Содержание к диссертации
Введение
1. Совершенствование процесса проектирования одежды 18
1.1. Проблемы разработки конструкции одежды в соответствии с замыслом дизайнера 18
1.2. Единство компонентов 2-мерного и 3-мерного проектирования в современной технологии производства одежды 26
1.3. Обзор научных исследований развития и совершенствования процесса проектирования одежды 30
1.4. Бесконтактные методы антропометрических измерений... 39
1.5. О геометрическом моделировании пространственных объектов 46
1.6. Каркасы поверхностей и их аппроксимация 49
Выводы по главе 52
2. Теоретическое обоснование трехмерного проектирования одежды 54
2.1. Размерная характеристика фигуры человека применительно для трехмерного проектирования одежды 56
2.1.1. Топография антропометрических точек фигуры человека 56
2.1.2. Размерные признаки фигуры человека, характеризующие ее форму в трех измерениях 58
2.2. Графоаналитическая разработка точечного каркаса торса чело века 62
2.2.1. Алгоритм расчета координат антропометрических точек манекена в трех измерениях 62
2.2.2. Точечный каркас манекена - трехмерная геометрическая модель его объемной формы 65
2.3. Методология антропометрических измерений фигуры человека.. 67
2.3.1. Выбор метода антропометрических измерений фигуры человека. 67
2.3.2. Основные погрешности измерения размерных признаков при помощи фотографического изображения 68
2.3.3. Графоаналитическое определение трехмерных координат точки по перспективным проекциям 70
2.4. Параметры геометрического моделирования объемной поверх ности одежды 73
2.4.1. Параметры моделирования пространственной формы стана 73
2.4.2. Параметры моделирования пространственной формы рукава 77
2.5. Графоаналитическая разработка точечного каркаса поверхности стана одежды 79
2.6. Разработка методики исследования параметров формообразования манекена и одежды применительно к трехмерному проектированию 81
2.7. Исследование параметров формообразования точечного каркаса манекена 86
2.7.1. Исследование параметров переда плечевого пояса фигуры человека 86
2.7.2. Исследование параметров спины плечевого пояса фигуры человека 89
2.7.3. Графоаналитический анализ влияния антропометрических точек на пространственную форму плечевого пояса точечного каркаса. 92
2.7.4. Исследование параметров тазобедренного пояса фигуры человека 98
2.8. Исследование параметров моделирования точечного каркаса стана одежды 106
2.8.1. Исследование параметров моделирования горловины изделия . 107
2.8.2. Влияние параметров моделирования области проймы на форму поверхности изделия 109
2.8.3. Исследование параметров моделирования силуэта изделия 114
2.8.4. Влияние параметров моделирования проймы на ее положение в пространстве 117
2.9. Исследование параметров моделирования рукава 120
2.10. Концептуальная структура разработки системы трехмерного проектирования одежды 123
Выводы по главе 125
3. Разработка технологии трехмерного автоматизированного проектирования одежды 127
3.1. Технология бесконтактного измерения размерных признаков фигуры человека 129
3.1.1. Разработка способа снятия размерных признаков по фотоизображениям фигуры человека 129
3.1.2. Методика подготовки фигуры человека к фотографированию . 137
3.1.3. Разработка алгоритма восстановления трехмерных координат антропометрических точек по фотоизображениям 140
3.1.4. Разработка алгоритма бесконтактного обмера индивидуальной фигуры человека 143
3.2. Алгоритм геометрического моделирования объемной поверхно
сти одежды 149
3.2.1. Сагиттальное сечение манекена и одежды в области плечевого пояса 150
3.2.2. Пространственная линия горловины 154
3.2.3. Плечевой срез 161
3.2.4. Сечение плечевого пояса через лопаточную, сосковую точки и плечевой скат 166
3.2.5. Построение исходной линии проймы 176
3.2.6. Построение пространственной линии талии 178
3.2.7. Построение каше в области проймы 181
3.2.8. Геометрическая модель трехмерной формы одежды 187
3.3. Некоторые «инструменты» аналитического описания контуров трехмерной формы одежды 189
3.3.1. Кривые второго порядка 190
3.3.2. Кривые Безье третьего порядка 191
3.3.3. Длина общей полуоси при заданной сумме длин эллипсов 192
3.3.4. Задание точки на плоской кривой второго порядка 193
3.3.5. Поиск точки на кривой в пространстве при двух неизвестных координатах 194
3.4. Модельно-конструктивное членение трехмерного изображения одежды на детали кроя 196
3.5. Учет свойств материала при проектировании деталей одежды... 200
3.6. Интерфейс программного обеспечения 208
Выводы по главе 214
4. Методические аспекты качественно новых возможностей технологии трехмерного проектирования одежды в решениях проектно-конструкторских и на учно-исследовательских задач 216
4.1. Влияние пространственной формы плечевого пояса фигуры человека на конструкцию одежды 218
4.1.1. Параметры аппроксимации профиля спины виртуальной фигуры 219
4.1.2. Формирование профиля спины от выступающей точки лопаток до шейной точки 221
4.1.3. Горизонтальное перемещение шейной точки в плоскости сагиттального сечения 222
4.1.4. Вертикальное перемещение уровня груди 225
4.1.5. Горизонтальное перемещение заднего угла подмышечной впадины в плоскости сечения плечевого сустава 226
4.1.6. Горизонтальные перемещения плечевой точки в плоскости сечения плечевого сустава 227
4.1.7. Вертикальные перемещения плечевой точки и заднего угла подмышечной впадины 228
4.1.8. Комплексное изменение размерных признаков плечевого пояса фигуры 230
4.2. Влияние формы торса и параметров проектирования силуэта на конструкцию стана одежды 234
4.3. Характеристика процесса проектирования трехмерной конструкции проймы 241
4.3.1. Ориентация конструкции проймы в пространстве 241
4.3.2. Задание габаритов пространственной конструкции проймы 249
4.4. Характеристика процесса проектирования рукава 255
4.4.1. Моделирование формы головки рукава 255
4.4.2. Ориентация рукава в пространстве 269
4.4.3. Исследование параметров формообразования рукава 271
4.5. Проектирование конструкции воротника и борта на плоской силуэтной конструкции стана изделия 273
4.6. Градация лекал на основе трехмерной разработки силуэтной конструкции 278
4.7. Перспективы развития технологии трехмерного проектирования одежды 281
Выводы по главе 283
5. Проектирование одежды на основе выполненных исследований и разработок 285
5.1. Основные этапы процесса проектирования одежды в технологии трехмерного автоматизированного проектирования 285
5.2. Структура процесса проектирования одежды в серийном и индивидуальном производстве 288
5.2.1. Последовательность процедур проектирования одежды в серийном производстве 288
5.2.2. Последовательность процедур проектирования одежды в индивидуальном производстве 290
5.3. Разработка методики проектирования одежды с использованием
новой технологии - программного обеспечения «СТАПРИМ»... 291
5.3.1. Определение типовой и измерение индивидуальной фигуры для проектирования изделия 292
5.3.2. Задание типовой или индивидуальной фигуры 293
5.3.3. Построение модели стана одежды 297
5.3.4. Построение модели втачного рукава 305
5.3.5. Разработка конструкции воротника и борта 309
5.3.6. Градация трехмерных силуэтных конструкций и импортирование плоских силуэтных конструкций в систему «Комтенсе» 309
Выводы по главе 310
Общие выводы по работе 310
Список литературы
- Обзор научных исследований развития и совершенствования процесса проектирования одежды
- Размерные признаки фигуры человека, характеризующие ее форму в трех измерениях
- Разработка алгоритма восстановления трехмерных координат антропометрических точек по фотоизображениям
- Формирование профиля спины от выступающей точки лопаток до шейной точки
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время на расширение потенциальных возможностей предприятий шейного производства по удовлетворению потребностей массового и индивидуального потребителя направлено интенсивное развитие автоматизации процессов подготовки швейного производства практически по всем основным стадиям проектно-конструкторских работ на основе использования современных информационных технологий. В плане расширения сферы услуг предприятий перспективным является сочетание индивидуального приема заказов от населения с промышленными методами их производства. Такая технология организации производства является максимально эффективной, если выполняется условие полной автоматизации всех процессов проектирования одежды от обмера фигуры человека до раскладки лекал.
Решение проблемы комплексной автоматизации процесса конструкторской подготовки производства одежды невозможно без формализации этапа создания модельных конструкций изделий, определяющего уровень качества проекта. Попытки его формализации в рамках известных методик конструирования не дают удовлетворительного результата в силу приближенного характера расчетно-графических методов плоскостного решения задачи объемного проектирования, содержащих существенный объем эвристических элементов и предусматривающих обязательную (часто неоднократную) доработку по результатам макетирования или изготовления образцов изделий в материале.
Действительно, характерной особенностью процесса проектирования одежды в традиционной постановке является построение разверток сложного пространственного объекта без какого-либо количественного описания его внешней формы. Вследствие этого каждый конструктор одежды вынужден неоднократно совершать переходы от двухмерных чертежей к трехмерному
образу одежды, причем в режиме последовательного приближения к желаемому результату.
Очевидно, что в подобной ситуации уровень качества и точность построения чертежей деталей (шаблонов) одежды существенным образом зависит от опыта, квалификации и таланта конструктора. Более того, феноменологические обобщения этого сложного эмпирического процесса в виде методических рекомендаций по конструированию часто оказываются бесполезными в неопытных руках и не «работают» при изменении направления моды, технологии обработки и других изменениях проектной ситуации. Попытки формализовать такой процесс разработки конструкций моделей не дали особо эффективных результатов.
В этих условиях чрезвычайно затруднена рациональная и эффективная передача опыта и организация обучения конструкторов одежды любого уровня квалификации. Поэтому современное автоматизированное проектирование одежды (сложного трехмерного объекта) должно базироваться на её трехмерной конструкции, что, в свою очередь, дает новый взгляд также и на решение вопроса антропологического измерения фигуры человека для целей серийного и индивидуального производства одежды, как составной части всего процесса производства одежды. Следовательно, решение таких вопросов является актуальным, что подтверждается проявлением большого интереса к ним во всем мире. Сегодня ведущие мировые фирмы в области разработки программных продуктов для индустрии моды в качестве одного из главных приоритетов определили создание систем проектирования одежды в трех измерениях.
