Содержание к диссертации
Введение
1 Направления развития и совершенствования современного процесса проектирования одежды 13
1.1 Анализ современных плоскостных методик проектирования женской одежды 14
1.1.1 Исходная информация и анализ расчетных формул для построения исследуемого узла «пройма - рукав» 14
1.1.2 Анализ графических приемов построения 20
1.1.3 Анализ технологических средств и влияние свойств ткани на создание объемной формы оката рукава 22
1.2 Развитие теории проектирования узла «пройма - рукав» 23
1.3 Анализ современных САПР трехмерного проектирования одежды 26
1.3.1 Универсальные системы 27
1.3.2 Системы получения развертки поверхности по ее трехмерной модели (развертывающие) 29
1.3.3 Задание трехмерной поверхности манекена человека 33
1.3.4 Исследование и задание внешней формы одежды в отечественных системах 37
1.3.5 Получение плоской развертки смоделированной трехмерной
поверхности изделия 39
1.3.6 Системы получения объемной поверхности по имеющейся развертке (одевающие) 40
1.3.7 Классификация виртуальных манекенов 45
1.4 Обоснование необходимости разработки манекена, реализующего необходимый для проектирования одежды комплекс движений человека 47
Выводы по разделу 1 48
2 Исследование и разработка принципов получения объемно - пространственных форм изделий с втачными рукавами 49
2.1 Анализ кинематики движений верхнего участка тела человека 50
2.1.1 Анатомическое строение плечевого пояса и движения плечевого сустава человека 50
2.1.2 Анатомическое строение верхних конечностей (плечо, предплечье, локтевой сустав) и их движения 52
2.2 Моделирование динамического манекена и движений человека 55
2.2.1 Анализ существующих манекенов фигуры человека 55
2.2.2 Исследование динамики размерных признаков женской фигуры при движении верхних конечностей 60
2.2.3 Определение взаимосвязи линейных динамических эффектов и угловых параметров движения рук 64
2.2.4 Моделирование манекена, реализующего комплекс движений человека 66
2.3 Методы исследования взаимосвязи между геометрическими параметрами одежды и поверхностью тела человека 70
2.4 Исследование возможностей применения метода муаровой фотографии для изучения трехмерной поверхности плечевой одежды 73
2.4.1 Развитие современной теории муаровой фотографии и возможности ее применения в различных областях науки 73
2.4.2 Использование медицинского топографа для бесконтактного исследования пространственных характеристик плечевой одежды 75
2.5 Разработка методики извлечения информации о геометрических параметрах из объемной формы изучаемого узла изделия и его плоской развертки 76
2.6 Информационно-логаческая структура разработки конструкции одежды в САПРО с элементами 3-D графики 85
Выводы по разделу 2 89
3 Теоретическое и экспериментальное обоснование взаимосвязи между параметрами плоской развертки узла «пройма - рукав» и его пространственных характеристик 91
3.1 Анализ исходных данных для плоскостного проектирования изучаемого узла и выбор управляемых характеристик для проведения эксперимента 92
3.1.1 Анализ факторов, определяющих прогнозируемую объемную форму узла «пройма - рукав» женского платья 92
3.1.2 Выбор управляемых характеристик эксперимента 94
3.2 Экспериментальная проверка зависимости между геометрическими параметрами пространственных и плоскостных характеристик исследуемого узла «пройма - рукав» одежды в статике 96
3.2.1 Исследование плоских разверток конструкций макетов женского платья 97
3.2.2 Исследование трехмерной модели узла «пройма - рукав» в макетах женского платья 98
3.2.3 Исследование проекционных прибавок в макетах женского платья 109
3.3 Экспериментальное исследование динамических геометрических параметров пространственных и плоскостных характеристик исследуемого узла одежды 112
3.4 Экспериментальная проверка влияния свойств материала на пространственную форму исследуемого узла 114
3.5 Разработка программы исследования плоскостной и пространственной конфигурации узла «пройма - рукав» 118
Выводы по разделу 3 126
4 Разработка математической модели взаимосвязи плоскостных и пространственных параметров узла «пройма - рукав» в женских изделиях 128
4.1. Саморазвивающаяся САПРО как кибернетическая модель функциональной системы 129
4.2 Математическая модель проектирования взаимосвязи плоскостных и пространственных параметров узла «пройма - рукав» в женских изделиях в САПР с элементами 3-D графики 131
4.3 Обработка геометрической информации в САПР одежды с элементами 3-D графики 133
4.4 Построение виртуальной пространственной модели проймы женского платья 139
4.4.1 Построение виртуальных пространственных моделей манекена и платья 139
4.4.2 Построение виртуальной пространственной модели узла «пройма-рукав» 141
4.4.3 Исследование виртуальной пространственной модели «пройма - рукав» в статике 142
4.4.4 Исследование виртуальной пространственной модели «пройма - рукав» в динамике 143
4.4.5 Построение поверхности виртуального изделия 144
4.5 Моделирование виртуального динамического манекена 148
4.6 Проектирование поверхности одежды методом аффинных преобразований 150
4.7 Интерфейс программного обеспечения 153
Выводы по разделу 4 155
Заключение 157
Литература 160
Приложения 173
- Системы получения развертки поверхности по ее трехмерной модели (развертывающие)
- Анатомическое строение верхних конечностей (плечо, предплечье, локтевой сустав) и их движения
- Исследование трехмерной модели узла «пройма - рукав» в макетах женского платья
- Обработка геометрической информации в САПР одежды с элементами 3-D графики
Введение к работе
В настоящее время швейная отрасль промышленности немыслима без поддержки автоматизированных систем. Программное обеспечение является необходимым элементом любого бизнеса. Одной из характерных особенностей новых компьютерных технологий является формализация опыта квалифицированного специалиста. Это означает что, во-первых, новые технологии снимают с человека и берут на себя реализацию сложных технологических задач, выполняя их быстрее и качественнее. Во-вторых, с помощью компьютера упрощается передача опыта.
В этих условиях традиционные расчетно-графические плоскостные методы конструирования одежды, даже при использовании САПР, не могут в полной мере обеспечить потребности современного производства. Российский рынок достаточно насыщен двухмерными САПРО. Эти методики построения конструкций основаны на приближенных расчетах, что снижает уровень качества и точность построения деталей изделия. Для проверки полученных разверток, корректировки баланса изделия совершаются переходы от двухмерных чертежей к пространственному образу одежды и наоборот, что позволяет учесть все многообразие формообразующих свойств конкретного материала и данной модели одежды, но существенно замедляет процесс проектирования. При этом развертка изделия аккумулирует в себе коллективные знания в виде методики конструирования и индивидуальный опыт конструктора -разработчика конкретной модели. В настоящее время не существует эффективных методов по формализации и передаче такого опыта. Это значительно снижает эффективность существующих плоскостных САПР швейных изделий.
Альтернативой двухмерным САПРО являются 3-D технологии,
поскольку конструирование одежды нельзя рассматривать только как
плоскостное, т. к. его результат - изделие представляет собой
пространственный объект, взаимоувязанный с другим пространственным объектом - телом человека. Большинство представленных на рынке промышленных САПРО предлагают 3-D технологии или сочетают их с традиционными плоскостными. Их можно разделить на две группы: «развертывающие» - системы получения развертки поверхности по ее трехмерной модели и «одевающие» - системы получения поверхности по имеющейся развертке. Хотя в обоих видах систем используется достаточно сложный математический аппарат, они не учитывают все многообразие свойств материала и не всегда возможно однозначно определить внешнюю форму будущего изделия, либо получить качественную развертку без дальнейшей корректировки.
Господство «одевающих» САПР предполагает дальнейшее совершенствование процесса проектирования одежды, которое можно вести на основе плоскостного конструирования с использованием информации о закономерностях пространственных линий и параметров конструкции. Следовательно, разработка систем получения объемной поверхности по имеющейся плоской развертке является перспективной, а проблема накопления и передачи индивидуального опыта конструктора - актуальной.
В современных плоскостных САПР одежды с элементами 3-D технологий этап проверки разработанной конструкции в макете можно заменить виртуальным. Для визуализации образа изделия необходимо изучить взаимосвязь развертки деталей изделия и их пространственной формы. Получить виртуальные графо - аналитические модели, учитывающие основные деформационные свойства материалов возможно путем проведения заранее спланированных экспериментов путем изготовления натурных макетов из реальных материалов. По результатам исследований в информационную базу системы будут вноситься эмпирические поправки. Используя трехмерные модели, дизайнер с помощью САПР одновременно осуществляет оценку внешнего вида
изделия в целом и каждого узла в отдельности, рассматривая их на экране
монитора в различных ракурсах, и имеет возможность использовать точную информацию о величине и местонахождении деформации материала, распределяя ее по срезам с учетом выбранной технологии обработки и свойств материала, оценивая посадку изделия в статике и динамике. Найденные технические решения будут превосходить по точности решения традиционного проектирования.
