УСТАНОВКА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ В САПР ОБЩЕГО И СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ВИРТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА СО СЛОЖНОЙ ПЛАСТИКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
INSTALLATION FOR REPRESENTATION OF 3D MODEL OF OBJECT WITH COMPLEX SURFACE RELIEF IN SPECIAL PURPOSE CAD SYSTEM

Изобретение относится к швейной промышленности, а именно, к устройствам для получения исходных данных в виде фото- и видеоизображений для последующего воспроизведения трехмерных виртуальных моделей объектов со сложной пластикой поверхности в системах автоматизированного проектирования (САПР) общего и специального назначения и измерения проекционных и дуговых параметров и координат точек их поверхности, для построения горизонтальных и вертикальных сечений поверхности объектов, может быть использована при проведении антропометрических обмеров населения с исследовательской целью.
Известно устройство, представленное в виде стенда для съемки фигуры человека (Стебельский М.В. Макетно-модельный метод проектирования одежды. М.: Легкая индустрия, 1979. Стр. 63-68, 72-79), состоящего из: стерефотограмметрической фотосъемочной камеры, включающей две фотограмметрические камеры, соединенной со средством настройки направления оптической оси; штатива; опорной поверхности, выполненной в виде станины с поворотной платформой для размещения фотографируемого человека, с горизонтальными нивелирными рейками, с вертикальными отвесами; экрана для создания фона снимка; основных осветителей и подсветки. Обработка снимков производится на стереопланиграфе с координатографом. Снимки размещаются в стереопланиграфе и ориентируются по изображениям нивелирных реек и нитей отвесов. Фронтально-профильные проекции и горизонтальные сечения фигуры человека получают на планшете с помощью координатографа в выбранном масштабе путем обводки измерительной маркой стереоскопической модели фигуры, видимой в наблюдательные микроскопы стереопланиграфа. Установка позволяет получить трехмерную стереоскопическую модель и сформировать вертикальные и горизонтальные сечения поверхности измеряемого объекта.
Недостатками устройства являются: сложность порядка размещения узлов устройства в пространстве; сложность процесса настройки направления оптической оси камер, а также необходимость проведения рабочих проверок при невозможности эксплуатации устройства вне стационарных условий, затягивающих процесс настройки; высокие требования к освещению ввиду использования в составе устройства крупногабаритных узлов; необходимость вращения поворотной платформы с находящимся на ней человеком, что не позволяет сохранять исходное положение тела человека в пространстве; трудоемкость методов обработки снимков для формирования трехмерной виртуальной модели измеряемого объекта в САПР общего и специального назначения.
Наиболее близким аналогом устройства (прототипом) является устройство для снятия размерных признаков методом фотограмметрии [Пат. 42157 Российская федерация, МПК А41Н 1/00. Устройство для снятия размерных признаков методом фотограмметрии / Карабанова Н.Ю., Волкова В.М., Смирнова Л.М., Романов В.В., - №2004120147/22, заявл. 05.07.04; опубл. 27.11.04.], состоящее из: опорной поверхности, экрана, вертикальных нивелирных реек и отвесов, фотосъемочной цифровой камеры, подключенной через кабель USB к персональному компьютеру, объединенной со средством настройки направления оптической оси, штатива, опоры которого выставлены по опорной разметке, выполненной на коврике, с нивелирными разметками по краям коврика, совмещенными в перпендикулярном направлении с вертикальными нивелирными рейками, жестко зафиксированными на экране из матового полотна, который установлен на полукруглых опорах с возможностью изменения угла наклона относительно опорной поверхности, горизонтальных нивелирных реек, а также вертикальной и горизонтальной контрастных разметочных линий, съемного лазерного визира.
Недостатками прототипа являются: необходимость вращения поворотной платформы с находящимся на ней человеком, что не позволяет сохранять исходное положение тела человека в пространстве, что снижает точность измерения; невозможность измерения дуговых параметров человека; невозможность построения горизонтальных и вертикальных сечений поверхности фигуры человека; невозможность получения трехмерной модели фигуры человека; невозможность получения исходных данных для воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели фигуры человека.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности съемки путем уменьшения числа необходимых вращений поворотной платформы с установленным на ней объектом измерения, за счет обеспечение получения исходных данных в виде фото- и видеоизображений для последующего воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели объекта со сложной пластикой поверхности, представленного фигурой человека или манекена и одежды на них, и измерения проекционных и дуговых параметров и координат точек поверхности, для построения горизонтальных и вертикальных сечений поверхности объектов.
Указанный результат достигается тем, что в установке для воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели объекта со сложной пластикой поверхности, содержащей подключенное через кабель USB к персональному компьютеру средство для съемки объекта, установленное на штативе, опоры которого выставлены по опорной разметке, выполненной на горизонтальной опорной поверхности, вертикальные нивелирные рейки, съемный лазерный визир, согласно изобретению, опорная поверхность выполнена из горизонтального основания для постановки объекта исследования и горизонтального основания для постановки средства для съемки объекта, каждое из оснований установлено на двух парах ножек и снабжено водяным уровнем на поверхности основания, на основании для постановки объекта исследования нанесена круговая разметка по 5°, зафиксирована металлическая риска, закреплен с фиксированным центром поворотный круг, разделенный на сектора по 5°, с нанесенными линиями срединно-сагиттальной и фронтальной плоскостей, на основании для постановки средства для съемки объекта нанесено положение срединно-сагиттальной и фронтальной плоскостей и разметка для установки средства для съемки объекта, в качестве средства для съемки объекта использованы цифровые фото- или видео- камеры или веб-камеры «Kinect», количество средств для съемки объекта и оснований для их постановки использовано от одного до пяти, расположены они по дуге окружности относительно основания для постановки объекта, на поворотном круге выполнена съемная платформа высотой 80-100 см, содержащая верхнее и нижнее основания, которые соединены между собой четырьмя вертикальными опорами, на каждом основании нанесены линии срединно-сагиттальной и фронтальной плоскостей, в местах пересечения которых выполнены отверстия для фиксации вертикальной стойки для промышленного манекена.
Совокупность существенных признаков предлагаемой установки для воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели объекта со сложной пластикой поверхности дает возможность сократить необходимое число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования за счет мобильности отдельно стоящего горизонтального основания для постановки средства для съемки и увеличения количества средств для съемки и оснований для их постановки, что позволяет сохранить неизменное положение исследуемого объекта в пространстве и ускорить процесс проведения съемки; повысить точность съемки; получить исходные данные для последующего формирования в САПР общего и специального назначения виртуальной трехмерной модели объекта со сложной пластикой поверхности и измерения проекционных и дуговых параметров и координат точек их поверхности, построения вертикальных и горизонтальных сечений. Установка быстро монтируется и демонтируется, ее узлы снабжены средствами, позволяющими точно разместить их в пространстве, а также точно настроить положение оптической оси средства для съемки объекта в пространстве, а значит получить более корректные снимки, и, как следствие, более точные величины параметров трехмерной виртуальной модели объекта. Количество горизонтальных оснований для постановки средства для съемки и количество средств для съемки объекта, представленных цифровыми фото- или видеокамерами или веб-камерами «Kinect», может достигать от одного до пяти штук. Использование одного средства для съемки объекта в установке подразумевает вращение поворотного круга три раза, если правая и левая части объекта симметричны, и семь раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование одного средства для съемки объекта в установке возможно при съемке статичных объектов, например, промышленного манекена фигуры, вращение которого совместно с поворотным кругом не приводит к изменению положения манекена и его частей. Использование в установке двух средств для съемки объекта уменьшает число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования до одного раза, если правая и левая части объекта симметричны, и до трех раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование в установке трех средств для съемки объекта уменьшает число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования до одного раза, если правая и левая части объекта симметричны, и до двух раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование в установке четырех-пяти средств для съемки объекта не требует вращения поворотного круга с установленным объектом исследования, если правая и левая части объекта симметричны, или уменьшает число вращений поворотного круга с исследуемым объектом одного раза, если правая и левая части объекта не симметричны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на
фиг.1 представлен общий вид установки для воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели объекта со сложной пластикой поверхности,
фиг.2 изображена съемная платформа для постановки объектов исследования, представленных в виде промышленного манекена,
фиг.3 изображены схемы взаимного расположения горизонтальных оснований для постановки объекта исследования:
фиг.3а - одного основания для постановки средства для съемки объекта,
фиг.3б - двух оснований для постановки средства для съемки объекта,
фиг.3в - трех оснований для постановки средства для съемки объекта
фиг.3г - четырех оснований для постановки средства для съемки объекта,
фиг.3д - пяти оснований для постановки средства для съемки объекта.
Установка для воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерной виртуальной модели объекта со сложной пластикой поверхности (фиг.1) содержит горизонтальную опорную поверхность, состоящую из двух оснований: горизонтального основания 1 для постановки объекта исследования, установленного на двух парах ножек 2, на поверхности которого нанесена круговая разметка по 5°, закреплен водяной уровень 3 и нанесено положение срединно-сагиттальной 4 и фронтальной 5 плоскостей, закреплен поворотный круг 6, с металлической риской 7, с нанесенными линиями срединно-сагиттальной 8 и фронтальной 9 плоскостей, разделенный на сектора по 5° с фиксированным центром 10, закреплены проградуированные в единицах длины две вертикальные нивелирные рейки 11, скрепленные сверху горизонтальной рейкой 12; горизонтального основания 13 для постановки средства для съемки объекта, установленного на двух парах ножек 2, на поверхности которого закреплен водяной уровень 3 и нанесено положение срединно-сагиттальной 4 и фронтальной 5 плоскостей и разметка 14 для постановки камеры. Установка содержит съемный лазерный визир 75 для согласованной постановки оснований и объектов исследования, средства для съемки объекта 16, причем количество горизонтальных оснований 13 для постановки средства для съемки и количество средств для съемки объекта 16, представленных цифровыми фото- или видео- камерами или веб-камерами «Kinect», может достигать от одного до пяти штук, подключенных через кабель USB 17 к системному блоку 18 персонального компьютера, на мониторе 19 которого отображены сделанные снимки, клавиатуру 20, манипулятор типа «мышь» 21, штатив для средства для съемки объекта, который состоит из телескопических опор 22, основания штатива 23, блокиратора 24, центральной штанги 25, поворотной платформы 26 с водяным уровнем 27, шаровой головки штатива 28, винта 29, блокирующей рукоятки 30. Установка содержит съемную платформу (фиг.2) высотой 80-100 см, содержащую четыре вертикальные опоры 31, соединяющие верхнее 32 и нижнее 33 основания, на поверхности которых нанесены взаимно перпендикулярные срединно-сагиттальная 34 и фронтальная 35 плоскости, в местах пересечения которых на верхнем основании 32 и нижнем основании 33 выполнены два круглых отверстия 36 и 37 для фиксации вертикальной стойки 38 для установки объектов исследования, представленных в виде промышленных манекенов.
Установка работает следующим образом.