В настоящее время программное обеспечение CAD с некоторыми в разной степени развитыми возможностями трехмерного проектирования одежды имеется у зарубежных фирм: Гербер (США), Asahi (Япония), Lectra System (Франция), Computer Design Inc (США), PAD system (Канада) и др.
В России и ближнем зарубежье также проводятся исследования в данной области. Известны разработки, выполняемые в МГУДТ, ГАСБУ, Рос-
ЗИТЛП, ИГТА, КНУТД и других научных организаций и вузов, но, в целом, вопросы трехмерного проектирования оставались малоизученными.
Работа выполнялась в рамках тематики госбюджетных НИОКР СПбГУТД и в соответствии с программой Министерства образования РФ по конкурсу грантов 2003-2004 гг. по фундаментальным исследованиям в области технических наук (шифр гранта Т 02-10.4-3276).
Цель работы состоит в разработке научных основ трехмерного проектирования одежды с использованием современных информационных технологий, создании новой методологии конструкторской подготовки производства и технологии проектирования силуэтных конструкций одежды на основе бесконтактного измерения внешней формы тела человека с использованием цифровых технологий.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие научные и технические задачи:
анализ направлений работ в области совершенствования методов проектирования одежды;
исследование и систематизация размерных признаков, эффективно определяющих пространственную характеристику фигуры человека;
разработка трехмерных геометрических моделей манекенов женской мужской и детской одежды;
исследование и систематизация характерных прибавок к одежде применительно для целей трехмерного проектирования - геометрического моделирования объемной поверхности одежды;
разработка метода бесконтактного измерения внешней формы тела человека с использованием цифровой фотосъемки;
разработка трехмерной геометрической модели одежды, включающей все ее конструктивно-технологические узлы;
разработка алгоритма создания трехмерного изображения модели одежды и варьирования ее формой;
исследование и систематизация взаимосвязи и взаимообусловленности между пространственным изменением формы одежды и соответствующим изменением параметров разверток ее деталей.
совершенствование методов получения точной информации о величинах принудительной деформации и ее распределения по участкам деталей одежды с учетом заданной технологии обработки изделия;
импортирование трехмерных силуэтных конструкций одежды в среду различных САПР отечественных и зарубежных разработок;
совершенствование методов градации модельных конструкций одежды с использованием контрольной оценки и корректировки внешнего вида размноженных трехмерных изображений.
совершенствование учебного процесса подготовки специалистов в области конструирования и дизайна одежды;
Объектами исследования являлись размерная характеристика фигуры человека применительно для трехмерного проектирования одежды; параметры моделирования пространственной формы одежды; бесконтактный способ антропологических измерений; процесс проектирования конструкций одежды для серийного и индивидуального производства; изделия различного ассортимента бытового и специального назначения.
Методы и средства исследований. В работе использованы: общая методология системного подхода к проектированию одежды; методы математической интерполяции и аппроксимации линий поверхностей, начертательной и аналитической геометрии; графоаналитический метод исследования точечного и линейного каркасов фигуры человека и модели одежды; антропометрические бесконтактные методы исследования фигуры человека и одежды; оригинальные методы исследования влияния параметров фигуры и одежды на величины формообразующих растворов основных деталей плоской конструкции; инженерные методы построения разверток деталей одежды по заданной поверхности.
Научная новизна. В работе предложены теоретические основы и методическое обеспечение новой технологии трехмерного проектирования одежды, включающей два основных этапа: автоматизированное геометрическое моделирование трехмерной формы силуэтной конструкции одежды и автоматическое построение плоских разверток этой трехмерной формы.
Трехмерная геометрическая силуэтная конструкция модели базируется на разработанных алгоритмах геометрической пространственной взаимосвязи конструктивных точек трехмерной формы одежды, соответствующих антропометрическим точкам манекена, и их пространственного перемещения при переходе от геометрической модели манекена к геометрической модели изделия. Она обеспечивает создание множества разнообразных трехмерных форм одежды и алгоритмическое генерирование лекал одежды из их разверток. Форма всех контуров развертки определяется зависимостью от комплекса параметров формообразования трехмерной формы - проекционных параметров фигуры человека и параметров моделирования поверхности одежды.
Принципиальная новизна созданной компьютерной технологии проектирования одежды состоит в том, что первичным является построение трехмерной силуэтной конструкции модели, а построение лекал (разверток) -вторично. Реализованный приоритет этапа создания пространственной формы модели одежды над этапом построения разверток ее деталей позволяет решать ряд принципиально важных инженерных задач процесса проектирования:
обеспечить высокое качество посадки изделия на условно типовой и индивидуальной фигуре человека;
максимально реализовать творческий замысел дизайнера на основе работы с трехмерным изображением модели одежды;
осуществить наиболее полную автоматизацию процесса проектирования одежды от идеи до раскладки лекал;
существенно сократить время проектирования модели одежды при высоком качестве результата.
Впервые получены следующие результаты:
выявлены характерные (проекционные) прибавки к одежде применительно для целей трехмерного проектирования, которые, в совокупности с проекционными размерными признаками фигуры человека, обеспечивают возможность геометрического моделирования объемной поверхности модели изделия;
разработано антропометрическое обеспечение технологии трехмерного проектирования одежды на основе измерения проекционных размерных признаков с цифровых фотоизображений фигуры человека;
разработан алгоритм геометрического моделирования точечных и линейных каркасов поверхности фигуры человека и одежды;
разработана трехмерная геометрическая модель одежды, включающая все ее конструктивно-технологические узлы, которая адаптирована для женской, мужской и детской одежды различного ассортимента;
разработана технология проектирования на экране монитора трехмерных моделей одежды с одновременной визуальной оценкой внешней формы силуэтной конструкции модели;
решена задача определения точной информации о суммарной величине и местонахождении формообразующих растворов конструкции, позволяющая принимать решение о применении конструктивно-технологических приемов, и предложена методика рационального распределения этих растворов в различные срезы деталей одежды;
предложена новая технология градации плоских лекал на базе трехмерной градации основной трехмерной силуэтной конструкции модели одежды с обеспечением возможности контрольной оценки внешнего вида и корректировки размноженных изображений;
решена задача импортирования разверток силуэтной конструкции изделия, построенных с использованием технологии трехмерного проектирования, в САПР традиционного направления (Комтенсе, Инвестроника, Грация и
т.д.), что обеспечивает возможность автоматизации процесса проектирования от замысла художника до раскладки лекал образца модели.
Практическая значимость результатов работы.
Практическая значимость состоит в том, что разработанная технология трехмерного проектирования обеспечивает:
решение задач проектирования одежды на фигуры условно-типового телосложения и индивидуальные фигуры с отклонениями от типовой, включая морфологически измененные фигуры инвалидов с различными дефектами телосложения;
осознанное воплощение дизайнером своих творческих замыслов при проектировании одежды различного ассортимента в серийном и индивидуальном производстве одежды;
условия для осуществления полной автоматизации процесса проектирования одежды от идеи до раскладки лекал;
развитие навыков пространственного мышления пользователей за счет создания возможности практически неограниченного поиска вариантов объемного решения моделей (платье, костюм, пальто, куртка, меховые изделия, бронежилеты и т.д.) с практически мгновенной визуализацией формы на экране монитора.
Результаты работы широко используются в учебном процессе подготовки конструкторов и дизайнеров одежды (СПбГУТД - с 1995 г.; МГУДТ -с 2000 г.; Технологический университет Подолья, г. Хмельницкий - с 1999 г., Орловский государственный технологический университет - с 1998 г.; Омский Государственный институт сервиса - с 2001 г.; Уфимский Государственный институт сервиса - с 2003 г.; Уфимский колледж технологии и дизайна одежды - с 2003г.; Санкт-Петербургский профессиональный лицей дизайна костюма и театральных технологий - с 2004г.).
Практическая значимость результатов работы подтверждается их использованием в серийном и индивидуальном производстве одежды в России и за рубежом.
Россия: 000 модный Дом «Беженар», СПб - 1995г.; ЗАО «Первомайская Заря», СПб - 1997г.; 000 «ВИД», Иркутск - 1998г; «ДиаСервис», СПб -1999г.; 000 «Лео», СПб - 2000г.; 000 «Нувель» СПб, 2001г.; 000 модный Дом «Марлен», Тихвин - 2002г.; 000 «Кристи», Москва - 2002г.; ООО «Ме-лита», Казань - 2003г.; ЗАО «Алеф», Пятигорск - 2003г и др.
Финляндия - «Le-Pre», 1998 г.; Украина - «Антарес», 2004 г; Литва -«OLIJA», 2004 г.
Значение полученных результатов для теории.
Для теории существенное значение имеют:
исследование влияния пространственного.взаиморасположения антропометрических точек фигуры человека на формообразование ее поверхности;
определение ведущей роли проекционных прибавок как основы для проектирования пространственной формы одежды;
исследование влияния взаиморасположения пространственных конструктивных точек проектируемой одежды на формообразование ее поверхности и, следовательно, ее развертки, представляющей конечную цель процесса разработки лекал;
алгоритм геометрической пространственной взаимосвязи конструктивных точек трехмерного изображения стана одежды, которые изначально являются антропометрическими точками манекена, и их пространственного перемещения при переходе от геометрической модели манекена к геометрической модели стана;
технология провидения поиска и обоснования взаимосвязей и взаимообусловленности между пространственным изменением формы поверхности одежды и соответствующим изменением конфигурации контуров разверток ее деталей;
сформулированные перспективы развития технологии трехмерного проектирования одежды, базирующиеся на совершенствовании геометрических моделей манекена и одежды.
16 Достоверность проведенных исследований. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в работе, подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с применением современных методов исследований, анализом результатов эксперимента, широкой апробацией полученных результатов и положительной оценкой их в промышленности и индивидуальном производстве одежды.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на следующих конференциях и семинарах:. всероссийском научно-техническом семинаре по совершенствованию методов конструирования. Дом моделей «Кузнецкий мост», Москва 1996; «ГРАФИКОН-96», 6-й международной конференции и выставке по компьютерной графике и визуализации. Государственный Региональный Образовательный Центр Минатома РФ. Санкт-Петербург, 1996; международном научном семинаре на отделении Текстиля и Моды, De Montfort University, Leicester, Великобритания, 1996; международных конференциях по применению новых технологий в образовании. Троицк, 1997, 1999; первой всероссийской научно-практической конференции "Дизайн в России: проблемы теории и практики". Санкт-Петербург, 1998; научно-практических семинарах международных ярмарок "Петербургские сезоны моды", 1998-1999; всеармейской научной конференции "Физиолого-гигиеническая оценка условий военной службы женщин в вооруженных силах Российской Федерации", 1999; юбилейной конференции и научно-методических семинарах СПБГУТД. 2000, 2001; международной научной конференции Санкт-Петербург, 2002; конференции «Стиль, Дизайн и Новые Технологии в Мире Моды» - фестиваль молодежной моды - Уфа, 2002; научно-техническом семинаре конструкторов в «Ленэкспо». Санкт-Петербург, 2002; международной научной конференции «Мода и дизайн: исторический опыт- новые технологии», Санкт-Петербург, 2003-2004.
Публикации. Основные результаты исследований и разработок опубликованы в 51 работе, в том числе: 7 авторских свидетельств и патентов на изобретения и промышленный образец, 1 программа для ЭВМ и 43 статьи во всесоюзных и российских журналах, международных и межвузовских сборниках научных трудов и других изданиях. В изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 20 работ.
Личный вклад автора. Постановка задач, выбор научного направления и методов исследования, проведение экспериментальных исследований, анализ и обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору. Разработка совокупности алгоритмов трехмерного геометрического моделирования поверхности моделей одежды и разработка на их основе технологии трехмерного автоматизированного проектирования одежды осуществлялись лично автором.
Автор защищает:
методы исследования пространственных форм манекена и одежды, которые позволили обосновать принципы разработки их геометрических моделей, положенных в основу разработки технологии трехмерного проектирования одежды;
развитую технологию трехмерного проектирования одежды различного ассортимента для серийного и индивидуального производства, охватывающую процессы от бесконтактного обмера фигуры человека через визуализацию трехмерных форм манекена и модели одежды до трехмерной градации созданной формы изделия и его разверток.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка литературы и приложений. Основная часть диссертации изложена на 331 странице машинописного текста, в число которых входят 124 рисунков, 17 таблиц и список литературы из 190 наименований работ.
Обзор научных исследований развития и совершенствования процесса проектирования одежды
Научные исследования, направленные на совершенствование процесса проектирования одежды начали развиваться в 30-х годах прошлого столетия с началом подготовки инженерных кадров для швейной промышленности. В конце 40-х - начале 50-х годов основные исследования проводились в двух направлениях: разработка научно-обоснованной типизации телосложений человека и совершенствование методик конструирования [11].
При реализации первого направления в основу разработок по типизации телосложений были положены исследования антропологов. В 1951 г. в НИИантропологии МГУ была разработаны теория и методы антропологической стандартизации применительно к массовому производству одежды [12]. Серьезным результатам этой работы явились установление важных закономерностей в размерной характеристики фигуры человека и определение направленности исследований в области конструирования одежды массового промышленного производства.
В 1961 г. ЦНИИШП и НИИантропологии, проведя массовый обмер населения, создали первую научно обоснованную типизацию телосложений, четко определив исходные данные для разработки конструкции одежды массового производства.
Активизация научно-исследовательских работ по совершенствованию процесса конструирования одежды в вузах страны и обсуждение на Техническом совете Министерства легкой промышленности СССР в 1952 г. рекомендаций Общесоюзного дома моделей по методики конструирования одежды определили второе направление работ - совершенствование методик конструирования.
В работе [13] указывается, что развитие вышеотмеченных научных направлений в начале 50-х годов вызвало, в свою очередь, появление таких направлений, как анализ строения и размерных характеристик поверхности фигуры человека применительно к построению ее разверток при конструировании одежды и развитие принципов расчета и графического построения конструкций одежды. В те годы были разработаны рекомендации по характеристики человека на основе профильного сечения [14] и рекомендации, относящиеся к разработке точечного и линейного каркасов фигуры человека [15,16].
Работы, посвященные анализу методик конструирования, явились первыми работами по развитию методологических основ научных исследований в конструировании одежды, а также по разработке принципов построения разверток и разверток-оболочек применительно к проектированию лекал деталей одежды.
Проведенные исследования строения и размеров фигуры человека позволили значительно расширить размерную характеристику фигуры [17-35].
Начиная с 60-х годов стали появляться работы, посвященные совершенствованию процесса конструирования, которые используют принципы прикладной геометрии [36-55]. Это, безусловно, повлекло за собой использование ЭВМ и других современных технических средств [56-77].
В 70-х годах исследователи стали уделять внимание вопросу трехмерного проектирования одежды, которое предполагает наличие следующих основных этапов: создание трехмерной формы одежды и получение шаблонов ее деталей путем развертывания созданной формы на плоскость.
Говоря о развитии методов проектирования разверток деталей одежды, можно привести высказывание из работы[78], где отмечалось, что связи между размерными признаками тела человека и размерами одежды сложны и не постоянны. Наличие прибавок в одежде вызывает изменение не только размеров деталей, но и кривизны поверхности, а, следовательно, формы разверток деталей. К этому можно добавить, что, иными словами, воздействие прибавок приводит к не соответствию поверхностей фигуры человека и одежды и таким образом «мутнеет» ориентир, т.е. манекен, на который опирается конструктор.
Все это накладывает определенную сложность на решение проблемы трехмерного проектирования, и с этим столкнулись все исследователи, которые взялись решать данную проблему. Позднее через 2 десятилетия в работе [79J подтверждается, что построение разверток фигуры тела человека с помощью компьютера вскрыло сложности формализации перехода от развертки тела человека к созданию базовых и в особенности модельных лекал одежды.
Но так или иначе, опубликованные работы по трехмерному проектированию с различными предложениями технических решений появились в конце 60-х и в 70-х годах.
В Польше в 1968 году был разработан геометрический способ построения разверток деталей одежды [39], в котором за исходные данные приняты контуры типовой фигуры в трех плоскостях. Вначале на трех проекциях типовой фигуры создают контуры модели, а затем с помощью методов начертательной геометрии строят развертки сегментов одежды и компонуют из них лекала. В работе представлена стройная система графического проектирования шаблонов одежды, опирающаяся на проекции и сечения фигуры человека.
Интересные работы по созданию трехмерного образа плечевой одежды с помощью ЭВМ проводились в УкрНИИШПе и КТИЛПе. В этих работах рассматривается построение развертки пространственной формы мужской плечевой одежды, и было предложено рассматривать плечевую часть одежды [57,80,81] как поверхность, которая образуется с помощью сопрягающихся линейчатых поверхностей. За направляющие этих поверхностей были выбраны пространственная линия проймы и контур сагиттального сечения одежды, размещенной на манекене.
Размерные признаки фигуры человека, характеризующие ее форму в трех измерениях
С целью разработки информации для трехмерного проектирования одежды проведен анализ существующих размерных признаков фигуры человека с позиции установления ее геометрической характеристики в трех измерениях. Для этого были заданы оси координат манекена и уточнен перечень антропометрических точек (рис.2. 1.1.): Z - проходит вертикально на пересечении двух взаимно перпендикулярных плоскостей: на пересечении плоскости сагиттального сечения фигуры человека с плоскостью, проходящей через выступающие точки лопаток. Начало координат находится в точке пересечения оси Z и горизонтальной плоскости, проходящей через шейную точку. Y - проходит по линии пересечения сагиттальной плоскости сечения фигуры человека и горизонтальной плоскости, проходящей через шейную точку. X - проходит по линии пересечения вертикальной плоскости, проходящей через выступающие точки лопаток и горизонтальной плоскости, проходящей через шейную точку. Антропометрические точки манекена: Mo. верхушечная точка;
Подход к решению вопроса об установлении размерных признаков фигуры человека рассматривается в работе, как первая часть технологии трехмерного проектирования.
В проектировании конструкции одежды преимущественно используют дуговые измерения (измерения по поверхности тела человека), но известно, что в классической антропометрии наибольшее значение имеют проекционные и прямые линейные размеры [35], которые в большей степени характеризуют форму тела человека. Суть их одинакова - кратчайшее расстояние между двумя источниками (между двумя точками или между точкой и вертикальной плоскостью), поэтому для целей проектирования одежды они могут иметь одно название - проекционные размерные признаки.
Проекционные размерные признаки в данном случае с позиции, кото рая характеризует форму тела человека в пространстве, наиболее информативны из всех измерений тела человека, что определяет их значимость в разработке технологии трехмерного проектирования одежды. Характерно, что ОСТы для изготовления и контроля качества одежды представляют достаточно полный перечень размерных признаков, которые дают геометрическую характеристику фигуры человека в трех измерениях (Рис.2.1.2.).
Выбор размерных признаков осуществлялся путем их определения с помощью положений антропометрических точек в трех измерениях, т.е. отбираются те размерные признаки, которые позволяют определить какую-либо координату связанной с ним антропометрической точки. Например, положение антропометрической точки М% (выступающая точка грудной железы) может быть определено в пространстве при последовательном использовании следующих размерных признаков: высота манекена (шейной точки) = ось Z ; разность уровней шейной и сосковой точек = ось Z ; половина расстояния между сосковыми точками = ось X ; разность уровней шейной точки и выступающей точки лопатки = ось Z ; передне-задний диаметр груди = ось Y .
Определяя в пространстве, предложенным способом, положения заданных антропометрических точек, устанавливаем необходимые для этого размерные признаки: а\ - разность уровней шейной точки и верхнегрудинной; ?2 - разность уровней шейной точки и выступающей точки лопатки; аз - разность уровней шейной точки и сосковой; #4 - разность уровней шейной точки и плечевой; а$ - разность уровней шейной точки и линии талии; #6 - разность уровней шейной точки и линии бедер; a-j - разность уровней шейной точки и заднего угла подмышечной впадины;
Таким образом, были выбраны все проекционные размерные признаки, представленные в ОСТ для изготовления и контроля качества оделсды, что подтверждает их информационность.
Полученная информация о проекционных размерных признаках внесена в базу данных системы СТАПРИМ (программа для ЭВМ - система трехмерного автоматизированного проектирования в индустрии моды) в соответствии с классификацией типовых фигур.
При серийном производстве одежды используется упомянутая база данных типовых фигур, а для индивидуального производство требуется провести обмер конкретной фигуры человека.
Разработка алгоритма восстановления трехмерных координат антропометрических точек по фотоизображениям
Поэтому подготовка фигуры к фотографированию начитается с традиционного (ручного) снятия перечисленных размерных признаков.
После снятия выделенных размерных признаков вручную, выполняется подготовка фигуры для фотосъемки. Фотографируемый должен быть в нижнем белье или в плотно облегающей одежде. По линиям обхватов груди, талии и бедер необходимо повязать резиновую тесьму, стараясь поместить ее горизонтально. Ширина тесьмы не более 5.0 мм. Для первого фотографирования фигура человека размещается (рис. 3.1.4.а) правым боком (профилем) к фотоаппарату для более развитой правой части тела. Стопы ног размещаются согласно рисунку, что обеспечивает их требуемое положение. Расстояние между стопами определяется квадратом 15 15 см, размещенным в центре перекрестка линий А-А и В-В. Для того, чтобы был виден контур профиля позвоночного столба съемку осуществляют при согнутой в локте руке, не меняя основной позы.
С целью уточнения месторасположения заднего угла подмышечной впадины под руку измеряемого горизонтально на уровне подмышки подкла-дывается тонкая линейка, длиной точно 200 мм между ее концами (деления на линейке не обязательны), так, чтобы один из её концов выступал со стороны спины на 10-30 мм.
Второе фотографирование в данной позе требуется для рассмотрения положения руки, поэтому съемку осуществляют при опущенной руке, находящейся в спокойном состоянии.
Для третьего фотографирования фигура человека размещается (рис.3.1.4.б) спиной к фотоаппарату. Стопы нбг размещаются согласно рисунку, что обеспечивает их требуемое положение. Расстояние между стопами также определяется квадратом 15 15 см, размещенным в центре перекрестка линий А-А и В-В.
Для четвертого фотографирования фигура человека размещается (рис.3.1.4.б) лицом к фотоаппарату. Стопы ног также размещаются согласно указанному рисунку.
Все фотографические изображения переносятся в созданную программу обмера, которая представляет собой отдельный модуль разработанной технологии проектирования одежды.
После решения вопроса о местонахождении плоскостей (ZOX, ZOY) проецирования дальнейшие построения основаны на теоретическом обосновании, которое представлено п.2.3.3.
Дано: Изображения точки М\ (т.е. проекции) на двух фотографических снимках. 1) фотографический снимок № 1: М\ (х\, z O - двухмерные координаты і-той точки на перспективной проекции вида сбоку фигуры (3.1.3 .а); L - заданное расстояние между фотоаппаратом и плоскостью перспективной проекции (рис. 3.1.5.); 2) фотографический снимок № 2: М"І (у \, z \) - двухмерные координаты і-той точки на перспективных проекций видов со спины или спереди фигуры (3.1.3.6; 3.1.3.в); Ьд - заданное расстояние на виде сбоку между уровнем пяточной точки и главной осью объектива (3.1.3.а). Общая схема процесса фотографирования показано на рис. 3.1.7. Найти Xi, Yi, Zj - локальные координаты і-той точки (МІ) фигуры человека. Анализ рис. 3.1.7. показывает, что он аналогичен рис. 2.3.1. (Глава 2.). Это позволяет составить систему из 3-х уравнений с 3-мя неизвестными, которая аналогична системе, представленной в п.2.3.3: где: ХІ, Yi, Zi - трехмерные координаты і-той точки фигуры человека ; Х І, z\ - двухмерные координаты і-той точки на перспективной проекции вида сбоку фигуры; у\ z \ - двухмерные координаты і-той точки на перспективных проекций видов со спины и спереди фигуры; L - заданное расстояние между объективом камеры и плоскостью фотографирования ; Ьд - заданное расстояние на виде сбоку между пяточной точкой ступ 142 ней и вертикальной плоскостью, проходящей вдоль оптической оси объектива.
После этого величины проекционных измерений фигуры человека рассчитывают как расстояние между каждой парой заданных точек по формуле: щ = V (Хг XiY + (У г YiT + (Z,- ZaY (3.5) где: щ - j-тое проекционное измерение; Xi,Yi,Zi - трехмерные координаты точки одного конца проекционного измерения; X2,Y2,Z2 - трехмерные координаты точки второго конца проекционного измерения.
Более детальное представление крайних "точек размерного признака показано на рис. 3.1.8, где: ayYi - j-тый размерный признак, индекс к - кратчайшие расстояния между двумя точками; щ.т - j-тый размерный признак, индекс г - горизонтальные расстояния между одной точкой и фронтальной плоскостью, проходящей через вторую точку; tfj.B - j-тый размерный признак, индекс в - вертикальные расстояния между одной точкой и трансверзаль-ной плоскостью, проходящей через вторую точку.
Формирование профиля спины от выступающей точки лопаток до шейной точки
Следующим важным фрагментом плечевого изделия является пройма, которая, как известно, находится между опорной поверхностью и ниже расположенным участком одежды, ограниченным линией талии
Исходная пройма является плоской, и она проходит через указанные ранее точки (h, 1% 7п), задание которых в пространстве осуществлено с помощью параметров моделирования одежды (be, bj, b$, b9).
Для полной ориентации и задания габаритов исходной (плоской) проймы в пространстве используется параметр Ь5 (прибавка к глубине проймы), который определяет ее размер вниз по вертикали. Геометрические пояснения (рис.3.2.13): h h h h - прямоугольник; h h - горизонталь; ho h = h\ h - hi T\\ = b$; На рис.3.2.13. прямоугольник (/g h h h), в котором размещена исходная пройма, представлен реальным прямоугольником (с прямыми углами), поэтому ось OZ имеет некоторый наклон. Tnh = УЪТП = (/8/2-7ll/32) 21 +/12 где: &2i = 0.30-0.40 - (коэффициент определения положения точки касания спинки проймы к вертикальной стороне прямоугольника проймы);
F5h = VATU = (h h -Ти hi) hi +hiTu, где: k2i - 0.60-0.70 - (коэффициент определения положения точки касания переда проймы к вертикальной стороне прямоугольника проймы); h Ц - hh = bs (прибавка к глубине проймы);
Гп І\ (горизонталь) = V5 Т\2 = h h к2Ъ; (к2ъ « 0.65); где: &23 = 0.55-0.70 - (коэффициент определения положения точки касания низа проймы к горизонтальной стороне прямоугольника проймы); Исходная пройма содержит четыре четверти эллипсов, полуоси которых определены в рассматриваемом прямоугольнике проймы: V{T\2, V T\\\ V4TU; V4F5; VsTn\ V5TU; V6F5; V6TU.
Коэффициенты k\2, k2\, k22, &23 обеспечивают возможность «тонкой» регулировки положений точек касания проймы (Гіз, Т\2, Гц, Fs) со сторонами прямоугольника, в который она вписана, изменяя положения этих точек в трех измерениях.
На рис.3.2.12., который представляет опорную поверхность плечевой части манекена и одежды, точки 1% и Т\2 совпадают, так как в рассматриваемом там случае к2\ равен нулю. Это же относится и к точкам /9 и F5, которые также совпадают, поскольку к22 тоже равен нулю.
Для окончательного построения лифа требуется построить линию талии изделия, которая является его основанием.
Построение пространственной линии талии основывается на трех антропометрических точках (М9, Мю, М\з), двух проекционных размерных признаках (ли, Ям) и трех прибавках проектирования талии изделия (Ьц, bu, b2s).
Обо всех перечисленных параметрах линии талии известна полная информация. С помощью коэффициентов &24 и / можно достаточно качественно аппроксимировать форму сечения талии практически любой типовой и индивидуальной фигуры человека, но это, как показывает практика использования технологии трехмерного проектирования (более 9-ти лет), фактически не требуется даже для плотно облегающей одежды.
Величины значений указанных коэффициентов заданы в системе по умолчанию, но при желании пользователь может в диалоговым режиме их откорректировать в соответствии с конкретной фигурой и конкретной моделью изделия.
Пространственная конструкция верхней части стана одежда (лифа) содержит два основных аспекта, требующих особого внимания при его проектировании: первый, как известно — опорная поверхность, а второй — разработка каше (от французского «прятать»). Основная часть каше расположена ниже опорной поверхности и формируется в области проймы.
Если о важной роли точного построения опорной поверхности одежды отмечается практически во всех исследованиях, которые касаются этой части изделия, то о каше, хотя и общепризнанна его важность, говорится, все-таки, крайне редко и делается это чаще всего практиками, занимающимися индивидуальным производством одежды. Говорить о каше удобнее всего на примерке, когда его видно или оно отсутствует.
Но преднамеренно проектировать каше сложно, используя традиционный, т.е. плоскостной подход к разработке конструкции. При трехмерном проектировании ситуация новая - получена возможность его проектирования.
Как показало трехмерное проектирование (трехмерная конструкция) каше формируется прогибом проймы под рукой (&2i), который преобразует исходную пройму в трехмерную модельную. Поэтому разработка конструкции прогиба в пространстве лифа изделия позволит детальнее исследовать и само каше.
Апробация показала, что оптимальная величина параметра Ь2\ составляет 11% от ширины проймы, т.е.: Ь2\ = 0.11 (аи + Ь4).
Следует отметить, что форма кривой I\ Р4о U может быть больше приближена к реальной форме, которая образуется в готовом изделии (см. пунктирную линии на рис. 3.16.), но это несколько усложняет расчет, не давая должного эффекта.
При переходе от поверхности манекена к поверхности одежды на уровне груди, т.е. при задании прибавок be и Ьъ происходит увеличение объема проектируемого объекта по всему периметру обхвата груди. Но в области сечения руки в плечевом суставе (в области проймы) в реальной ситуации рука сдерживает проектируемое увеличение объема. Поэтому здесь проектируется прогиб и обеспечивается возможность им управлять (варьировать значением параметра Ь2\, который можно менять независимо от предложенной рекомендации).
