автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.04, диссертация на тему:Разработка метода проектирования поясных изделий на фигуры различного телосложения с использованием цифровых технологий

На правах рукописи

ДУ ЦЗИНЬСУН

ы4

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОЯСНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ФИГУРЫ РАЗЛИЧНОГО ТЕЛОСЛОЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.19.04 «Технология швейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2005

Работа выполнена в Московском государственном университете дизайна и технологии на кафедре «Технология швейного производства»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Мартынова Алевтина Ивановна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Киселев Сергей Юрьевич кандидат технических наук, доцент Волкова Елена Константиновна Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности

Ведущая организация:

Защита состоится «15 » июня 2005г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.01 при Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу 115998 Москва, ул. Садовническая, 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

Автореферат разослан « » О ¿Г 2005г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

А.П. Жихарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное развитие электронно-вычислительной техники, рост ее доступности с каждым годом создают все большие возможности для широкого внедрения автоматизированных систем проектирования в швейной промышленности. На данный момент за рубежом и в России создан ряд интегрированных САПР одежды, решающих различного рода задачи проектирования одежды. Рынок автоматизированных систем предоставляет реальные возможности для эффективного конструирования одежды, градирования деталей, проектирования оптимальных технологических процессов и раскроя материалов. В настоящее время наиболее перспективным для разработки конструкций одежды можно считать использование цифровых ЗБ технологий.

Качество посадки одежды при изготовлении ее по индивидуальным заказам в большой мере зависит от учета особенностей внешней формы тела заказчика. При изготовлении изделий по индивидуальным заказам населения широкое распространение наряду с расчетно-графическим получили прогрессивные методы: метод модификации базовой конструкции одежды в соответствии с отклонениями от типового телосложения и макетно-жилетный метод. Любой из этих методов может быть использован при автоматизированном проектировании одежды.

Эти методы базируются на контактных методах измерения, в основном

они направлены на исследование верхней опорной поверхности фигуры

человека и изучение влияния отклонений от типового телосложения для

конструирования плечевых изделий. Для проектирования поясной одежды на

фигуры различного телосложения не менее важно располагать точной

информацией о нижней опорной поверхности фигуры. Этот вопрос до

настоящего времени мало исследован. I "АЦИона^ьма« 1

I БКВЛИОТСМ )

,! „ «^Щ

Одной из характеристик качества одежды является удобство, определяемое соответствием формы и размеров изделия форме и размерам тела человека.

Современные компьютерные технологии позволяют осуществлять дистанционный прием заказов на индивидуальное беспримерочное изготовление одежды на фигуры различного телосложения. Для этого необходим бесконтактный метод измерения фигуры, обеспечивающий быстрое проведение измерения с высокой степенью точности и возможность электронной передачи информации на далекие расстояния.

Шагом в развитии бесконтактных методов измерения фигуры является использование фотограмметрии, однако при этом невозможно получить информацию о форме поверхности фигуры.

Несомненную ценность для изучения формы и размеров объектов имеет стереофотография. Стереосъемка позволяет наблюдать объект объемно и ючно определять пространственные соотношения между его элементами.

Для создания комфортной одежды наиболее эффективно использование трехмерной системы проектирования; при этом первостепенное значение имеет правильное проектирование виртуальной фигуры, основанное на результатах антропометрических исследований.

Современные , технические средства (цифровые фотоаппараты, сканирующие камеры) позволяют получать цифровую информацию о фигуре заказчика, необходимую для учета особенностей внешней формы тела. Такая информация является исходной для виртуального проектирования модельной формы одежды в САПР ЗБ. Виртуальный трехмерный объект в свою очередь является базой для получения точных разверток поверхности. Открывающиеся возможности, предоставляемые компьютерными ЗБ-технологиями, могут быть использованы для изучения

вопросов двухмерного отображения формы с целью совершенствования способов получения разверток деталей.