Для съемки объекта исследования, представленного в виде фигуры человека и (или) одежды на нем, устанавливают горизонтальное основание 1, на поверхности которого нанесена круговая разметка по 5°, регулируя положение в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности основания. Человек встает на поворотный круг 6, закрепленный на горизонтальном основании 1, так чтобы своды стоп его располагались на линии положения фронтальной плоскости 9. Поворотный круг 6 с фигурой исследуемого человека фиксируют в требуемом положении с помощью нанесенной на поверхности круга градуировки по 5° и металлической риски 7. На горизонтальное основание 1 устанавливают съемный лазерный визир 15 по линии срединно-сагиттальной плоскости 4, ставят горизонтальное основание 13, регулируя положение его в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности, так чтобы положение срединно-сагиттальной плоскости 4 на поверхности горизонтального основания 13 совпадало с лучом, исходящим от съемного лазерного визира 15 (фиг.3а). При необходимости, для сокращения количества вращений поворотного круга на горизонтальное основание 1 устанавливают съемный лазерный визир 15 по линиям разметки горизонтального основания 1 на необходимый угол, ставят второе горизонтальное основание 13, регулируя положение его в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности, так чтобы положение срединно-сагиттальной плоскости 4 на поверхности горизонтального основания 13 совпадало с лучом, исходящим от съемного лазерного визира 15 (фиг.3б). Повторяют эти процедуры для ориентации и установки третьего-пятого горизонтальных оснований 13, которые располагают по дуге окружности относительно горизонтального основания 1 для постановки объекта исследования (фиг.3в-д). Расстояние между горизонтальными основаниями 1 и 13 должно обеспечить необходимое для условий съемки расстояние между объектом исследования и средством для съемки объекта, зависящее от роста измеряемого человека. На поверхность горизонтального основания 13 с учетом нанесенной разметки 14 устанавливают штатив для фиксации средства для съемки объекта 16 в пространстве, которое закрепляют на поворотной платформе штатива 26. Положение оптической оси объектива средства для съемки объекта 16 регулируют с помощью съемного лазерного визира 15 и устанавливают на уровне высоты линии талии объекта исследования с помощью телескопических опор 22. Затем на штатив устанавливают средство для съемки объекта 16, с помощью кабеля USB 17 подключают к системному блоку 18 персонального компьютера. Команду «Снять» подают на средство для съемки объекта 16 через кабель USB 17 посредством манипулятора типа «мышь» 21 с использованием программного обеспечения, поставляемого производителем со средством для съемки объекта 16. С помощью клавиатуры 20 и манипулятора типа «мышь» 21 вводят данные о снимаемом человеке. Для целей сохранения неизменного положения фигуры человека и (или) одежды на нем в пространстве возможно перемещение горизонтальных оснований 13 с установленными средствами для съемки объекта 16 по окружности согласно разметке на горизонтальном основании 1, с использованием съемного лазерного визира 15.
Для съемки объекта исследования, представленного в виде промышленного манекена фигуры человека и (или) одежды на нем, устанавливают горизонтальное основание 1, на поверхности которого нанесена круговая разметка по 5°, регулируя положение в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности основания. На поворотный круг 6, закрепленный на горизонтальном основании 1, устанавливают съемную платформу, совмещая положение плоскостей срединно-сагиттальной 8 и фронтальной 9 на поворотном круге 6 с соответствующими плоскостями 34, 35 на нижнем основании 33 дополнительной платформы установки. Фиксируют вертикальную стойку 38 с помощью отверстий 35, 36 на верхнем 32 и нижнем 33 основаниях платформы. Затем совмещают положение срединно-сагиттальной плоскости 8 на поворотном круге 6 с металлической риской 7. На верхнее основание 32 с помощью вертикальной стойки 38 устанавливают промышленный манекен, совмещая плоскости срединно-сагиттальную 34 и фронтальную 35, нанесенные на верхнем основании 32 с соответствующими плоскостями манекена. Поворотный круг 6 с дополнительной платформой для промышленного манекена фиксируют в требуемом положении с помощью нанесенной на его поверхности градуировки по 5° и металлической риски 7. На горизонтальное основание 1 устанавливают съемный лазерный визир 75 по линии срединно-сагиттальной плоскости 4, ставят горизонтальное основание 13, регулируя положение его в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности, так чтобы положение срединно-сагиттальной плоскости 4 на поверхности горизонтального основания 13 совпадало с лучом, исходящим от съемного лазерного визира 15 (фиг.3а). При необходимости, для сокращения количества вращений поворотного круга по линиям разметки на горизонтальное основание 1 устанавливают съемный лазерный визир 15 на необходимый угол, устанавливают второе горизонтальное основание 13, регулируя положение его в пространстве с использованием двух пар ножек 2 и водяного уровня 3, расположенного на поверхности, так чтобы положение срединно-сагиттальной плоскости 4 на поверхности горизонтального основания 13 совпадало с лучом, исходящим от съемного лазерного визира 15 (фиг.3б). Повторяют эти процедуры для ориентации и установки третьего- пятого горизонтальных оснований 13, которые располагают по дуге окружности относительно горизонтального основания 1 для постановки объекта исследования (фиг.3в-д). Расстояние между горизонтальными основаниями 1 и 13 должно обеспечить необходимое для условий съемки расстояние между объектом исследования и камерой, зависящее от линейных размеров измеряемого промышленного манекена. На поверхность горизонтального основания 13 с учетом нанесенной разметки 14 устанавливают штатив для фиксации средства для съемки 16 в пространстве, которое закрепляют на поворотной платформе штатива 26. Положение оптической оси объектива средства для съемки объекта 16 регулируют с помощью съемного лазерного визира 15 и устанавливают на уровне высоты линии талии объекта исследования с помощью телескопических опор 22. Затем на штатив устанавливают средство для съемки объекта 16, с помощью кабеля USB 17 подключают к системному блоку 18 персонального компьютера. Команду «Снять» подают на средство для съемки объекта 16 через кабель USB 17 посредством манипулятора типа «мышь» 21 с использованием программного обеспечения, поставляемого производителем со средством для съемки объекта 16. С помощью клавиатуры 20 и манипулятора типа «мышь» 21 вводят данные о снимаемом промышленном манекене. Для целей сохранения неизменного положения манекена фигуры и (или) одежды на нем в пространстве возможно заменить вращение поворотного круга 6 перемещением горизонтальных оснований 13 с установленными средствами для съемки объекта 16 по дуге окружности согласно разметке на горизонтальном основании 1, с использованием съемного лазерного излучателя визира 15. Установка быстро монтируется и демонтируется, его узлы снабжены средствами, позволяющими точно разместить их в пространстве, а также точно настроить положение оптической оси камеры в пространстве, а значит получить более корректные снимки, и, как следствие, более точные величины параметров трехмерной виртуальной модели объекта. Количество горизонтальных оснований для постановки средства съемки и количество средств съемки объекта, представленных цифровыми фото- или видео- камерами или веб-камерами «Kinect», может достигать от одного до пяти штук. Использование одного средства для съемки объекта в установке подразумевает вращение поворотного круга три раза, если правая и левая части объекта симметричны, и семь раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование одного средства для съемки объекта в установке возможно при съемке статичных объектов, например, промышленного манекена фигуры, вращение которого совместно с поворотным кругом не приводит к изменению положения манекена и его частей. Использование в установке двух средств для съемки объекта уменьшает число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования до одного раза, если правая и левая части объекта симметричны, и до трех раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование в установке трех средств для съемки объекта уменьшает число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования до одного раза, если правая и левая части объекта симметричны, и до двух раз, если правая и левая части объекта не симметричны. Использование в установке четырех-пяти средств для съемки объекта не требует вращения поворотного круга с установленным объектом исследования, если правая и левая части объекта симметричны, или уменьшает число вращений поворотного круга с исследуемым объектом одного раза, если правая и левая части объекта не симметричны.
Таким образом, предложенная установка позволяет: сократить необходимое число вращений поворотного круга с установленным объектом исследования за счет мобильности отдельно стоящего горизонтального основания для постановки средства для съемки и увеличения количества средств для съемки и оснований для их постановки, что позволяет сохранить неизменное положение исследуемого объекта в пространстве, повысить точность съемки, ускорить процесс проведения съемки; получить исходные данные в виде фото- и видео- изображений для последующего воспроизведения в САПР общего и специального назначения трехмерных виртуальных моделей объектов со сложной пластикой поверхности и измерения проекционных и дуговых параметров и координат точек поверхности, для построения горизонтальных и вертикальных сечений поверхности объектов.