Геометричний синтез елементів одягу

Під синтезом елементів одягу в даному випадку слід розуміти створення розгорток – викрійок, на основі яких створюється вироб. В даний час завдання створення системи автоматичного проектування (САПР) для творців одягу є достатньо актуальним, що бачимо з аналізу розвитку і місця на ринку програмного забезпечення аналогічних розробок. Подібні САПР будуть затребувані не тільки підприємствами текстильної промисловості, але і творцями тривимірних персонажів в таких системах, як 3Dmax, окремі модулі яких дозволяють створювати одяг персонажеві на основі викрійок (за умови створення конвертера викрійки у відповідні формати).

Багато галузей промисловості стикаються з потребою побудови криволінійних поверхонь і їх розгорток. У швейній галузі найбільш поширені розрахунково-графічні способи побудови розгорток по невеликому числу вимірювань поверхні фігури людини.

Проте висока точність конструювання розгорток деталей одягу не може бути досягнута за допомогою розрахунковий-графічних методів, які спираються тільки на антропологічні дослідження. Інженерні і геометричні методи конструювання розгорток деталей одяг, який є об'єктом дослідження, – більш універсальні.

Існуючі програми для конструювання елементів одягу використовують ряд розрахунково-графічних та інженерних методів. В деяких випадках використовувана методика не розголошується, залишаючись ноу-хау підприємства-розробника. Серед аналогів можна перерахувати такі: система PATTERNSCAD від PATTERNSCAD Software, система побудови викрійок розробників «Схід-Соло», САПР для швейної промисловості Comtense, система СТАПРІМ, розроблена на кафедрі конструювання і технології швейних виробів Санкт-петербурзького державного університету технології і дизайну, САПР Grazia, програма створення викрійок Patternmaker, САПР від Gerber Technology, Novocut, Lectra, Investronica.

Аналоги можна розділити на дві категорії: додатку для генерації викрійок на типову фігуру і повноцінні САПР для конструювання одягу.

Прикладом систем першої категорії є система PATTERNSCAD від PATTERNSCAD Software, система побудови викрійок розробників «Схід-Соло». Їх основні недоліки:

• Відсутність можливості моделювання одягу;
• Відсутність тривимірного зображення отриманого виробу;
• Використання ряду стандартних алгоритмів генерації викрійок, що всього лише спрощує роботу кравця, але не переводить синтез викрійки елементу одягу на якісно новий рівень.

Приклад програмного продукту другої категорії (повноцінні САПР) - система СТАПРІМ:

• Пріоритет просторової форми одягу над її розгорткою, тобто первинності завдання тривимірної форми одягу і вторинності побудови її розгортки на площині;
• Контроль зовнішнього вигляду виробу за рахунок можливості тривимірного зображення виробу в різних ракурсах;
• Можливість конструювати вироби на умовно-типову фігуру і на фігуру з відхиленнями.

Докладніший аналіз аналогів скрутний зважаючи на не безкоштовність аналізованого програмного забезпечення.

В ході дослідження було проаналізовано безліч публікацій з тематики текстильної промисловості і з тематики комп'ютерної графіки і моделювання одягу.

Так, в статті «Clothing Manipulation» японських і Американських авторів описується техніка взаємодії тканини і тривимірного персонажа на прикладі їх власної розробки – тривимірного редактора. Упор робиться на програмне моделювання поведінки тканини, а не на створення розгорток.

Стаття “Метод побудови квазірозгорток білінейних поверхонь з використанням енергетичних функцій” є основоположним, оскільки є результатами дослідження можливості розгортання поверхонь, таких, які мають ненульову гаусову кривизну – тобто не можуть розгортатися з абсолютною точністю. Оскільки фігура людини не є розгортаною поверхнею, то питання про створення розгорток з допустимою погрішністю дуже важливе. При цьому ми враховуємо фізичні властивості тканин, для роботи з якими ми робимо розгортку, і, завдяки цьому, отримуємо потрібні результати.

Стаття «Отримання розгорток об'ємних деталей швейних виробів за допомогою графічного методу» - опис створення розгортки за допомогою мережі Чебишева. Спосіб полягає в нанесенні на розрізнену розгортку тривимірної поверхні, отриману методом тріангуляції, чебишевської мережі по методиці Фрідлянда Е.Х. з формуванням цілих деталей. В рамках наявного методу запропоновані особливості, що дозволяють використовувати даний метод в цілях отримання розгорток деталей одягу з урахуванням структурних властивостей матеріалів.

Стаття “Про кроєння одягу по Чебишеву” – в цілому знайомить нас з дослідженнями великого математика Чебишева в області конструювання одягу. Як відомо, саме їм була аналітично вирішена задача “одягання поверхні”, що робить обов'язковим для дослідника вивчення його праць.