Для разработки методов проектирования поясной одежды в системе ЗБ-20 необходимо проведение исследований взаимосвязи характеристик внешней формы нижней опорной поверхности тела человека с конструктивными параметрами развертки опорных участков.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методики конструирования поясных изделий на фигуры различного телосложения с использованием информации о проектируемом объекте, задаваемой в трехмерной системе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

разработать метод беспримерочного изготовления поясной одежды на индивидуальную фигуру человека; »

разработать устройство для стереофотографирования фигуры человека; разработать методику создания виртуального каркаса поверхности фигуры;

провести исследование геометрических форм опорных участков женских фигур;

разработать метод инженерного задания разверток поверхности фигуры;

исследовать взаимосвязь характеристик внешней формы нижней опорной поверхности тела человека с конструктивными параметрами развертки опорных участков;

разработать технологию автоматизированного проектирования разверток деталей поясной одежды, форма которой задана в трехмерной системе;

апробировать дистанционный обмен цифровой информацией для проектирования одежды на фигуры различного телосложения.

Объект исследования. В качестве объекта исследования в диссертационной работе выбран процесс проектирования поясной одежды.

Методы и средства исследования. Работа выполнена с системным подходом к процессу проектирования поясных изделий. На разных этапах исследований использованы методы стереофотограмметрии и фотограмметрии, геометрического моделирования, экспертных оценок, антропометрических измерений, алгоритмизации, графического анализа. В работе использовались программы Microsoft Excel, Photoshop, MathCAD, 3D MAX Studio, AutoCAD 2004, специализированная программа Eleandr CAD. Научная новизна работы заключается в следующем: разработано стереофотографическое устройство для получения информации о поверхности фигуры человека с использованием цифровых технологий;

разработана математическая процедура для определения геометрических параметров нижней границы опорной поверхности фигуры;

усовершенствован метод триангуляции, используемый для развертывания поверхности;

разработан алгоритм и отдельные компоненты программного обеспечения для автоматизированного проектирования поясной одежды на фигуры различного телосложения.

Практическая значимость работы состоит в следующем: разработаны контактный и бесконтактный методы получения информации о размерах и форме фигур различного телосложения;

разработана методика проектирования поясной одежды, базирующаяся на предложенном в работе контактном методе измерения фигуры и обеспечивающая беспримерочное изготовление изделий;

разработана методика проектирования поясной одежды на фигуры различного телосложения в системе ЗВ-2Б, позволяющая автоматизировать процесс разработки конструкций изделий на фигуры различного телосложения;

апробирован дистанционный обмен цифровой информацией для проектирования поясной одежды (юбок и брюк) на фигуры различного телосложения.

Апробация результатов работы. Разработанный метод прошел производственную проверку в компании «Дакэ» (г. Цзиньчзоу, КНР) и в компании «Чанли» (г. Цзиньчзоу, КНР).

Годовая экономия от снижения себестоимости при внедрении в производство предложенных мероприятий по проектированию одежды составит 750$.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 2 печатных работах.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 129 страниц текста, которые включают 14 таблиц и 50 рисунков. Список использованной литературы содержит 126 наименований ТТриложеиия представлены на 54странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели работы и программа исследований, описаны выбранные объекты, средства и методы их изучения; приведена информация о научной новизне, практической значимости и апробации результатов работы.

В первой главе проведен анализ существующих методов антропометрического изучения тела человека и методов проектирования одежды на фигуры различного телосложения, обоснована актуальность исследования вопросов проектирования формы виртуальной поверхносш изделия и определения условий развертывания поверхности в соответствии с особенностями формы.

При проектировании одежды для конкретного человека используют измерения его фигуры и учитывают особенности телосложения человека. Способы и устройства для исследования поверхности фигуры человека можно разделить на контактные и бесконтактные: контактные - для получения линейных, дуговых и проекционных измерений; бесконтактные -для определения формы и размеров по изображениям.

В настоящей работе предлагается контактный метод измерения женской фигуры для проектирования поясной одежды, обеспечивающий возможность беспримерочного ее изготовления с использованием приспособления; его схема показана на рис 1. Приспособление позволяет исследовать поверхность тела человека с помощью измерительных лент, количество и положение которых определяются видом проектируемой одежды и сложностью фигуры. Ленты располагают по основным рельефным участкам поверхности, моделируя ими положение нитей основы будущего поясного изделия.

В настоящее время более точные и наглядные результаты при изучении формы и размеров фигуры человека обеспечивают бесконтактные методы. Для этой цели несомненную ценность представляет стереофотограмметрия, позволяющая перейти к трехмерной технологии проектирования одежды на фигуры различного телосложения. В России стереофотограмметрия для антропометрических исследований использовалась М.В. Стебельским, Т.В. Медведевой и др.; используется она и в зарубежных программах.

1 5 - 5 1

г- \ \ К 6

б

Рис. 1. Схема приспособления (а) и пример его использования (б)

1 -базовая горизонтальная лента; 2- трубка - уровень; 3- пояс; 4-пара лент; 5- ленты для средней линии спереди и сзади; 6- два прямоугольных полотнища для определения выступа бедра

Трехмерное | проектирование одежды развивается в двух направлениях. Первое из них обеспечивает создание виртуальной модели в пространстве и получение разверток виртуальной поверхности, второе предлагает трехмерный манекен для различных операций с традиционными

деталями изделия. Очевидно, что для автоматизации проектирования одежды на фигуры различного телосложения целесообразно использовать первое направление.

Система автоматизированного трехмерного проектирования одежды на фигуры различного телосложения должна обеспечивать возможность создания виртуальной фигуры заказчика, виртуальной формы изделия в соответствии с особенностями фигуры и точной его конструкции в виде плоских разверток деталей.

Во второй главе разработано устройство для получения цифровой информации о поверхности фигуры и создана виртуальная фигура с использованием цифровых технологий. В работе используется метод стереофотограмметрии, позволяющий получать пространственные координаты поверхности объекта. Метод компьютерного воспроизведения поверхности объекта отрабатывался на примере манекена женской фигуры.

Разработанное устройство для изучения поверхности (рис.2) включает: два цифровых фотоаппарата и более 70 световых проекторов точек. Особенностью устройства является регулярность разметки поверхности, позволяющая минимизировать объем цифровой информации о поверхности, необходимой для ее трехмерного воспроизведения. Объектом изучения является нижняя опорная поверхность фигуры для проектирования базового поясного изделия (прямая юбка).

Процесс обработки цифровой информации о поверхности фигуры представляет собой цепочку преобразований:

- измерение (определение) координат точек на полученных изображениях;

- пересчет координат точек с использованием коэффициентов горизонтального искажения изображения;

-»• 4

Рис. 2. Схема установки для стереофотографирования 1- платформа, 2- нивелирные рейки, 3- экран, 4- стенд со световыми излучателями, 5- фотосъемочая камера

- вычисление пространственных координат точек

- получение горизонтальных и вертикальных сечений;

- создание виртуального каркаса фигуры (рис.3).

Для выполнения процесса создания виртуального каркаса фигуры использовались компьютерные графические программы: Photoshop, AutoCAD, 3D Studio.

Рис. 3. Виртуальный каркас и поверхность фигуры

Для проверки точности разработанного метода создания виртуальной фшуры использована установка для снятия сечений манекена контактным методом. Сопоставление контуров сечений манекена, полученных контактным способом и предлагаемым в работе методом, показало хорошую их сходимость.

В третьей главе разработан метод построения разверток опорных участков поясной одежды, визуализированной в трехмерной САПР, по схеме; «виртуальная фигура - определение нижней границы опорной поверхности фигуры - объемное моделирование одежды - расчет и построение разверток конструктивных полос опорной поверхности - построение разверток опорных

участков деталей изделия - построение конструкции основных деталей изделия».

Сущность разработанного метода основана на исследовании взаимосвязи характеристик внешней формы нижней опорной поверхности тела человека с конструктивными параметрами развертки опорных участков.

Геометрия внутренней формы прямой юбки с нулевыми прибавками на свободу облегания характеризуется тем, что она повторяет форму тела от линии талии до линии разграничения ее поверхности на опорные (верхние) и свободнопадающие (нижние) участки. Нижние участки вследствие одинарной кривизны являются развертываемыми.

В настоящем исследовании разработан метод определения линии разграничения развертываемого и неразвертываемых участков поверхности. Совпадение внутренней формы юбки и одеваемой ею поверхности ограничивается спереди выступанием живота, сзади - выступанием ягодиц, сбоку - бедра. В результате на рассматриваемой форме можно выявить линию нижней границы (НГ) опорной поверхности. Геометрия этой линии служит исходной информацией для обоснованного определения параметров размещения вытачек юбки.

Длину вытачки можно определять, используя проекционные характеристики вертикальных сечений поверхности юбки. Для этой цели криволинейный контур вертикального сечения описывают двумя прямыми, используя метод линейной аппроксимации (рис. 4). Точка пересечения двух аппроксимирующих прямых, заменяющих собой криволинейный контур вертикального сечения, не принадлежит одеваемой поверхности, поэтому определяют проекцию этой точки на поверхность. Найденную таким способом точку можно считать точкой линии условной НГ.

Обработка цифровой информации о контурах 19 вертикальных сечений виртуального объекта, выполненная с использованием программы МаЛСАО,

позволила получить сплайн-линию условной НГ опорных участков поверхности прямой юбки.

4 х

Рис. 4. Определение /-ой точки нижней границы опорных участков поверхности

Определение положения линий членения (вытачек юбки) производилось в трехмерной системе OD МАХ Studio) в ишерактивном режиме (рис, 5). Линии вытачек, ориентируемые на верхние перегибы НГ, а также их направление, могут быть изменены конструктором в допустимых преде iax Боковой шов шделия на виде объекта в профиль задается вертикальной линией.

h— — —. ~ 4- -1- у Tt 1

А— —1- I

50 100 150 200 250 300 550 400 450 500

Рис.5. Линия НГ на плоскости и на поверхности изделия 14

Модель реализации перехода от трехмерной внешней формы одежды ВФО к двухмерному отображению в виде массива М конструктивных полос

КП, преобразуемых далее в массив Р суммирующих разверток КП,) имеет вид:

т

ВФО -> М (КП е М)-> Р(£кп, е Р)

Ып

ВФО (прямой юбки) задается виртуальной поверхностью, расчлененной вертикальными плоскостями на КП. Развертки конструктивных полос, составляющих множество Мкп, получали методом триангуляции.

Для получения достаточно точной развертки КП необходимо максимально точно развертывать каждый четырехугольник. Это условие является необходимым при развертывании оболочек из ткани.

Получить развертку уравновешенного относительно системы нитей ткани четырехугольника можно, если использовать информацию о соответствующих ему двух диагоналях поверхности, 1.е методом двойной триангуляции (рис. 6).

Разработанный метод двойной триангуляции, в отличие от известного метода простой триангуляции, позволяет получать развертку четырехугольника поверхности, которая характеризуется тем, что длины ее сторон соответствуют заданным, а диагонали определены с одинаковой погрешностью.

Точность автоматизированного построения разверток КП по специальной программе подтверждена в работе тем, что геодезическим линиям поверхности соответствуют прямые линии разверток.

а

б

Рис. 6. Схемы задания поверхности КП (а) и построения развергки уравновешенного четырехугольника методом двойкой триангуляции (б)

Запроектированные на поверхности линии членения переносят на конструктивные полоры. Объединение полос на участках между членениями (рис. 7) выполняется с использованием основных положений теории чебышевской сети.

Для построения суммирующих разверток использовалась специальная программа, разработанная для САПР Eleandr CAD. В качестве выходной информации работы программы получено: конструкция задней и передней частей юбки, углы перекоса нитей ткани, оценка допустимости углов перекоса.

Предлагаемый метод построения разверток виртуальной поверхности обеспечивает необходимую точность для автоматизированного трехмерного проектирования одежды.

Рис. 7. Схема объединения конструктивных полос на участках между проектируемыми вытачками

В четвертой главе разработан метод проектирования поясных изделий на фигуры различного телосложения, базирующийся на цифровой информации о нижней опорной поверхности фигуры.

Композиционный чертеж внешней формы брюк разрабатывается с учетом пожеланий конкретного заказчика и учетом особенностей строения ног фигуры. Виртуальный макет внешней формы брюк включает

фронтально-профильные проекции и горизонтальные сечения поверхности фигуры и изделия (рис.8 и 9).

Анализ различных методов конструирования брюк показал, что большинство из них ориентированы на типовые фигуры. Методика построения брюк МГУТД основана на использовании апробированной конструкции нижних опорных участков фигуры (или прямой юбки), что позволяет получать изделия с высоким качеством посадки.

Построение конструкции брюк выполнялось по методике МГУДТ. На рис 10 штриховыми линиями показана нижняя граница опорных участков.

Проверка разработанного метода проектирования поясных изделий на фигуры различного телосложения с использованием цифровых технологий проведена в компании «швейная фабрика Дакэ» (город Цзиньцзоу, КНР).

Рис.8. Стереопары женской фигуры (вид спереди) и композиционный чертеж внешней формы изделия с использованием фотографий фигуры

Рис. 9. Горизонтальные сечения фигуры, макета внешней формы брюк и конструкция брюк на индивидуальную фигуру

Проверка осуществлялась с использованием дистанционного обмена информацией по электронной почте в следующем порядке:

стереофотосъемка женских фигур (выполнена работниками компании «Дакэ» по разработанной инструкции);

передача цифровых стереофотографий женских фигур из юрода Цзиньцзоу по интернету в Москву;

разработка в МГУДТ конструкторско-технологической документации на швейные изделия (трехмерное изображение изделий в системе 3D МАХ Studio, чертежи макетов внешней формы, чертежи деталей юбок и брюк в формате AutoCAD 2004 - drawing, dwg, технологические инструкции);

отправка разработанной конструкторско-технологической документации в КНР;

изготовление изделий в КНР и оценка их качества. Апробирование метода разработки конструкции брюк на фигуры различного телосложения, базирующегося на использовании разверток деталей прямой юбки, визуализированной в трехмерной системе, показало, что метод обеспечивает хорошее качество посадки изделия на фигуре.

На основе результатов проведенного исследования разработан алгоритм автоматизированного проектирования поясных изделий, базирующегося на цифровой информации о размерах и форме тела человека, что обеспечивает необходимую точность конструкции.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что для изготовления одежды по индивидуальным заказам наиболее приемлемым способом изучения пространственной формы фигуры человека является бесконтактный способ с использованием цифровых фотоаппаратов, сопряженных с компьютером. Компьютерные технологии предоставляют возможность создания виртуальной фигуры заказчика и формы изделия в соответствии с особенностями фигуры.

2. Разработан метод проектирования поясной одежды на индивидуальную фигуру человека с использованием специального измерительного приспособления и программы Eleandr CAD для построения конструкции, обеспечивающий возможность беспримерочного изготовления юбок и брюк на фигуры различного телосложения.

3 Разработан метод стереофотографирования фигуры заказчика, включающий условия проведения съемки, требования к установочному стенду и техническим средствам для регулярной точечной разметки

поверхности фотографируемого объекта, позволяющий в результате цифровой обработки стереопар получать информацию для виртуального воспроизведения поверхности в трехмерной компьютерной среде.

Разработан метод определения геометрии линии нижней границы опорных участков поверхности, позволяющий обоснованно проектировать продольные членения на трехмерном изображении поверхности и ее развертках.

Усовершенствован метод триангуляции для развертывания участков поверхности с целью повышения точности отображения элементарных четырехугольников поверхности на развертках. Новый метод двойной триангуляции позволяет минимизировать массив цифровой информации о поверхности без снижения точности получаемых разверток.

Разработана методика проектирования поясной одежды на фигуры различного телосложения с использованием цифровых технологий, включающая стереофотограмметрию, визуализацию формы объекта и использование теории чебышевской сети для развертывания деталей Методика обеспечивает возможность беспримерочного изготовления поясной одежды на фигуры различного телосложения. Апробирован метод разработки конструкции поясных изделий на фигуры различного телосложения с использованием дистанционного обмена по электронной почте цифровой информацией о фигуре заказчика и проектируемой форме одежды, визуализированной в трехмерной системе. Метод обеспечивает хорошее качество посадки изделий на фигурах.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации

1. Мартынова А.И., Ду ЦзиньСун. Метод построения разверток виртуальной поверхности одежды. // «Естественные и технические науки», 2005г №1.

2. Ду ЦзиньСун, Мартынова А.И. Метод трехмерного проектирования одежды на фигуры различного телосложения. // «Техника и технология», 2005г №2.

Ротапринт МГУДТ Заказ № 37 ¿1 Тираж-80 экз.

E 5 г

PH Б Русский фонд

2006-4 8230