Моделирование процесса проектирования одежды на женские фигуры с нарушениями осанки

технологии легкой промышленности

УДК 658.512.2

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОДЕЖДЫ НА ЖЕНСКИЕ ФИГУРЫ С НАРУШЕНИЯМИ ОСАНКИ

© 2009 г. В.В. Ландовский*, О.В. Пищинская**, В.Д. Фроловский*

*Новосибирский государственный технический университет

**Новосибирский технологический институт Московского государственного университета дизайна и технологии

*Novosibirsk State Technical University

**Novosibirsk Technological Institute of the Moscow Design and Technologies

Рассмотрены аспекты автоматизированного построения конструкций одежды с учетом особенностей осанки фигур потребителей. Определены функциональные составляющие интегрированной системы для трёхмерного проектирования швейных изделий. Рассмотрены этапы разработки одежды в автоматизированном режиме, начиная с разработки базовой конструкции и заканчивая виртуальной примеркой изделия на манекене.

Ключевые слова: трехмерное проектирование одежды; автоматизация; нарушения осанки; метод частиц.

Aspects of the automated garment designing taking into account consumers bearing features are considered. Functional components of the integrated system for three-dimensional garment designing are defined. Clothes development cycles in the automated mode, since working out of a base design and finishing virtual dressing products on a manikin are considered.

Keywords: three-dimensional garment designing; automation; bearing infringements; particle method.

На сегодня наиболее прогрессивной технологией проектирования изделий многих отраслей промышленности, в том числе и швейной, является трехмерное автоматизированное конструирование. 3D-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].

Структура потребностей населения усложнилась, и 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 благодаря системам автоматизированного проектирования одежды (САПР).

Сейчас на рынке существуют САПР одежды с различными функциональными возможностями. С их помощью предприятия швейной отрасли 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 разработки наглядно оценить посадку проектируемого изделия и его эстетические показатели на трёхмерном манекене.

Последовательность выполнения проектных работ при трёхмерном проектировании изделий на фигуры с различной осанкой включает несколько этапов, реализуемых с помощью различных программных модулей. Отсутствие сквозных связей между ними приводит к необходимости накапливать и хранить большие объёмы информации, разрабатывать технологию её передачи в средах 2D и 3D и конвертирования в преемственные форматы.

Очевидной становится задача создания целостной и интегрированной системы проектирования одежды, включающей в себя все необходимые модули и не нуждающейся в сторонних надстройках. При этом основным условием параметрической связи 2D и 3D модулей должна стать её гибкость, т. е. возможность отключения связей для автономной работы в одном из составляющих системы. Формирование единого программного комплекса на базе объединённых модулей

позволит осуществлять последовательный автоматизированный процесс проектирования изделий, начиная от этапа построения конструкции до её примерки.

По результатам проведённой работы выделены функциональные составляющие интегрированной системы для трёхмерного проектирования швейных изделий. Процесс проектирования новых моделей одежды на фигуры с различной осанкой состоит из нескольких этапов:

а) модификация типовой базовой конструкции с учетом осанки потребителя, построение модельной конструкции (САПР одежды);

б) экспорт конструкции в формат dxf, совестимый с программной средой AutoCAD, на базе которой функционируют составляющие комплекс модули;

в) построение дискретных моделей деталей одежды (наложение неравномерной сетки);

г) создание трёхмерного манекена на заданную фигуру (приложение «ModelMaker»);

д) визуализация примерки («сшивание» деталей с последующим наложением на поверхность манекена), оценка результата.

С целью выделения рационального количества размерных признаков, адекватно определяющих пространственную форму фигуры человека, проанализированы используемые в настоящее время в швейной промышленности размерные признаки для характеристики осанки. Определены следующие информативные признаки, которые необходимо учитывать при модификации базовой конструкции: высота плеч первая Вп1 (Т72'), характеризующая наклон плечевых скатов; положение корпуса Пк (Т74) и глубина талии первая Гт1 (Т78), характеризующие изгибы спинного контура, интервалы безразличия которых составляют: ДПк=2,5 см, ДВп1=2,0 см, ДГт1= 1,3 см.

Для исследования в НТИ МГУДТ был использован компьютерный оптический топограф «КомОТ». Отечественная топографическая система создана Новосибирским НИИТО Министерства здравоохранения Российской Федерации и допущена к применению в медицинской практике с 1996 г. [2]. Для выявления наиболее часто встречаемых типов осанки проанализированы результаты топографического обследования 250 женщин 18 - 19 лет, составившие выборку исследования. Из всего объёма полученной информации использованы снимки фронтальной и сагиттальной плоскостей. Анализ результатов топографического обследования выявил преобладание фигур с выпрямленной осанкой и низкими плечами (56 %), а также наличие значительного числа фигур с асимметричным плечевым поясом (27 %), среди которых у 60 % преобладает высота левого плеча, исходя из этого предложено при модификации конструкций учитывать отдельно высоту плеч правого и левого.

Анализ основных характеристик систем проектирования одежды на индивидуальные фигуры показал, что в большинстве из них процесс проектирования заключается в построении чертежа конструкции для конкретной фигуры, рассчитанной по измерениям заказчика по принятой методике проектирования.

Однако научными исследованиями доказана эффективность выполнения модификации базовых конструкций одежды с высоким уровнем статического соответствия типовым фигурам для учета особенностей осанки конкретной фигуры. Это направление представляет особый интерес, так как позволяет обеспечить стабильно высокое качество посадки изделий на фигурах потребителей и сократить трудоемкость про-ектно-конструкторских работ.

Для выполнения модификаций БК с учетом осанки фигуры необходимо, прежде всего, определить тип осанки конкретной фигуры и отклонения конкретных признаков, ее определяющих, от средних значений, принятых для фигур типового телосложения соответствующего роста, размера и полнотной группы.

С целью разработки программы определения типа осанки фигуры рассмотрены результаты сравнительного анализа возможностей, проведенного экспертными группами в области СУБД, применяемых при создании сетевых приложений и имеющих свободную лицензию. PostgreSQL является наиболее функциональной СУБД, позволяет расширять возможности с помощью пользовательских функций и применения различных процедурных языков, в частности, имеется поддержка PHP. Исходя из этого, база данных разработана средствами объектно-ориентированной реляционной системы управления базами данных (ООРСУБД) PostgreSQL 8.

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. Исходными данными являются 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; а также интервалы безразличия по этим признакам (рис. 1). Для написания программы использован язык VB.NET 2008.

Рис. 1. Окно программы определения типа осанки женской фигуры

Процесс построения и модификации базовых конструкций реализован в САПР «Грация» (фирма-разработчик «Инфоком», г. Харьков). «Грация» принадлежит к числу параметрических систем, в которых описание геометрического объекта проектирования осуществляется на специальном проблемно-ориентированном языке, информация о нем хранится в виде программы и занимает малый объем памяти компьютера.

«Грация» предполагает возможность выделения любых необходимых фрагментов алгоритма расчета и построения и их записи в виде блоков, которые можно включать во вновь создаваемые алгоритмы, задавая в каждом конкретном случае значения параметров. САПР также обладает следующими возможностями: использование и редактирование необходимых для расчета постоянных и переменных величин, хранящихся в базах данных: общей (где находятся величины размерных признаков фигур) и относящейся только к описываемому построению; автоматический пересчет и перестроение чертежа на любой стадии выполнения процесса при изменении значений одного или нескольких параметров [3]. Для автоматизированной модификации базовых основ для фигур с различной осанкой разработан алгоритм. Сохранение файлов конструкции осуществляется в формате dxf.

Для построения галереи компьютерных манекенов женских фигур с отклонениями осанки использован метод порождающих моделей [4]. Манекен типовой женской фигуры, построенный в соответствии со стандартными размерными признаками, подвергается внешней и внутренней параметризации, в результате полученная модель манекена близка к индивидуальным данным конкретного человека.

Исходной информацией для создания компьютерного манекена служат размерные признаки фигуры: Р, Ог, Об, Пк, ГтЬ Вщ. Окно программы с загруженной сформированной ранее моделью конкретной фигуры

представлено на рис. 2.

