Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ исследований в области создания единого информационного пространства в области проектирования систем «фигура одежда» 14
1.1. Анализ методов изучения информационного содержания визуальных образов одежды 14
1.2. Учет показателей свойств текстильных материалов на разных этапах дизайн-проектирования 20
1.2.1. Толщина утепляющего материала 20
1.2.2. Драпируемость материалов 21
1.3. Бесконтактные технические средства для изучения системы «фигура - одежда» 26
1.4. Основные направления исследований с использованием бодисканеров 37
1.5. Научные работы в области создания единого информационного пространства дизайн-проектирования 44
Цели и задачи диссертационной работы 52
2. Исследование геометрической формы и конструктивного устройства женских утепленных курток 55
2.1. Методы математической обработки результатов 55
2.2. Исследование визуальных образов женских утепленных курток 57
2.2.1. Объекты исследования 57
2.2.2. Обоснование модуля для обработки фотографических изображений 58
2.2.3. Номенклатура параметров для визуальных образов курток 60
2.2.4. База данных «Фотографии курток» и «Чертежи конструкций» 62
2.2.5. Исследование визуальных образов объемно-пространственных форм курток 64
2.2.5.1. Методика проведения экспериментов по установлению интервалов зрительного безразличия 65
2.2.5.2. Определение интервалов зрительного безразличия для объемно-силуэтных форм курток Н-силуэта 68
2.2.5.3. Конструктивная классификация ОПФ ЖУК 72
2.3. Исследование чертежей конструкций курток 1970-2008 гг. 76
2.3.1. Параметризация конструктивных параметров чертежей 76
2.3.2. Компьютерная программа для вычисления величин конструктивных прибавок 82
2.3.3. База данных «Конструктивные параметры курток» 60
2.4. Методы исследования объемной формы экспериментальных моделей ЖУК 86
2.5. Параметризация чертежей ЖУК 92
Полученные научные результаты 101
3. Исследование способности пакетов материалов курток к формообразованию 103
3.1. Объекты исследования 103
3.2. Разработка методик для оценки антропоморфного соответствия пакетов материалов 105
3.2.1. Обоснование и возможности коэффициента Кноп 106
3.2.2. Обоснование и возможности коэффициента Коп 113
3.3. Влияние показателей свойств пакетов материалов на ОПФ ЖУК 116
3.4. Влияние толщины на чертежи конструкций ЖУК 125
Полученные научные результаты 129
4. Экспериментальные исследования женских фигур и систем «фигура - куртка» с использованием бодисканера 130
4.1. Цели и методы исследования 130
4.2. Средства исследования 132
4.3. Разработка автоматической программы для реконструкции фигуры после сканирования 133
4.4. Разработка автоматической программы для построения антропометрической сети фигуры 141
4.5. Исследование сечений «фигура - куртка» 1
4.5.1. Технология получения и обработки виртуальных фигур и курток, получения их систем и сечений 150
4.5.2. Обработка и параметризация горизонтальных сечений 151
4.5.3. Обработка и параметризация вертикальных сечений 157
Полученные научные результаты 163
5. Теоретические описание процесса формообразования курток и моделирование виртуальной системы «фигура-куртка» 164
5.1. Виды теоретических моделей систем «фигура - одежда» 164
5.2. Математическое описание контуров и поверхности курток 166
5.2.1. Описание горизонтальных сечений 166
5.2.2. Описание вертикальных сечений 171
5.2.3. Описание поверхности куртки 177
5.2.3.1. Описание кривой Bezier 177
5.2.3.2. Параметры кривой Bezier для описания поверхности . 180
5.3. Визуализация моделей курток 185
5.4. Экспериментальная проверка теоретической модели 187
Полученные научные результаты 188
6. Разработка новой технологии проектирования женских утепленных курток 190
6.1. Блок-схема методики и ее краткое содержание 190
6.2. Содержание и алгоритм построения чертежей 198
6.2.1. Содержание алгоритма 198
6.2.2. Построение антропометрической сети 202
6.2.3. Построение чертежей ЖУК 204
6.2.4. Работа компьютерной программы 208
6.3. Экспериментальная проверка программы и баз данных 211
Полученные научные результаты 212
Выводы и рекомендации 213
Список источников информации 215
Приложения 227
Приложение 1. Некоторые геометрические параметры женских утепленных курток второй половины XX - начала XXI вв. 229
Приложение 2. Конструктивные параметры женских утепленных курток второй половины XX - начала XXI вв. 232
Приложение 3. Математические модели для вычисления координат точек на антропометрической сети сканированной фигуры 244
Приложение 4. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Программа для построения лекал и презентации трехмерной модели женской куртки после сканирования элементов системы «фигура - куртка» 246
Приложение 5. Текст программы «Fashion» 247
Приложение 6. Акт производственных испытаний на предприятии «Wuhan Ruifanjie Fashion Company Limited» (КНР) 267
Приложение 7. Акт внедрения результатов работы в учебный процесс УУНТ (КНР) 268
- Бесконтактные технические средства для изучения системы «фигура - одежда»
- Влияние показателей свойств пакетов материалов на ОПФ ЖУК
- Параметры кривой Bezier для описания поверхности
- Блок-схема методики и ее краткое содержание
Введение к работе
Актуальность. Современные компьютерные технологии позволяют применять принципиально новые подходы к решению всех проблем в области дизайна одежды. Традиционная схема проектирования «графическая идея (эскиз) - чертеж конструкции - модель одежды (готовый образец)» ранее была разделена во времени и пространстве между разными исполнителями и включала" различные базы данных для каждого этапа, зачастую не состыковывающиеся даже из-за использования разной терминологии.
Особенно актуальной является формализация процесса передачи параметризованной информации, содержащейся в визуальных образах модели одежды (фотографиях, эскизах и виртуальных моделях, полученных после сканирования), на этап разработки чертежей конструкций. Естественно, что отработку схемы создания единой информационной базы внутри процесса дизайн-проектирования целесообразно проводить для массовых видов одежды промышленного способа производства. Одними из самых массовых видов одежды, потребляемых в Китае и других странах, являются утепленные межсезонные куртки. Для создания условий реализации процесса передачи адаптированной информации необходимы предварительная параметризация проекционной (2D) и объемно-пространственной (3D) форм курток, чертежей их конструкций параллельно с разработкой новых показателей свойств пакета материалов, влияющих на процесс формообразования.
Объединение системы автоматизированного проектирования (САПР) одежды с системой автоматического сканирования (САС) фигур и одежды в единый измерительно-проектный комплекс создает условия для формирования единой проектной среды и информационного объединения всех этапов. В настоящее время САС, позволяющие получать трехмерные (3D) виртуальные модели фигур, являются самыми совершенными средствами для антропометрических измерений. Они пришли в конце XX в. на смену средствам стереофотограмметрии неподвижных фигур неподвижными или подвижными камерами и превзошли их по комплексу показателей: высокой скорости и точности измерений, огромному объему получаемой визуальной и цифровой информации.
В настоящее время бодисканеры используют для массовых обмеров и разработки антропометрических стандартов. Этот вид оборудования широко распространен в Китае (в стране уже используется 15 бодисканеров). Однако возможности бодисканеров для оцифровывания реальных систем «фигура -одежда со сложной объемно-силуэтной формой» еще не изучены ввиду отсутствия технологии их обработки. Очевидно, что при использовании САС схема проектирования может быть трансформирована в двустороннюю - как от художественной идеи к модели, так и от готового образца модели к чертежам ее конструкции. Формализация дизайн-проектирования с
3 \i\
использованием комплексов «САС + САПР» позволит также формировать системы искусственного интеллекта.
Решение этих задач в рамках научной проблемы по созданию единой информационной базы дизайн-проектирования женских утепленных курток с использованием бодисканера является содержанием настоящей диссертационной работы.
Работа соответствует паспорту научной специальности 05.19.04 Технология швейных изделий (пункты «1. Разработка теоретических основ и установление общих закономерностей проектирования одежды на фигуры типового и нетипового телосложения», «3. Разработка математического и информационного обеспечения систем автоматизированного проектирования деталей одежды») и выполнена на кафедре конструирования швейных изделий ИГТА и факультете дизайна одежды УУНТ в 2003-2009 гг.
Автор защищает:
новую схему дизайн-проектирования в системе «виртуальная модель фигуры - виртуальная модель куртки - чертеж конструкции»;
новое информационное обеспечение в виде баз данных о конструкции курток периода 1970-2008 гг.;
технологию обработки и получения информации из сканированных систем «фигура - куртка» и сформированную на ее основе базу данных;
классификацию объемно-пространственных форм (ОПФ) курток, основанную на конструктивной целесообразности и зрительном различии;
компьютерную модульную программу для построения чертежей и визуализации системы «женская фигура - куртка».
Целью работы является совершенствование процесса проектирования плечевой одежды со сложной ОПФ.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- изучено конструктивное устройство и конструктивное направление
моды в куртках в период 1970-2008 гг.;
разработана компьютерная программа для параметризации конструктивных параметров чертежей курток;
- изучены графические (2D) образы курток этого же периода времени;
изучены особенности визуального восприятия курток с разными показателями ОПФ (3D);
унифицированы величины конструктивных прибавок для курто разных ОПФ и конструктивного устройства;
изучено пространственное формообразование пакетов материалов используемых для изготовления курток, с помощью новых методов Д) оценки способности пакетов материалов приобретать форму соответствующую поверхности разных участков фигуры;
- разработаны компьютерные программы для реконструкци
сканированных фигур и получения«их разверток;
изучены разные ОПФ курток с использованием бодисканера;
разработаны математические модели для аппроксимации сечений абрисов проектируемых моделей курток плоского кроя;
разработана технология получения чертежей конструкций для курток и виртуальных сканированных систем «фигура - одежда» на основе теоретических моделей и баз данных о ранее разработанных куртках 1970-2008 гг.;
проведена производственная проверка новой технологии построения чертежей конструкций курток.
Объекты исследования:
женские утепленные куртки;
пакеты материалов, используемые для изготовления курток;
процесс моделирования курток и чертежей их конструкций;
- процессы сканирования фигур, систем «фигура - куртка» и их
виртуальные модели.
Методы и средства исследования. В экспериментальной части работы были использованы методы натурного эксперимента, органолептический, прямых и косвенных измерений, постоянных раздражителей. В теоретической части работы и для обработки результатов исследований использованы методы: математического моделирования, корреляционно-регрессионного анализа, теории погрешностей. Для аппроксимации сечений и поверхности систем «фигура-одежда» использованы сплайны Безье.
Для измерения фигур и систем «фигура - одежда» были применены меры (линейки), большой толстотный циркуль, САС TELMAT Optifit Рго-2 (Франция) с двумя датчиками белого света Toshiba, расположенными спереди и сзади фигуры. В работе использованы распространенные (PHOTOSHOP, SPSS, Richpeace, Imageware) и собственные компьютерные программы.
Достоверность экспериментальных и теоретических выводов подтверждена их совпадением с погрешностью ±5 % и воспроизведением полученных результатов.
Научная новизна работы состоит в формировании единого информационного пространства для проектирования и виртуального моделирования плечевой одежды со сложной объемно-пространственной формой, полученного на основе использования сканированных систем «фигура - одежда», новых баз данных и математических моделей фигуры, чертежей, одежды.
Впервые получены следующие результаты:
Разработана классификация ОПФ курток, основанная на интервальных характеристиках конструктивных прибавок, применяемых утепляющих материалах и особенностях их визуального восприятия.
Разработаны методы оценки и измерения показателей антропоморфного соответствия пакетов материалов различным. участкам опорной поверхности фигуры.
3. Получены математические модели для согласованного описания
особенностей морфологического строения женских фигур, поведения на их
поверхности объемных пакетов материалов, плоскостных (2D) и объемных
(3D) образов курток.
4. Установлены закономерности формообразования курток на различных антропометрических уровнях и в плоскостях фигуры.
Практическая значимость состоит в разработке условий использования результатов сканирования систем «фигура-одежда» для построения чертежей конструкций курток и создании новой базы данных для создания компьютерной технологии проектирования. Разработаны четыре компьютерные программы для обработки виртуальных объектов: первая -для реконструкции сканированной фигуры, вторая - для построения антропометрической сети фигуры, третья - для построения чертежей деталей курток, четвертая - для виртуальной презентации новой системы «фигура-одежда». Сформированы три базы данных: первая - о конструктивном направлении моды в куртках, вторая - об их художественно-конструктивном решении, третья - об особенностях строения системы «фигура-одежда». Компьютерные программы, объединенные общим названием «Fashion», могут быть интегрированы в среду любой САПР.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены на международной научно-технической конференций «ПИКТЕЛ», Иваново, ИГТА, 2003; межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «ПОИСК», Иваново, ИГТА, 2004, 2005, 2008, 2009; международной научно-технической конференции «ПРОГРЕСС», Иваново, ИГТА, 2005; международной научно-практической конференции «Текстиль и мода», Воронеж, 2005; научно-практической конференции «ИНФО», Сочи, МИЭМ, 2007; IV Выставке научных достижений «Ивановский инновационный салон «ИННОВАЦИИ», 2007; заседаниях факультета "Garment Design" УУНИ (2004, 2007) и кафедры КШИ ИГТА (2006, 2008, 2009).
Авторские права на результаты работы защищены официальным свидетельством на программу для ЭВМ № 2009611522 «Программа для построения лекал и презентации трехмерной модели женской куртки после сканирования элементов системы «фигура - куртка».
Результаты работы внедрены в учебный процесс УУНТ и на швейном предприятии Wuhan Ruifanjie Fashion Company Limited (КНР).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 статьях, в том числе в 4 статьях в. ведущих рецензируемых журналах «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и «Швейная промышленность», 11 тезисах конференций, 1 программе для ЭВМ.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа содержит 270 страниц и состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 131 наименования (в т.ч. 99 иностранных), 8 приложений, включающих результаты экспфиментальных исследований, 1 свидетельство на программу для ЭВМ и ее текст, акты производственньк испытаний и внедрения результатов в учебный процесс.
Бесконтактные технические средства для изучения системы «фигура - одежда»
Современное состояние трехмерного проектирования одежды пока не вселяет энтузиазма ввиду неясных перспектив его практического использования. С одной стороны, производители одежды и практикующие дизайнеры пока еще не готовы заменить такими системами существующие САПР, повторяющие привычные схемы работы с моделями одежды и плоскими чертежами, а с другой стороны, уровень научной проработки многих аспектов трехмерного проектирования недостаточно развит. Пока швейные фирмы не проявляют особой заинтересованности в программных продуктах для трехмерного проектирования (к настоящему времени разработано 4 программы такого проектирования в основном для плотнооблегающих моделей одежды, в частности APDS-3D Asahi совместно с Gerber Pattern Design; Vsticher, Investronica, Ассоль). Это связано со сложившимися стереотипами в профессиональном подходе к процессу проектирования одежды, при котором дизайнеры и закройщики привыкли работать с плоскими чертежами, деталями из тканей и научились представлять преобразование двумерных чертежей в трехмерные образы моделей одежды. Поэтому они умело обращаются сейчас с существующими компьютерными программами двухмерного проектирования и, видимо, будут их использовать в ближайшей перспективе.
Основными проблемами трехмерного проектирования являются несовершенное задание виртуальной модели человеческой фигуры, ее объемно-пространственной ориентации и сложности реального воспроизведения поведения одежды на поверхности фигуры. По этой причине современные 3D системы представляют имидж проектируемой одежды преимущественно в виде идеальных разглаженных поверхностей с фрагментарно расположенными складками. Реальная складчатая поверхность одежды в таких САПР может быть воспроизведена только после проведения огромного количества экспериментов с учетом особенностей формообразования узлов, деталей и их участков, выполненных из разных материалов и пакетов. Однако складчатая поверхность одежды формируется под влиянием не только перечисленных факторов и конструктивного устройства одежды (количества и расположения линий внутреннего членения, соотношения между размерами деталей, их размерами), но и пластики реальной фигуры.
Поэтому самая серьезная и пока нерешенная проблема в трехмерном проектировании одежды — точное виртуальное воспроизведение двух реальных объектов — фигуры и модели одежды - сдерживает внедрение трехмерного проектирования в промышленных масштабах.
Появление бодисканеров (БС), работающих на белом свете или лазерном излучении и предназначенных для бесконтактного измерения человеческих фигур и (или) систем «фигура - одежда», может стать переломным моментом в развитии компьютерных 3D технологий одежды. Цифровая информация, получаемая после сканирования реальных объектов, отражает особенности телосложения и реального расположения одежды на фигуре потребителя и может быть представлена следующими способами:
1) виртуальные трехмерные модели;
2) горизонтальные сечения;
3) вертикальные сечения;
4) совокупность размерных признаков.
Из всего объема этой информации пока только значения размерных признаков могут быть импортированы в любую САПР для корректировки уже существующих или разработки новых чертежей конструкций деталей одежды, но в обоих случаях адаптированных под реальную фигуру.
Однако этим направлением возможности бодисканеров далеко не исчерпаны. Сложность импорта всего объема сканированной информации обусловлена разным программным обеспечением, используемым для функционирования БС и САПР.
На наш взгляд, комплектация БС и САПР в единый измерительно-проектный комплекс позволит решить многие проблемы в трехмерном проектировании одежды для фигур типового и нетипового телосложения, и разработать технологию передачи всего объема или части информации в средах 2D в 3D.
В настоящее время системы трехмерного (3D) сканирования являются самыми совершенными системами для антропометрических измерений. Они пришли на смену стационарным методам фотограмметрии фигур неподвижными или подвижными камерами и безвозвратно похоронили эти методы для науки в конце XX в. Их преимущества — высокая скорость измерений, точные результаты, огромное количество данных, которые могут быть получены после сканирования. Самыми известными системами являются [ТСГ, VITUS, Telmat. В Китае эти системы являются самыми распространенными в сфере научных исследований в университетских центрах, и в настоящее время (2007-2008 гг.) используются для разработки национальных антропометрических стандартов в области одежды путем измерения населения в разных регионах. Исследователи используют несколько технологий измерения, в которых датчики белого света и источники лазерного излучения перемещаются относительно неподвижной стоящей фигуры и производят триангуляцию поверхности (разбивку на треугольники) или профилирование контура фигуры.
Хотя эти технологии довольно совершенны, но есть много проблем, требующих решения для их усовершенствования, в частности существует проблема невозможности снятия информации с некоторых невидимых (или непросмотренных) участков для сканирующих головок зон. Причиной возникновения невидимых для сканирующих головок зон является их расположение под углом к внешней поверхности торса, рук и ног и недоступность внутренних поверхностей.
Проблемы многих 3D систем заключаются в точности и зависимости результатов, которые возникают после их извлечения из изображений и обработки [25]. Самой важной проблемой является обеспечение целостности виртуальной модели фигуры, которая восстановлена системой сканирования.
Когда более двух датчиков сканируют одну долю поверхности фигуры, восстановленная модель комбинируется из сегментов. И в то же самое время легко возникают зоны между двумя сегментами. Чем меньше датчиков, тем больше значения углов между их осями и поверхностью, тем больше вероятность возникновения непросмотренных участков (НУ) существует и тем больше таких зон воспроизводится на виртуальной модели. Обычно такие зоны возникают на поверхностях рук и ног, под мышками и т.д. Такие зоны лимитируют количество размерных признаков, которые могут быть получены, и виртуальная модель не может быть воссоздана полностью. Следовательно, необходимо предложить интегрированную виртуальную модель для более глубоких исследований и получения результатов для одежных стандартов.
Высокоскоростные системы оцифровывания человеческих фигур являются самыми новыми средствами бесконтактных измерений. Они могут принести значительное расширение возможностей в области дизайна одежды, производства и продажи. Кроме того, они открывают новые возможности в более глубоком исследовании систем "фигура - одежда".
Как мы знаем, ношение одежды имеет разные ситуации при контакте трехмерной фигуры и трехмерной одежды, а возникающие воздушные прослойки формируют ОПФ всей системы. Воздушные зазоры в системе «фигура - одежда» формируют ОПФ, а их проектирование является важной проблемой при построении адекватных чертежей деталей.
Современные устройства бодисканирования делают возможным изучение строения всей системы «фигура-одежда» путем рассмотрения фигуры, воздушных зазоров и самой одежды. Этот бесконтактный метод измерения не будет искажать форму одежды и позволит проводить точные измерения на важных горизонтальных и вертикальных уровнях.
Технологии сканирования используют для исследования морфологии поверхности человеческого тела.
Влияние показателей свойств пакетов материалов на ОПФ ЖУК
Куртки из различных пакетов текстильных материалов способны создавать на одной и той же опорной поверхности свойственную только им пространственную форму. Эта способность обуславливается показателями свойств материалов, из которых они изготовлены (поверхностной плотностью, толщиной, пластичностью, мягкостью или жесткостью), а так же непосредственно самим объемом куртки.
Для определения совместного влияния конструктивных прибавок на основных информационных поясах стана и рукавов и способности утепляющих материалов принимать форму в куртках, которая зависит от Кноп, нами проведен специальный эксперимент. Цель эксперимента состояла в установлении функциональной связи между интересующими нас конструктивными параметрами:
Впфі - проекционный показатель формы между определенной парой информационных точек (на уровне плечевого пояса, обхвата груди третьего, талии, бедер и т.д.) во фронтальной проекции;
Кноп-, — коэффициент антропометрического соответствия для определенного вида утеплителя;
ПІ - величина конструктивной прибавки на определенном конструктивном участке.
Эксперимент проводили в следующей последовательности. Были изготовлены 25 макетов утепленных курток, по пять макетов на каждый вид исследуемого утеплителя с разным сочетанием интервалов основных конструктивных прибавок. Подбор сочетания интервалов прибавок в макетах осуществлен в соответствии с новой классификацией форм утепленных курток, основанной на особенностях зрительного восприятия (см. табл. 3.6). Макеты выполнены на типовую фигуру в натуральную величину.
Для всех макетов, одетых на фигуру, измеряли следующие проекционные параметры формы (Впфі) на информационных уровнях:
- плечевого пояса Впфі;
- ширины груди Впф2;
- измерения Ог3 ВпфЗ;
- талии Впф4;
- бедер Впф5;
- обхвата плеча Впфб;
- обхвата запястья Впф 7.
Параметры измеряли с помощью большого толстотного циркуля.
Результаты измерений Впфі на макетах с разными сочетаниями основных прибавок сгруппированы в табл.3.6, а их фотографии приведены на рис.3.8.
Графики зависимостей, построенные по экспериментальным данным и существующие между интересующими нас параметрами Пноп,, Впф, и П-, , исследуемых параметров представлены на рис.3.9-3.15.
Таким образом, влияние пакетов материалов на показатели ОПФ во фронтальной проекции выражено очень слабо (коэффициенты корреляции слабые и низкие). Самая сильная зависимость установлена для плечевого пояса, который самым активным образом реагирует на изменение сочетаний прибавок: коэффициент корреляции составляет 0,97002. Также высок коэффициент корреляции для уровня «Обхват запястья» (0,9321). Для других уровней значения коэффициентов корреляции значительно ниже.
Следовательно, ширина плечевого пояса может быть принята в качестве ведущего признака ОПФ.
Проведя оценку построенных графиков зависимостей и проанализировав фотографии, мы пришли к следующим выводам:
1. На значение проекционного параметра формы Впфі в наибольшей степени влияет величина конструктивной прибавки Д (среднее арифметическое значение коэффициента корреляции составляет 0,65437). Показатель антропометрического соответствия утеплителя Кнопі оказывает менее значимое влияние (среднее значение коэффициента корреляции составляет -0,20446).
2.Показатель Кноп может быть использован для описания профильного контура куртки, поскольку обладает достаточной чувствительностью по отношению к разным утепляющим материалам.
3. Наиболее четкая и характерная связь между Впфі, Кнощ И 77/ прослеживается на уровне плечевого пояса (рис.3.12 - 3.13). Из всех анализируемых, данные графики характеризуются наименьшей амплитудой колебаний в измерениях.
Параметры кривой Bezier для описания поверхности
После вычисления параметра кривой для сегмента каждой характерной секции, можно приступить к моделированию и построению свободных поверхностей. Многие современные методы для геометрического моделирования сложной свободной изогнутой поверхности в основном используют patch подход (очень маленькой заплаты). В нашей системе моделирования, граница patch будет построена через параметр сегмента в характерных секциях, и непрерывная линия с одним разрядом будет описывать границу. На основе наслаивания граничных условий {Q,j}(i = 0X- r,j = 0,1,..., ) метод наименьших квадратов пригоден для описания заплаты. Заплата соединяет две точки, которые граничат друг к другом в решетке и лежат на одной линии. Они формируют прямоугольник, как показано на рис.5.4.
Теперь проблема трансформирована таким образом: как решить участок Bezier с разрядом тхп и каким образом описать заплату {QiJ}(i = 0,l,—,r,j = 0,l,...,s) по методу наименьших квадратов уравнением степени? Примем, что т и п = 3.
То же самая проблема, как при описании кривой, с которые мы столкнулись: как для каждой точки Qu, принадлежащей участку p(uetwg) участка Sm„ , выбрать соответствующую точку с отклонением, не превышающим QtJ И какой параметр (»#,wff) для соответствия должен быть? Результат вычисления показывает, что выбор параметра (иы,м и) , влияющего на форму заплаты Smn очень трудная задача. Это - сверхчувствительная проблема. Если это не является правильным, то участок убудет искажен и будет далеко не истинным.
Фактически мы использовали "двойной прогрессивный метод параметра длины хорды", чтобы решить (ии,м у). Этот метод соответствует решетке {Q,j}, элементы которой распределены более равномерно. Очень хорошо, что это не является уже проблемой для сканированной решетки, которую мы решили в разд.4.3. И соответствующий результат для "двойного прогрессивного метода параметра длины хорды" также удовлетворен.
Подробно для каждой точки Qy, параметры соответствующих точек могут быть вычислены по уравнению (5.22)
Согласно уравнению (5.22), после вычисления значения параметра (uipWy) для каждой точки Qy , проблема описания решетки {Qtj} на участке Smn трансформируется, чтобы решить (т +1)х (п +1) неизвестных векторов {Ьа/}} .
Таким образом, проблема опровержения системы уравнений, включающей (r + V)x(s+\) векторных линейных уравнений, выглядит как (5.23)
Метод ортогонального приближения также используется для решения. В проектировании сложных геометрических форм обычно делят фактические точки на несколько групп. Точки в каждой группе описывают участком кривой Bezier, и они связаны друг с другом согласно гладким условиям. Здесь должна быть общая граница и угловые точки для двух самых близких участков. Для описания необходимо иметь дело с граничной линией и угловыми точками. Должны быть сделаны следующие шаги:
1) Определить где расположены точки {?,,}(/= 0,lv..,r,j = 0,1,...,$) , как показано на рис.5.5.
2) Должны быть определены четыре угловых точки
3) Описание четырех граничных линий.
Граничная линия w=0 решена через характерные высшие точки Ьа0(а = 0,\,-,т), и соответствующие точки из списка для подтверждения Ьа0 = QlQ(i = 0,1,-,г) .Таким образом, две предельные вершины могут быть решены с помощью уравнения (5.25) По уравнению противоречия (5.26), условию ba0(a = 0,1,...,т-1)по методу наименьших квадратов и двум предельным вершинам вместе можно определить, что граничная линия w=0. И другие три граничные линии w=J\3 и=0 и и=1 могут быть решены тем же самым путем. 4) Описать предельную вершину 6аДа = 0,1,...,т-1,/3 = 0,1,2,..., п-1) сети в участке Smn.
Это линейное уравнение, включающее (т-\)-(п-\) неизвестных векторов ba/}(a = 0,\,...,m-l,/3 = 0X2,...,n-l) и (r-1) (s-1) уравнений. Так же оно может быть решено по методу наименьших квадратов посредством метода ортогонального приближения. Решением является предельная вершина Ъар(а = ОД,...,т -1,/3 = 0,1,2,...,п -1) сети в участке Smn.
Согласно вышеупомянутым четырем шагам, все предельные вершины Ьар(а = 0,1,-,т,/3 = 0,1,2,...,п) характерной сети в участке „,„ могут быть решены, если участок описан уравнением (5.21).
Таким образом, мы выполнили первичное геометрическое моделирование, основанное на технологии сканирования системы «фигура -одежда». Результат моделирования показан на рис.5.4. Исследование показало, что метод является правильным.
Блок-схема методики и ее краткое содержание
В нашем исследовании мы поставили цель разработать компьютерную программу проектирования виртуальных моделей и чертежей ЖУК на основе технологии сканирования системы «фигура - ЖУК» [118]. 3D модель фигуры и ЖУК были получены с помощью системы сканирования Telmat (Optiflt Pro-2). Наша программа позволяет перемещать файл об облаке точек, реконструировать и усовершенствовать 3D виртуальную модель. Был проведен эксперимент с ЖУК различных ОПФ, и получена математическая модель для нахождения соотношений между плоскими 2D чертежами и 3D формой. Чертежи были разработаны на основе антропометрической сети фигуры и конструктивной прибавки ПСгЗ. Различные базы данных о параметрах 3D фигур, ЖУК, исторических модных ОПФ и чертежах конструкций, показателях свойств текстильного материала были объединены для процесса автоматического построения чертежей.
После сканирования женской фигуры получается ее антропометрическая сеть и чертеж базовой конструкции плоского кроя с минимальными величинами конструктивных прибавок на первом этапе. После выбора фотографии модели-аналога из каталога и соответствующих ей конструктивных параметров чертежа происходит автоматическая корректировка базовой конструкции чертежа и виртуальная модель ЖУК синхронно появляется на экране монитора. Таким образом, в новой системе моделирование одежды, автоматическое построение чертежа и передача информации между плоскими и объемными объектами реализованы в объеме созданных баз данных.
Традиционная САПР одежды предлагает пользователю много инструментов для построения чертежей в интерактивном режиме [119]. 3D модель системы «фигура — одежда» предлагается в некоторых системах без мультипликации [120-125]. Наша новая система проектирования - сложная система, которая не только автоматически строит чертежи, но и содержит трехмерную мультипликацию. Технология сканирования позволила получить главный результат. Язык программирования - С ++.
Работы с различными базами данных создает целую систему. В антропометрической базе данных «Женская фигура» существует два направления:
1) Реконструкция и импорт информации об облаке точек сканированной фигуры в САПР с помощью специальной программы для получения бездефектной фигуры, чтобы исключить непросмотренные зоны.
2) Построение антропометрической сети фигуры, которая генерируется непосредственно после сканирования посредством математической модели. Антропометрическая сеть является основой для последующего построения чертежей и не содержит прибавок.
В базе данных «3D модель ЖУК» также два главных направления:
1) Сканирование системы «фигура - ЖУК».
2) Получение чертежей ЖУК из математических моделей, объединяющих плоские и трехмерные объекты.
В объединенной базе данных «Исторические фотографии и чертежи» два направления:
1) Формирование таблиц с конструктивными параметрами.
2) Анализ фотографий и формирование базы данных с геометрическими параметрами.
Различные формы ЖУК были исследованы предварительно для установления визуальных различий между ними. Математические модели построения чертежей реализованы на основе применения единого универсального подхода к развертыванию сканированной ЖУК и одеванию фигуры исторической моделью на базе использования основной конструктивной прибавки ПОгЗ. Все базы связаны вместе и управляются в соответствии с программой, чтобы предложить пользовательские окна межассемблера, и работать шаг за шагом.
На рис. 6.1 показана структура новой методики, содержащей различные типы баз данных: таблицы, образы, 3D модели.
Эта структура реализуется в условиях сформированного нами измерительно-проектного комплекса для виртуального проектирования одежды «ИПАКО» [126,127].
При изготовлении чертежей одежды необходимо выполнять некоторые явные правила, чтобы получить желаемую форму одежды. Такие правила вообще накапливаются и монополизируются квалифицированными изготовителями чертежей, и они недоступны для человека низкой квалификации, чтобы выполнить аналогичную работу [128]. Много исследований пока сосредоточено главным образом на развитии эффективных инструментов для экспертных систем для построения и анализа чертежей [129]. Это необходимо для автоматизации проектирования, анализа и формулирования правил.
Для выбора показателей свойств текстильного материала система предлагает пользователю окно свойств для основной ткани и прокладочного утепляющего материала. Предварительно в результате эксперимента были определены значения базовых показателей свойств утепляющего материала (толщина, драпируемость). Ранее в разд.3.4 мы провели изучение влияния толщины утепляющего материала на конфигурацию чертежей. Это включено в математическую модель чертежей, чтобы быть разработать главный алгоритм программы.
Рис.6.2 показывает окно для выбора показателей свойств текстильных материалов. Программа предлагает выбор для пользователя, и в то же самое время пользователь может сам выбрать толщину, которая отличается от значений в базе данных.
На рис.6.3 показаны схемы чертежей для фигуры и ЖУК с одной и той же ОПФ, исключая толщину утепляющего материала: на рис.6.3, а толщина равна 1 см, а на рис.6.3, б - 3 см. Очевидно различие в геометрических размерах сравниваемых деталей из-за учтенного влияния толщины.
В то же самое время в окне с показателями свойств текстильного материала межассемблера, есть другие показатели для каждой ткани и утепляющего материала. Пользователь может добавить или удалить любые данные в этой открытой базе данных. Это окно позволяет в дальнейшем более глубоко развить использование материалов с разными свойствами.
Технология сканирования также стимулировала наше мышление для изменения отношений между 2D чертежами и 3D формой, которое мы реализовали в двух разных способах.. На рис. 6.4 показаны основные этапы программы с очень простыми диалоговыми окнами, понятными для неискушенных пользователей.
В первом способе, когда размерные признаки фигуры получены после сканирования, обхваты в различных сечениях позволяют нам описывать трехмерную форму. Поставленный нами эксперимент был разработан для исследования ЖУК с различной ОПФ, которые отличались различной величиной прибавки ПОгЗ. Для того, чтобы получить данные для различных сечений и описать изменения в трехмерной форме, сканированные куртки были проанализированы в программе Imageware. Согласно той же самой координации фигуры и куртки, были получены данные для горизонтальных и вертикальных сечений. Статистический анализ выполнен для конструктивных параметров и параметрам 3D формы. Были сравнены математические статистические величины для различных регрессионных моделей, и получены математические модели для описания соотношений. Это помогает пользователю получить конструктивные параметры чертежей и получить автоматически виртуальную модель.
В другом способе были исследованы исторические фотографии ЖУК и чертежей их конструкций, начиная с 1978 до 2008, созданные в Китае и России. Данные о 8 параметрах для каждой фотографии помогли параметризовать ее и ее чертежи. Перечень фотографий поможет дизайнеру выбирать модные формы или их типы для различных лет в соответствии с разработанной классификацией ОПФ, которые могут быть источниками информации для поиска новых форм. Некоторые из данных для построения чертежей могут быть получены после анализа фотографий, например, длина куртки или ширина плечевого ската.
Был проведен эксперимент для определения интервалов визуального безразличия и классификации различных ОПФ ЖУК в зависимости от применяемых утепляющих материалов и конструктивного устройства. Все эти результаты помогли нам сформировать данные для конструктивных параметров. Каталог фотографий и геометрические параметры включены в разработанную систему проектирования и являются открытыми для пользователя. Тогда проектирование чертежей будет проходить с участием проектировщика.
На рис.6.4 показана структура системы, в которой реализованы подробно рассмотренные два разработанных способа построения чертежей: первый основан на построении чертежей для сканированной ЖУК с новой ОПФ (кроеной по методу плоского кроя или полученной методом простейшего муляжирования); второй - для построения чертежей для исторических фотографий моделей ЖУК, адаптируемых для индивидуальной сканированной фигуры через ее антропометрическую сеть и прибавки. В этой же части подобная ОПФ виртуальной модели подбирается для каждой исторической фотографии.
Похожие диссертации на Проектирование плечевой одежды с использованием сканированных оцифрованных изображений трехмерной системы "фигура-одежда"
