Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ направлений совершенствования процессов проектирования и производства одежды 12
1.1. Обзор развития технологий автоматизированного проектирования одежды 12
1.2. Анализ функциональной составляющей САПР одежды 15
1.3. Технология визуального проектирования одежды 21
1.4. Современные методы формирования графического образа одежды при автоматизированном проектировании одежды 24
1.5. Требования к проектируемой САПР графического образа одежды 31
Выводы к главе 1 33
2. Теоретические аспекты разработки программной системы автоматизации проектирования графического образа одежды 35
2.1. Выбор модели жизненного цикла программной системы 35
2.2. Определение подходов к системному анализу процесса проектирования графического образа одежды 38
2.3. Декомпозиция модели графического образа одежды 39
2.4. Разработка концептуальной модели программной системы 43
2.5. Разработка логической модели программы 45
2.6. Разработка информационного фонда программной системы 46
Выводы к главе 2 59
3. Проектирование программной системы автоматизации процесса создания трансформируемого графического образа одежды 61
3.1. Разработка структуры процесса проектирования графического образа одежды с точки зрения его автоматизации 61
3.2. Разработка модели трансформируемого каркаса фигуры 63
3.3. Разработка трехмерной формы моделей одежды 73
3.4. Создание текстуры материала 79
3.4.1. Создание многослойной текстуры материала 79
3.4.2. Создание меховой текстуры 83
3.5. Проектирование процедуры настройки сцены 92
Выводы к главе 3 94
4. Программная реализация разрабатываемой системы автоматизированного проектирования 95
4.1. Выбор программных средств 95
4.2. Разработка структуры программной системы 97
4.3. Разработка интерфейса системы 100
4.4. Разработка программного обеспечения системы автоматизированного проектирования графического образа одежды с объемной текстурой меха . 104
4.4. Внедрение результатов работы 115
Выводы к главе 4 117
Заключение 118
Список литературы 120
Приложения 133
- Современные методы формирования графического образа одежды при автоматизированном проектировании одежды
- Декомпозиция модели графического образа одежды
- Разработка модели трансформируемого каркаса фигуры
- Разработка программного обеспечения системы автоматизированного проектирования графического образа одежды с объемной текстурой меха
Введение к работе
Производство одежды является одной из перспективных отраслей швейной промышленности, так как имеет устойчивый спрос, достаточно быструю окупаемость, не требует значительных капиталовложений. Для успешного развития предприятий, выпускающих одежду в России, необходимо внедрение высоких технологий на производстве.
Достигнутый уровень развития современных информационных технологий позволяет обеспечивать проектирование швейных изделий в автоматизированном режиме. При этом, все более нарастающая информационная и программно-техническая интеграция средств автоматизации позволяет постепенно переходить от решения отдельных задач с помощью ЭВМ к комплексной автоматизации.
Однако на сегодняшний день идея сквозной автоматизации процесса проектирования и подготовки производства пока не может быть реализована из-за значительного отставания информационного, программного и математического обеспечения процесса проектирования и производства одежды как единого целого и отдельных его этапов. В настоящее время реализованными в плане автоматизации в определенной степени можно считать ряд составляющих процесса проектирования одежды. Например, процессы параметрического конструирования, технического размножения лекал, раскладки лекал, расчета расхода материалов и др. Применение информационных технологий при этом позволило частично снизить ресурсоемкость, повысить уровень разработок.
Автоматизация процесса проектирования базируется на формализации основных его этапов. Наиболее трудно формализуемыми оказались этапы, связанные с творческим подходом специалистов. Например - создание эскизов или графических образов моделей одежды, конструктивное моделирование, выбор оптимального технологического решения и др. В настоящее время активно ведется поиск новых путей компьютерного проектирования одежды, позволяющих автоматизировать творческие этапы проектирования. К числу подобных путей относится переход к трехмерному проектированию одежды, совершенствование технологии формирования графического образа изделия, разработка экспертных систем, интенсивное использование средств оперативного обмена информацией для работы с клиентами, применение принципов комбинаторики, агрегатирования и модульного проектирования к созданию новых моделей, более детальной параметризации объектов проектирования и пр. Работы в указанных направлениях ведутся в ЦНИИШП, МГУДТ, СПбГУДТ, ОГИС, и др. А также за рубежом - в Челмерском Технологическом Университете (Великобритания), Государственном Текстильном Колледже (Северная Каролина, США), Шведском Государственном Институте Технологии (Swiss Federal Institute of Technology), University of Geneva (Женевском Университете), Textile & Clothing фирмы Gerber Garment Technology и др. [4-8, 12-15,21,23-28, 34-37, 56,102-120].
В условиях рыночной экономики от швейного производства требуется повысить эффективность, конкурентоспособность выпускаемой продукции и услуг. При этом определяющими задачами является выпуск одежды, удовлетворяющей потребителя по всем показателям качества в максимально сжатые сроки. Свойства выпускаемой продукции напрямую зависит от качества проведения всех этапов проектирования. Наиболее ответственными являются именно начальные этапы, так как на них закладываются свойства будущего изделия, которые в дальнейшем определят его коммерческий успех. К ним относится процесс разработки эскиза или его более информативной и современной формализованной версии - графического образа. При создании графического образа одежды художник-модельер или дизайнер решает сложную задачу по выбору будущей модели, перерабатывая большие объемы формализованной и неформализованной информации [45, 56, 57]. Повысить эффективность процесса разработки графического образа одежды невозможно без применения специальных средств и новых технологий обработки информации. Использование компьютерных методов в данном случае позволяет значительно увеличить производительность труда и качество работы проектировщика.
Создание графического образа одежды - этап, еще недостаточно изученный в плане его автоматизации именно из-за содержания в нем множества процедур, решаемых эвристическими методами. Поэтому была поставлена задача комплексного рассмотрения данного этапа.
Наиболее перспективным на сегодняшний день является переход от двухмерного проектирования к трехмерному, как одежда, по сути, является объектом, имеющим объемную форму. Поэтому технология разработки графического образа модели одежды в данной работе реализовывалась с использованием средств трехмерного компьютерного моделирования.
Создание нового способа компьютерного проектирования одежды подразумевает: разработку детальной функционально-логической схемы процесса проектирования графического образа модели одежды; решение вопросов организации и ведения информационного фонда; формирование структуры пользовательских меню и диалоговых сценариев взаимодействия проектировщика с ЭВМ в ходе выполнения различных проектных операций.
Одним из ключевых моментов данной работы является исследование и разработка способов машинного представления графической информации с учетом возможностей современной компьютерной графики [78]. Решение данного комплекса задач позволяет перейти к последующим этапам реализации информационной технологии сквозного проектирования одежды. Все это определило актуальность темы исследования.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка системы автоматизированного проектирования трансформируемого графического образа одежды с объемной текстурой материала на примере объемной текстуры меха.
В соответствии с целью были поставлены и решены следующие задачи: проанализировать и обобщить направления развития информационных технологий в области проектирования и производства одежды и выбрать наиболее перспективные для формирования графического образа одежды; провести декомпозицию трансформируемого графического образа одежды на отдельные элементы, параметризовать модель представления данных о натуральном мехе; разработать принципы и алгоритмы синтеза проектных решений из элементов системы и на основе их создать целостный программный продукт; разработать концептуальную модель процесса автоматизированного проектирования трансформируемого графического образа одежды с объемной текстурой материала на примере текстуры меха.
В качестве объекта исследования в диссертационной работе выбран процесс проектирования графического образа женской одежды. Это обусловлено тем, что процесс проектирования женской одежды отличается содержит полный перечень этапов, характерных для процессов проектирования швейных изделий различного ассортимента.
В соответствии с этим, предметом исследования является система автоматизированного проектирования трансформируемого графического образа одежды.
Для эффективного решения задачи создания автоматизированной системы разработки графического образа модели одежды необходимо рассмотрение этого этапа с точки зрения системного подхода и решения возникших задач комплексно.
В качестве методов и средств исследования были использованы теория системного анализа, теории информационного и математического моделирования, методы векторной алгебры, трехмерного моделирования аналитической геометрии, объектно-ориентированного программирования, прикладная теория конструирования швейных изделий.
В работе также используются теоретические и практические достижения в области проектирования одежды.