Цікава стаття «A body and garment creation method for an Internet based virtual fitting room» - опис нової методології створення реалістичної тривимірної моделі одягу, призначеного для демонстрації (реклами) користувачам деталей одягу, який знаходиться вже на полицях магазинів. Тривимірне зображення одягу створюється по двовимірних викрійках одягу, що представляється (рекламованою), і відповідних параметрах тіла клієнта.

Таким чином, бачимо, що наукова громадськість зацікавлена даною тематикою, розробки ведуться активно і впроваджуються у виробництво, що говорить про затребуваність і актуальність проекту.

Як показало ретельне дослідження інтернет-простору, проблемами синтезу елементів одягу займаються багато інститутів миру. У просторі СНД можна виділити такі Вузи і їх розробки:

• Розробки кафедри конструювання і технології швейних виробів Санкт-петербурзького державного університету технології і дизайну;
• Московський Державний Університет Дизайну і Технології (МГУДТ) – один з перших в Росії вузів по підготовці фахівців для легкої промисловості;
• Новосибірський державний технічний університет;
• Кафедра інженерної і комп'ютерної графіки Вінницького національного технічного університету, одним з досягнень якого є система "GEOM" . Система GEOM включає комплекс програм, так або інакше пов'язаних з основами геометричного моделювання і комп'ютерної графіки.

Тема синтезу елементів одягу є достатньо актуальною, що приводить до проблеми коммерціювання досліджень. Результати світових досліджень з даної тематики представлені безліччю практичних результатів – програмами-аналогами високої якості.

Перерахуємо такі Вузи:

• Вустерський політехнічний інститут (Worcester Polytechnic Institute, USA);
• Женевський університет (University of Geneva, Switzerland);
• Токійський університет (University of Tokyo, Japan);
• Brown University (USA).

Під синтезом одягу розуміється два види завдань:

• Створення викрійок (розгорток) для застосування в текстильній промисловості по тривимірній моделі тіла людини і самого одягу;
• Створення тривимірного зображення одягу людини виходячи з плоских розгорток (викрійок) і властивостей тканин.

У даній роботі розглядається перша частина завдання створення розгорток. Методика конструювання складається з інформації про фігуру людини і готовий виріб, методів обробки отриманої інформації (формули перетворення) і способів геометричної побудови конструкції одягу. Важливо, що при конструюванні враховуються особливості статури і технологічної обробки.

Існуючі методи конструювання поділяються на наближені і інженерні. До наближених методів побудови відносяться: муляж, розрахунковий-графічний, геометричний. До інженерних методів відносять: методи тріангуляції, січних площин, конструктивних смуг і поясів і геодезичних ліній.

У будь-якому випадку, кроками дослідника є:

1. Вивчення методів синтезу елементів одягу;
2. Аналіз ефективності застосування методів, що вивчаються;
3. Огляд програмних систем-аналогів, що використовують геометричні методи;
4. Аналіз альтернативних шляхів рішення.

Варіацій методу достатні багато. Загальні їх риси полягають в наступному:

Основою методу є розгортка поверхні фігури або манекена. Розгортана поверхня розбивається на достатньо крупні трикутники, що умовно приймаються за розгортані.

Важливий момент – засіб розбивання фігури на умовно розгортані трикутники. По-перше, не можна говорити про те, що поверхню тіла людини можна «розвернути» в принципі. Отримуємо перший неприйнятний результат. Встає питання про допустимий ступінь наближення розгортки до початкової моделі.

Тут ми бачимо три шляхи:

1) Експертний метод. Залучення експертів антропологів, експертів текстильної промисловості, які вказують на вірний тип розбиття, грунтуючись виключно на емпіричних дослідженнях. В цьому випадку, кожному елементу одягу ставиться у відповідність конкретний тип розбиття: число трикутників розбиття, їх взаємне розташування.

2) Спрощений метод тріангуляції. Задаючи жорстку погрішність, перебираємо точки поверхні тіла людини і знаходимо умовно розгортані трикутники максимального розміру.

3) Метод побудови умовних розгорток, з урахуванням властивостей матеріалу. У такому разі при пошуку умовно розгортаних поверхонь беруть участь ще і фізичні чинники.

