автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.04, диссертация на тему:Разработка методов автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды

Филинова Наталья Геннадьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДЕЖДЫ

Специальность 05.19.04 «Технология швейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

21 ИАР 2013

Москва-2013

005050902

Филинова Наталья Геннадьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДЕЖДЫ

Специальность 05.19.04 «Технология швейных изделий»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московском государственном университете дизайна и технологии» (МГУДТ) на кафедре художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент кафедры «Художественное

моделирование, конструирование и технология швейных изделий» МГУДТ Гетманцева Варвара Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

зав. каф. «Конструирование и технология швейных изделий» СПбГУТД, директор Института текстиля и моды Сурженко Евгений Яковлевич

кандидат технических наук

ведущий инженер-аналитик ООО «Програмпарк» Курбатов Евгений Владимирович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Институт текстильной и легкой

промышленности МГУТУ имени К.Г. Разумовского»

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

Зашита состоится «17 » апреля 2013 г. в 12.00 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.144.01 в Московском государственном университете дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33

Автореферат разослан « »_2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.144.01

Е.В. Лунина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие современных систем автоматизированного проектирования (САПР) направлено на обеспечение рациональной и комфортной работы конструктора, посредством использования комплексного подхода к разработке эскизного, конструкторского и технологического решения модели. Несмотря на волну развития информационных технологий, наиболее слабым местом в автоматизированном процессе проектирования моделей остается этап конструктивного моделирования одежды, в частности, моделирование дополнительных и декоративных элементов изделия. Это связано с недостаточной формализованностью информации на этапе перехода от эскизного решения к модельной конструкции, поскольку методы субъективной оценки внешнего образа изделия не исследованы в полном объеме, достаточном для автоматизации всех стадий процесса проектирования.

Специфика процесса проектирования декоративных элементов требует разработки методов автоматизации этапов художественного и конструктивного моделирования, основанных методах интеллектуализации, то есть в процессе проектирования конструктору должна быть представлена визуальная и параметрическая информация об объекте проектирования, предложены варианты рациональных конструктивных решений, обеспечен удобный интерфейс.

В современных системах автоматизированного проектирования большое внимание уделяется созданию трехмерных манекенов внешней формы поверхности тела человека, решению задач динамической трансформации отдельных участков манекена. Виртуальное проектирование в основном применимо для основных деталей изделия (лиф, юбка, рукав), и практически отсутствует для конструктивно-декоративных деталей изделия.

При разработке автоматизированных систем нового поколения особое значение должно быть уделено возможности визуализация пространственной формы декоративных элементов изделия, а так же установлению интерактивной параметрической взаимосвязи между эскизным и конструкторским решением модели и её элементов. Использование 3-Б технологий при задании эскиза и обеспечение его параметрической связи с конструкцией позволит в реальном времени проводить изменения композиционной формы декоративных элементов изделия и его конструктивного решения. Автоматизация этапа конструктивного моделирования декоративных элементов позволит не разделять этапы художественного и инженерного проектирования изделия, обеспечивая

максимально точную визуализацию выбранных параметров изделия при создании новых, композиционно-целостных моделей.

Определенная автором цель работы состоит в разработке информационно-методологического обеспечения автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды на основе параметрической взаимосвязи пространственной формы и конструкции изделия.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• проведён анализ методов проектирования объектов в современных САПР;

• исследована структура и состав исходной информации, необходимой для разработки метода автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов;

• исследована структура процесса проектирования внешней формы конструктивно-декоративных элементов одежды;

• разработана обобщенная последовательность описания конструктивно-декоративных элементов;

• разработана система характеристик, описывающих внешнюю форму конструктивно-декоративных элементов.

Объектом исследования выбран процесс проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды.

Научная новизна работы состоит в:

• разработке концепции метода автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов;

• разработке концептуальной модели процесса создания ЗО-модели декоративных элементов швейного изделия;

• разработке метода аналитического описания и задания пространственной формы конструктивно-декоративных элементов;

• разработке математического обеспечения процесса модификации пространственной формы конструктивно-декоративных элементов;

• разработке структурной модели параметрической взаимосвязи эскизного и конструктивного решения конструктивно-декоративных элементов;

• обосновании и разработке метода параметрического моделирования конструктивно-декоративных элементов одежды в виртуальной среде.

Практическая значимость работы состоит в разработке:

• методики автоматизированного проектирования декоративных элементов, обеспечивающей повышение эффективности процесса проектирования;

• методики проектирования заданной формы модели с учетом антропометрических особенностей фигуры, конструктивного и художественного решения модели;

• структурной схемы последовательности проектирования внешнего вида конструктивно-декоративных элементов одежды и их общей классификации;

• способа формирования объемного эскиза ЗО-эскиза конструктивно-декоративных элементов одежды;

• математического обеспечения процесса проектирования пространственной формы изделия в трёхмерной среде;

• программно-методического модуля для проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды.

Основные методы исследования. В работе использованы методы фотограмметрического анализа, статистической обработки данных, принципы аналитической, дифференциальной и численной геометрии, математического анализа, математического моделирования, интегрального исчисления, теория кинематических поверхностей, методы конструирования одежды на типовые и индивидуальные фигуры.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформированных в диссертации, подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, современными методами их решения, использованием известных положений фундаментальных наук и результатами промышленной апробации разработанных методик.

