Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ современных информационных технологий и подходов к проектированию одежды на фигуры с нарушениями осанки 10
1.1 Анализ методов представления графической информации для конструирования одежды 10
1.1.1 Анализ уровня технологий трехкоординатного сканирования объектов 11
1.1.2 Анализ уровня компьютерных технологий, используемых при имитации поверхности тела человека 15
1.1.3 Обзор разработок в области представления поверхности одежды. 18
1.1.4 Анализ реализации процесса трёхмерной примерки изделий в ЗБ-модулях САПР одежды 21
1.2 Анализ существующих подходов к проектированию одежды на фигуры с нарушениями осанки 27
1.2.1 Анализ и классификация типов осанки, принятых в медицинской практике 27
1.2.2 Размерные признаки, используемые для характеристики осанки женских фигур 29
1.2.3 Анализ и классификация типов осанки, принятых в швейной промышленности 32
1.2.4 Анализ научных исследований изменений размеров и формы тела и конструкции одежды в зависимости от осанки 34
Глава 2 Выявление информативных признаков, определяющих влияние осанки на конструкцию швейного изделия и качество его посадки на фигуре человека 39
2.1 Использования информации о деформации позвоночника, полученной методом компьютерной оптической топографии 39
2.1.1 Определение размерных признаков, характеризующих осанку, с помощью оптического топографа 40
2.1.2 Статистическая обработка результатов выборочного антропометрического исследования фигур женщин 18-19 лет 44
2.2 Модификация базовых основ одежды для фигур с различной осанкой 50
2.3 Разработка рациональной структуры информационной базы данных,-обеспечивающих адекватную визуализацию фигуры 52
2.4 Использование зрительных иллюзий и определения цветотипа внешности для формирования гармоничных моделей женской одежды...56 Выводы по главе 2 57
Глава 3 Разработка алгоритмов программного обеспечения проектирования конструкций женской одежды на фигуры с отклонениями осанки 59
3.1 Этапы процесса проектирования новых моделей одежды с использованием трехмерных компьютерных технологий 59
3.2 Разработка алгоритма программы определения типа осанки фигур ...61
3.2.1 Выбор модели женского жакета с учетом гармонизации облика потребителя 67
3.2.2 Разработка информационного и графического наполнения базы данных предпочтительного решения моделей жакетов 68
3.2.3 База данных цветотипа внешности 73
3.3. Разработка алгоритма построения и модификации базовой конструкции для САПР «Грация» 74
Глава 4 Разработка модели процесса «одевания» трехмерного манекена в изделие, визуализация примерки 84
4.1 Определение состава и объема необходимой информации для функционирования процесса «одевания» цифровой модели швейного изделия на виртуальный манекен 84
4.1.1 .Последовательность создания трёхмерного манекена на фигуры с различной осанкой 85
4.1.2 Построение дискретных моделей деталей 86
4.2 Разработка математического и алгоритмического обеспечения дискретизации линий контура деталей конструкции 87
4.3 Алгоритм сборки виртуального изделия на компьютерном манекене 93
4.4 Оценка эффективности использования программного обеспечения при внедрении результатов работы 99
Основные результаты и выводы 104
Список использованных источников 106
Приложения 118
- Анализ существующих подходов к проектированию одежды на фигуры с нарушениями осанки
- Модификация базовых основ одежды для фигур с различной осанкой
- Разработка алгоритма программы определения типа осанки фигур
- Разработка математического и алгоритмического обеспечения дискретизации линий контура деталей конструкции
Введение к работе
Актуальность работы. На сегодняшний день наиболее прогрессивной технологией проектирования изделий многих отраслей промышленности, в том числе и швейной, является трехмерное автоматизированное конструирование. ЗБ-технология на базе современной компьютерной техники активно входит в практику проектирования, позволяя существенно сократить сроки разработки проектов. Одежда массового производства выпускается в настоящее время только на фигуры с так называемой «нормальной» осанкой, которую, как считалось, имеет большинство населения. Однако, как показали результаты многолетних исследований, проведенных в МГУДТ совместно с лабораторией прикладной антропологии НИИ антропологии МГУ, частота встречаемости фигур с нормальной осанкой не превышает 25 - 30%. Этим в свою очередь обусловлен низкий уровень удовлетворённости потребителей качеством посадки одежды промышленного производства [1].
В соответствии со Стратегией развития легкой промышленности России на период до 2020 года разработка автоматизированных систем проектирования, и производства одежды по индивидуальным заказам признана одним из приоритетных направлений научно-исследовательских работ. Конечным результатом должно явиться производство, обеспечение населения с повышенными запросами и нестандартными фигурами качественной соразмерной одеждой [2]. Структура потребностей населения усложнилась, поэтому адресный подход к процессу проектирования одежды является важнейшим условием решения задач повышения качества и обеспечения сбыта продукции. Очевидно, что при данном подходе необходим учет большого числа размерных признаков, характеризующих особенности фигур, который возможен лишь при широком привлечении средств комплексного автоматизированного проектирования. Сокращение трудозатрат на технические аспекты подготовки производства обеспечивается за счет систем автоматизированного проектирования одежды (САПР).
Созданы и успешно используются на предприятиях швейной отрасли САПР одежды с различными функциональными возможностями. С их помощью специалисты пытаются решить сложную проблему: при ограниченном количестве размеро-ростов изделий обеспечить максимальную удовлетворенность населения готовой одеждой.
Приоритетным направлением совершенствования современных методов трёхмерного проектирования одежды является разработка программных модулей, позволяющих ещё на этапе конструирования наглядно оценить посадку проектируемого изделия и его эстетические показатели на трёхмерном манекене. Однако большинство систем ориентировано на проектирование одежды для потребителей с «нормальной» осанкой.
Таким образом, разработка методик проектирования женской одежды на нетиповые фигуры с использованием ЗР-технологий является актуальным направлением автоматизации проектирования швейных изделий.
Цель диссертационной работы заключается в создании элементов САПР женских плечевых изделий с учетом осанки фигур.
Для достижения поставленной цели решались следующие научные и практические задачи:
Анализ существующих подходов к проектированию одежды на фигуры с нарушениями осанки
В медицине осанка человека характеризуется четырьмя изгибами позвоночника в сагиттальной плоскости [46].
В зависимости от величины изгибов позвоночника в медицинской практике выделяют нормальную и нарушенную осанку. Нормальная осанка характеризуется прямым положением головы, симметричным расположением ягодичных складок, ровным положением таза, одинаковой длиной нижних конечностей. Нормальный позвоночник сзади образует прямую линию от головы до крестца. Если приложить отвес к седьмому шейному позвонку (он находится у основания шеи и больше всех выступает назад), то нижняя часть отвеса будет проходить ровно через межъягодичную складку.
Дефекты осанки условно можно разделить следующим образом: нарушения осанки во фронтальной, сагиттальной плоскости и нескольких плоскостях одновременно. Для каждого вида нарушения осанки характерно свое положение позвоночника, лопаток, таза и нижних конечностей [47].
Нарушение осанки в сагиттальной плоскости может быть связано как с увеличением одного или нескольких физиологических изгибов (сутулая, круглая, кругло-вогнутая спина), так и с их уменьшением (плоская, плосковогнутая спина).
Нарушения осанки во фронтальной плоскости характеризуются нарушением симметрии между правой и левой половиной туловища, отклонением линии позвоночника от вертикальной прямой. Сопровождаются легкой асимметрией надплечий, углов лопаток и положения таза. Линия остистых отростков формирует дугу, обращенную вершиной вправо или влево. Мышцы на одной половине туловища чуть более рельефны, чем на другой. Если изменения происходят во всех трех плоскостях, в том числе горизонтальной (происходит скручивание самого позвонка и смещение позвонков друг относительно друга), такое нарушение называют сколиозом [48].
При этом оценка осанки человека и определение её принадлежности к определённому типу в медицинской практике осуществляется соматоскопическим методом (визуально) при осмотре человека сзади, сбоку и спереди. Такой метод предполагает комплексную визуальную оценку более чем двадцати различных показателей. Из них Т.С. Морозовой в ходе анализа, обобщения и максимального упрощения были выделены тринадцать наиболее часто используемых: шесть во фронтальной плоскости (вид сзади) и семь в сагиттальной плоскости (вид сбоку) [49].
Очевидно, что визуальный метод имеет ряд недостатков: требует достаточного для надежной оценки опыта, не дает четкого представления о степени нарушения (субъективен), так как предполагает установление качественных, а не количественных характеристик [50].
Таким образом, в швейной промышленности нецелесообразно использовать принципы классификации и оценки осанки, принятые в медицинской практике. Многие показатели осанки отличаются сложностью установления количественных характеристик и недостаточно информативны, что делает их непригодными для практических целей швейного производства.
Осанку фигуры в швейном производстве определяют по форме сагиттальных изгибов позвоночного столба при рассматривании фигуры в профиль. При этом оценивают степень изгибов шейного и поясничного отделов с помощью следующих размерных признаков:
Т8з — глубина шеи — расстояние, измеренное от вершины остистого отростка седьмого шейного позвонка до вертикально расположенной линейки, касающейся позвоночника в области лопаточной точки.
Т82 - глубина спины между лопатками - расстояние, измеренное от позвоночника до горизонтально расположенной линейки, касающейся лопаточных точек.
Т84— глубина талии первая - расстояние, измеренное от отметки уровня талии на позвоночнике до вертикально расположенной линейки, касающейся позвоночника в области межлопаточной точки
T8i - глубина между продольными мышцами спины на уровне глубинно-поясничной точки - расстояние, измеренное от позвоночника до горизонтально расположенной линейки, касающейся продольных мышц спины на уровне талии (рис. 1.1) [1].
Для целей конструирования целесообразнее использовать размерные признаки, характеризующие не изгибы позвоночного столба, а кривизну спинного контура, которая может быть описана размерными признаками Пк,
Пк (Т74) - положение корпуса — расстояние, измеренное по горизонтали от шейной точки до вертикальной плоскости, касательной наиболее выступающих точек обеих лопаток.
Гті (T78) - глубина талии первая - расстояние, измеренное по горизонтали от вертикальной плоскости, касательной наиболее выступающих точек лопаток до линейки, приложенной горизонтально к продольным мышцам спины на уровне линии талии.
ГТ2 (Т79) - глубина талии вторая - расстояние, измеренное по горизонтали от вертикальной плоскости, касательной наиболее выступающих точек ягодиц до линейки, приложенной горизонтально к продольным мышцам спины на уровне линии талии (рис. 1.2) [51].
Модификация базовых основ одежды для фигур с различной осанкой
Проектирование одежды на фигуры с различной осанкой можно осуществить двумя способами: а) посредством установления многофакторных эмпирических зависимостей для расчета положения основных конструктивных точек с применением способов приближенного конструирования; б) посредством модифицирования конструкций базовых основ одежды, разработанных для фигур типового телосложения с учетом отклонений по признакам осанки и установления их взаимосвязи с изменениями зависящих от них конструктивных параметров одежды [55].
В данной работе рассматривается второй способ ввиду его наибольшей простоты и надёжности.
В качестве исходных данных для модифицирования конструкций одежды на фигуры с различной осанкой необходимо иметь унифицированные конструкции базовых основ одежды для фигур типового телосложения с нормальной осанкой базисных размеров (обладающих высокими эргономическими показателями статического и динамического соответствия). Кроме того, необходимо знать закономерности изменения размерных признаков тела и конструктивных параметров одежды, а также установленные применительно к одежде каждого вида значения интервалов безразличия по признакам осанки (Т74 и Т 72) [72].
Проектирование разнообразных модельных конструкций одежды для фигур с различной осанкой можно осуществлять на одной базовой основе конструкции, разработанной на базисный размер фигуры типового телосложения (с нормальной осанкой) с использованием унифицированных зон опорных участков конструкции, соответствующих размерам и форме фигур с различной осанкой. Использование унифицированных конструкций на фигуры с различной осанкой эффективно при индивидуальном изготовлении одежды, при адресном проектировании. Наряду с закономерностями изменений конструктивных параметров унифицированные конструкции базовых основ могут быть применены в качестве информационного обеспечения в САПР одежды при создании баз данных [55]. Конструктивные параметры могут быть определены по номограммам [53,55,73,74].
Исследованиями качества посадки одежды промышленного производства на фигурах с различной осанкой и высотой плеч выявлен эффект взаимодействия дефектов посадки одежды на фигурах с отклонениями по обоим признакам осанки (Пк и Впі), выражающийся в том, что при определенных сочетаниях отклонений признаков осанки происходит усиление или, наоборот, ослабление некоторых дефектов. Степень проявления дефекта (усиления или ослабления) зависит от конкретных особенностей формы тела человека. Так усиление дефектов происходит при сочетании низких плеч и выпрямленной осанки (данный тип фигур имеет наибольшую встречаемость по результатам анализа выборки).
Проведённые специалистами исследования показали возможность использования одной конструкции рукава, разработанной для фигуры со средним значением Вп1, в изделиях для фигур с высокими и низкими плечами (в пределах АВпі=±2). При этом некоторые изменения требуется вносить в конструкцию рукава при проектировании изделия на фигуру с выпрямленной осанкой, так как при отклонении осанки от нормальной происходит значительная переориентация антропометрических точек в пространстве. Основные параметры рукава, требующие уточнения - это высота оката и положение вершины оката [75].
Разработка алгоритма программы определения типа осанки фигур
Исходными данными для разработки алгоритма являются ведущие размерные признаки (рост, обхват груди третий, обхват бедер) — для идентификации типовой фигуры, наиболее близкой к конкретной; а также признаки, характеризующие осанку (положение корпуса, высота плеча первая, глубина талии первая) — для определения типа осанки. Кроме этого, исходными данными являются значения интервалов безразличия по всем признакам. Расчёт отклонений (AT}) размерных признаков конкретной фигуры (Т;к) от типовых значений (TjT) производится по алгоритму, представленному на рисунке 3.2. Из ряда j типовых величин Т,т переменной TjTK (типовое значение размерного признака, соответствующие конкретной фигуре) присваивается та типовая величина, в интервале безразличия которой находится значение размерного признака конкретной фигуры (Т;к). Для создания систем, содержащих множество однотипной информации, требующей структуризации и быстрого доступа к любой записи, используются системы управления базами данных (СУБД) [88,89]. С целью разработки программы определения типа осанки фигуры рассмотрены результаты сравнительного анализа возможностей (таблица 3.1), проведенного экспертными группами в области СУБД, применяемых при создании сетевых приложений и имеющих свободную лицензию [90]. Из таблицы видно, что PostgreSQL является наиболее функциональной , СУБД, позволяет расширять возможности с помощью пользовательских функций и использования различных процедурных языков, в частности, имеется поддержка РНР. Исходя из этого, база данных разработана средствами объектно-ориентированной реляционной системы управления базами данных (ООРСУБД) PostgreSQL 8 [91]. Особенности реляционной базы данных можно сформулировать кратко следующим образом: - данные хранятся в таблицах, состоящих из столбцов (атрибутов) и строк (записей); - на пересечении каждого столбца и строчки стоит в точности одно значение; у каждого столбца,есть свое имя, которое служит его названием, и все значения в одном столбце имеют один тип; запросы к базе данных возвращают результат в виде таблиц, которые тоже могут выступать как объект запросов; - строки в реляционной базе данных неупорядочены, упорядочивание производится в момент формирования ответа на запрос; - общепринятым языком работы является SQL; - этапы формирования реляционной базы данных происходят по установленным спецификацией правилам и называются нормализацией. Существует множество мнений по поводу применения объектно-реляционных баз данных. Они более функциональны, так имеют расширенное множество методов и операций. Разработан модуль для автоматического расчёта отклонений размерных признаков конкретной фигуры от типовой, позволяющий определить тип женской фигуры по признакам осанки, а также цветотип внешности для подбора цветовой гаммы изделия (рис. 3.3). Для определения состава и структуры исходной информации для формирования базы данных выявлены параметры, характеризующие достоверность, объективность и эффективность процесса проектирования. В данной работе таковыми исходными данными предложено считать: - ведущие размерные признаки (рост, обхват груди, обхват бедер) - для идентификации типовой фигуры, наиболее близкой к конкретной; - размерные признаки, характеризующие осанку, - для определения её типа и последующего выбора соответствующей базовой конструкции; - интервалы безразличия по этим признакам. Графический интерфейс модуля служит для вывода результатов расчёта и задания исходных данных модификации базовой конструкции (рис.3.4).
Разработка математического и алгоритмического обеспечения дискретизации линий контура деталей конструкции
Детали переда и спинки базовой конструкции представляются в виде совокупности нескольких четырехугольных контуров. Построение неравномерной сетки ведется по заданному плоскому четырехугольному контуру П, стороны которого представлены в виде параметрических кривых Безье bt,i 1,4: Кривые заданы узловыми точками где j = 0, m, к = 0, n — индексы узловых точек; (w + 1), (я + 1) - число узловых точек, принадлежащих парам противоположных сторон контура (рис. 4.2). Крайние точки кривых являются как узловыми, так и опорными точками:
Требуется определить положение опорных точек Sy. Графическая САПР AutoCAD использует в качестве интерполирующих кривых равномерные (uniform spline) и неравномерные рациональные сплайны [103]. Команда SPLINE создает равномерный сплайн, каждой узловой точке которого соответствует параметр где к = 0, N, N - максимальный индекс узловой точки, соответствующий конечной. Параметр t є [0,1]. Координаты сплайнов являются полиномами параметра кривой. Кривая Безье задается выражением: где рг — функция компонент векторов опорных вершин; - биноминальный коэффициент; \1J й(и-і)! п — степень полинома; і = 0,п - порядковый номер опорной вершины. Для определения опорных точек Рг по узловым Вк = B(tk) предложен следующий алгоритм. Составляется система алгебраических линейных уравнений с (и-1) неизвестными функциями компонент векторов опорных вершин: Система решается с помощью численного метода с /. /-разложением матрицы А.Алгоритм можно записать в виде: LUI{A) = Для построения сетки необходимо получить уравнения касательных в точках, делящих стороны контура О на равные по длине криволинейные сегменты. В системе AutoCAD такие точки можно найти с помощью команды _divide, значения параметра t в этих точках с помощью метода API GetParameterAtPoint.
Для объективной оценки качества конструкции предлагается использование следующих показателей, оказывающих существенное влияние на оценку качества посадки одежды и доступных для количественного измерения: отвесность положения краев бортов переда, боковых швов и среднего шва спинки; горизонтальность положения низа изделия; положение плечевых швов; соответствие месторасположения вытачек на выпуклость груди и наиболее выступающих точек груди. Значения допускаемых отклонений для измеряемых показателей качества посадки одежды установлены с использованием метода визуальной экспертной оценки.
Согласно этому методу величины погрешностей (дефектов посадки) могут быть допущены только такие, которые незаметны глазу человека [73]. Оценку положения бортов, боковых швов, среднего шва спинки и линии низа целесообразно производить в угловых единицах — по величине отклонения контролируемых линий от номинального положения (вертикального и горизонтального). Так, допускаемое отклонение линии низа от горизонтали составляет 1,7, отклонение края борта и среднего шва спинки от вертикали -1,8, бокового шва от вертикали - 3. Положение плечевых швов контролируется положением антропометрических точек на манекене (плечевой и точки основания шеи сбоку). Кроме этого, определяется соответствие положения конца вытачки на выпуклость груди на детали переда и положения сосковой точки на манекене.
Проведение виртуальной примерки базовой конструкции позволяет оценить гладкость поверхности деталей, отвесность краев бортов, линий боковых швов, горизонтальность положения низа изделия, перемещение плечевых швов. Определение основных показателей качества посадки базовой основы на фигуре позволяет судить о соответствии размеров и формы участков статического контакта одежды размерам и форме опорной поверхности тела человека.
Апробированная качественная базовая конструкция для индивидуального потребителя сохраняется в виде отдельного файла и в дальнейшем используется для построения модельной конструкции изделия.
На основании анализа результатов настоящей работы установлено, что применение представленных методик и алгоритмов, а так же программного обеспечения процесса трехмерного компьютерного проектирования плечевых изделий на женские фигуры с нарушениями осанки обеспечит социальный и экономический эффект.
Социальный эффект выражается в повышении уровня качества готовой продукции, что обусловлено уменьшением влияния субъективного фактора на проектные результаты и сокращением временных затрат потребителя на промежуточные примерки. Это позволит увеличить объем реализации продукции, а, следовательно, обеспечить дополнительный прирост прибыли.
Экономический эффект характеризуется снижением трудоемкости проектирования женской одежды на индивидуальных потребителей и ростом производительности труда за счет автоматизации этапов ее конструкторской разработки. При использовании методики трёхмерного проектирования упрощается процесс разработки новой модели: исключается необходимость выполнения таких трудоёмких операций, как модификация базовой конструкции по признакам осанки, раскрой и изготовление макетов для отработки конструкции на индивидуального потребителя.