По-друге, розбиваючи поверхню на трикутники, ми повинні враховувати естетичну сторону і проблеми технологічної обробки виробу. Простіше кажучи, ми не можемо надати повністю схему розгортання алгоритму, на вхід якого потрапляє модель фігури людини і помилка – він нам «розгорне» поверхню на шматочки (багато), які ми не зможемо сумістити. Ми повинні задати лінії, що обмежують кожен елемент розгортки. Це завдання вирішується за допомогою залучення експертів текстильної промисловості і забезпечення можливості втручання користувача при конструюванні (за допомогою завдання користувачем меж розгорток)

після побудови розгортки поверхні фігури, ми будуємо розгортки основних деталей. На цьому етапі враховуються особливості одяг, що вноситься дизайнером.

На цьому етапі помітний, здавалося б, істотний недолік – ми чогось апроксимуємо поверхню тіла людини, коли насправді потрібно апроксимувати поверхню самого елементу одягу.

На цей “недолік” можна відповісти так: поверхня, що утворюється одягом, не може бути коректно представленою без урахування її фізичних властивостей. Проте, цінна властивість тканин – здібність до деформації – в даному випадку ускладнює нам завдання. Створивши “модель” одягу, такий, якій її бачить дизайнер, – враховуємо дефрмацію, а потім отримуючи розгортку – не можемо врахувати цю початкову деформацію.

Далі. Побудова умовних розгорток – є дія вже із заданою погрішністю. Спробувавши оптимізувати програму, ми прагнутимемо піти від незліченних похідних, замінюючи диференціальні системи рівнянь – лінійними системами рівнянь, що знову дасть результат з помилкою.

На цьому етапі варто серйозно задуматися, а чи є сенс використовувати громіздкі варіанти методу, коли можливо з такою ж помилкою ми зможемо отримати якісні елементи одягу, використовуючи розрахунковий-графічні методи, які тестуються вже багато років і використовуються в текстильній промисловості? Звичайно, розрахунковий-графічні методи, використовувані в промисловості, орієнтовані на мінімум обчислень і на типову фігуру людини, що і говорить проти них. Проте, вони підлягають удосконаленню, що приведе до ускладнення обчислень і геометричних побудов, які все ж таки виконуватимуться швидше за рішення систем диференційних рівнянь, але не будуть доступні без застосування обчислювальної техніки.

Потреба в дослідженні згаданих алгоритмів виникла з ідеєю розробки програмного продукту, відповідного таким вимогам:

• забезпечення автоматизації конструювання одягу;
• забезпечення можливості застосування трудомістких методик, доступних виключно при програмному синтезі елементів одягу.

Програмний продукт, що розробляється автором, на даному етапі є системою синтезу елементів одягу і конструює викрійки і грунтується на розрахунковий-графічних методах. До його переваг можна віднести відмову від використання методів потокового виробництва виробів. Це означає, що програма конструює розгортку виробу не на умовно-типову людину, а безпосередньо на замовника, враховуючи особливості його фігури.

Оскільки початковою ідеєю проекту було створення програмного забезпечення для індивідуального створення виробів, а не для потокового виробництва, багато функцій повноцінних САПР в нім не заплановано. У проекті не вирішуватиметься завдання градації лекал, завдання створення планів розкладки, завдання впорядкованого зберігання бази лекал – ці функції відповідають потребам масового виробництва, а не індивідуального конструювання.

Подальша розробка даної теми припускає докладне дослідження методів тривимірного проектування одягу і інженерних методів побудови розгорток, а також забезпечення конвертованої отриманих результатів (викрійок) в найбільш поширені формати графічних САПР і сучасних САПР для проектування одягу.

Конструювання одягу за допомогою систем автоматизованого проектування дозволяє розробникові скоротити час на створення викрійки виробу, поліпшити відповідність викрійки параметрам людини (а отже поліпшити якість готового виробу), скоротити час спілкування з клієнтом.

Розглянуті аналоги програмного продукту, що розробляється, дозволяють говорити про їх достоїнства і недоліки, про конкуренцію і взаємозамінність, тенденції. Що стосується тенденцій, то на перший план виходить рішення віддати перевагу просторовій формі елементу одягу, а не плоскій викрійці при проектуванні.

Аналіз публікацій з тематики «геометричний синтез елементів одягу» показав, що фундаментальні дослідження цієї теми ведуться ще з роботи Чебишева, де обгрунтовується аналітичне рішення задачі «одягання поверхні». Крім того, з сучасних публікацій і досліджень, що ведуться в різних світових інститутах, видно, що тематика є актуальною і активно розробляється.

Варто також відмітити, що дослідницькі роботи Європи більше націлені на створення аналітичної бази, тоді як США і Японія надають масу практичних рішень проблеми.

1. Конструювання розгорток об'ємних деталей швейних виробів за допомогою графічного методу. Валентина Куришева - Московський державний університет дизайну і технології, Москва, Росія.
2. