Разработка виртуальной модели женского платья в трехмерных компьютерных технологиях

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Разработка виртуальной модели женского платья в трехмерных компьютерных технологиях

Медведева Татьяна Викторовна

В статье приведены результаты выполненных научно-исследовательских работ, направленных на разработку теоретических основ проектирования трехмерных компьютерных технологий. Объектом исследования являлись изделия базовых форм женского платья и типовые фигуры потребителей. Цель работы состояла в максимальной формализации процесса одевания виртуальной копии типовой женской фигуры в изделие.

Ключевые слова: цифровая модель фигуры, цифровая модель одежды, первичная цифровая модель одежды, технический рисунок одежды, дискретный каркас одежды, дискретный каркас фигуры, синтез фигур потребителей, процесс одевания цифровой модели фигуры в изделие.

The article contains the results of completed researches aimed at elaboration of theoretical fundamentals of designing 3D computer technologies. The research objects were items of basic forms of ladies' dresses and consumers' standard figures. The work was aimed at maximum formalization of the process of putting an item on a virtual copy of a standard lady's figure.

Keywords: digital figure model, digital clothes model, primary digital clothes model, technical picture of clothes, discrete clothes carcass, discrete figure carcass, consumers' figures synthesis, process of putting a dressing item on a digital figure model.

Для разработки и функционирования трехмерных компьютерных технологий должны существовать следующие предпосылки [1].

- Метод копирования трехмерных сложных объектов любых фигур потребителей в полный рост. В техническом плане эта задача решена. Созданы различные виды бодисканеров (Франция, Япония, Великобритания, США, Гонконг и др.). Они отличаются высоким быстродействием и позволяют получать модели виртуальных фигур с заданной точностью. Точность копирования фигур потребителей для целей проектирования конструкций одежды в компьютерных технологиях должна составлять не более 1%.

- Методы получения конструкций деталей одежды по заданной поверхности в АР. Практика использования автоматизированных методов получения разверток деталей одежды имеет успешное подтверждение. Разработаны различные способы получения разверток. Наиболее эффективны те, которые позволяют получать конструкции деталей одежды с минимальной технологической обработкой изделий.

- Метод проектирования виртуальных манекенов одежды (методы синтеза виртуальной системы «человек-одежда»). В техническом плане задача не представляет никакой сложности, однако различных видов моделей одевания цифровой (ЦМФ) или виртуальной модели одежды в изделие для получения цифровой модели одежды (ЦМО) не создано.

Результаты исследований позволили решить задачу формализации некоторых элементов процесса «одевания» ЦМФ в изделие или синтеза ЦМО, выполняемого в соответствии со структурной моделью на стадии эскизного проекта.

В качестве модели, позволяющей представить информационное описание моделируемого процесса, в настоящей работе принята информационно-логическая модель. В ее основе лежит структурное представление процесса проектирования, ориентированного на удовлетворение потребности в объекте проектирования в виде упорядоченной последовательности структурных единиц на основе использования логических отношений между ними.

Под структурной единицей в данном случае понимается обобщенное характерное состояние объекта проектирования. Последовательность структурных единиц отражает направление перемещения результатов процесса к конечному - удовлетворяющему потребность в объекте проектирования.

Разработанная информационно-логическая модель процесса проектирования поверхности ЦМО представлена на рисунке 1. При этом под ЦМО понимается компьютерное изображение трехмерной геометрической формы изделия, имеющей гладкую поверхность и удовлетворяющую эргономическим требованиям. Для единой организации работ проектирования основных деталей базовой конструкции изделия в соответствии с общей методологией проектирования сложных объектов в САПР в работе предложено ЦМО представлять как два одинаково организованных, сочлененных определенным образом объекта - стан и рукав.

Формообразование частей ЦМО предложено осуществлять независимо друг от друга на основе общих принципов.

Исходной информацией для этапа разработки ЦМО служат ЦМФ и технический рисунок одежды (ТРО). Разработка ЦМО начинается с анализа ТРО, выполняемого в несколько этапов. На первом этапе анализа ТРО (этап 1, см. рисунок 1) производится определение оптимального для целей проектирования ЦМО заданной формы набора горизонтальных сечений, число и расположение которых будет зависеть от вида, силуэтного решения, объема изделия.

Рисунок 1 - Информационно-логическая модель процесса «одевания» цифровой модели фигуры в изделие

Этот этап работ требует разработки каталога в виде набора горизонтальных сечений для разнообразных силуэтных решений моделей одежды. Далее (этап 2) осуществляется определение величин композиционных прибавок на уровне расположения горизонтальных сечений путем определения величины пространственных зазоров между поверхностью фигуры и изделия на проекциях ТРО и расчета по ним величин соответствующих композиционных припусков.

На следующем этапе осуществляется распознавание контурных линий, образующих ТРО (этап 3). Результатом этих действий является система математических описаний построения контуров ТРО, необходимых для однозначной интерпретации силуэтного решения модели в ЦМО.

Следующей блок работ связан с обработкой исходной информации в виде ЦМФ. ЦМФ должна представлять собой точную копию поверхности фигуры человека и, следовательно, повторять все ее изгибы, неровности. Некоторые из них не только не оказывают существенного влияния на форму изделия, но и осложняют процесс синтеза ЦМО. Для исключения влияния этих факторов на синтез необходимо выполнить сглаживание поверхности ЦМФ (этап 4).

На основе сглаженной ЦМФ в соответствии с общей методологией моделирования поверхностей сложных объектов [2], а также практикой проектирования манекенов фигур и одежды [2,3] осуществляется формирование ДКФ: определение горизонтальных сечений фигуры (этап 6) с использованием исходной информации о количестве и расположении горизонтальных сечений. Количество вертикальных сечений предлагается одинаковым для плечевой одежды всех видов (этап 7).

ДКО формируется в несколько этапов. Первоначально осуществляется построение горизонтальных сечений одежды на основе горизонтальных сечений фигуры и оптимальных величин соответствующих композиционных припусков (этап 6). После этого на вертикальных проекциях фигуры, расположенной в различных ракурсах, и в соответствии с информацией, полученной при распознавании контурных линий одежды ТРО (этап 7), воспроизводятся вертикальные сечения ДКО и осуществляется их корректировка с учетом взаимосвязи с горизонтальными сечениями (этап 8, 9). трехмерный компьютерный структурный

При наличии плечевых накладок в изделии осуществляется модификация опорной поверхности с учетом их величины и формы (этап 10). Для этого этапа работ целесообразно разработать каталог унифицированных плечевых накладок и определить их параметры. Далее на основе ДКО в автоматическом режиме путем математической интерполяции разрабатывается непрерывная поверхность частей ЦМО - стана и рукава (этап 11). Затем определяется исходная информация для сочленения стана рукава (этап 12) и осуществляется их сочленение (этап 13).

После построения ЦМО ее корректность целесообразно проверять путем визуализации на экране дисплея, поскольку человеческий глаз зачастую гораздо лучше ЭВМ распознает особенности, тенденции или ошибки в больших массивах данных. Для обнаружения мелких изъянов, вместо каркасной модели, следует визуализировать модель с непрерывной кривизной, что достигается путем тонирования каркасной модели с использованием специальных машинных процедур. Сформированная таким образом ЦМО будет удовлетворять требованиям эргономического соответствия проектируемому силуэтному решению.

Разработанная информационно-логическая модель процесса «одевания» ЦМФ в изделие позволяет выявить всю полноту и рациональную последовательность необходимых для функционирования моделируемого процесса проектных работ и условия для их обязательного выполнения в процессе синтеза ЦМО и дает возможность перейти к формализации представления моделируемого процесса путем создания функциональной модели «одевания» цифровой модели фигуры в изделие.

В соответствии с предложенной последовательностью работ в автоматизированной системе проектирования конструкций одежды 3-CAD [1], ММ расчета модельной конструкции изделии может быть представлена в виде функциональной зависимости, связывающей ее внешние, внутренние и выходные параметры, следующим образом:

ММмк = ЦМФfПцмо, Пбк, Пмк, (1)

где Пцмо = <Пцмо1, Пцмо2, …Пцмок> - факторы, определяющие параметры трансформации ЦМФ в ЦМО; Пбк = <Пбк1, Пбк2, …Пбкl> - факторы, определяющие параметры трансформации ЦМО в базовую конструкцию (БК); Пмк = <Пмк1, Пмк2, …Пмкм> - факторы, определяющие параметры трансформации БК в модельную конструкцию (МК).

