 4.8: Verbindung der Punkte zur Erstellung der Zähne ...................................................................... 33
Abbildung 4.9: Keil- und integrierte Absatzsohle [Soleman 2010] .................................................................... 34
Abbildung 4.10: Verschiebung der Punkte zur Erstellung des ersten Abschnitts ................................................. 34
Abbildung 4.11: Kosinus-Kurve ........................................................................................................................... 35
Abbildung 4.12: Die verschiedenen Ebenen der Punkte ....................................................................................... 36
Abbildung 4.13: Ermittlung der gemeinsamen Ebene und Aufbau der Achtecke ................................................ 37
Abbildung 5.1: Matrix-Transformation ( [Plath 2004], S. 78) ............................................................................ 38
Abbildung 5.2: Aufbau der XML-Datei des virtuellen Leistens ......................................................................... 39
Abbildung 5.3: Die von [Plath 2004] zur Konstruktion der Leistenkopie ermittelten Messpunkte ................... 40
Abbildung 5.4: Sohlenkontur aus der Vereinigung der Außen- und Innenkontur .............................................. 40
Abbildung 5.5: Anpassung der Innen- und Außenseite anhand des Fußbettes ................................................... 41
Abbildung 5.6: Ermittlung des Verschiebevektors ............................................................................................. 42
Abbildung 5.7: Vollendeter Rahmen .................................................................................................................. 43
Abbildung 5.8: Unterschiedliche Grobheitsstufen des Stupprahmens [Minke 2010] ......................................... 43
Abbildung 5.9: Erzeugung des Stupprahmens, Stufe 1 ....................................................................................... 44
Abbildung 5.10: Erzeugung des Stupprahmens Stufe 2 ........................................................................................ 44
64
8 VERZEICHNISSE
Abbildung 5.11: Erzeugung des Stupprahmens Stufe 3 ........................................................................................ 45
Abbildung 5.12: Anwendung des Verfahrens auf alle Konturpunkte ................................................................... 45
Abbildung 5.13: Stupprahmen .............................................................................................................................. 45
Abbildung 5.14: Ermittlung des Richtungsvektors zur Erstellung des Achtecks ................................................. 46
Abbildung 5.15: Berechnung unterschiedlicher Punkte zur Ermittlung des Nahtbogens ..................................... 47
Abbildung 5.16: Ermittelte Punkte ........................................................................................................................ 47
Abbildung 5.17: Aufgebauter Nahtstich ............................................................................................................... 48
Abbildung 5.18: Aufbau einer Absatzsohle .......................................................................................................... 48
Abbildung 5.19: Absatz mit geradem Innenbereich .............................................................................................. 49
Abbildung 5.20: Erzeugung des runden Absatzes, Stufe 1 ................................................................................... 50
Abbildung 5.21: Erzeugung des runden Absatzes, Stufe 2 ................................................................................... 50
Abbildung 5.22: Runder Absatz ............................................................................................................................ 51
Abbildung 5.23: Triangulierte Wandersohle ......................................................................................................... 51
Abbildung 5.24: 3D-Modell einer Wandersohle ................................................................................................... 52
Abbildung 5.25: Kurve des ersten Teils ................................................................................................................ 52
Abbildung 5.26: Kosinus-Kurve ........................................................................................................................... 53
Abbildung 5.27: Anfertigung der Absatzfläche .................................................................................................... 54
Abbildung 5.28: Bestellformular ........................................................................................................................... 54
Abbildung 5.29: XML-Datei der Bestellung ......................................................................................................... 55
Abbildung 5.30: Gui mit visualisierter Keilsohle ................................................................................................. 55
Abbildung 5.31: Abschnitt der Gui zur Erstellung der Sohle ............................................................................... 56
Abbildung 5.32: Derby-Modell mit Absatzsohle, runder Absatz, Naht sowie einfacher Rahmen ....................... 57
Abbildung 5.33: Oxford-Modell mit Wandersohle ............................................................................................... 57
Abbildung 5.34: Unterseite einer Wandersohle .................................................................................................... 58
Abbildung 6.1: Darstellung der Lücke zwischen dem Rahmen und dem Schaft ............................................... 59
8.2 Literatur
[Ax/Raab 2003]
Ax, C. und Raab A.: Maßschuhfertigung für das 21. Jahrhundert, Ein
Entwicklungsvorhaben mit dem Schuhmacherhandwerk,
in: ZDH, BMBF (Hrsg.): Fertigung im Netzwerk – Handwerk als
Hersteller kundenindividueller Produkte, Berlin 2003, S. 12-30
[Griesel/Postel/Suhr 2008]
Griesel, H. , Postel, H. und Suhr, F.: Elemente der Mathematik 10,
Braunschweig 2008, S. 44
[Pape 1920]
Pape, R.: Der praktische Schuh und Geshäftemacher, Berlin 1920
[Plath 2004]
Plath, J.: Computergestützte Konstruktion von Maßschuhen,
Dissertation Universität Bremen, Fachbereich Mathematik/Informatik,
Aachen 2004
65
8 VERZEICHNISSE
[Plath 2005]
Plath, J.: Informationstechnologie für Schuhmacher, Schuh aktuell
(2005) Nr. 1+2, S. 7-9
[Sahm 1978]
Sahm, M.: Arbeits- und Fachkunde für Schuhmacher, Geislingen
(Steige) 1978
[Sternke 2006]
Sternke, H.: Alles über Herrenschuhe, Berlin 2006
[Szczepanek 2003]
Szczepanek, U.: Konzeption und Entwicklung eines prozessorientierten CAD-Systems für die Bekleidungskonstruktion, Dissertation
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2003
[Vass/Molnár 1999]
Vass, L. und Molnár M.: Herrenschuhe handgearbeitet, Köln 1999
[Weiler 2005]
Weiler, F.: Modellierung von Maßschuhen auf virtuellen Leisten –
Erzeugen eines 3D-Modells aus Schaftteilen, Diplomarbeit Universität
Bremen, Fachbereich Mathematik/Informatik, Bremen 2005
8.3 Online-Literatur
[Budapester 2010]
Online-Shop für Schuhe aus Budapest von Dinkelacker, H. und
Vass, L.
27.10.2010
www.budapester.de
[Dinkelacker 2006]
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Handarbeit seit 1879
27.10.2009
www.heinrich-dinkelacker.de
[Gebiom 2010]
Homepage der Firma GeBioM
www.gebiom.de
27.10.2010
[Herges 2010]
Homepage der Firma Herges Orthopädie-Schuhtechnik
www.herges-orthopaedie.de
19.10.2010
[Langlauf 2008]
Online-Shop für den Schuhmacherbedarf
26.10.2010
www.langlauf-schuhbedarf.de
[Massschuh]
Internet Plattform der Maßschuh-Galerie
27.10.2010
www.massschuh.de
[Minke 2010]
Homepage der Firma Minke GmbH & Co KG
27.10.2009
www.minke.de
[Richter 2009]
Richter, M.: Die Virtuelle Realität und der Schuh, Projekt 15199
der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen
"Otto von Guericke" e.V. (AiF) , Eine Entwicklung des Prüfund Forschungsinstitut Pirmasens e.V. (PFI), Pirmasens 2009
[www.pfi-ps.de]
03.06.2010
66
8 VERZEICHNISSE
[Shoemaster 2009]
Shomaster CAD/CAM Software der Firma CSM3D
International Ltd.
14.06.2010
www.shoemaster.co.uk
[Shoepassion]
Homepage der shoepassion, Herrenschuhe aus Leidenschaft
15.10.2010
www.shoepassion.de
[Soleman 2010]
Online-Shop für Herrenschuhe
27.10.2010
www.soleman.de
67
68