Berechnung dreidimensionaler Modelle von Schuhsohleneddi.informatik.uni-bremen.de/SUSE/pdfs/Diplomarbeit_Niloufar... · Berechnung dreidimensionaler Modelle von Schuhsohlen Vorgelegt

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 Ziel der Arbeit.......................................................................................................................................1 1.2 Motivation ............................................................................................................................................2 1.3 Aufbau der Arbeit .................................................................................................................................2

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 Erstellung der Sohlenkontur ...............................................................................................................28 4.2 Anpassung der Innen- und Außenkontur ............................................................................................29 4.3 Die Sohle ............................................................................................................................................31

4.3.1 Absatzsohle und flache Sohle ........................................................................................................31 4.3.2 Wandersohle ..................................................................................................................................32 4.3.3 Integrierte Absatz- und Keilsohle ..................................................................................................33

4.4 Der Absatz ..........................................................................................................................................35 4.5 Die Naht..............................................................................................................................................36

5 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 Fazit ....................................................................................................................................................61 7.2 Ausblick..............................................................................................................................................62

8 VERZEICHNISSE .....................................................................................................................................63

8.1 Abbildungsverzeichnis........................................................................................................................63 8.2 Literatur ..............................................................................................................................................65 8.3 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

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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 E-

Kommunikationsplattform 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 computerge-stützten 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 EINLEITUNG

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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 Anforderun-gen 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.

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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 industriegefer-tigten 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 Eigenschaf-ten 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.

2 MAßSCHUHE UND IHRE HERSTELLUNG

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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 Leistenko-pien wird schließlich eine Mittelkopie erstellt, indem die Differenz der inneren und äußeren Kopie berechnet und aus ihr eine mittlere Kontur gebildet wird.


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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


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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.


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Abbildung 2.7: Aufbau eines Schuhs ([Vass/Molnár 1999], S. 125)


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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


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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 rahmenge-nähten Schuh ([Vass/Molnár 1999], S. 146)

Abbildung 2.14: Annähen des Rahmens

beim zwiegenähten Schuh ([Vass/Molnár 1999], S. 158)


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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.


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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)

3 STAND DER TECHNIK

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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 Co-Designer 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 Eigen-

schaften 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 berücksichti-gen 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.

3 STAND DER TECHNIK

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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 Visualisie-rung 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 QS 2009].

3.1.1 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 Tabellen-form 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

3 STAND DER TECHNIK

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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])

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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 2D-Leistenkopie 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])

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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 For-schungsprojekt 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]

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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]

3 STAND DER TECHNIK

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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.

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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. Beispielswei-se 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.

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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 Leistenlän-genmaß, 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,

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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 Messstre-cken.

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 zweidimen-sionalen 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)

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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 Zuschnei-den 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, kundenindivi-duellen 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

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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 zweidimensiona-le 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.

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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)


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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 Abbildungsfunk-tion 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)

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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 Abbildungsfunkti-on 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)

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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.

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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

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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 unterschied-liche 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

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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 Kurven-form 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 Innen- und 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

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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 unterschiedli-chen 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.

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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.

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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.

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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).

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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 ermögli-chen.

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.

4 KONZEPT

36

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

4 KONZEPT

37

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

38

5 Realisierung

Die gewünschte Sohle lässt sich anhand einer Bestellung anfertigen, die neben den Kundendaten das gewünschte Schuhmodell, ebenso wie die Angaben zu den unterschiedli-chen Elementen beinhaltet. Diese sind unter anderem das Material, die Stärke des Schaftle-ders 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 dreidimensiona-

ler 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)

5 REALISIERUNG

39

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 Sohlener-stellung 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

5 REALISIERUNG

40

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

5 REALISIERUNG

41

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.

5 REALISIERUNG

42

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

Aus der Differenz der beiden Ortsvektoren ar

und br

lässt sich die Strecke vr

vom Typ Vektor

bilden. Dabei ist: vr

=br

- ar

. Der gewünschte Verschiebevektor bildet dabei die Senkrechte zum Vektor v

r. Für den Vektor

vr

mit

=y

xvr

ergibt sich der Verschiebevektor ´vr

als

−=

x

yv´r

.

Die Länge des Vektors ´vr

ist zu diesem Zeitpunkt gleichzusetzen mit der Länge des Ursprungsvektors v

r. Zur Anpassung der neuen Kontur an die Lederstärke des Schafts oder an

die Breite des Rahmens wird die Länge des Verschiebevektors ´vr

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.

5 REALISIERUNG

43

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-

5 REALISIERUNG

44

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

zur Erzeugung eines einfachen Rahmens, die beiden Ortsvektoren ar

und br

und zusätzlich der Ortsvektor v

r 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 Y- Achse und anschließende Verlängerung mit dem Restteil des Verschiebevektors

Abbildung 5.10: Erzeugung des Stupprahmens Stufe 2

5 REALISIERUNG

45

- 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

5 REALISIERUNG

46

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 Richtungs-vektor, 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

5 REALISIERUNG

47

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.

5 REALISIERUNG

48

Abbildung 5.17: Aufgebauter Nahtstich

5.4 Konstruktion der Laufsohle In diesem Abschnitt werden die einzelnen Sohlenformen realisiert. Es wird davon ausgegan-gen, 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 Triangulie-rung 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 Rahmen-stärke. 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

5 REALISIERUNG

49

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.

Dabei gilt für die Länge eines Vektors vr

mit

=z

y

x

vr

:

vr

= 222zyx ++

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 Weiten-punktes 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.

5 REALISIERUNG

50

Abbildung 5.20: Erzeugung des runden Absatzes, Stufe 1

Zwischen den beiden Absatzpunkten 0 und n muss zunächst ein Vektor gebildet werden, dessen Länge den Abstand der beiden Punkte angibt. Dieser wird als Verschiebevektor v

rzur

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:

- Aufteilung des Vektors vr

in fünf Teile

- Berechnung des Abstands b zwischen dem Absatzpunkt 0 und 1

- Verschiebung des Absatzpunktes 0 um 3

2b in Richtung der X-Achse und um

5

1 des

Vektors vr

in Richtung der Z- Achse. Damit entsteht P1.

- Verschiebung von P1 um 3

1 b in Richtung der X-Achse und um 5

1 des Vektors vr

in

Richtung der Z- Achse. Damit entsteht P3.

- Erstellung der Punkte P2 und P4 auf die selbe Weise und Erzeugung eines Drei-ecksnetzes zur Verbindung der berechneten Punkte

5 REALISIERUNG

51

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

3

2 der gewählten Sohlenstärke. Der zweite bildet die restlichen 3

1 . Damit entspricht die

Verschiebung jedes Punktes nach zwei Abständen der gewünschten Sohlenstärke. Für den

Bereich rechts von Punkt P bildet der erste Abstand damit 3

2 und der zweite Null (vgl.

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 vorgegan-gen. Die Konturpunkte dagegen werden wie bei der Wandersohle verschoben.

5 REALISIERUNG

52

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

5 REALISIERUNG

53

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 2π 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 Ab-satzbeginnpunktes

- 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 angewen-det. 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.

5 REALISIERUNG

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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

5 REALISIERUNG

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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-

5 REALISIERUNG

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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

5 REALISIERUNG

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Die folgenden Bilder zeigen Beispiele komplett visualisierter Schuhe durch Zusammenset-zung unterschiedlicher Elemente.

Abbildung 5.32: Derby-Modell mit Absatzsohle, runder Absatz, Naht sowie einfacher Rahmen

Abbildung 5.33: Oxford-Modell mit Wandersohle

5 REALISIERUNG

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Abbildung 5.34: Unterseite einer Wandersohle

6 PROBLEMATIK BEI DER SIMULATION

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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 Visualisie-rung 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 unterschiedli-che Farben und Strukturen besitzen können.

6 PROBLEMATIK BEI DER SIMULATION

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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.

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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 Schuhma-chers 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.

7 FAZIT UND AUSBLICK

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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 Grobheitsstu-fen 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 dreidimensiona-len 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.

8 VERZEICHNISSE

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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

8 VERZEICHNISSE

64

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

8 VERZEICHNISSE

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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

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[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 prozessorientier-ten CAD-Systems für die Bekleidungskonstruktion, Dissertation Universität Bremen, Fachbereich Mathematik/Informatik, Aachen 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.

www.budapester.de

27.10.2010

[Dinkelacker 2006]

Homepage der Heinrich Dinkelacker GmbH, Feinste Budapester Handarbeit seit 1879

www.heinrich-dinkelacker.de

27.10.2009

[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

www.langlauf-schuhbedarf.de

26.10.2010

[Massschuh] Internet Plattform der Maßschuh-Galerie

www.massschuh.de

27.10.2010

[Minke 2010] Homepage der Firma Minke GmbH & Co KG

www.minke.de

27.10.2009

[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 Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. (PFI), Pirmasens 2009 [www.pfi-ps.de]

03.06.2010

8 VERZEICHNISSE

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[Shoemaster 2009] Shomaster CAD/CAM Software der Firma CSM3D International Ltd.

www.shoemaster.co.uk

14.06.2010

[Shoepassion] Homepage der shoepassion, Herrenschuhe aus Leidenschaft

www.shoepassion.de

15.10.2010

[Soleman 2010] Online-Shop für Herrenschuhe

www.soleman.de

27.10.2010

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