An increasing number of electronics are directly embedded on the clothing to monitor human status (e.g., skeletal motion) or provide haptic feedback. A specific challenge to prototype and fabricate such a clothing is to design the wiring layout, while minimizing the intervention to human motion. We address this challenge by formulating the topological optimization problem on the clothing surface as a deformation-weighted Steiner tree problem on a 3D clothing mesh. Our method proposed an energy function for minimizing strain energy in the wiring area under different motions, regularized by its total length. We built the physical prototype to verify the effectiveness of our method and conducted user study with participants of both design experts and smart cloth users. On three types of commercial products of smart clothing, the optimized layout design reduced wire strain energy by an average of 77% among 248 actions compared to baseline design, and 18% over the expert design.


翻译:越来越多的电子设备直接嵌入服装中,用于监测人体状态(如骨骼运动)或提供触觉反馈。此类服装的样机制造与生产面临一项特定挑战:如何在最小化对人体运动干扰的同时设计布线布局。我们通过将服装表面的拓扑优化问题表述为三维服装网格上的变形加权斯坦纳树问题来应对这一挑战。所提方法提出了一种能量函数,用于最小化不同运动状态下布线区域的应变能,并以其总长度作为正则化约束。我们制作了物理样机以验证方法的有效性,并开展了包含设计专家和智能服装用户在内的用户研究。针对三种类型的智能服装商业产品,相较于基准设计,优化布局在248种动作中平均降低导线应变能77%,相较于专家设计降低18%。

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