Для качественного виртуального изображения будущего изделия необходим соответственно корректный манекен фигуры человека. Имеющиеся отечественные разработки получения цифровой поверхности манекена и одежды с использованием различных средств визуализации (например, муаровой фотографии) пока дают возможность изучения формообразования изделия в статике и лишь при примитивных движениях рук. САПР одежды требуется такое изображение модели человеческого тела, чтобы возможно было на экране монитора оценить комфортность одежды. Виртуальный манекен должен учитывать как скелетные, так и мышечные компоненты, реализующие основные бытовые движения человека и изменение поз. Так как пока еще не существует аналога подобного манекена, необходимо разработать натурный динамический манекен и схему его движений, идентичную движениям человека. Далее, используя аппарат машинной графики, проектируется мобильный виртуальный манекен - идеальная основа для визуализации проектируемой одежды.
Современные САПР, реализующие 3-D технологии, предоставляют удовлетворительную визуализацию пространственной формы и хорошее качество разверток опорных поверхностей одежды, тогда как узел «пройма - рукав», ввиду сложности описания характера геометрии его поверхности, изучен не достаточно и его развертки необходимо «дорабатывать» на плоскости и корректировать по итогам многочисленных примерок.
В связи с этим в качестве объекта исследования выбран узел
«пройма - рукав» в женском платье. Для облегчения и систематизации
научного поиска в области проектирования исследуемого узла одежды необходимо создать информационную базу САПР, используя которую можно анализировать весь имеющийся опыт конструкторских работ и накапливать положительные решения. Такая САПР содержит базу данных набора эталонных форм одежды и соответствующих им разверток. Эти базовые формы являются опорными экспериментальными точками для аналитико-эмпирической модели процесса 3-D проектирования. По мере накопления экспериментальных данных, полученных путем варьирования факторов, влияющих на пространственную форму проектируемого изделия, модель будет постепенно уточняться.
Целью диссертационной работы является исследование влияния различных факторов на объемную форму одежды и совершенствование метода трехмерного проектирования швейного изделия.
Объектом исследования выбраны участки пройма - рукав объемных поверхностей моделей швейных изделий с втачными рукавами.
Основные этапы работы:
анализ существующей теории трехмерного проектирования одежды;
анализ традиционного процесса проектирования узла пройма -рукав в изделиях с втачными рукавами;
разработка методики извлечения информации о геометрических параметрах объемной формы изучаемого узла «пройма - рукав» изделия и его плоской развертки;
изучение и анализ параметров исследуемого узла на трехмерных моделях изделий;
определение взаимосвязи между параметрами плоской развертки (геометрические, технологические, свойства материалов) исследуемого узла «пройма - рукав» и его пространственного воплощения;
разработка математической модели связи плоской развертки и объемной формы узла «пройма - рукав»;
изучение движений плечевого пояса человека,
изготовление натурного динамического манекена женской типовой фигуры с макетами рук;
составление схем преобразований виртуального манекена, обеспечивающих динамические приросты по размерным признакам при реализации некоторых бытовых движений.
Методы исследований
Исследования основаны на методах системно - структурного анализа, классификации, метода экспертных оценок, методологии автоматизированного проектирования, каркасной теории задания поверхности, контактных и бесконтактных методах исследования поверхности одежды, математического и информационного моделирования, начертательной геометрии, теории механизмов.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в:
- классификации виртуальных манекенов в современных САПР
одежды и оценке особенностей их разработки;
разработке элементов методики конструирования одежды с элементами 3D - проектирования, основанной на законах взаимосвязи параметров пространственных моделей изделия и их плоских разверток. Методика ориентирована на вьшолнение проектно - конструкторских работ без изготовления промежуточных макетов и образцов изделия за счет получения точных конструкций деталей одежды;
в разработке графических инструментов для проектирования динамического натурного и виртуального манекенов;
разработка элементов системы трехмерного и двухмерного проектирования одежды, реализующей механизм накопления позитивного опыта конструирования швейных изделий.
Практическая значимость результатов работы состоит в разработке элементов САПР для трехмерного проектирования, заключающихся в:
разработке методики анализа трехмерных моделей одежды и в частности узла «пройма - рукав». Данная методика позволяет получить законы зависимости пространственной ориентации узла «пройма - рукав» относительно руки. Полученные законы зависимости обеспечат корректную визуализацию изделия на экране монитора, что позволит сократить количество примерок изделия в процессе проектирования;
разработанный натурный динамический манекен женской типовой фигуры, реализующий комплекс бытовых движений, позволяет провести качественные примерки одежды для изучения поведения поверхности изделия в статике и динамике с целью получения законов зависимостей от набора параметров;
создание банка информации для визуализации различных вариаций пространственных форм одежды, в частности узла «пройма - рукав», основанной на предложенной методике оценки пространственных форм, позволит развивать САПР, накапливающую опыт проектных решений;
- разработанная методика формализации опыта конструктора
позволит существенно сократить время на обучение молодых специалистов
и подготовку новых моделей к производству.
Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: межвузовской научно - технической конференции в Российском Заочном Институте Текстильной и Легкой Промышленности (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической промышленности (Санкт-Петербург, 2004); «Дни науки - 2005» (СПБУТД); 57 научной конференции
НИДС «Молодые ученые - XXI веку» (МГУДТ 2005).
Производственная апробация результатов работы проведена в условиях ООО «ИМО» (г.Владивосток), 000 «Арт-ателье Мира» (г. Москва), 000 «Вит-Л» (г. Москва), 000 «Негоццо» (г. Москва).
Публикации. Основные положения проведенных исследований опубликованы в 9 работах, в том числе: 1 патент на изобретение, 2 тезиса научных конференций и 6 статей в научных и научно - популярных журналах, межвузовских сборниках научных трудов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе, библиографического списка, приложений. Работа изложена на 235 страницах, содержит 104 рисунка, 23 таблицы. Список литературы включает 136 наименований. 17 приложений изложено на 62 страницах.
Системы получения развертки поверхности по ее трехмерной модели (развертывающие)
Одежда имеет сложную пластику поверхности. Для нее характерно наличие дополнительной кривизны на отдельных участках, например в области груди, лопаток, оката рукава и др. Воспроизведение такой поверхности из плоского материала только путем его членения на детали не всегда представляется возможным. Поэтому в практике конструирования прибегают к дополнительным приемам формообразования, основанным на пластических свойствах волокон, влияющим на форму и размеры деталей конструкции изделия (механическое, физико-механическое и физико-химическое воздействия на полуфабрикат). Подобные методы создания формы называют технологическими.
Одежда представляет собой структуру, состоящую из деталей, узлов, соединений, выполненных из определенных материалов и объединенных в единое целое - конструкцию, в связи, с чем качество одежды формируют как свойства ее конструкции, так и свойства материалов.
На восприятие верхних участков плечевых контуров существенное влияние оказывает «наполненность» головки оката рукава, зависящая в первую очередь от величины посадки, т.е. от свойств материалов.
Операции ВТО оката рукава относятся к воздействию на «тонкую» структуру тканей (физико-химическое воздействие). Величина деформации сутюживания (уменьшения длины среза) определяется на этапе расчета конструкции (припуск на посадку по окату рукава, выбор величины нормы посадки - И). Высокая точность соответствия заданной формы при сутюживании оката требует дополнительной фиксации деформации швами. Применение химических средств, термоклеевых материалов увеличивает формоустойчивость, однако при этом снижается подвижность материалов и увеличивается жесткость участка. Волокнистый состав материалов оказывает существенное влияние на все этапы проектирования одежды. От состава тканей зависит внешний вид изделия, выбор режимов влажно-тепловой обработки, способность участков лекал к деформации. Большое значение имеет формоустойчивость, т.е. способность одежды в условиях эксплуатации устойчиво сохранять (в определенных пределах) свои первоначальную форму и размеры, которые, в свою очередь, зависят от упругости и жесткости деталей и узлов, драпируемости, сминаемости, усадки материалов, а также устойчивости конструкции одежды и технологической обработки [15].
В итоге правильность выбора материала с заданным спектром свойств приведет к планируемой форме поверхности проектируемого изделия. Любое швейное изделие - это сложная объемно - пространственная структура, состоящая из нескольких частей и объемов, организованных в единое целое. Однако в настоящее время нет полной информации для прогнозируемости свойств будущей поверхности одежды по видам материалов. Наиболее важным конструктивным элементом одежды, обеспечивающим эргономическое соответствие изделия фигуре человека, является узел «рукав-пройма». Данный участок одежды в плоскостных конструкциях исследован достаточно широко и всесторонне. В большинстве научных публикаций из-за сложности конструкции этого узла его разработку предлагается осуществлять на плоскости. В исследовательской работе [27] сделан вывод, что целесообразно конструировать узел «пройма - рукав» на плоскости на основе развертки поверхности манекена изделия. В этом случае в качестве исходных данных используются данные о ширине и глубине проймы, положении плечевой точки, определяемые на поверхности дискретного каркаса. Контуры оката рукава определяются с привлечением программы «окат», разработанной СПбГУТД. Исследователь [28] утверждает, что построение контуров проймы необходимо осуществлять на плоскости с использованием метода радиусографии. Для получения оката рукава разработан метод построения его на основе разомкнутого контура проймы, учитывающий влияние на параметры оката рукава таких исходных условий проектирования, как норма посадки, желаемая ширина рукава, габаритные параметры проймы. В работе [29] предложено осуществлять выбор возможного конструктивного решения узла «рукав-пройма» в соответствии с эскизом модели. Для чего, на основе анализа конструкций этого узла, полученных традиционными методами конструирования, разработан ряд унифицированных вариантов узла «пройма - рукав» на плоскости. Исследователь [30] предлагает построение проймы осуществлять заданием ее в пространстве коробовыми дугами эллипсов. Верхнюю часть рукава, соответствующую плечу руки, по разработанному методу предлагается рассматривать как усеченную коническую поверхность, направляющей которой является линия проймы. Стебельским М..В. предложено участок проймы верха пиджака формировать в пространстве параллельно с окатом рукава [31]. Реализация исследований [25] позволила провести классификацию объемно-силуэтных форм втачных рукавов с учетом зрительного восприятия, и предложены формулы для расчета конструктивных отрезков и точек, задающих отдельные параметры оката рукава с разной нормой посадки для изделий из льносодержащих тканей (в дополнение к плоскостной методике МГУДТ). Рахманов Н.А. рекомендует чертежи рукавов строить на плоскости в разных системах координат для верхней и нижней частей. Исследователь [86] для определения характера линии сопряжения проймы и оката рукава использует методы геометрического моделирования и начертательной геометрии. Т.о., в большинстве исследовательских работ разработку узла «пройма - рукав» из-за его сложности предлагается осуществлять на плоскости по разверткам поверхности манекена одежды с учетом пространственных характеристик.
Использование вычислительной техники позволило автоматизировать трудоемкий этап построения конструкции одежды. Как видно из предложенных исследований, традиционно конструкции одежды разрабатываются плоскостными методиками проектирования, и российский рьшок достаточно насыщен двухмерными САПРО, как отечественными, так и зарубежными. При плоскостном построении разверток требуется интуиция, опыт, мастерство человека, т.е. использование человеческого фактора, который в одном случае прекрасно спасает положение, в другом -является причиной серьезных ошибок [10]. Традиционные для большинства конструкторов способы работы не всегда позволяют добиться ощутимого ускорения разработки новых изделий и вывести качество и сменяемость моделей на новый уровень.
Анатомическое строение верхних конечностей (плечо, предплечье, локтевой сустав) и их движения
САПР одежды требуется изображение модели человеческого тела, позволяющее на экране монитора оценить комфортность одежды, как в статике, так и в динамике. Тело человека - объект величайшей сложности, т.к. состоит из сегментов, которые с большой степенью точности можно считать твердыми (скелет) и деформируемых тел (мышцы) [91]. Следовательно, виртуальный манекен должен учитывать как скелетные, так и мышечные компоненты. Если «скелет» манекена рассматривать как шарнирные соединения, то изменение позы представляет собой изменение углов шарнирных соединений. Мышечные компоненты при этом ограничивают степень подвижности шарниров, чтобы предотвратить неестественность поз. Однако механика пока не может указать способы, при которых можно было бы составить уравнения естественных движений такого сложного объекта как тело человека. Следовательно, необходимо идти по линии моделирования поверхности тела и анимации движений. Используя инструменты трехмерной графики, динамичным манекенам можно придать любую позу. Моделирование деформаций сгиба и растяжения участков виртуальной фигуры и виртуального изделия возможно на основе сеточных моделей тел [49]. Это позволит определить эргономические свойства модели, увидеть посадку изделия на движущейся фигуре, оценить баланс изделия, распределение напряжений в ткани.
Виртуальное моделирование поверхностей тела человека и одежды является малоизученной областью науки. Исследования в этом направлении будут востребованы и пополнят информационную базу знаний отрасли. Получение информации о параметрах динамических характеристик возможно как контактными, так и бесконтактными способами измерения. 1. Проведен анализ расчетных формул и графических приемов в плоскостных методиках проектирования женской одежды, используемых российскими предприятиями. Наиболее удачной среди плоскостных методик является МКО МГУДТ. 2. Установлена необходимость проведения исследований влияния свойств материала на прогнозируемую пространственную форму одежды и, в частности, узла «пройма - рукав». Полученная информация востребована в постоянно развивающейся САПРО, накапливающей опыт конструкторов многих поколений. 3. Совершенствование процесса проектирования одежды необходимо вести на основе плоскостного конструирования с использованием информации о закономерностях пространственных линий и параметров конструкции. 4. Обоснована перспективность дальнейшего развития систем получения объемной поверхности одежды по имеющейся развертке (одевающих), так как российский и зарубежный рынок насыщены плоскостными САПРО. 5. Разработана классификация трехмерных виртуальных манекенов по количеству составных частей и динамическим возможностям. 6. Обоснована необходимость разработки динамичного виртуального манекена, реализующего комплекс движений человека. Для моделирования виртуальной поверхности тела и анимации движений необходимо проведение масштабных натурных исследований. 7. Определено, что для корректной анимации поверхности одежды в виртуальной среде необходимо определить проекционные прибавки изделия (воздушные зазоры), влияние свойств материала на динамику формы изделия.
Активное внедрение 3-D технологий проектирования одежды -наиболее динамично развивающееся направление в САПР. Другие модули швейного производства в большинстве современных систем обладают уже достаточно полным набором возможностей. Многие производители швейной продукции готовы к использованию трехмерной графики для визуализации разрабатываемого изделия на этапе проектных работ. Причем требования к качеству изображения виртуального манекена и изделия предъявляются высокие. Чем реалистичнее представлены трехмерные объекты, тем более конкурентоспособна САПР. Для задания пространственных характеристик поверхности виртуального манекена и одежды на экране компьютера, необходимо вначале получить исчерпывающую информацию о конфигурации соответствующих контуров фигуры человека в статике и динамике.
Сведения об изменении антропометрических признаков в зависимости от разных движений тела, совершаемых в повседневной деятельности человека, необходимы конструктору для правильного определения припусков на свободное облегание одежды различных видов. Работы по применению данных об изменении размеров тела в движении для целей швейной промышленности до настоящего времени ни в нашей стране, ни в других странах в широком масштабе не проводились [37]. Характер антропометрических контактов элементов системы «человек - одежда» определяется закономерностями функционирования скелетно-мышечной системы человека - сложной биомеханической системы [75]. Наиболее сложными признаны движения верхнего участка тела человека.
Крупной отечественной работой, где впервые были изучены рабочие движения человека, является книга И. М. Сеченова "Очерк рабочих движений человека" [50]. Другие выдающиеся работы - С. Моллье [51], НАБернштейна [52], Иваницкого [53].
С точки зрения биомеханики тело человека представляет собой многозвенную шарнирно - стержневую систему с подвижностью в суставах. Взаиморасположение звеньев тела относительно друг друга является результатом работы сложного комплекса физиологических механизмов, реализующих выполнение задачи поддержания позы. Конфигурация подобной многозвенной кинематической цепи может быть описана набором суставных углов, определяющих относительное положение сегментов тела [55].
Исследование трехмерной модели узла «пройма - рукав» в макетах женского платья
Согласно разработанным методикам исследования (см. п.п. 2.5 и 3.1.2, рисунки 41-48), проведен анализ плоских разверток стана макетов женского платья с втачными рукавами и плоских разверток рукавов, а далее пространственных характеристик макетов платья, изготовленных по данным конструкциям.
Совмещение БК макетов женского платья 164-96-104 представлено в приложении 7. Характеристика наиболее сложного узла изделия «пройма -рукав» в плоских конструкциях сведена в таблицы приложения 8. Геометрические характеристики изучаемого узла плоских разверток женского платья представлены в описательной форме и в виде числовых параметров. Определено, что плоскостная конфигурация стана и проймы зависит от характера опорной поверхности (размерные признаки фигуры) и меняется от овальной к округлой широкой при варьировании параметра Пг3 (Пшпр в частности) как при Пспр=3,0, так и при Пспр=4,5. Соответственно увеличивается длина линии проймы. Для получения подробной характеристики многообразия вариантов конфигураций пройм в изделиях необходимо провести полный факторный эксперимент. Факторы варьирования при этом - Пшпр, Пшс, Пшп, Пспр, удлинение плечевого среза, наличие плечевой накладки, ее форма и толщина. Согласно методике МГУДТ форма и параметры развертки рукава связаны с параметрами плоской проймы, построение развертки рукавов ведется на чертеже проймы, при этом высота оката рукава определяется исходя из конфигурации замкнутых верхних участков проймы. Нижний участок плоской проймы задает параметры соответствующего плоскостного участка рукава согласно методике проектирования. Ввиду минимальной величины посадки оката рукава на данном участке проймы и отвесности в пространстве можно предположить, что пространственная конфигурация данного участка рукава будет легко прогнозируема. Следовательно, можно предположить, что основными факторами, прогнозирующими пространственную форму внешней поверхности рукава женского платья при заданном положении проймы, будут являться такие параметры как ширина рукава (Шрук), свойства ткани (определяющие норму посадки по окату рукава Нпос), расположение нити основы при раскрое (технологический фактор). В соответствии с планом эксперимента (п.п 3.1.2), изготовлены макеты женского платья из хлопчатобумажной ткани арт. 208 (на данном этапе решено ограничиться одним видом ткани).
Маркировка исследуемых макетов осуществлялась согласно методике, разработанной в п.п 2.5. Горизонтальные уровни - основные конструктивные линии, а также дополнительные горизонтали (11 уровней) с шагом 2 см по всему периметру верхнего опорного участка - намечались контрастными нитками машинным способом (рисунок 51).
Для исследования трехмерной модели исследуемого узла необходимо получить координаты точек его поверхности. В ходе эксперимента использовалась установка контактного измерения МТИЛП, позволяющая получить цилиндрические координаты объекта с шагом угловой координаты 10 град, а также специализированные стенды и инструменты для контактных измерений (толстотный циркуль, штангенциркуль, зажимы и т.д.).
Поскольку форма одежды подчинена форме тела человека как конструктивной опоре, она неразрывно связана со строением и пропорциями человека. Пространственная ориентация изделия, надетого на манекен или на человека, зависит от конфигурации опоры, так как одежда не имеет твердой формы, за исключением тех частей, где проложена формоустойчивая прокладка (воротник, борта, участки полочек в области груди и т.д.) с учетом изменений, вносимых нижележащими слоями пакета одежды.
Согласно установленному в п.п 2.2. факту о невозможности проведения эксперимента на человеке ввиду длительности процесса, для исследования применялись манекены женских типовых фигур [102], а также разработанные автором динамические манекены женских фигур с макетами рук.
Верхний опорный участок манекена является формообразующим для пространственной конфигурации проймы (рисунок 51). При отсутствии таких параметров как удлинение плечевого среза и плечевая накладка величины значений поперечных ширин проймы на верхних уровнях L1-L8 практически равны ширинам соответствующих участков торса манекена (таблицы приложения 8). Величины воздушных зазоров - минимальны. Для характеристики параметров плоской развертки проймы платья и ее пространственной конфигурации были выбраны длины звеньев базовой ломаной aecde (рисунок 52). Звенья предлагаемой геометрической фигуры легко определяемы в любой конструкции плечевого изделия на плоскости и в пространстве, т.к. места их сочленения являются контрольными точками на участке проймы и при раскрое изделия маркируются на лекалах, независимо от выбранной методики проектирования. При визуализации виртуального образа проектируемого изделия звенья базовой ломаной будут использоваться как линии опоры для пространственной кривой виртуальной проймы.
Длины звеньев ломаной авс, задающей положение верхнего участка узла в пространстве отличаются от значений длин соответствующих участков на плоскости (рисунок 52, таблицы приложения 8). В пространстве на величины этих параметров существенное влияние оказывает форма опорной поверхности манекена (фигуры человека).
Надетое на манекен изделие меняет в пространстве величину ширины проймы на нижних участках в результате провисания последней на уровнях L9-L11 (рисунок 53, приложение 8), так как пройма не поддержана в пространстве ни втачанным в нее рукавом, ни характерным для многослойной одежды пакетом прокладочных материалов. Длины звеньев ломаной dbe также изменяют величины своих значений по сравнению с плоскостными вариантами.
Схема изменения конфигурации проймы в изделии с рукавом и без рукава Использование в ходе эксперимента манекена с рукой меняет картину визуального восприятия, т.к. невидимый участок проймы закрытый макетом руки изменяет свою пространственную форму в результате прижатия рукой. С увеличением прибавки по груди происходит многократное пространственное преломление нижнего участка проймы (участок ниже контрольных знаков). Наличие руки у манекена в этом случае способствует формированию устойчивых папороток, величина и количество которых меняется с увеличением Пг. Пример диаграммы зависимости изменения длины звена а от варьирования величины Пгз в пространстве и на плоскости представлен на рисунке П 8.1 приложения 8.
Обработка геометрической информации в САПР одежды с элементами 3-D графики
Последние годы характеризуются бурным развитием науки и техники, рождением новой области человеческих знаний - кибернетики, одной из самых перспективных наук. Предметом ее исследований являются саморегулируемые, самоуправляемые системы. Главная цель кибернетики -облегчить труд человека, повысить эффективность его деятельности в управлении сложными процессами, где бы они не протекали.
Кибернетическое направление в науке описывает развивающиеся системы как системы, подчиняющиеся единой динамической архитектуре, приводящей к получению конечного приспособительного или полезного эффекта [134]. Архитектура таких систем является всегда динамической и изменчивой по техническим способам функционирования, т.е. по средствам достижения цели. Однако она всегда обладает постоянством своей конечной цели и аппаратов, оценивающих достаточность или недостаточность выполнения этой цели. При этом само отклонение от конечного приспособительного эффекта служит стимулом возвращения системы к этому эффект. Любая система с автоматической регуляцией отвечает этим требованиям1.
Кибернетические машины, созданные человеком, способны, как живые организмы, «реагировать» на внешние раздражители и в зависимости от этого изменять свою работу. Обратная связь во всех системах с автоматической регуляцией служит целям информации управляющих механизмов о состоянии конечного полезного эффекта системы (рисунок 62). Законам кибернетики подчинены такие вопросы как проблемы информации, проблемы кодирования, проблемы алгоритмирования и т.д.
На рисунке 49 (п.п 2.6) предлагается схема функциональной кибернетической системы на примере формирования информационной базы для проектирования женской одежды с рукавами. Конечный приспособительный эффект - корректировка конструкции по результатам виртуальной примерки, который, посредством визуализации объекта проектирования приводит к многообразию вариантов оформления плоской развертки. При этом обратная связь в системе САПРО с элементами 3-D графики позволяет вернуться на начальный этап проектирования и провести необходимые корректировки для достижения нужного результата.
Для любых динамических систем с автоматической регуляцией должны быть предложены «чувствительные устройства», позволяющие немедленно реагировать в сторону регуляторных аппаратов, выравнивающих рабочий эффект функциональной системы. Все свойства рабочего эффекта должны быть заданы. За человеком остается только роль наблюдателя за надежностью чувствительного устройства [134].
Таким чувствительным устройством для САПРО с элементами 3-D графики станет трехмерная визуализация образа проектируемого изделия. Конструктор, оценивая посадку виртуального изделия, принимает решение о качестве плоской развертки. Неопытному инженеру САПР подскажет режимы выхода из кризисной ситуации путем вариации необходимых параметров проектируемого изделия. Колебания значений этих параметров происходят около определенной величины, отклонение от которой немедленно включает ряд механизмов, выравнивающих совокупность характеристик конструкции. Одновременная обработка разнообразной информации («афферентный синтез») - вариантов параметров конструкции (например, на рисунке 60 - параметры плоскостной и пространственной конфигураций узла «пройма - рукав» женского платья) - характеризует САПРО как функциональную систему - логическую модель искусственного интеллекта. Заложенный в САПР математический аппарат сможет значительно расширить возможности точного математического анализа корректности проектируемой развертки.
Качество работы с помощью САПРО, как систем искусственного интеллекта, будет превосходить результаты труда рядового конструктора одежды, поскольку саморазвивающиеся системы способны работать как «предсказывающие» устройства. Подобный творческий характер труда присущ лишь опытному мастеру. Вычислительная машина способна сделать десятки тысяч вычислительных операций в секунду, но при этом, несомненно, уступает человеческому мозгу в смысле надежности операций, пластичности и их беспредельной сменяемости [134]. Только синтез «человек - машина искусственного интеллекта» сможет поднять процесс проектирования на новый - высший уровень.
Ввиду сложности процесса создания одежды в САПР с элементами 3-D графики целесообразно в соответствии с блочно-иерархическим подходом (рис. 50) вьщелить в нем ряд последовательных этапов (операций) проектирования. Функционирование сложной системы, с точки зрения математической теории систем, представляет собой совокупность действий ее элементов, подчиненных общей цели. Тогда основу системного проектирования одежды составит процедура развертки общей модели изделия через частные модели конкретных технологических процессов с последующей сверткой параметров частных моделей в параметры общей модели [111].
Поскольку на процесс проектирования женского платья в целом и узла «пройма - рукав», в частности, оказывают влияние такие факторы, как геометрические (Г ев), технологические (Тсв), свойства материалов (Мсв.) (см. п.п 3), то модель проектирования взаимосвязи плоскостных и пространственных параметров изучаемого узла будет иметь вид объединения функций элементов:
