Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формирование информации для моделирования пространственной формы мужской фигуры и плечевой одежды 12
1.1. Исследование параметров, определяющих форму мужской фигуры и плечевых изделий 12
1.2. Методы исследования особенностей внешней формы фигуры человека 17
1.3. Способы объемного формообразования и моделирования поверхности мужской плечевой одежды 22
1.4. Анализ средств трехмерного моделирования пространственной формы фигуры человека и поверхности одежды 33
Выводы по первой главе 43
Глава 2. Разработка теоретических основ геометрического моделирования пространственной формы мужской фигуры 45
2.1. Исследование геометрических свойств внешней формы составных частей мужской фигуры 46
2.2. Разработка методики аппроксимации внешней формы фигуры человека на основе профильных проекций 53
2.3. Разработка параметрической модели пространственной формы мужской фигуры 60
Выводы по второй главе 67
Глава 3. Разработка метода параметрического проектирования пространственной внешней формы и конструкции мужских плечевых изделий 70
3.1. Исследование параметров, характеризующих пространственную внешнюю форму и конструкцию мужских пиджаков 70
3.2. Разработка параметрической модели пространственной внешней формы мужских плечевых изделий 74
3.3. Разработка способа формирования конструкции мужской плечевой одежды на основе параметрической модели ее пространственной внешней формы 81
Выводы по третьей главе 89
Глава 4. Разработка программно-методического комплекса «ЗБ-проектирование мужских плечевых изделий» 91
4.1. Выбор средств и способов реализации трехмерного автоматизированного проектирования мужской плечевой одежды 91
4.2. Разработка модулей программно-методического комплекса параметрического трехмерного проектирования мужской плечевой одежды 95
Выводы по четвертой главе 107
Выводы по работе 108
Библиографический список литературы 111
Сокращения, используемые в работе 128
Приложения 129
- Способы объемного формообразования и моделирования поверхности мужской плечевой одежды
- Разработка методики аппроксимации внешней формы фигуры человека на основе профильных проекций
- Разработка способа формирования конструкции мужской плечевой одежды на основе параметрической модели ее пространственной внешней формы
- Разработка модулей программно-методического комплекса параметрического трехмерного проектирования мужской плечевой одежды
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Поставленные руководством страны задачи по разработке и освоению системных информационных технологий в легкой промышленности, по производству конкурентоспособной наукоемкой продукции мирового уровня обуславливают своевременность создания систем автоматизированного трехмерного проектирования одежды, позволяющих обеспечить быструю сменяемость новых моделей и повысить удовлетворенность потребителей российскими швейными изделиями. Внедрение в отечественную швейную промышленность инновационных технологий проектирования одежды способствует дальнейшей модернизации производства, базирующейся на интеграции процессов автоматизации конструирования и технологии изготовления изделий.
В условиях глобализации на современном этапе развития швейной промышленности конструкторско-технологическая документация даже на малых предприятиях разрабатывается преимущественно в системах автоматизированного проектирования (САПР) и может передаваться в электронном виде на удаленно расположенные производства для промышленного изготовления одежды.
Однако, до сих пор остаются практически неформализованными творческие процессы, основанные на субъективном опыте и интуиции специалистов. К ним можно отнести, в первую очередь, этапы создания эскизов новых моделей, художественного и конструктивного моделирования, анализа конкурентоспособности новых моделей одежды с позиции их эстетического восприятия и востребованности потребителями.
Диапазон выпускаемых размероростов для каждой новой модели определяется субъективно, так как отсутствует инструментарий обоснованной оценки качества посадки изделий на фигурах потребителей, а отшивать образец каждой модели по всем размероростам на практике нерационально, так как это увеличивает трудоемкость и материалоемкость процесса проектирования. Адекватное виртуальное представление сезонной промышленной коллекции, разработанной художником, позволит сформировать обоснованную ассортиментную стратегию предприятия и определить целесообразные размеророста для каждой модели, что повысит востребованность выпускаемых изделий и удовлетворенность потребителей.
Проведение виртуальных примерок и объективной оценки качества посадки проектируемых изделий обеспечивается высокой степенью достоверности трехмерных моделей внешней формы одежды, возможностью их интерактивной трансформации вместе с соответствующими плоскостными конструкциями. Корректность таких преобразований зависит от четкой взаимосвязи между параметрами тела человека, параметрами деталей конструкции одежды и параметрами ее виртуальной трехмерной модели. Наличие такой зависимости между характеристиками изделия и фигуры человека, называемой параметрической, допускает возможность сквозного математического описания данных пространственных объектов и создание алгоритма их взаимосвязанной трансформации. Для предпринимателя важно знать: как могут повлиять радикальные или незначительные изменения эскиза на эстетическое восприятие модели, конструкцию деталей изделия, материалоемкость и трудоемкость изготовления изделия, что подтверждает актуальность проводимого исследования.
До настоящего времени виртуальному трехмерному проектированию мужских фигур и изделий уделялось незначительное внимание, и его методология остается недостаточно проработанной. Основу создания виртуального представления внешней формы одежды может составлять проектирование графической модели мужских фигур и одежды в виде каркасной сетки, заданной структурированным массивом данных. База данных формируется на результатах исследований значений размерных признаков, координат антропометрических точек поверхности тела человека и анализа модельных особенностей швейных изделий. Преобразование структурированного массива данных параметрического каркаса поверхности позволяет получить трансформируемую трехмерную модель внешней формы изделия, изменяющуюся при варьирования любого параметра системы «фигура человека ^ трехмерная модель изделия ^ конструкция».
Степень разработанности проблемы.
Исследованием различных характеристик и классификаций внешней формы фигуры человека занимались такие ученые в области прикладной антропологии , как Моллье С., Бунак В.В., Костин Ю.А. , Дунаевская Т.Н., Коблякова Е.Б., Ивлева Г.С., Иевлева Р.В. Изучению особенностей осанки и телосложения человека посвящены труды Л.П. Николаева, Е.Б. Кобляковой, Т.Н. Дунаевской, Е.И. Бахмат, Г.С. Ивлевой, Т.В. Медведевой, Е.Б. Булатовой. Такими отечественными и зарубежными учеными, как М.Л. Воронин, А.Я. Сковронский, И.Я. Гриншпан, У. Алдрич, П.И. Рогов, Н.М. Конопальцева, А.И. Мартынова, Г.А. Самаров, А.И. Черемных, М.И. Смирнов, В.С. Павлов, В.Н. Кудряшов, С.С. Ешеева, Н.В. Позднякова, Е.К. Волкова, Т.А.Черемисина, В.Е. Кузьмичев, Н.И. Ахмедулова, Л.П. Юдина, О.Резниченко, разрабатывались различные подходы к проектированию конкурентоспособной мужской одежды. Вместе с тем, следует отметить, что количественные параметры, характеризующие внешнюю форму мужской плечевой одежды остаются малоизученными.
Различные подходы к трехмерному проектированию одежды рассматриваются в исследованиях Н.Н. Раздомахина, С.В. Наумович, А.Г. Басуева, Е.Я. Сурженко, М.В. Андреевой, А.Ю. Рогожина, М.А. Гусевой, Ю.В. Линник, В.В. Гетманцевой, И.А. Петросовой, Е.Ю. Струневич, Л.О. Гальцовой, М.В. Киселевой,
Е.В. Курбатова, P. Jones, P. Li, K. Brooke-Wavell, G. West, N. Magnenat-Thalmann, H. Seo, F. Cordier, H. Park, K. Kim, P.Volino, однако до сих пор эта методология недостаточно проработана для эффективного практического использования в швейной промышленности.
Цель и задачи исследования.
Определенная автором цель исследования состоит в разработке метода автоматизированного проектирования внешней формы мужских плечевых изделий в трёхмерной среде.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
исследованы способы виртуальной визуализации трёхмерных объектов;
проведен анализ существующих технических и программных средств для трехмерного моделирования фигуры человека;
проведен анализ способов математического описания сложных поверхностей пространственных объектов и их параметрического моделирования;
проведен анализ признаков внешней формы мужских фигур и геометрическая интерпретация параметров, характеризующих мужские плечевые изделия с художественной и конструкторской точки зрения;
выявлены основные вербально-интуитивные характеристики мужского пиджака, определяющие экспертную оценку качества посадки изделия на заданных фигурах;
разработан способ аппроксимации внешней формы мужских фигур путем описания антропометрических точек в сагиттальной, фронтальной и продольной плоскостях;
разработаны топологическая и геометрическая модели, описывающие внешнюю форму мужских фигур и плечевых изделий;
установлена взаимосвязь между изменением параметрических характеристик пространственной внешней формы мужских плечевых изделий и деталями их конструкции;
разработан способ преобразования параметрической поверхности мужской фигуры в адекватную виртуальную трехмерную оболочку проектируемого швейного изделия;
разработано информационное, методическое и программное обеспечение трёхмерного виртуального проектирования мужских плечевых изделий, интегрируемого с системами автоматизированного двухмерного проектирования конструкций одежды.
Объектом исследования выбран процесс проектирования внешней формы и конструкций мужской одежды. Предметом исследования являются мужские фигуры и плечевая одежда.
Методы исследования. В работе использованы методы системно- структурного анализа, принципы аналитической, дифференциальной и численной геометрии, математического моделирования, интегрального исчисления, полигональных сеток и технологии конструктивной блочной геометрии, методы математического описания сложных пространственных объектов параметрическими поверхностями Кунса и Безье, методы регрессионного анализа и математической статистики, теоретические и практические знания в области создания интеллектуальных САПР и трёхмерной анимации, методы конструирования одежды на типовые и индивидуальные фигуры. Для решения отдельных задач использовались операционная система Microsoft Windows 7, система компьютерной алгебры Maxima, графический редактор Corel Draw, среда разработки Qt Creator, система iD-моделирования Blender, САПР AutoCAD, специализированная САПР EleandrCAD.
Научная новизна исследования состоит в: S выявлении наиболее информативных антропометрических точек и параметров, определяющих геометрические свойства внешней формы мужской фигуры и мужских плечевых изделий;
S систематизации эмпирических графических данных, описывающих набор точек поверхностей мужских фигур, и установлении числовых параметров, характеризующих кривые, аппроксимирующие внешнюю форму мужских фигур; S разработке способа формирования линейного каркаса внешней формы мужских фигур, образуемого соединением точек абрисов из кривых Безье как границ участков проектируемой оболочки во фронтальной и изометрической проекциях;
S разработке геометрической модели, описывающей пространственную внешнюю форму мужских фигур и соответсвующие им плечевые изделия, полученные путем преобразования из непрерывного аналитического линейного каркаса фигуры в изометрической проекции в дискретный линейный каркас изделия в виде полигональной сетки из поверхностей Безье.
Новыми являются следующие результаты исследования: S выявленная параметрическая взаимосвязь между формой кривых в узловых точках конструкции и соответствующими абрисами швейного изделия, определяющая закономерности изменения кривизны участков в любой точке деталей конструкции мужского плечевого изделия;
S разработанный алгоритм проектирования трехмерной базовой внешней формы одежды заданного покроя и силуэта на основе параметрической модели мужской фигуры различного телосложения;
S разработанный способ преобразования трехмерной базовой внешней формы мужского пиджака в соответствующую техническому эскизу пространственную внешнюю форму изделия с проектируемыми конструктивно-декоративными элементами;
S разработанный метод проектирования виртуальной трёхмерной внешней формы мужских плечевых изделий на заданных мужских фигурах, позволяющий обеспечить одновременную корректную трансформацию виртуальной пространственной модели изделия и его конструкции.
Практическая значимость диссертации состоит в разработке: S способа представления трехмерных моделей внешней формы мужских плечевых изделий, обеспечивающего высокую степень достоверности, проведение виртуальных примерок и объективную оценку качества посадки проектируемых изделий;
S методики геометрического моделирования пространственной формы мужской фигуры;
S базы данных основных параметров, определяющих внешнюю форму мужских плечевых изделий, на основе систематизации информации о мужской фигуре и особенностях мужских плечевых изделий для параметрического проектирования виртуальной трехмерной модели внешней формы одежды; S метода параметрического проектирования трехмерного виртуального манекена любой мужской фигуры, позволяющего с высокой степенью достоверности получать заданные абрисы и проекции фигуры; S методики виртуального трехмерного моделирования внешней формы мужской плечевой одежды, позволяющей как осуществлять интерактивное конструктивное моделирование деталей изделия на виртуальном трехмерном манекене заданной фигуры человека, так и объективно оценивать качество посадки проектируемых моделей одежды благодаря их виртуальной примерке на конкретные фигуры потребителей;
S программно-методического комплекса трехмерного параметрического проектирования мужских плечевых изделий, позволяющего получать виртуальное трехмерное представление проектируемого изделия, двухмерную развертку и соответствующую конструкторскую документацию.
Апробация и внедрение результатов исследования.
Практическая значимость результатов работы подтверждена результатами промышленных испытаний в условиях ООО «Ателье-2» (Москва), ООО «Славянка» (Москва), ООО «Центр инновационных стратегий» (Москва) и полученными положительными отзывами, что подтверждено соответствующими справками.
Результаты диссертационного исследования были использованы для создания метода проектирования виртуального трехмерного манекена фигуры человека, методики интерактивного трехмерного моделирования внешней формы швейного изделия и программного обеспечения по теме НИОКР «Разработка автоматизированной системы параметрического моделирования одежды сложных форм» при выполнении Государственного контракта Министерства промышленности и торговли РФ №12411.0816900.19.076 от 03.04.2012 г.
Основные выводы и теоретические положения по работе докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технология швейных изделий» МГУДТ, на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «V Московский фестиваль науки» (Москва, 2010), IV Международной научно - технической конференции "Инновации и перспективы сервиса" (Уфа, 2011) и Международной научно - технической конференции «Korean-Russian International Fashion Exhibition» (Москва, 2011).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 192 наименования, и 4 приложений, содержит 15 таблиц и 51 рисунок. Объем работы составляет 128 страниц текста без учета приложений.
Способы объемного формообразования и моделирования поверхности мужской плечевой одежды
Анализ литературных источников по конструированию одежды показывает, что исследователями уделяется большее внимание скорее женской одежде, чем мужской. Это во многом объясняется широкой вариабельностью внешней формы изделий для женщин и разнообразием проектируемых моделных конструкций. Хотя мужская одежда является более консервативной, ее изучению и проектированию посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых, таких как М.Л. Воронин, А.Я. Сковронский, И.Я. Гриншпан, У. Алдрич, П.И. Рогов, Н.М. Конопальцева, А.И. Мартынова, Г.А. Самаров, А.И. Черемных, М.И. Смирнов, B.C. Павлов, В.Н. Кудряшов, С.С. Ешеева, Н.В. Позднякова, Е.К. Волкова, Т.А.Черемисина, В.Е. Кузьмичев, Н.И. Ахмедулова, Л.П. Юдина, О.Резниченко [5; 10; 16; 26; 35; 53; 54; 58; 62; 78; 82; 93; 103]. При этом следует отметить, что одним из самых сложных элементов процесса изготовления мужской одежды остается правильная посадка изделия на конкретную фигуру [15].
Внешняя форма одежды во многом определяется силуэтными, конструктивными и декоративными линиями. В современном моделировании принято три ведущих модных силуэтов одежды: прямой, прилегающий и полуприлегающий. В первую очередь, силуэт изделия определяется величиной конструктивных прибавок по линии груди, талии и бедер. В работе Т.А. Черемисиной предложен метод расчета конструктивных прибавок мужского пиджака путем преобразования проекционных параметров технического эскиза в конструктивные параметры изделия, позволяющий обеспечить соответствующий замыслу художника силуэт мужского плечевого изделия, изготавливаемого из различных тканей [103].
Многолетней практикой выработано наиболее удачное разделение поверхности одежды на детали. Типовой формой членения поверхности плечевой одежды на части является форма, состоящая из нескольких основных деталей (рис. 1.5).
К основным признакам покроя плечевой одежды относятся (рис. 1.6): покрой рукава (форма его соединения с проймой), членение основных деталей (спинки и полочки) продольными (рельефами) и поперечными швами). Основными покроями рукава принято считать: втачной, реглан и цельнокроеный. Два последних покроя являются производными от базовой конструкции втачного рукава. В свою очередь традиционная базовая конструкция втачного рукава может быть модифицирована путем изменения высоты оката, в том числе для получения конструкции рубашечного втачного рукава. Сочетание различных покроев рукава в одном изделии называют комбинированным покроем.
Виртуальный манекен фигуры человека может быть описан: дискретно и непрерывно. Между этими способами нет принципиального барьера и при уточнении или видоизменении данных дискретная модель может стать непрерывной [188]. Так, для визуализации пространственного объекта в трехмерной компьютерной среде целесообразно комбинировать его описание в виде непрерывной и дискретной моделей. В связи далее с этим для описания фигуры человека рассматривается сочетание этих математических моделей.
Дискретная модель поверхности опирается на совокупность конечных данных, поэтому удобна и часто применима для представления объекта в компьютерных системах, где необходимо визуализировать однозначно заданный и неизменяемый набор значений.
Непрерывная модель поверхности основывается на величинах, принимающих все значения из некоторого интервала. Одним из перспективных способов представления непрерывной модели трехмерной внешней формы тела человека является способ описания поверхности фигуры человека с помощью кусочно-гладкой функции, определяемой набором уравнений участков поверхности [79].
Параметрическое моделирование фигуры человека базируется на выделении конструктивных параметров проектируемого объекта, определяющих его внешнюю форму, описании и количественной оценке этих параметров и установлении характера взаимосвязи между ними.
Параметрическое моделирование во многом формируется благодаря опыту и интуиции специалистов и носит эвристический характер, поэтому для повышения достоверности создаваемых математических моделей может потребоваться корректировка оценок существенных параметров, уточнение их значимости и введение дополнительных параметров. Создаваемые математические модели определяют зависимости между конструктивными параметрами проектируемого объекта таким образом, что при изменении любого параметра оперативно происходит корректное изменение конфигурации детали или формы поверхности.
Для решения задачи параметрического моделирования поверхности тела человека в автоматизированной среде могут использоваться следующие инструменты параметризации:
- Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых фигур. Создание нового образца производится путем выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно. Вариационная (размерная) параметризация основана на построении прототипа модели (с наложением на него различных параметрических связей) и на введении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами. Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму прототипа или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трехмерную модель.
- Геометрическая параметризация базируется на пересчете геометрии каждого параметрического объекта в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных. При геометрической параметризации параметрическая модель состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения, которыми обводятся элементы построения. Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры, такие как радиус окружности или угол наклона прямой. При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания [108; 118; 130; 149; 150; 153; 154; 155; 156; 165; 166].
Несмотря на явное превосходство геометрической параметризации над остальными, сложность ее реализации, а также вычислительная трудоемкость такой параметрической модели приводят к необходимости комбинирования ее элементов с элементами других подходов.
Разработка методики аппроксимации внешней формы фигуры человека на основе профильных проекций
С помощью бодисканера были получены данные, описывающие набор точек поверхности мужской фигуры. Для осуществления трехмерного моделирования поверхности необходимо их систематизировать. Для этого, с помощью графического редактора из облака точек производится выделение необходимых абрисов и контурных точек на них. При этом каждый абрис разбит на фрагменты в наиболее выступающих точках сечений, максимально соответсвующих антропометрическим точкам поверхности человеческой фигуры (рис.2.2).
Выбор способа математического описания исследуемой сложной поверхности, предназначенного для аппроксимации внешней формы мужской фигуры, осуществлялся в соответствии со следующими критериями:
- антропометрические точки должны определять параметры фрагментов абрисов мужской фигуры;
- графическое представление и математическое описание кривых должно иметь параметрический вид. Выражение кривой, агашроксимирующей внешнюю форму фигуры человека в параметрическом виде, способствует компьютерной реализации графического представления такой кривой, так как функции, заданные параметрически, легко реализуемы итерационными алгоритмами, наиболее естественными для программирования.
В компьютерной графике вектор Рг интерпретируют как точку на плоскости или в пространстве. Известно, что ЩО) = Ро и Щ1) = Р„ т0 есть начальная и конечная точка кривой, совпадают с Ро и Рп соответственно. При этом Ро и Р« могут быть явно заданы, что позволяет их использовать в качестве дополнительных аргументов (параметров) полинома Щч.
Таким образом, функция кривой Безье задана в параметрическом виде, характеризуется начальной и конечной точками кривой, что удовлетворяет поставленным критериям выбора способа математического описания внешней формы мужской фигуры.
Абрисы мужской фигуры разбиты на фрагменты точками, образуя сплайн. Сплайн — это функция, область определения которой разбита на конечное число отрезков, на каждом из которых сплайн совпадает с некоторым алгебраическим полиномом. Точки, разбивающие сплайн на фрагменты называются узлами. Узлы - это упорядоченное множество элементов, каждая последовательно взятая пара которых образует отдельный фрагмент.
В качестве полинома для описания фрагментов абрисных сплайнов выбрана кубическая кривая Безье: B(t) = (l)3P0 + 3t(l)2P1+3t2(l)P2 + t3Pz, t є [0,1] (2.3) Точки Ро и Рз — это два соседних узла сплайна (рис.2.3).
В процессе обработки цифровых данных, полученных с помощью бодисканера, выделялись узловые точки. Каждой последовательной паре узлов был поставлен в соответсвие список экспериментальных точек. Для аппроксимации этих точек алгебраическом полиномом был выбран метод наименьших квадратов (МНК) (рис.2.4).
Гладкость параметрической поверхности Безье в каждом параметрическом направлении на две единицы меньше числа вершин задающего многогранника в этом направлении. Поверхность отображает в общем виде форму задающей полигональной сетки, при этом совпадают только угловые точки задающей полигональной сетки и исследуемой поверхности (рис.2.5).
Параметрическая поверхность Безье содержится внутри выпуклой оболочки задающей полигональной сетки. Поверхность не проявляет свойства затухания изменений, так как это свойство не определено и неизвестно для поверхностей двух переменных. Исследуемая поверхность инвариантна относительно аффинного преобразования. Каждая из граничных кривых поверхности Безье является кривой Безье [56].
Если порядок кривых Безье, описывющих абрисы фигуры человека, равен трем, то поверхность Безье, совпадающая на границах с такими кривыми, имеет порядок (3,3). Поверхность Безье может быть определена матрицей точек задающей полигональной сетки (рис.2.6).
Разработка способа формирования конструкции мужской плечевой одежды на основе параметрической модели ее пространственной внешней формы
На первоначальном этапе процесса трехмерного моделирования мужского пиджака на базе исходной информации, включающей сведения об антропометрических характеристиках исследуемой фигуры, создается трехмерный виртуальный манекен (рис. 3.7).
Сравнительный анализ построенного трехмерного виртуального манекена и фотографического изображения реальной фигуры с соответствующими размерными признаками показал, что исследуемые формы соответствуют друг другу в пределах эстетического восприятия, а математически абрисы и проекции виртуального манекена и реальной мужской фигуры совпадают в пределах допустимой погрешности до 2%.
Для формирования исходной информации, необходимой для проектирования внешней формы мужского плечевого изделия проводят анализ конструктивных особенностей пиджака по его техническому эскизу, выявляются основные параметры, необходимые для виртуальной параметризации изделия (рис.3.8).
Трехмерное моделирование конструкции мужского плечевого изделия начинается с разработки парамерической модели трехмерной базовой внешней формы пиджака (рис.3.9), описываемой на основе параметрической модели заданной мужской фигуры, представленной на рисунке 3.7. Топологическая модель изделия преобразуется из параметрической модели мужской фигуры путем формирования проектируемого силуэта и длины изделия на основе выявленых по техническому эскизу проекционных конструктивных прибавок и расположения узловых точек конструкции, что и определяет форму базового линейного каркаса мужского плечевого изделия.
В дальнейшем трехмерная параметрическая модель базовой формы мужского пиджака преобразуется с помощью метода конструктивной блочной геометрии (CSG) (рис.3.10) путем разработки соответствующих техническому эскизу конструктивно-декоративных элементов изделия, в том числе воротника, карманов, застежки, шлицы и вытачек.
Модуль трехмерного моделирования мужских пиджаков может дополнять любую из существующих САПР одежды, так как имеет параметрическую взаимосвязь с широко применяемыми системами автоматизированного плоскостного конструирования швейных изделий. В нашей работе процесс разработки конструкторской документации для изготовления проектируемого мужского пиджака осуществлялся в рамках САПР EleandrCAD (рис.3.11).
В соответствии с полученной конструкторской документацией на десять проектируемых моделей мужских пиджаков различных силуэтов и модельных особенностей на типовые фигуры были изготовлены десять макетов стана мужских пиджаков из костюмной ткани. После чего была проведена процедура бодисканирования изготовленных образцов мужских пиджаков на соответствующих мужских фигурах и получены трехмерные виртуальные модели готовых изделий на реальных людях (рис.3.12). Сравнительный анализ трехмерных виртуальных моделей проектируемого параметрического каркаса изделия и изготовленного образца проводился для оценки степени их соответствия.
В результате сравнения параметрической модели внешней формы проектируемого мужского пиджака и образца изделия, изготовленного по его разработанной 2/)-конструкции, полученные отклонения не превысили 0,9 -1,2%. Таким образом, можно отметить высокую степень соответствия виртуальной трехмерной внешней формы проектируемого изделия внешней форме отшитого образца, как в пределах эстетического восприятия, так и пределах математически допустимой погрешности. Полученные отклонения между виртуальным и реальным образцами мужского пиджака были обусловлены в первую очередь свойствами используемых материалов, допускающих некоторую естественную драпируемость изделия вокруг мужской фигуры.
Проведенная апробация предлагаемого метода параметрического проектирования мужской одежды позволила сформулировать методику трехмерного виртуального проектирования мужской плечевой одежды (рис.3.13):
- Разработка художественного эскиза
- Подготовка технического эскиза
- Определение основных параметров внешней формы проектируемого изделия
- Определение основных конструктивных параметров изделия по эскизу
- Определение антропометрических характеристик заданной мужской фигуры
- Разработка 3D- манекена заданной мужской фигуры
- Разработка 3D- манекенов на все требуемые размеро-роста
- Разработка базовой параметрической 3)-модели мужского пиджака на заданную фигуру
- Модификация базовой параметрической ID-модели мужского пиджака по эскизу на заданной фигуре
- Подбор материала для модели
- Интерактивная корректировка виртуальной 31)-модели по желанию конструктора
- Получение ID-развертки параметрической модели мужского пиджака
- Подготовка комплекта проектно-конструкторской документации
- Изготовление образца изделия
Разработанная методика трехмерного виртуального проектирования мужской плечевой одежды позволяет представить потребителю или промышленному заказчику реалистичные образы проектируемых моделей на любых индивидуальных или типовых фигурах. Кроме того, предлагаемая методика является объективным инструментом оценки качества посадки проектируемого изделия в процессе виртуальной примерки на фигуре человека.
Разработка модулей программно-методического комплекса параметрического трехмерного проектирования мужской плечевой одежды
Основные параметры, определяющие внешнюю форму мужской фигуры и мужских плечевых изделий могут быть разделены на два типа: табличные и иерархические данные.
К первому типу относится такая информация, как размерные признаки мужской фигуры или рекомендуемые прибавки для изделия. Так, например, перечень размерных признаков по ОСТ представляет собой таблицу, где каждая тройка ведущих размерных признаков ТІ, Т16 и Т19 является ключевыми данными для выборки. Такая модель организации данных называется реляционной.
Большинство баз данных реляционной модели обычно исполузуют такой универсальный компьютерный язык, как SQL, применяемый для создания, модификации и управления данными. Поскольку этот язык очень хорошо стандартизирован, существует множество баз данных с его поддержкой. При разработке ПМК «iD-проектирование мужсісих плечевых изделий» была использована база данных SQLite. SQLite является встраиваемой базой данных, что делает возможным работу Системы управления баз данными (СУБД) и САПР в одном системном процессе.
Для организации иерархических данных база данных представляется в виде древовидной структуры, состоящей из объектов разных уровней. Так, некоторые параметры мужских плечевых изделий имеют безусловную взаимосвязь, например, наличие застежки и количество пуговиц. При отсутствии застежки не нужны пуговицы. Такой объект в иерархической базе данных, как застежка, называется родительским, а количество пуговиц — дочерним.
Правильно построенная иерархия данных необходима, во-первых, для корректной работы алгоритмов генерации геометрической модели внешней формы изделия, а во-вторых, для организации графического интерфейса пользователя.
Программно-методический комплекс представляет собой программное приложение, состоящее из модулей. Главным и основным функционирующим модулем системы является ее ядро.
Схема, отображающая общую структуру разработанного ПМК параметрического трехмерного проектирования мужской плечевой одежды, представлена на рисунке 4.2.
Основные функции ядра программно-методического комплекса:
- загрузка модулей ПМК;
- хранение данных и предоставление общего для всех модулей интерфейса к ним;
- организация иерархических связей между параметрами швейных изделий и их деталей, трехмерного виртуального манекена мужской фигуры в объектно-ориентированном стиле.
Ядро является связующим звеном для трех функциональных модулей программно-методического комплекса:
- графический интерфейс пользователя;
- модуль «3/ эскиз»;
- модуль «Конструкция изделия».
При создании графического интерфейса пользователя использовался кросс-платформенный инструментарий разработки ПО Qt, выбранный благодаря наличию качественной документации, хорошему форматированию исходного кода библиотеки, распространению по лицезии GNU LGPL, позволяющей разработку собственного коммерческого продукта. При разработке графического интерфейса главного окна использовалась базовая концепция Qt. В Qt главное окно предоставляет собой каркас для построения пользовательского интерфейса приложения, который оформлен в виде классов. Так, класс главного окна имеет свою область разметки, в которую можно добавить панель инструментов, прикрепляемый диалог, панель «меню» и панель состояние. В центре области разметки может быть расположено основное окно вывода приложения (рис. 4.3).
В ПМК ввод параметров осуществляется с помощью главного меню, состоящего из вкладок, каждая из которых отвечает за ту или иную категорию параметров. Вкладка «Основные параметры» состоит из элементов, отвечающих за вызов диалога выбора размерных признаков трехмерного виртуального манекена мужской фигуры. Ввод размерных признаков инициализирует манекен, а так же параметры мужского плечевого изделия по умолчанию.
Диалоги параметров мужского плечевого изделия вызываются в двух вкладках главного меню: «Параметры БК/БФ», «Параметры МК/МФ». Вкладка «Параметры БК/БФ» отвечает за диалоги параметров базовой конструкции мужского плечевого изделия и его внешней формы: диалог основных параметров и диалог прибавок, (рис.4.4).
Вкладка гПараметры МК/МФ» состоит из диалогов параметров модельных конструкции и формы, отвечающих за ввод параметров вытачек, шлиц, горловины, воротника, застежки и карманов (рис.4.7).
Отдельный графический интерфейс имеют модули «3D-3CKH3» и «Конструкция изделия», обладающие способностью к изменнению индивидуальных параметров модулей. Так, для изменения свойств визуализации трехмерного виртуального манекена мужской фигуры и мужского плечевого изделия в модуле «3 -эскиз» реализованы соответствующие диалоги.
Основной функцией модуля «ЗО-эскиз» является реалистичная демонстрация трехмерного виртуального проектируемого изделия на манекене, представляющем фигуру заданого потребителя. Для этого необходимо, чтобы геометрическая модель мужского плечевого изделия отображалась графически без ощутимых временных интервалов при смене просматриваемого ракурса или, иными словами, в «реальном времени», что определяет требования к используемому аппаратному обеспечению. Ограниченность аппаратной составляющей системы не влияет на техническую функциональность САПР, поэтому пользователю предоставляется выбор между высоким качеством трехмерной визуализации на дорогостоящем оборудовании и между низким качеством визуализируемых образов с сохранениеми всех функциональных возможностей на компьютерах меньшей вычислительной мощности и стоимости.
В качестве графической библиотеки был использован объектно-ориентированный графический движок с открытым исходным кодом OGRE. Обладая поддержкой различных платформ, этот продукт применяется при создании автоматически настраиваемого трехмерного приложения. Среди примечательных возможностей движка Ogre выделяем:
полную и равную поддержку OpenGL и Direct3D;
полную поддержку платформ Windows, Lima и Mac OSX;
простоту, расширяемость и встраиваемость в существующие программные приложения;
мощную скриптовую систему управления материалами, позволяющую изменять материалы не меняя ни единой строчки кода;
полную поддержку как фиксированного, так и программируемого графического конвейера, позволяющую создавать шейдерные программы на ассемблере и языках высокого уровня, таких так Cg, HLSL и GLSL;
поддержку большого количества графических форматов, включая PNG, TGA, DDS, TIF, GIF, JPG, одномерных, трехмерных, кубических и сжатых текстур;
полную поддержку техник рендера в текстуру и проективного текстурирования;
экспортеры для основных коммерческих и свободных пакетов 3D-моделирования;
поддержку групп статической геометрии;
поддержку биквадратных кривых Безье;
расширяемую систему управления ресурсами, включающая поддежку файловой системы, архивов ZIP и PKS.
Получение и отображение геометрической модели пространственных форм мужской фигуры человека и мужского плечевого изделия выполняется в модуле «3D-3CKH3» в три основных этапа (рис.4.13):
- предварительная обработка параметров виртуального манекена мужской фигуры или мужского плечевого изделия, введенных пользователем с помощью графического интерфейса;
- преобразование аналитического описания манекена мужской фигуры или мужского плечевого изделия в описание дискретной полигональной сетки;
- передача описания полигональной сетки и таких сопутствующих элементов трехмерной демонстрации, как источники света и материалы, на визуализацию.
