3. Методы определения рациональных размеров и формы одежды на основе трехмерного проектирования
В зарубежных источниках первые сообщения об использовании ЭВМ для построения выкроек появились в 1962 году (Япония). В настоящее время можно выделить несколько характерных информационных моделей процесса конструирования одежды с использованием средств автоматизации:
информация об определенном количестве конструкций, находящихся в запоминающем устройстве ЭВМ, перебор вариантов, выбор нужного варианта;
получение чертежей деталей конструкции новой модели с помощью расчетно-графических методов;
информация об исходной поверхности манекена (одежды) и получение конструкции одежды на базе развертки ее поверхности.
Изучение патентных материалов, начиная с I960 года, показало, что за рубежом над решением данной проблемы работает ряд фирм Японии, Англии, США, Франции. Наибольшее число патентов относится к решению задачи вычерчивания лекал смежных размеров-ростов по вводимым в ЭВМ координатам базовых точек лекал-оригиналов и таблицам коррекций этих точек (градация лекал).
Далее идет группа патентов, относимая к проблеме "распознавания образов". Сущность ее сводится к отысканию подобия. Фирма "Зингер" решила данную проблему следующим образом: заказчику представляется серия эскизов моделей, из которых он выбирает желаемую. Заказ вводится в ЭВМ, и машина отыскивает необходимую конструкцию лекал из числа находящихся в её памяти.
Предложен также метод вычерчивания деталей изделий по имеющимся в памяти ЭВМ шаблонам, которые корректируются на основе индивидуальных мерок заказчика. Такая трактовка проблемы обеспечивает построение деталей только в случае, если "образ" имеется в памяти ЭВМ. В противном случае для преобразования новой информации об антропометрических данных заказчика потребуется значительное время.
В нашей стране разработка проблем получения конструкции на ЭВМ ведется, начиная с конца 60-х годов. Четко определилось два направления:
получение конструкции основных деталей на базе развертки поверхности манекена типовой фигуры;
расчет и построение конструкции деталей новой модели одежды на основе методик конструирования и модификации базовых конструкций.
3.1 Получение разверток поверхности манекенов типовых фигур
По утверждению зарубежных фирм наиболее перспективным курсом для швейной промышленности, определяющим направление развития технологии проектирования одежды, является трехмерное проектирование. Фирма "ГЕРБЕР КАМСКО" начала проводить исследования в области трехмерного проектирования, начиная с 1984 года. Первыми были конструкции торса из кубических элементов. Это привело к более ясному пониманию принципов действия системы трехмерного проектирования одежды.
Для разработки новых методов проектирования необходимо располагать объективной информацией о размерах и форме одеваемой поверхности. Для целей массового изготовления одежды такая информация задается в виде манекенов (макетов) типовых фигур.
Анализ способов, применяемых для построения разверток поверхности манекена, показал, что наиболее перспективными для целей автоматизированного проектирования являются методы, которые предусматривают использование зависимостей, связывающих исходные данные об объекте проектирования и параметры развертки его поверхности. Такие зависимости находят применение, в частности, в методах, основанных на принципах прикладной и дифференциальной геометрии. Общим для них является построение математической модели линейного каркаса поверхности манекена.
Возможность получения цельной развертки деталей при типовом членении конструкции обеспечивает метод, предложенный Ленинградскими учеными в 1980-х годах. Назовем его условно «метод ЛИТЛП» (Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности, ныне Санкт-Петербургский Университет технологии и дизайна). В основе этого метода лежит задание поверхности манекена типовой фигуры семейством линий, образующих сетчатый каркас. Этот каркас состоит из 3-х следующих линейных каркасов:
первый задаётся 9-ю горизонтальными сечениями и одним наклонным, проведенным по линии основания шеи;
второй каркас определён саггитальным сечением (S), де- лящим фигуру по линии симметрии пополам, и фронтальным (F), проходящим через точку основания шеи и плечевую точку;
третий каркас определяется двумя радиальными сечениями (R1 и R2), проходящими по участкам максимальной кривизны поверх- ности: первое (R1) через выступающую точку грудной железы и вертикаль, на которой размещается центр тяжести манекена и второе (R2) - через точку заднего угла подмышечной впадины и вы- шеназванную вертикаль.
В результате поверхность манекена как бы расчленяется на 3 составные части: спинку, бочок и перед, тождественные деталям конструкции (см. рисунок 3.1 ).
Рисунок 3.1 - Положение базовых точек на поверхности манекена женской фигуры по «методу ЛИТЛП»
Все сечения проходят через антропометрические точки поверхности манекена, а места их пересечений определяют положение БАЗОВЫХ ТОЧЕК, формирующих точечный каркас развёртываемой поверхности. Всего на поверхности манекена выделено 47 базовых точек. Их координаты в трехмерной декартовой системе являются исходными данными, которые используются для расчета параметров и оформления контуров разверток поверхности манекена.
Алгоритм программы, реализующей этот метод, представляет собой последовательность операций по расчету отдельных участков развёртки. Условно выделено три этапа построения развертки поверхности манекена:
по координатам базовых точек формируется ПЛОСКОГРАННАЯ РАЗВЕРТКА. Она представляет собой проекции участков развертываемой поверхности на проекционные плоскости (перед и спинка - на фронтальную, боковая часть - на профильную);
определяются координаты УСЛОВНОЙ РАЗВЕРТКИ. При этом учитывалась кривизна и форма линий на поверхности манекена. Эти линии представляли собой следы сечения поверхности горизонтальными и вертикальными плоскостями. Они аппроксимировались параболами n-ой степени. Каждое горизонтальное сечение описывалось двумя или тремя параболами. Вертикальные сечения - не более пяти;
производилось упорядочение координат базовых точек для расчета параметров уравнений аппроксимирующих параболическими кривыми. Из общего массива координат X, У, Z необходимо было сформировать последовательность значений X и У таким образом, чтобы сохранить установленный порядок их следования как внутри каждого сечения, так и в отношении сечений. Сечения 1-7 описываются тремя, а 8-10 двумя параболами. В случае, если сечение описывалось тремя параболами, например, сечение 1, первая из них проходила через точки 2,3,4; вторая - через точки 2,1; третья - через 4,5 (см.рисунок 3.2,а ). Сечение 8 описывалось двумя параболами, проходящими через точки 36,37 и 38,39 (рисунок 3.2,6). Аналогичные операции проводятся и для вертикальных сечений, задаваемых в осях Z и X (рисунок 3.2,в ) .
Рисунок 3.2 - Положение базовых точек при аппроксимации сечений поверхности манекена
Уравнения аппроксимирующих парабол использовались для определения длин участков горизонтальных и вертикальных сечений. Переход от плоскогранной к условной развертке производился с учетом приращений к соответствующим координатам точек плоскогранной развертки. Эти приращения определялись как разница между истинной длиной кривой и ее проекцией на плоскость. Пересчет координат контуров плоскогранной развертки производился с учетом исходных линий. Вертикали - середина переда, спинки и бочка. Горизонталь - линия груди (сечение 5).
Рисунок 3.3 - Плоскогранная и условная развертки поверхности
манекена
В результате были определены координаты точек контуров деталей развёртки. Развертки представляли собой на этом этапе многогранники (см.рисунок 3.3). Для оформления боковых контуров деталей плавными кривыми (обводами) использовался метод интерполяции. Для определение параметров интерполирующих парабол использовалась та же подпрограмма, что и для аппроксимации сечений манекена.
Плечевой участок спинки рассматривался как плоскость общего положения, относительно трехмерных осей координат. Она состоит из отрезков прямых. Развертка этого участка рассчитывалась по отдельной подпрограмме. Определялись длины формирующих его отрезков как прямых общего положения, а также углы наклона этих пряных относительно проекционных плоскостей. Использовались уравнения аналитической геометрии на плоскости и в пространстве.
Оформление горловины спинки и переда, а также линии проймы производилось с помощью дуг сопряженных окружностей. Для них определялись величины радиусов, координаты центров и величины центральных углов.
В итоге была оформлена т.н. ПРИБЛИЖЕННАЯ РАЗВЕРТКА поверхности манекена женской типовой фигуры (рисунок 3.4).
Основным недостатком метода ЛИТЛП, является то, что не учитывается сетчатая структура материала. Однако детали развертки получаются цельными и их можно считать вариантом базовой основы конструкции одежды.
В результате многолетних исследований на кафедре технологии швейного производства Московской государственной академии легкой промышленности разработан аналитический метод расчета разверток объёмных и плоских оболочек деталей одежды. Этот метод наилучшим образом обеспечивает автоматизацию проектирования изделий, учитывая при этом сетчатую структуру материалов.
Рисунок 3.4 – Внешний вид приближенной развертки поверхности
манекена женской фигуры
В основе метода расчета разверток лежит возможность существования чебышевской сети на любой поверхности. Предложено два подхода к реализации этого метода. Первый предусматривает использование аналитических зависимостей, связывающих координаты точек контуров развертки и геодезические координаты на поверхности. Используются известные формулы П.Л.Чебышева и условие аппроксимации отдельных участков незакономерной поверхности манекена полусферической поверхностью. Второй подход к использованию теории чебышевских сетей при расчете развертки поверхности проектируемого изделия на ЭВМ предполагает численное моделирование этой сети на дискретно заданной поверхности манекена (одежды) [ ].