Для выбора способа отображения манекена предусмотрен ряд опций в группе «Визуализация»: возможно отображение вертикальных, горизонтальных каркасных линий, узловых точек, сплошной поверхности (с тенью и без) в любом сочетании, а также установка цвета фона, линий, поверхности. Приложение позволяет отображать манекен в любой проекции, а также в анимированном режиме.

Процесс визуализации изделия на манекене сводится к поэтапному выполнению следующих действий. Необходимо построить дискретные модели отдельных плоских деталей, осуществить их стачивание в трехмерное изделие и выполнить наложение его на манекен, при условии, что ткань обладает заданными физическими свойствами. При этом манекен представлен конечным набором точек, которые являются вершинами составляющих его граней. Моделирование сборки трехмерных изделий из плоских заготовок является одним из наиболее сложных этапов проектирования. Некоторые графические пакеты позволяют решить проблему деформационного моделирования ткани, используя геометрические методы, не задумываясь о её свойствах. Внимание заостряется на таких моментах, как складки, сгибы, которые можно описать геометрическими уравнениями. Однако в данном случае больший интерес представляет воспроизведение естественного поведения ткани с учетом ее физических свойств, индивидуальных для каждого конкретного материала. Одним из успешно развивающихся методов, позволяющих решить поставленную задачу, является метод частиц [5]. Предложение рассматривать ткань как систему взаимосвязанных частиц возникло из того, что порядок расположения нитей, образующих ткань, остается неизменным даже при существенных деформациях, а деформация ткани представляет собой изменение формы и размеров ячеек (рис. 3).

Рис. 2. Приложение «ModelMaker» с загруженной моделью, вид справа

Рис. 3. Дискретная модель ткани

Для обеспечения реалистичности модели учитываются различные типы взаимодействий между частицами: растяжение - сжатие; сдвиг и изгиб. Взаимодействие отталкивания (растяжение) вводится для обеспечения условия, что имеется минимальное расстояние между частицами, предотвращающее самопересечение ткани, сжатие соединяет каждую частицу с ее четырьмя соседями и представляет собой силу натяжения нити. Взаимодействия изгиба обусловлены изгибом нитей относительно плоскости окружающей ткани. Сдвиг представляет собой деформацию ячейки сети (рис. 4).

Силы перечисленных взаимодействий можно определить следующим образом:

Кр,сж = k(10 - 1); Ксдв = ^сдв (Фо - Ф); Ки = ^и с^(0 / 2) .

Для моделирования деталей произвольной формы используется частично равномерная сетка, основная идея построения которой заключается в перемещении граничных частиц в точки пересечения линий равномерной прямоугольной сетки и линий контура детали. Преимущество этого подхода в том, что для формирования сетки нужно выбрать только один параметр -шаг, а все остальные операции будут выполнены автоматически.

Уравнение движения частицы имеет следующий

вид:

тгг1+ СгГ'г + + Е ^ (гг,Г] ) = 0 ,

2} - положения частицы в трехмерном mi - масса; g - ускорение свободного

где г = {Хг, у пространстве

падения; с < 0 - константа демпфирования. Составляющую сгг/ можно интерпретировать как суммарные потери энергии в системе, обусловленные взаимодействием с окружающей средой и трением между

волокнами ткани. Последняя составляющая уравнения движения - результирующая сила внутренних взаимодействий, где Ri - множество индексов частиц взаимодействующих с 1-й.

Процесс моделирования сводится к решению задачи Коши для системы дифференциальных уравнений движения частиц, которая имеет следующий вид:

г" = М(г, г").

Начальные условия: г\ = г0, г'I = 0, где г =

»0 ''0

= {гг}; К(г,гг) - функция, описывающая действие внутренних и внешних сил на ткань; М - матрица инерции - диагональная матрица, описывающая распределение масс ткани; и решается явным методом, имеющим второй порядок точности:

гп+1 - гп = К+1; Vn+1 -Уп = Ш (гп п X где V = г'.

В процессе движения ткань взаимодействует с твердыми объектами - в данном случае манекеном, который представлен конечным набором треугольных граней. После каждого шага интегрирования наступает этап, на котором ищутся возможные пересечения траекторий движения частиц и граней. В случае пересечений скорость и положение частиц корректируются так, чтобы частица оказалась вне манекена на некотором расстоянии, имитирующем толщину ткани, возврат производится по нормали к грани, проходящей через точку пересечения [6].

Сборка модели одежды и наложение ее на поверхность манекена представляет собой следующую последовательность действий:

1) расположение стачиваемых деталей и манекена в непосредственной близости друг от друга, чтобы избежать напрасных затрат на сближение;

2) определение частиц, которые будут участвовать в формировании шва - подвергнутся воздействию внешних сил, обеспечивающих их сближение;

3) запуск процесса моделирования;

Результаты описанного процесса представлены на

рис. 5.

Результаты работы в дальнейшем могут быть использованы для решения задач автоматизированного трёхмерного проектирования одежды, максимально учитывающего персонифицированные требования потребителей.

о о о о

о о

о о

о о о о

lo l

¿=1 fc

Фо

*—Q>

Q0-

e

Рис. 4. Типы взаимодействий между частицами ткани

Ф

а б в

Рис. 5. Результаты примерки базовой конструкции на фигуру с отклонениями осанки: а - виртуальная примерка типовой конструкции на нетиповой фигуре; б - виртуальная примерка модифицированной конструкции; в - реальная примерка модифицированной конструкции

Реализация трехмерного компьютерного проектирования одежды на начальных этапах создания швейного изделия позволяет избежать длительного, мате-риалоемкого и дорогостоящего создания реальных образцов одежды.

Разрабатываемая система автоматизированного проектирования позволит соединить интересы индивидуального потребителя и промышленного производства. Внедрение САПР позволит получить значительный экономический и социальный эффект, так как будет способствовать улучшению качества посадки и внешнего вида одежды, комфорта в эксплуатации.

Кроме того, использование модуля трехмерной визуализации обеспечит снижение материалоемкости и трудоемкости изделий.

Литература

Булатова Е.Б. Исследование изменений размеров и формы тела и конструкции женской одежды в зависимости от осанки : дис. ... канд. техн. наук. М., 1981. Мониторинг деформации позвоночника методом компьютерной топографии : пособие для врачей. Новосибирск, 2003. 44 с.

3. Ещенко В. САПР «ГРАЦИЯ» - 30 лет на службе легкой промышленности // Директор. 2007. № 3. С. 4-5. Фроловский В.Д. Избранные задачи трёхмерного проектирования. Параметризация сложных поверхностей : учеб. пособие. Новосибирск, 2005. 165 с. Hockney W., Eastwood J.W. Computer Simulation Using Particles. McGraw-Hill, N.Y., 1981.

6. Ландовский В.В. Моделирование взаимодействий ткани с твердыми многогранными объектами // Сб. науч. тр. НГТУ, 2006. № 2(44). С. 53-58.

2

4

5

Поступила в редакцию

28 сентября 2009 г.

Ландовский Владимир Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра АСУ, Новосибирский государственный технический университет.

Пищинская Ольга Владимировна - доцент, кафедра технологии и дизайна швейных изделий, Новосибирский технологический институт Московского государственного университета дизайна и технологии. Тел. 8-383-22493-43. E-mail: kaenlorn@mail.ru.

Фроловский Владимир Дмитриевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой АСУ, Новосибирский государственный технический университет. E-mail: frolovsky@asu.cs.nstu.ru

Landovsky Vladimir Vladimirovich - Candidate of Technical Science, assistant professor, department of the automatic control system, Novosibirsk State Technical University.

Pischinskaya Olga Vladimirovna - assistant professor, department of the garments technology and design of the Novosibirsk Technological Institute of the Moscow Design and Technologies. Ph. 8-383-224-93-43. E-mail: kaenlorn@mail.ru

Frolovsky Vladimir Dmitrievich - Doctor of Technical Science, professor, head of department of the automatic control system, Novosibirsk State Technical University. E-mail: frolovsky@asu.cs.nstu.ru