В соответствии с целями и задачами настоящей работы из общей математической модели выделена ее составляющая, определяющая ее синтез ЦМО:

ММо = ЦМФ f Пцмо , (2)

где ЦМФ является результатом автоматизированного копирования поверхности фигуры.

ЦМФ задается массивом координат в цилиндрической системе Z, R, точек, упорядоченных определенным образом в виде матрицы:

ЦМФ = ¦Rфij ¦, i = 1, m; j = 1, n . (3)

Количество строк этой матрицы равно количеству горизонтальных сечений с шагом по высоте от 7 до 10 мм (m = Z/10). Каждая строка матрицы описывает одно горизонтальное сечение последовательностью значений радиуса Rфj цилиндрической системы координат с шагом по углу 5 градусов (n = 180/5) [1].

Организация представления ЦМО предлагается адекватной представлению ЦМФ, по аналогии с которой ЦМО задается множеством радиусов R точек О - элементов матрицы ¦Rоij¦, где i = 1, k; j = 1,m.

Графически положение в пространстве точек Оij множества ЦМО определяется при перемещении по лучу в цилиндрической системе координат от любой точки Фij поверхности фигуры до внешней поверхности одежды, на пересечении с которой и будет определяться положение соответствующей точки Оij.

Величина отрезка, на который необходимо переместить точку с поверхности фигуры на поверхность одежды, соответствует величине пространственного зазора в этом месте:

Пij = Roij - Rфij.

Очевидно, что для каждого конкретного изделия значения элементов матрицы ¦Пij¦ будут неоднозначными и зависят от силуэтного решения и объема формы изделия. Синтез ЦМО сводится к заданию координат точек Оij, определяемых в данном случае суммой двух матриц:

ЦМО = ¦Roij ¦ = ¦Rфij ¦ + ¦Пij ¦. (4)

Матрица ¦Rфij ¦, характеризующая поверхность фигуры человека, предполагается заданной образом, для получения полного множества точек ЦМО необходимо задать элементы матрицы ¦Пij¦. Анализируя модели представления ЦМО (4) и ее расчета (2), можно сделать вывод, что матрица ¦Пij¦ находится в функциональной зависимости от факторов <Пцмо>:

¦Пij¦ = fПцмо.

Таким образом, для определения элементов матрицы ¦Пij ¦ необходимо знать, какие факторы и каким образом будут оказывать влияние на величину пространственного зазора.

Для определения факторов, влияющих на трехмерную геометрическую форму изделия и на величину пространственного зазора Пij, были рассмотрены конструктивные параметры, используемые при традиционном плоскостном проектировании и определяющие форму и размеры деталей БК.

Так как и плоскостное, и трехмерное проектирование одежды направлены на решение задачи получения изделия, удовлетворяющего таким показателям качества, как эргономическое и эстетическое соответствие, факторы, влияющие на размеры и форму деталей конструкции при плоскостном проектировании, будут определяющими и в системе 3-CAD.

Анализ, выполненный в работе [1], позволил определить основные параметры, влияющие на образование трехмерной геометрической формы изделия, и сформулировать математическую модель синтеза ЦМО в виде функциональной зависимости от формообразующих факторов:

ММо = ЦМФfПсв, Пп, Пт, Плн, Пр, Ч, К, Стф, Стм, (5)

где Псв - припуски на свободное облегание; Пп - припуски на толщину пакета материала; Пт - технологические припуски; Плн - размеры и форма плечевой накладки; Пр - покрой рукава; Ч - членение стана и рукава; К - форма, степень кривизны срезов деталей; Стф - физико-механические свойства материалов (способность к формованию, формоустойчивость); Стм - максимально допустимая величина изменения угла между нитями основы и утка материала.

Изучив и формализовав влияние этих факторов на трехмерную геометрическую форму изделия, можно будет идентифицировать разработку ее цифровой модели.

Литература

1. Медведева Т.В. Развитие теоретических основ процесса проектирования конструкций одежды. М.: РГУТиС, 2010. 178 с.

2. Гаскаров Д.В. Интеллектуальные информационные системы. М.: ВШ, 2004. 431 с.

3. Дунаевская Г.Н., Коблякова Е.Б., Ивлева Г.С. Размерная типология с основами анатомии и морфологии. М., 2001. 216 с.

Размещено на Allbest.ru