Апробация и внедрение результатов работы. Практическая значимость результатов работы подтверждена результатами промышленных испытаний в условиях ООО «Гротеск», ООО "Анна Тарес", ООО «Классик Дизайн», ООО «Дизайн Люкс», которые получили положительные отзывы, что подтверждено соответствующими актами.

Основные выводы и теоретические положения по работе докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технологии швейных изделий» МГУДТ, научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых II Московского Фестиваля науки (Москва, 2007), 60-ой научной конференции НИДС «Молодые ученые - XXI веку» (Москва, 2008), научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых III Московского фестиваля науки (Москва, 2008) и международной научно -технической конференции Korean - Russian International Fashion Exhibition (Москва, 2011).

Публикации. Основные положения и результаты проведенных исследований изложены в десяти публикациях общим объемом 2,15 п.л. (и,-них авторских - 1,14п.л.), в том числе три работы опубликовано в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК Минобрнауки.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе в целом, списка литературы, приложений. Диссертация изложена на 223 страницах машинописного текста, которые включают 23 таблицы, 85 рисунков, 25 формул, 9 приложений, представленных на 42 страницах. Список литературы включает 96 библиографических и электронных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрены и проанализированы возможности проектирования конструктивно-декоративных элементов в современных ЗО САПР одежды. По результатам исследования выявлено, что этап конструктивного моделирования декоративных, конструктивно-декоративных и дополнительных элементов костюма в современных САПР представлен очень узко.

С точки зрения проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды, объектами параметрического проектирования являются элементы системы "фигура человека - основные детали изделия -конструктивно - декоративные элементы". Для разработки

информационного и математического обеспечения системы проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды необходимо проанализировать:

• способы формализованного описания конструктивного решения и внешней формы КДЭ;

• возможность и способы математического описания пространственной формы фигуры человека;

• возможность и способы математического описания пространственной основных деталей изделия;

• способы формализованного задания параметрической связи "фигура человека - основные детали изделия - конструктивно - декоративные элементы";

• возможность и способы математического описания пространственной формы КДЭ;

Во второй главе представлены результаты исследования и разработки способов формализованного описания внешней формы КДЭ. Необходимость разработки формализованного описания конструктивного решения и внешней формы КДЭ обусловлена малой информативностью существующих классификаций декоративных элементов с точки зрения возможности использования этой информации в целях автоматизации этапов проектирования. Разработка обобщенной последовательности описания КДЭ основана на выделении общих моментов, характеризующих конструктивную и функциональную значимость элементов.

Последовательность описания КДЭ представлена многоуровневой схемой поэтапного описания и уточнения характеристик этих элементов. Первые три уровня обобщённой последовательности описания декоративных элементов одежды определяют функциональную значимость элементов, последующие уровни - особенности внешней формы и конструктивно -композиционного решения. Ввиду особенностей каждого уровня, в работе уровни 4-7 представлены в виде самостоятельных классификаций элементов описания КДЭ на примере КДЭ «воротник» (рисунок 1).

Такой принцип организации обобщённой последовательности описания позволит реализовать на этой основе базы данных и знаний для автоматизации процесса проектирования одежды на этапе конструирования и моделирования КДЭ. Системно организованная информация обеспечит единую форму представления данных в рамках САПР за счет использования единых терминов и понятий, входных и выходных данных, согласованность символов и параметров.

Для автоматизации описания внешней формы элементов не достаточно аналитического задания формы, большое значение также имеют качественные и количественные характеристики описываемой формы. В процессе исследования основных характеристик, и определения типов внешнего вида декоративных элементов, разработана последовательность восприятия внешней формы КДЭ. Разработанная последовательность определения внешнего вида КДЭ по визуальному восприятию внешней формы (рисунок 2) является исходной информацией для проектирования последовательности математического описания пространственной формы объектов внутри каждой выделенной группы КДЭ.

Ворс -

1 I I 1

1—. . * . . * . , * , г-*-п~

«мая I Классическая | Наклонная! I Воронкообразная | | хомут |

| Вырез, край борта |

г—I—, г I

гнтральная I Дауборная I Ассиметрнчная

J (смещенная) плечевому шву среднем шае

| Потайная | | Прямой ] [криаслинейный [ | Фигурным | | Ком бит

[

оформление КДЭ |

ЗЕ

Выетуллетм край

Углом I | Усеченное I I Криволинейное- [ I Фигурное I

--—т— I_—г--------- -

Л

Т

Сре) -^ряма"я I ГК^аолинейньшН I КркволинеЙЙПГП П<риаоли1е|" линия I I гладкий срез 1 | фигурный срез | I течками из

Г~ г I г

| Членение | | N членений | | Сборка

£ 4 , . + . . +

шкальное | | Горизонтальное | | Наклонное | I Произвольное |

1 1 Г^ I

1 Меняющее форму КДЭ | Меняющее форму НДЭ |

1 -1

Г' " 1 1

| Цельнокроеное | | Ста ное | | Цельнокроеное -1

|_

+ Ч

1 с™™. I I 1 1 1

£ , , 1_,

[ В сгиб | | Обтачной ]

Рисунок 1 -

Классификация элементов описания КДЭ «воротник»

| Обвемиая } Плоска* ]

Гладка« | { Фдитуриа» ]

Рисунок 2 - Обобщенная последовательность определения типов КДЭ по визуальному восприятию их внешней формы

Согласно структуре восприятия внешней формы КДЭ для адаптации выделенных в классификации элементов описания КДЭ к средствам компьютерного моделирования, разработана система характеристик, необходимых и достаточных для корректного описания модели в трёхмерном виртуальном пространстве:

1. Группа характеристик геометрической формы - эскизно-параметрические, определяющие внешний вид проектируемого элемента (качественные и количественные характеристики, получаемые с эскиза);

2. Группа характеристик пространственной формы - 31) параметры, описывающие расположение поверхности КДЭ относительно участка поверхности тела человека (или изделия);

3. Группа характеристик - декоративные параметры, описывающие особенности декоративной отделки элементов, не влияющей на их внешнюю объемную форму.

Вместе с вышеперечисленным распределением уровней для каждой характеристики КДЭ определен интервал рекомендуемых значений и выбран

максимально удобный и оптимально отвечающий потребностям рациональной работы способ указания (выбора) конкретной характеристики.

В третьей главе на основе анализа информации о возможностях трёхмерного моделирования одежды разработана концептуальная модель метода параметрического моделирования швейных изделий в ЗБ среде (рисунок 3).

В соответствии со спецификой всего цикла проектирования ШИ процесс проектирования КДЭ включает все этапы от создания эскизного решения до вывода лекал и может быть представлен следующими труппами действий:

- формирование блока исходной информации (1 группа);

- выбор базовой (БФ) и исходной модельной (ИМФ) формы КДЭ (2 группа);

- модификация виртуального прототипа, синтез модельной формы (МФ) КДЭ (3 группа);

- синтез конструкции КДЭ (4 группа).

Этапы процесса [ ' Методы и способы | Задачи и этапы решения

1 Формирование блока исходной нформации

Разработка способа построения исходной опорной поверхности для различных типов КДЭ

Разработка методики построение базовой исходной формы КДЭ на основе опорной поверхности

Разработка метода аналитического описания и способа математического задания ИМФ КДЭ

Разработка способа модификации исходной модельной формы КДЭ (построения МФ КДЭ)

Разработка метода модификации ИМФ КДЭ

Разработка способа построения плоскостной конструкции, взаимосвязанной с пространственной _моделью КДЭ_

Разработка математического обеспечения для расчёта конструктивных параметров, описывающих внешнюю форму КДЭ одежды

Разработка способа взаимосвязи пространственной формы КДЭ и его конструкции_

Разработка структуры исходной информации

Разработка ьД конструктивно- декоративных _элементов__

О

СП

2 Выбор базовой (БФ) и исходной модельной (ИМФ) формы КДЭ

3 Модификация виртуального прототипа, синтез модельной формы (МФ)КДЭ

О

ГЧ1

4 Синтез конструкции КДЭ

Разработка метода проектирования ИМФ КДЭ

Разработка метода модификации ИМФ. Построение МФ КДЭ

Разработка способа синтеза МК КДЭ по заданному эскизному решению

Рисунок 3 -

Концептуальная модель последовательности проектирования КДЭ в трехмерной среде

Для реализации метода трехмерного проектирования КДЭ разработан математический аппарат, включающий в себя:

• графическую БД конструктивно-декоративных элементов;

• аналитическое описание и способа математического задания ИМФ КДЭ;

• способ модификации ИМФ КДЭ и математическое обеспечение для расчёта параметров, описывающих внешнюю форму КДЭ одежды;

Внешняя форма конструктивно-декоративных элементов является второстепенной поверхностью, пространственные характеристики которой основываются на описании поверхности виртуального манекена и основных деталей изделия. Базовые и исходные опорные поверхности, используются как основа для проектирования КДЭ и различны для разных типов КДЭ.

Решение задачи, связанной с разработкой способа математического описания базовой и модельной формы КДЭ, основано на анализе топографических особенностей базовой поверхности, определения системы формообразующих параметров и разработке уравнений поверхности. Актуальным для целей автоматизированного проектирования КДЭ является использование способа описания поверхности фигуры человека, основанного на системе уравнений кусочно-гладких поверхностей. Применение данного математического подхода позволяет значительно сократить число вводимых и рассчитываемых данных и повысить точность воспроизведения виртуальной поверхности манекена фигуры человека. В ходе исследования разработан набор формообразующих параметров, необходимых и достаточных для корректного описания базовой формы КДЭ, разработаны формулы расчёта и взаимосвязи этих параметров и параметров модельной формы КДЭ на примере КДЭ -воротник.

Для проектирования участков базовой опорной поверхности КДЭ произведена фрагментация женской фигуры по топографическим зонам и фрагментам и исследование геометрии пространственной формы отдельных участков тела человека.

На основе графического анализа внешней формы поверхности женских фигур больших размеров установлено, что изменение образующих линий происходит в топографических зонах 1 и 3; остальные топографические зоны меняют форму за счет управляющих параметров параметрически описанных кривых (изменение высоты, касательных, углов наклона - что является входными условиями при проектировании формы) (рисунок 4).

"Т3п5' Т3п7/

Рисунок 4 - Выделение основных и дополнительных топографических зон верхних опорных участков плечевой поверхности и поверхности шеи для групп больших размеров

На основе анализа горизонтальных и вертикальных контуров исследуемой формы, их конфигурации, функций их характеризующих и способов математического задания, разработана математическая модель описания поверхности исследуемой БФ КДЭ (таблица 2).

Таблица 2 - Математическая модель БФ (фрагмент)

№ ТЗ

Уравнение горизонтальных абрисов

Пределы

( с[ш в осн поп п л

х(С) =-^-+

(у(о = л/(Пшсб - Пшз)2 - (Д2(Т111,Т161))2 * + t *

Гг(г) е [Т111,Т161]

I £ 6 [0,1]

Т54 л п x{t) = — *Cos(- + t*-)

у(0 = У(К1 * Т110)2 - (¿г(Т10,Т4))2~ * + t

(г(0 е [Т4.Т10] ( I е [0,1]

г ¿ш в осн поп ( х(0 =-2-* Со5(7Г + ' *

(у(£) = 7(Пшсп - Пшб)2 - (Дг(Т161,Т98 + Вшсп))2 * 5т(тт + I *

е [Т161Д98 + Вшсп]

I I е [0,1]

Г Т54 тг

I х(С) = — * СохСлг + С * -)

) у(0 = * Т110)2 - (Д2(Т98,Т4))2 * 5т(тг + С *

Гг(0 6 [Т98Д4] I t е [ОД]

Разработанные формулы расчёта параметров выделенных топографических зон внутренней опорной поверхности БФ КДЭ и уравнения

поверхности внутренней базовой формы КДЭ являются математическим обеспечением для расчёта и построения проектируемой поверхности в автоматическом режиме на любой размеро-рост, при этом, сечения поверхности располагаются корректно друг относительно друга в горизонтальных плоскостях.

Исходной математической информацией для построения ИМФ КДЭ «воротник» в виртуальной среде является уравнение кривой в пространстве (частный случай - кривая на плоскости). Базовой кривой для воротника является линия горловины спинки и полочки. Структура и способ дальнейшего построения трёхмерного объекта определяется характером первичной (исходной) поверхности и видом проектируемого элемента (воротника) (рисунок 5). Например, для проектирования поверхности плосколежащего воротника исходной информацией является уравнение поверхности, описывающее плечевую область стана. Для проектирования воротника, не лежащего на поверхности изделия (например, стойки) исходной информацией является уравнение поверхности, описывающее область шеи, при этом если воротник не повторяет форму шеи, то в качестве исходной поверхности может быть выбрана поверхность второго порядка (цилиндр, конус).

Выделено четыре способа задания поверхности, которую воротник образует в пространстве: поверхность, повторяющая верхнюю опорную поверхность тела человека (уравнение подобия) (рисунок 5а); поверхность, повторяющая поверхность шеи (уравнение подобия) (рисунок 56); поверхность второго порядка (уравнение поверхности фигуры) (рисунок 5в); комбинированная поверхность (рисунок 5г).

а) Повторяет плечевую опорную поверхность

в) Поверхность второго порядка

б) Повторяет поверхность шеи

£Г ! РСЖ

1г. - Г Ч

Г/ Ш

г) Комбинированная поверхность

Рисунок 5 -Варианты визуализации поверхности КДЭ - воротника

Таким образом, представленный параметрический способ задания пространственных объектов, основанный на применении математических уравнений кусочно-гладких поверхностей, позволяет получить реалистичную трёхмерную модель манекена внутренней опорной поверхности КДЭ на любой тип фигуры и размеро-рост, построенную на основе задания трёх основных размерных признаков. Параметрическое задание поверхности обеспечивает возможность получения информации о любой точке поверхности. Задание трёхмерной поверхности с использованием этого метода не требует больших затрат системных ресурсов для расчёта параметров поверхности и её графического отображения.

Одним из основных принципов метода параметрического моделирования является возможность модификации пространственной формы изделия в зависимости от различных факторов. Изменение пространственной формы изделия осуществляется путём изменения значений параметров, описывающих ИМФ (рисунок 6).

Рисунок 6 - Изменение внешней формы КДЭ на примере воротника за счет изменения его внутренних конструктивных параметров

Ключевым вопросом при разработке алгоритмов параметрического проектирования КДЭ швейных изделий, является создание взаимосвязи трансформируемой формы декоративного элемента, представленной трехмерным эскизом, и плоскостной конструкции в виде чертежа. Для решения данного вопроса определены общие ключевые параметры конструкции декоративного элемента и его трехмерной модели, а так же принципов задания двухсторонней связи между «объектами». Выявлено, что различный внешний вид готового КДЭ может достигаться одинаковыми функциями проектирования исходной формы объекта. Разница внешнего вида определяется различием особенностей технологической сборки и

значений внутренних параметров, используемых при конструировании исходной формы КДЭ.

Для интеграции и эффективного использования большого числа параметрических характеристик на этапе эскизного и технологического решения модели разработаны алгоритмы построения и схемы, отображающие однозначную взаимосвязь геометрических данных (получаемых в явном и скрытом виде согласно структуре характеристик описания внешнего вида) и конструкции модели на стадии ее отображения (таблица 3).

Таблица 3 - Табличная информационная модель параметров взаимосвязи ИМФ и конструкции КДЭ (фрагмент)

Конструктивные параметры основных деталей ШИ

А- расширение по линии горловины спереди,

Б- расширение по линии горловины сзади, см В- расширение по линии горловины сбоку, см

Конструктивные параметры КДЭ

Ы- длина горловины полочки и спинки БК

до внесения изменений

Ь2- длина горловины полочки и спинки БК

после внесения изменений

Ь- высота воротника.___

В четвертой главе представлено описание разработанного программно-методического модуля для проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды «ЗБ эскиз КДЭ». Модуль включает в себя возможность работы как над пространственной формой проектируемого изделия, так и его плоскостной конструкцией (рисунок 7).

Меню 313 окна системы проектирования состоит из нескольких вкладок: «Изделие», «Манекен», «Параметры БК», «Параметры ИМК», «Параметры МК», «ЗОманекен» и «ЗОэскиз изделия», каждая из которых имеет определённый функционал. Вкладки, включающие параметры модификации БК, ИМК и МК, подключаются при выборе изделия и содержат только те функции моделирования, которые разработаны для конкретного изделия.

Для проектирования КДЭ необходимо выбрать тип швейного изделия, основываясь на основные детали которого проектируется декоративный элемент.

Рисунок 7 - Интерфейс программного модуля «ЗЭ Эскиз КДЭ» а) окно трёхмерного проектирования; б) окно работы с конструкцией

Работа в модуле происходит в следующей последовательности: задание размера манекена и выбор основных деталей ШИ (рисунок 8а); выбор БФ КДЭ (рисунок 86); моделирование желаемой формы модельной формы элемента (МФ) и взаимосвязанных с ним элементов конструктивной отделки - моделирование выреза, застежки и т.д. (рисунок 8в); построение модели.

Расчет экономической эффективности разработанного метода показал, что использование программно-методического модуля для проектирования КДЭ одежды, позволит сократить сроки разработки проектно-конструкторской документации при проектировании КДЭ на 11%.

а) б) в) г)

Рисунок 8 - Последовательность работы в модуле «ЗО Эскиз» а) задание размера манекена и основных деталей ШИ; б) выбор БФ; в) модификация ИМФ; в) конструкция модели

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработан способ описания объёмно-пространственной формы конструктивно- декоративных элементов одежды с точки зрения визуальной оценки и восприятия внешней формы, включающей систему характеристик, необходимую для художественного проектирования и моделирования одежды.

2. Разработана концептуальная модель методов автоматизированного проектирования КДЭ одежды в виртуальной среде, содержащая последовательность проектирования новых моделей, задачи и способы их решения на каждом этапе разработки пространственной формы изделия.

3. Разработана информационная модель КДЭ, включающая 3 группы характеристик внешней формы КДЭ, исследованы особенности математического описания и возможные интервалы значений для групп эскизных, пространственных и декоративных параметров внешней формы КДЭ.

4. Исследована и систематизирована информация об особенностях пространственной формы КДЭ, результаты представлены в виде разработанной типологии характера поверхностей КДЭ и классификации типов поверхностей КДЭ.

5. Разработаны формализованные математические модели описания объёмно - пространственных форм и вариантов конструктивно -композиционного решения КДЭ на примере воротников, позволяющие структурировать и оптимизировать процесс автоматизированного трехмерного проектирования и моделирования внешнего вида КДЭ.

6. Разработана система сопоставления типа КДЭ и соответствующих для него базовых и исходных опорных поверхностей, позволяющая структурировать и систематизировать математический аппарат для описания пространственной формы КДЭ.

7. Разработано математическое описания и разработан метод модификации исходной базовой формы КДЭ, позволяющие модифицировать исходную модельную форму КДЭ с использованием ЭФДО — сборки, защипы, складки.

8. Разработана структура программно-методического модуля <сЮ Эскиз», включающая следующие функциональные этапы: ввод и редактирование ведущих размерных признаков; формирование и отображение базовой формы КДЭ; создание трёхмерного эскиза изделия; моделирование желаемой модельной формы КДЭ на ЗО эскизе; формирование плоскостной конструкции модели.

9. Произведён расчёт экономической эффективности от применения модуля «ЗО Эскиз», который показал, что внедрение программно-методического модуля «ЗО Эскиз» в производство позволит сократить сроки разработки проектно-конструкторской документации на 11% и обеспечит согласованность работы художника и конструктора, что значительно повысит эстетический уровень разрабатываемых изделий.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Издания, рекомендованные экспертным советом ВАК:

1. Мурашова Н.Г. (Филинова Н.Г.) Этапы разработки метода автоматизированного проектирования декоративных деталей одежды с элементами интеллектуализации [Текст] /Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева // Научный журнал «Дизайн, Материалы, Технология». СПб., 2011. - №1(16). С. 65-70. (0,3п.л. /0,18п.л.).

2. Мурашова Н.Г. Разработка параметрического описания внутренних связей системы «конструктивно-декоративные элементы - швейное изделие» [Текст] / Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева // Научно-технический журнал «Известия Вузов - Технология Легкой Промышленности». СПб., 2011. -№4(том 14).С.63-69. (0,3 пл. /0,14п.л.).

3. Мурашова Н.Г. Особенности параметрического описания пространственной формы конструктивно-декоративных элементов [Текст] / Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева И Швейная промышленность. 2011. - №5. С.55-58. (0,3п.л. /0,18п.л.).

другие издания:

4. Мурашова Н.Г. Этапы разработки интегрированного модуля проектирования декоративных элементов [Текст] / Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева // Техника и технология,- М.: Спутник. 2008. -№4. С.45-49. (0,3 п.л./ 0,1 пл.).

5. Мурашова Н.Г. Основные аспекты разработки автоматизированного модуля «Проектирование декоративных элементов» [Текст] / Н.Г. Мурашова, М.В. Киселева, В.В. Гетманцева // II Московский фестиваль науки. Доклады научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных- М.:ИИЦ МГУДТ. 2007.- С. 129-132. (0,3 п.л./ 0,1п.л.).

6. Мурашова Н.Г. Разработка интеллектуального интегрированного модуля «Eleandr-Decor» [Тезисы] / Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева // Сборник тезисов докладов 60-ой научной конференции НИДС «Молодые ученые-XXI веку». - М: МГУДТ.2008,- С.12-16 (0,4 п.л./ 0,14п.л. ).

7. Мурашова Н.Г. Интеллектуализация процессов проектирования декоративных элементов швейного изделия [Текст] /Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева // Сборник тезисов докладов научно-технической конференции «ИННОВАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ СЕРВИСА». Уфа.2010,- С.22 (0,1 п.л./0,06).

8. Мурашова Н.Г. CAD module of pockets design [Тезисы] англ. (Модуль автоматизированного проектирования ДЭ - карманов) / N.G. Murashova, V.V. Getmantseva // Сборник тезисов докладов международной выставкиКогеап-Russian International Fashion Exhibition. 2011.- С.15-20 (0,2 пл./0,14 пл.).

9. Мурашова Н.Г. Virtualization of the computer-aided garment design [Тезисы] англ. (Виртуализация автоматизированного проектирования швейных изделий) / N.G. Murashova, V.V. Getmantseva // Интернет - журнал Fibre2fashion. Industry -article/submit-free-articles.asp.2009 (0,25п.л./0,1п.л.).

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011612237 «Распознавание художественного эскиза модели одежды»/ Е.Г. Андреева, В.В. Гетманцева, Н.Г. Мурашова, И.Б. Разин; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.03.2011г.

Филинова Наталья Геннадьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОДЕЖДЫ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Усл.-печ. 1,0 п.л. Тираж &D экз. Заказ № ¿?«3>2.~ Редакционно-издательский центр МГУДТ 117997, г. Москва, ул. Садовническая, 33, стр. 1 Тел/факс (495) 506 72 71 e-mail: rfrost@yandex.ru Отпечатано в РИО МГУДТ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И

ТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи

04201355166

ФИЛИНОВА Наталья Геннадьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ДЕКОРАТИВНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ ОДЕЖДЫ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.19.04 «Технология швейных изделий»

ДИССЕРТАЦИЯ На соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, Гетманцева В.В.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных сокращений, принятых в диссертации...................................5

Введение...................................................................................................................6

Глава 1. Исследование структуры процесса проектирования внешней формы конструктивно-декоративных элементов одежды.............................................13

1.1 Анализ способов проектирования КДЭ в современных САПР...........17

1.2 Анализ методик проектирования конструктивно - декоративных элементов............................................................................................................26

1.3 Использование средств визуализации в ЗО САПР одежды.................35

1.4 Способы параметризации объектов трехмерного проектирования.... 38

1.5 Анализ исходной антропометрической информации для проектирования конструктивно - декоративных элементов.........................41

Выводы................................................................................................................51

Глава 2. Исследование и разработка способов формализованного описания

внешней формы КДЭ............................................................................................52

2.1 Разработка обобщенной последовательности описания КДЭ................52

2.2 Систематизация влияющей информации для проектирования конструктивно-декоративных элементов........................................................56

2.3 Исследование особенностей описания признаков внешней формы и конструктивного решения КДЭ........................................................................60

2.3.1 Исследование типологии КДЭ по восприятию внешней формы.....61

2.4 Разработка информационной модели КДЭ............................................69

2.4.1 Установление порогов классовых границ для определения величин безразличия формообразования основных форм КДЭ..................................70

2.4.2 Исследование группы эскизных характеристик...............................75

2.4.3 Исследование группы ЗБ характеристик конструктивно-декоративных элементов швейных изделий..................................................85

2.4.4 Исследование группы декоративных характеристик конструктивно-декоративных элементов швейных изделий.................................................91

Выводы................................................................................................................98

Глава 3. Разработка методов трехмерного проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды........................................................................99

3.1 Разработка концептуальной модели процесса проектирования КДЭ в трехмерной автоматизированной среде.........................................................100

3.2 Разработка метода аналитического описания пространственной формы конструктивно - декоративных элементов....................................................103

3.2.1 Исследование топографии опорной плечевой поверхности и шеи ... 105

3.3 Разработка способа параметрического задания пространственной формы конструктивно- декоративных элементов.......................................122

3.3.1 Разработка типологии сопряжения КДЭ с исходной модельной поверхностью ШИ...........................................................................................124

3.3.2 Разработка типологии поверхности КДЭ............................................127

3.3.3 Разработка типологии характера поверхности КДЭ..........................129

3.4 Разработка математического обеспечения процесса модификации пространственной формы конструктивно- декоративных элементов.......133

3.5 Разработка методики проектирования конструкции декоративных элементов по заданному трёхмерному эскизу............................................141

Выводы..............................................................................................................150

Глава 4. Разработка программно-методического обеспечения 3D САПР для автоматизации процесса конструктивного моделирования декоративных элементов изделия...............................................................................................151

4.1 Функциональные требования к эскизно-конструкторскому модулю интегрированной САПР..................................................................................151

4.2 Разработка структуры программно-методического комплекса............153

4.3 Разработка структуры интерфейса программно-методического комплекса..........................................................................................................154

4.4Тестирование программно-методического комплекса...........................163

4.5 Расчёт эффективности внедрения в производственный процесс

программного модуля «3D -эскиз»...............................................................169

Выводы..............................................................................................................175

Общие выводы по работе................................................................................176

Список используемых источников....................................................................178

Приложение 1.............................................................................188

Приложение 2.............................................................................191

Приложение 3..............................................................................197

Приложение 4..............................................................................199

Приложение 5.............................................................................201

Приложение 6.............................................................................205

Приложение 7..............................................................................208

Список условных сокращений, принятых в диссертации

САПР - система автоматизированного проектирования ШИ - швейное изделие

КТД - конструкторско - технологическая документация

БК - базовая конструкция

МК - модельная конструкция

ОД - основные детали

ДД - дополнительные детали

Декор Д- декоративные детали

ЭКДО - элемент конструктивно - декоративной отделки

ВМ - виртуальная модель

ДЭ - декоративный элемент

КДЭ - конструктивно- декоративный элемент

ФДЭ - фактурный декоративный элемент

КМ — конструктивное моделирование

КП - конструктивные параметры

БД - база данных

ГМ - геометрическая модель

ИО - информационное обеспечение

ИФ- исходная форма

МФ- модельная форма

ИМФ- исходная модельная форма

БФ- базовая форма

Введение

Развитие современных систем автоматизированного проектирования (САПР) направлено на обеспечение рациональной и комфортной работы конструктора, важным элементом которой является комплексный подход к разработке эскизного, конструкторского и технологического решения моделей одежды. Одним из наиболее сложных этапов процесса автоматизированного проектирования швейных изделий остается конструктивное моделирование одежды, в частности, моделирование дополнительных и декоративных элементов изделия. Это связано с низким уровнем формализации информации на этапе перехода от эскизного решения нового изделия к его модельной конструкции, что обусловлено недостаточным исследованием методов субъективной оценки представления внешнего образа швейных изделий.

Процесс проектирования декоративных и конструктивно-

декоративных элементов, являющихся важными деталями костюма, имеет

второстепенное значение в процессе проектирования конструкций одежды в

САПР. Специфика процесса проектирования декоративных и конструктивно-

декоративных элементов требует разработки методов автоматизации этапов

художественного и конструктивного моделирования, основанных на методах

интеллектуализации, то есть в процессе проектирования конструктору

должна быть представлена визуальная и параметрическая информация об

объекте проектирования, предложены варианты рациональных

конструктивных решений, обеспечен удобный интерфейс. Исследование

информации по вопросу структурной и параметрической взаимосвязи

элементов, составляющих швейное изделие, показало, что основное

внимание уделяется основным деталям [1,2,3,4,5,6], а информация,

описывающая декоративные элементы изделия и их взаимосвязь с другими

элементами малоизученна и рассмотрена в основном только на примере

воротников [7]. Поскольку конструктивно - декоративные элементы

6

являются объектами сложной геометрической формы, особенности визуального восприятия и математического описания их внешней формы требуют дополнительных исследований и структуризации.

При разработке автоматизированных систем нового поколения особое значение должно быть уделено возможности визуализации пространственной формы декоративных элементов изделия, а так же установлению интерактивной параметрической взаимосвязи между эскизным и конструкторским решением модели и её элементов. Использование 3-0 технологий при задании эскиза и обеспечение его параметрической связи с конструкцией позволит в реальном времени проводить изменения композиционной формы декоративных элементов изделия и его конструктивного решения. Автоматизация этапа конструктивного моделирования декоративных элементов позволит не разделять этапы художественного и инженерного проектирования изделия, обеспечивая максимально точную визуализацию выбранных параметров изделия при создании новых, композиционно - целостных моделей.

Объектом исследования выбран процесс проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды.

Цель работы состоит в разработке информационно-методического обеспечения для автоматизации этапа проектирования конструктивно-декоративных элементов одежды, основанного на принципах параметрической взаимосвязи характеристик пространственной формы и конструкции изделия.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- проведён анализ методов проектирования объектов в современных САПР;

- исследована структура и состав исходной информации, необходимой для разработки метода автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов;

- исследовала структура процесса проектирования внешней формы конструктивно-декоративных элементов одежды;

- разработана обобщенная последовательность описания конструктивно-декоративных элементов;

- разработана система характеристик, описывающих внешнюю форму КДЭ;

- определены принципы формообразования КДЭ и методов оценки их композиционно-художественного решения;

- проведено исследование вариативности и методов описания объёмной формы КДЭ изделия и получения параметрической информации о модели для задания и модификации элементов ЗЭ эскиза в виртуальной среде;

- проведён анализ способов преобразования параметрической информации на этапах ЗБ эскиз - конструкция - виртуальное изделие;

- разработана структурная схема параметрической взаимосвязи элементов системы «детали изделия - декоративные элементы»;

- разработаны основные алгоритмы проектирования и параметрического моделирования графических элементов в ЗБ пространстве;

- разработан эскизно-конструкторский модуль интегрированной САПР;

- проведена апробация модуля трехмерного проектирования на производстве на примере женских изделий легкого ассортимента и пальтовой группы.

Методы исследования. В работе использованы методы логического, системно-структурного и графического анализа, инженерные методы построения поверхностей, компьютерные методы моделирования объектов в трёхмерной среде. В процессе антропометрических исследований женских фигур использованы контактные и бесконтактные методы измерений. Для обеспечения достоверности результатов, полученных в работе, применены

методы математической статистики с использованием пакетов прикладных программ Microsoft Office Excel.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке концепции метода автоматизированного проектирования конструктивно-декоративных элементов;

- разработке концептуальной модели процесса создания 30-модели декоративных элементов швейного изделия;

- разработке метода аналитического описания и задания пространственной формы конструктивно-декоративных элементов;

- разработке математического обеспечения процесса модификации пространственной формы конструктивно-декоративных элементов;

- разработке структурной модели параметрической взаимосвязи эскизного и конструктивного решения конструктивно-декоративных элементов;

- обосновании и разработке метода параметрического моделирования конструктивно-декоративных элементов одежды в виртуальной среде.

Практическая значимость работы состоит в разработке:

- методики автоматизированного проектирования декоративных элементов, обеспечивающей повышение эффективности процесса проектирования;

- методики проектирования заданной формы модели с учетом антропометрических особенностей фигуры, конструктивного и художественного решения модели;

- структурной схемы последовательности проектирования внешнего вида КДЭ и общей классификации конструктивно-декоративных элементов;

- способа формирования объемного эскиза 3D эскиза КДЭ;

- математического обеспечения для проектирования пространственной формы изделия в трёхмерной среде;

- программно-методического модуля «КДЭ - воротник».

Апробация результатов работы. Практическая значимость результатов работы подтверждена результатами промышленных испытаний в условиях ООО «Гротеск», ООО «Анна Тарес», 000«Кпассик Дизайн», ООО «Дизайн Люкс».

Основные выводы и теоретические положения по работе докладывались и получили положительную оценку на заседаниях кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технологии швейных изделий» МГУДТ, научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых II Московского Фестиваля науки (Москва, 2007), 60-ой научной конференции НИДС «Молодые ученые - XXI веку»(Москва, 2008), научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых III Московского фестиваля науки (Москва, 2008) и международной научно -техническойконференцииКогеап-RussianIntemationalFashionExhibition (Москва, 2011).

Публикации. Основные положения и результаты научного исследования изложены в десяти публикациях общим объемом 2,15 п.л. (из них авторских -1,14 пл.), в том числе три работы опубликовано в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК Минобрнауки: Статьи в Э!сурналах, определенных ВАК:

1. Мурашова Н.Г. (Филинова Н.Г.) Этапы разработки метода автоматизированного проектирования декоративных деталей одежды с элементами интеллектуализации[текст]/Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева/УНаучный журнал «Дизайн, Материалы, Технология». СПб., 2011. - №1(16). С. 65-70. ( 0,3 п.л. / 0,18п.л.)

2. Мурашова Н.Г. Разработка параметрического описания внутренних связей системы «конструктивно-декоративные элементы - швейное изделие» [текст]/ Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева// Научно-технический

журнал «Известия Вузов- Технология Легкой Промышленности». СПб., 2011. -№4(том 14). С.63- 69. (0,3 п.л. /0,14 п.л.)

3. Мурашова Н.Г. Особенности параметрического описания пространственной формы конструктивно-декоративных элементов [текст]/ Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева// Швейная промышленность.2011. - №5. С.55-58. (0,3 п.л. /0,18 п.л.)

Статьи в других научных .журналах и изданиях:

4. Мурашова Н.Г. Этапы разработки интегрированного модуля проектирования декоративных элементов [текст]/ Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева/ЛГехника и технология - М.: Спутник. 2008. -№4. С.45-49.(0,3 п.л./ 0,1 п.л.)

5. Мурашова Н.Г. Основные аспекты разработки автоматизированного модуля «Проектирование декоративных элементов» [текст]/ Н.Г. Мурашова, М.В. Киселева, В.В. Гетманцева// II Московский фестиваль науки. Доклады научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных.- М.:ИИЦ МГУДТ. 2007. - С. 129-132. (0,3 п.л./ 0,1 п.л.)

6. Мурашова Н.Г. Разработка интеллектуального интегрированного модуля «Eleandr-Decor» [тезисы]/ Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева//Сборник тезисов докладов 60-ой научной конференции НИДС «Молодые ученые-XXI веку». -М: МГУДТ.2008.- С. 12-16 (0,4 п.л./ 0,14п.л. )

7. Мурашова Н.Г. Интеллектуализация процессов проектирования декоративных элементов швейного изделия [текст]/Н.Г. Мурашова, В.В. Гетманцева//Сборник тезисов докладов научно-технической конференции «ИННОВАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ СЕРВИСА». Уфа.2010.- С.22 (0,1 п.л./0,06)

8. Мурашова Н.Г. CAD module of pockets design [тезисы] англ. (Модуль автоматизированного проектирования ДЭ - карманов)/ N.G. Murashova, V.V. Getmantseva // Сборник тезисов докладов международной выставки

Korean-Russian International Fashion Exhibition. 2011.- C. 15-20 (0,2 пл./ 0,14 пл.)

9. Мурашова Н.Г. Virtualization of the garment computer-aided garment design [тезисы] англ. (Виртуализация автоматизированного проектирования швейных изделий)/ N.G. Murashova, V.V. Getmantseva// в интернет ->KypHaneFibre2fashion. Industry - article/submit-free-articles.asp. 2009 (0,25п.л./0,1п.л.)

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011612237 «Распознавание художественного эскиза модели одежды»/ Е.Г. Андреева, В.В. Гетманцева, Н.Г. Мурашова, И.Б. Разин; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 17.03.2011г.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по каждой главе и работе в целом, списка литературы, приложений. Диссертация изложена на 215 страницах машинописного текста, которые включают 22 таблицы, 78 рисунков, 25 формул, 7 приложений, представленных на 29 страницах. Список литературы включает 87 библиографических и электронных источников.

Глава 1. Исследование ст