Научная новизна данной работы заключается в том, что были: * разработаны принципы структурирования и декомпозиции графического образа одежды из элементов трансформируемого каркаса фигуры, элементов каркаса одежды, элементов многослойной текстуры материала, в том числе и объемной текстуры меха; разработаны принципы синтеза проектных решений из элементов базы данных программной системы, характеризующиеся тем, что графический образ одежды может формироваться методом создания многослойной поликаркасной модели; разработаны алгоритмы формирования отдельных частей трансформируемого графического образа одежды: алгоритм построения объемного каркаса фигуры, алгоритм преобразования системы костей, алгоритм создания модели одежды, алгоритма подготовки пучка волос, алгоритм автоматического и ручного режимов нанесения меховой текстуры, алгоритм снятия объемной текстуры; * разработана структурная схема функциональных модулей программной системы и принципы их взаимодействия, на основании чего создана концептуальная модель процесса автоматизированного проектирования трансформируемого графического образа одежды с объемной текстурой меха. Практическая значимость состоит в том, что в процессе работы была: * создана программа автоматизации проектирования трансформируемого графического образа одежды, имеющего объемную текстуру материала на примере текстуры меха, которая может использоваться при проектировании одежды в условиях учебного и производственного' процессов; " разработаны методические рекомендации по организации процесса проектирования графического образа моделей одежды в автоматизированном режиме. Разработанная программная система позволяет: повысить уровень автоматизации начальных процессов проектирования одежды; исключить время на непроизводительные затраты на подготовку, ввод исходной информации и оформление промежуточной информации; повысить качество проектных работ; значительно сократить время на создание графического образа модели одежды; обеспечить накопление и эффективное использование информации, заключенной в разработанных проектных решениях.
Реализация результатов работы. Компоненты диссертационной работы были реализованы в виде контрольных примеров и действующей программы при участии программистов Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова. В разработанной программе автоматизации проектирования эскизов «3D Clothes» были реализованы следующие модули: модуль создания и визуализации каркаса трансформируемой фигуры; модуль создания моделей одежды; модуль создания многослойной текстуры; модуль создания коллекции моделей одежды; модуль создания текстуры меха; модуль проведения дополнительных настроек.
Программа автоматизации проектирования графического образа одежды 3D Clothes, а также её функциональный модуль создания объемной текстуры меха были зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий при Министерстве образования и науки Российской Федерации.
Реализованные функциональные модули и программная система могут применяться самостоятельно или быть интегрированы с действующими САПР, используемыми на предприятиях, изготавливающих одежду из тканей и меха и моделирующих организациях.
Апробация. Практическая значимость работы подтверждена испытаниями в условиях производственного процесса изготовления одежды из меха в фирме «Милана», а также в условиях учебного процесса в Хакасском государственном университете им. Н.Ф. Катанова.
Основные результаты исследований докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на международной научно-практической конференции «Становление и развитие ремесленного профессионального образования в России» (г. Екатеринбург, 2001-2004 гг., на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы подготовки специалистов для сферы сервиса» (г. Омск, 2004 г.), республиканском конкурсе научно-исследовательских работ студентов высших учебных заведений по направлению «Технические науки» (г. Абакан, 2004 г.), всероссийской научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития сервиса: образование, управление, технологии» (г. Самара, 2004 г.), юбилейной региональной научно-практической конференции «Совершенствование системы подготовки специалистов сферы сервиса» (г. Омск, 2001 г.), университетских научно-практических конференциях «Катановские чтения» (г. Абакан, 2000-2004 гг.), а также на заседаниях кафедры ТШП ОГИС (2001-2004 гг.), заседаниях кафедры ТШП и МПО и Ученого Совета ИТСиД ХГУ им. Н.Ф. Катанова (2000-2004 г.г).
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Омского государственного института сервиса в рамках госбюджетной аспирантуры.
Публикации. Основные положения работы были отражены в одиннадцати печатных работах.
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения на 132 страницах машинописного текста, включающих рисунки, таблицы и списка литературы, состоящего из 134 наименований, а также семи приложений.
На защиту выносятся следующие положения:
Декомпозиция графического образа на трансформируемый каркас фигуры, каркас одежды, модель многослойной текстуры материала изделия, включающую объемную текстуру меха.
Алгоритмы синтеза проектных процедур формирования трансформируемого графического образа одежды с объемной текстурой меха.
Графический образ одежды, формируемый путем создания многослойной каркасной модели объекта проектирования, в которую включены: трансформируемый каркас фигуры, трансформируемый каркас одежды, модель свойств материала, содержащая многослойную текстуру материала и объемную текстуру меха.
Параметризованная модель представления данных о натуральном мехе.
Современные методы формирования графического образа одежды при автоматизированном проектировании одежды
Как следует из пункта 1.2 данной работы, одним из направлений расширения возможностей систем автоматизации проектирования является введение в них модуля или подсистемы проектирования внешнего графического образа одежды, модуля по созданию виртуальных коллекций. Следует отметить, что этот модуль (подсистема) в работах различных авторов не имеет однозначного названия, так как до сих пор не определен четко набор функций, включаемых в него и допустимая степень реализуемости их.
Под графическим образом изделия понимается изображение (эскиз) модели одежды, выполненное с определенной степенью достоверности. Под степенью достоверности графического образа подразумевается соответствие размеров модели параметрам реального изделия в масштабе, а также сохранение эффектов и характеристик материала, характера конфигурации поверхности изделия.
При ручном проектировании для представления визуальной информации об объекте пользуются эскизом. Различают творческий и технический эскизы.
Творческий эскиз несет в себе информацию о целостном художественном образе человека. Для него характерна высокая степень стилизации фигуры и модели, а также неограниченные возможности в выборе применяемой изобразительной техники. Творческий эскиз является весьма важным инструментом и, одновременно, результатом поиска концептуального ряда решений при проектировании новых моделей. Однако он не может нести в себе исчерпывающей, математически точной информации о модели. Использование одного только творческого эскиза недостаточно для осуществления процесса проектирование моделей, особенно в автоматизированном режиме.
Технический эскиз изображается в определенном масштабе с соблюдением реальных размеров, пропорций и с точным расположением модельных особенностей в линейном или линейно-колористическом виде. Технический эскиз в емкой форме несет в себе информацию о применяемых материалах, конструкции, планируемой технологии изготовления, то есть является одним из видов проектной графической информации. Роль проектной графической информации в последнее время неуклонно растет. Это объясняется следующими причинами: увеличением потребности в высоком качестве и достоверности представления объекта проектирования; способностью графических изображений представлять информацию в концентрированном виде; широким внедрением средств компьютерной графики в учебной, производственной и научно-исследовательской деятельностях [58]. В настоящее время ведется поиск новых форм и возможностей использования компьютерного моделирования при выполнении графических работ, и в том числе, эскизов, а также путей повышения степени реальности графического образа одежды, улучшения его «читаемости». Естественно, что формализация создания графического образа одежды возможна только, если рассматривать этот процесс с точки зрения приближения его к процессу разработки технического эскиза. Вопросами совершенствования процесса проектирования эскизов моделей одежды в разное время занимались Козлова Т.В., Бескоровайная Г.П., Ивлева Г.С, Кузьмина А.А., Е.Ю. Кривобородова, Е.Б. Коблякова и др. [3-7, 12, 14-16, 18-19, 21-37, 51-55, 57-62, 64-65, 88-92, 95, 99-101]. Комиссаров О.Ю. предложил разделить графическую информацию о швейном изделии на два вида: геометрическую, характеризующую пространственные свойства объекта и его компонентов; колористическую, в основе которой лежит поверхность, пятно, швы, декор, материал, цвет, отделка, фурнитура [52]. Разнообразие их сочетаний дает комбинирование новых вариантов моделей одежды. В работах Зак И.С., Сизовой Р.И., Марченко О.Д [23-24] были сформулированы принципы комбинаторного синтеза технического эскиза на примере формирования коллекции профессиональной фирменной одежды, что сужало сферу применения разработанной методики. Вопросы декомпозиции технического эскиза на научной основе изложены в работах Кузьминой А.А., Холиной (Джемарьян) Т.Ю., Бескоровайной Г.П., ИвлевойГ.С. [3-7, 12, 26, 61,106]. Технический эскиз модели рассматривался ими как сложная иерархическая система специальных графических знаков (символов), из которых слагается описание внешнего вида [26, 61, 106]. При этом основные признаки проектируемого изделия характеризуются геометрически совместимыми и взаимозаменяемыми единицами графической информации. Эта технология нашла приложение в сфере автоматизации проектирования в совместной работе авторов с Андреевой М.В., Андреевой К.Г., Немцевой О.А., Чижик О.Н. и др. Достаточную гибкость, удобство и скорость при создании эскизов им удалось получить при использовании параметрических сценариев построения абрисов фигур в сочетании с комбинаторным синтезом и чертежными средствами [3-7]. При этом были выделены типовые элементы эскиза, хранящиеся в базе данных и фантазийные, формируемые чертежными средствами.
Однако созданная технология реализовывалась методами проектирования двухмерного изображения фигуры и изделия в нескольких проекциях, то есть авторам не удалось перейти к полноценному трехмерному проектированию внешнего вида изделия, что говорит о несовершенстве взятых авторами за основу математических и программных средств.
Параллельно велись исследования в области совершенствования технологии комбинаторного синтеза Булатовой Е.Б., Ещенко В.Г., Гладковой Л.М., Журавлевой О.В, Размахниной В.В., которыми в целом была решена проблема анализа и синтеза технического эскиза, или «рисунка-чертежа» также в двухмерном пространстве [14-16, 22].
Е.Ю. Кривобородовой, Е.Б. Кобляковой, И.А.Гришиной, Перегняк А.Г., Пяевой Т.В. [57-60] был предложен метод формирования внешнего вида изделия с помощью готовых средств машинной графики. Ими предлагалось предварительно создавать банк данных процесса «одевания», состоящий из компьютерного каталога моделей, исходных модельных конструкций, основных и конструктивно-декоративных деталей и каталога конструктивно-декоративных элементов, создаваемых рисованием их от руки или введением со сканера. Отдельно требовалось создание банка данных фотографий заказчиков. Однако, предложенная методика отнимает много времени при реализации, так как каждую модель необходимо отрисовывать от руки. Для того, чтобы исключить возможность формирования неудачных эскизов, авторами было предложено создание экспертной системы на основе опыта высококвалифицированных специалистов, которая до настоящего времени так и не была реализована, так как потребовалось значительное количество времени для формирования базы знаний.
Декомпозиция модели графического образа одежды
Процесс проектирования графического образа одежды можно рассматривать как процесс последовательного преобразования информации о проектируемом объекте, а также различных видов вспомогательной и справочной информации. Следовательно, процесс проектирования может быть описан с помощью структуры информационных потоков, представляющих собой модели объекта проектирования или модели частей объектов проектирования в электронном или предметном (реальном) представлениях.
Под моделью объекта проектирования (МОП) понимается некоторый реальный или виртуальный объект, тождественный или близкий по ряду свойств объекту проектирования или заменяющий объект проектирования при решении проектных задач [80-81, 95, 101].
В зависимости от конкретных локальных подзадач создания графического образа одежды, использующих МОП для внутреннего представления информации об изделии или для интерфейса с другой подзадачей, моделируются разные совокупности свойств (геометрических, механических, физико-химических и пр.), относящихся к объекту проектирования в целом или его составным частям. Применение гибкой структуры МОП при автоматизированном проектировании имеет гораздо большие возможности для представления и передачи динамически изменяемой информации о проектируемом изделии, чем при использовании чисто документального способа представления информации [101].
В традиционном процессе проектирования графического образа одежды могут использоваться следующие реальные объекты, которые могут быть рассмотрены как модель объекта проектирования: технический эскиз, образцы тканей, макет или опытный образец изделия. Так как графический образ в дальнейшем предполагается использовать для целей конструирования, то он должен содержать информацию и о конструкции изделия с детальной проработкой.
При автоматизированном проектировании графического образа одежды реальные объекты должны быть частично или полностью заменены их виртуальными аналогами. Например, такими, как виртуальный технический эскиз, виртуальная трехмерная модель (соответствует макету или опытному образцу).
В данной работе предлагается объединить технический эскиз и трехмерную модель одежды в единый объект проектирования - графический образ одежды, который будет содержать в себе информацию о размерах и особенностях внешней формы фигуры потребителя, форме проектируемой модели одежды, материале и его свойствах, а также некоторых дополнительных особенностях клиента. Именно такая модель объекта проектирования будет содержать в себе исчерпывающую информацию об объекте проектирования.
Применительно к графическому образу, как к одному из видов проектной документации целесообразно говорить о двух уровнях модели объекта проектирования, а в некоторых случаях и как о двух относительно независимых составляющих: геометрической и структурной моделях. Причем правила преобразования информации для решения задач на основе геометрической или структурной модели могут отличаться.
Геометрическая модель является формализованным представлением формы и размеров (его элементов). Она бывает двухмерной или трехмерной. Трехмерная геометрическая модель представляет собой совокупность графических примитивов, ориентированных в пространстве. Следовательно, обязательным атрибутом их является наличие третьей координаты по оси Z и (или) угла поворота вокруг осей Ох и Оу. В зависимости от уровня конкретизации различают каркасные и твердотельные трехмерные геометрические модели [83-84, 94], Виды используемых моделей определяются выбранными способами решения локальных задач и возможностями программно-аппаратных средств.
Структурная модель является формализованным способом представления информации о последовательности и способах соединения элементов изделия или описывающей изделие геометрической модели. В последнем случае структурная модель тесно связана с графическими примитивами.
Трехмерный графический образ одежды является наиболее полным и точным представлением как структурной, так и геометрической информации. Именно поэтому он принимается за основную модель объекта проектирования, на основе которой могут порождаться различные виды проектной документации и другие модели объекта проектирования на последующих этапах проектирования одежды, как это уже происходит в большинстве машиностроительных САПР [31,67, 80-81].
Анализируя методы моделирования трехмерных объектов, представляется необходимым для реализации проекта выбрать модель объекта, сочетающую в себе несколько каркасов поверхностей, составляющих в сумме графический образ. Тогда, исходя из требований, предъявляемых к объекту проектирования, трехмерный графический образ одежды на высшем (нулевом) уровне структурной модели должен включать в себя следующие компоненты: 1. Трансформируемый каркас фигуры. 2. Трансформируемый каркас поверхности одежды. 3. Модель эффектов (свойств) материала. Декомпозиционные элементы являются геометрическими элементами объекта проектирования. Наилучшим вариантом описания этих элементов является иерархическая модель данных. На основе этого, аналитически модель объекта проектирования - трансформируемый трехмерный графический образ одежды (ГОО) можно описать кортежем:
Разработка модели трансформируемого каркаса фигуры
Анализируя концептуальную и логическую модели системы, можно сделать вывод о том, что для того, чтобы система автоматизации проектирования графического образа одежды отвечала установленным требованиям, она должна содержать в себе пять основных процедур. Это процедуры создания трансформируемого каркаса фигуры, создания трехмерного каркаса одежды, задания параметров текстуры, в том числе и объемной текстуры меха, создания виртуальной коллекции моделей и выбора оптимальной коллекции. Также важной является дополнительная процедура проведения настроек сцены, модели и материала.
Упрощенно основные этапы процесса проектирования трансформируемого графического образа одежды можно представить в виде схемы (рис. 13). Процесс создания графического образа одежды представляет собой переход от информации о размерных параметрах клиента и его дополнительных характеристик до коллекции моделей, выполненной в автоматизированном режиме путем подбора вариантов моделей комбинаторным методом и автоматически на основе личностно ориентированного подхода с использованием неопределенного критерия. Н основе анализа методов проектирования трехмерных моделей для реализации данного проекта был выбран метод создания каркасной модели, характеризующийся тем, что и фигура и модель одежды проектируются как два взаимосвязанных каркаса многоугольников, которым присуще свойство трансформирования и текстурирования полученных поверхностей. В ходе выполнения работы были проанализированы основные структурные элементы и связи процесса. На основании проведенной декомпозиции элементов системы необходимо разработать алгоритмы решения научных задач, в число которых входит разработка процесса создания трансформируемого каркаса фигуры, трехмерного каркаса одежды, многослойной текстуры, в том числе и объемной текстуры меха, создания виртуальной коллекции моделей и выбора оптимальной коллекции. Перспективным направлением совершенствования культуры обслуживания и проектирования в сфере производства одежды [2,45,67-70] является использование некоторых интерактивных функций, например, функции представления проектируемых изделий на виртуальном манекене. С его помощью проектировщик или заказчик сможет оценить внешний вид, качество посадки и определиться с цветом, видом материала. Для реализации данной части проекта необходимо определить назначение проектируемой процедуры и сформулировать требования к ней. Каркас фигуры должен: нести в себе информацию о размерах и форме фигуры потребителя; быть трехмерным; иметь достаточную степень реальности; иметь способность к трансформированию (изменению размеров в длину и в ширину) в интерактивном режиме. Назначение трансформируемого каркаса фигуры - визуализация информации о форме фигуры потребителя. Для формирования графического образа фигуры необходимы данные о размерных признаках потребителя. Так как основной проблемой, с которой сталкиваются пользователи других программных продуктов, визуализирующих фигуру потребителя, является несоответствие размерных стандартов различных стран, то в данной работе для определения большинства размеров были взяты размерные признаки, встречающиеся во многих странах: обхваты груди, бедер, талии, шеи, голени, плеча, бедра, рост, длина предплечья, плеча, бедра, голени, ширина плеча, а также ряд размеров, характеризующих распределение объема фигуры: поперечный диаметр груди, бедер, плеч, переднезадние диаметры груди и бедер. Для задания размеров используется метрическая система мер, размеры фигуры задаются в миллиметрах.
Для определения границ масштабирования были заданы ограничения на определяемые размерные признаки (Приложение 3, таблица 1). Построение изображений трехмерных объектов - тема, давно привлекающая к себе внимание разработчиков программных средств. С появлением эффективных графических библиотек (Direct3D, OpenGL) и специализированных видеокарт эта процедура упростилась. Однако, для создания трансформируемых интерактивных моделей требуется знание методов моделирования трехмерных объектов и создание собственного графического интерфейса. Задача построения трехмерного изображения делится на несколько этапов [84,117]: представление объекта в виде набора точек, или координат в трехмерном пространстве; соединение вершин объекта линиями-получение каркаса; задание свойств поверхностей каркаса- текстурирование, добавление цвета, освещения; трансляция результата в двухмерное изображение. Основной метод построения трехмерных объектов - полигональный (от англ.. слова polygon - многоугольник), заключающийся в построении объектов из полигонов. В машинной графике это означает построение изображения объекта в виде сложного многогранника, все грани которого представляют собой многоугольники (трех-, четырех- и более угольные). Чаще всего используются треугольные многоугольники, математическая составляющая их достаточно хорошо изучена. Однако при построении сложных моделей их использование становиться неэффективным, так как возрастает число единичных объектов. Поэтому для построения каркаса фигуры или одежды предпочтительнее использование четырехугольных полигонов [66,70,71].
Построение модели начинается с формирования массива данных о модели, содержащего в себе информацию о положениях вершин (узловых точек) или их координатах в мировой трехмерной системе координат (пространственная прямоугольная система координат, две оси которой ох и оу направлены по сторонам монитора, а третья - oz - от наблюдателя) (рис. 14).
Разработка программного обеспечения системы автоматизированного проектирования графического образа одежды с объемной текстурой меха
Для реализации проекта была выбрана среда разработки Delphi 7.0, так как она является комбинацией нескольких важнейших технологий: - высокопроизводительный компилятор; - визуальное построение приложений из программных прототипов; - объектно-ориентированная модель; - возможность подключения библиотек визуализации трехмерных приложений - GL Scene. Принцип объектно-ориентированного программирования позволяют разработчикам строить приложения весьма быстро из заранее подготовленных объектов, а также дает им возможность создавать свои собственные объекты для среды Delphi. Среда Delphi включает в себя полный набор визуальных инструментов для быстрой разработки приложений (RAD), поддерживающего разработку пользовательского интерфейса. VCL — библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE.
В VCL есть такие стандартные элементы управления, как строки редактирования, статические элементы управления, строки редактирования со списками, списки объектов. Еще имеются такие компоненты, которые ранее были доступны только в библиотеках третьих фирм: табличные элементы управления, закладки, многостраничные записные книжки. VCL содержит специальный объект, предоставляющий интерфейс графических устройств Windows, и позволяющий разработчикам рисовать, не заботясь об обычных для программирования в среде Windows деталях.
Ключевой особенностью Delphi является возможность не только использовать визуальные компоненты для строительства приложений, но и создания новых компонент. Такая возможность позволяет разработчикам не переходить в другую среду разработки, а наоборот, встраивать новые инструменты в существующую среду. Кроме того, можно улучшить или полностью заменить существующие по умолчанию в Delphi компоненты.
Классы объектов построены в виде иерархии, состоящей их абстрактных, промежуточных, и готовых компонент. Разработчик может пользоваться готовыми компонентами, создавать собственные на основе абстрактных или промежуточных, а также создавать собственные объекты.
Для подготовки макетов элементов параметрического манекена, элементов моделей одежды использовался 3ds max. Этот пакет машинной графики является общепринятым средством визуализации трехмерных объектов. Он имеет широкий набор инструментов для построения трехмерных тел-примитивов, редактирования сетки примитива, натягивания оболочек на трехмерные сплайновые каркасы, редактирования NURBS-поверхностей и формирования NURBS-объектов произвольной формы, а также средствами настройки сцены и изображения.
Программа 3D Clothes предназначена для автоматизации процесса проектирования графического образа одежды при создании новых моделей. Программа имеет модульную структуру, что обеспечивает простоту и удобство пользования (рис. 35, прил. 4).
Модуль изменения размеров и создания модели фигуры клиента выполняет следующие процедуры: по определенным параметрам (семнадцати размерным признакам), задаваемым в миллиметрах создается модель фигуры клиента. Масштаб фигуры равен 1:10. Здесь же заполняются окна с данными клиента: ФИО, возраст, адрес, текущая дата. Сохранив эти данные, можно создавать и вести клиентскую базу. К особенностям этого модуля следует отнести то, что некоторые размеры фигуры (диаметры) сопряжены между собой и изменение одних размерных признаков повлечет за собой изменение других, то есть их значения автоматически пересчитаются в диалоговом окне и создаваемая фигура также автоматически изменяет свою форму.
Модуль визуализации модели фигуры клиента позволяет оценить созданную фигуру, вращая, рассмотреть ее с различных сторон, приблизить, отдалить ее. На сегодняшний день визуализована пока только женская фигура, так как именно женщины встречают больше трудностей при подборе одежды. Создаваемая фигура имеет довольно хорошую степень реальности и вполне может заменить макеты.
В модуле создания моделей одежды на модель фигуры клиента надеваются различные виды одежды: блуза, юбка, брюки, пальто, жакет, жилет, которые в свою очередь, различаются по силуэту, длине, некоторым модельным особенностям. Здесь же задается требующаяся степень драпируемости материала изделия.
Модуль «Художник» предназначен для создания и редактирования «материала» изделия. В нем возможно изменение вида, цвета, текстуры, фактуры, прозрачности материала. В модуле «Настройки» можно производить дополнительные настройки сцены, меняя фон, освещенность, разрядность цвета и настройки материала (блеск, теневость, колоритность), дополнительные настройки модели (лица), провести сглаживание модели. Модуль «Коллекция» предназначен для выполнения мгновенного снимка модели с любой, закрепляемой с помощью нажатия соответствующих кнопок мыши сторон, формирования коллекции моделей, которую затем можно редактировать, сохранить в файл и распечатать. Программа имеет интуитивно понятный интерфейс со стандартными настройками под операционную систему Windows. Минимальные требования к аппаратным средствам: компьютер IBM PS, процессор не ниже РЗ 650 MHz, оперативной памяти не менее 128 Mb, операционная система - Windows 2000 и выше, разрешение экрана не менее 1024x768 точек, манипулятор «мышь» с колесом прокрутки. Программа в полной версии занимает 189 МБ (198 463 254 байт), содержит 698 файлов, 42 папки. При работе программы объем оперативной памяти равен 83 168 КБ, при добавлении текстуры меха - несколько возрастает. Разработанная система является открытой системой, которую можно дополнять и настраивать под конкретные условия промышленного предприятия, выпускающего одежду.
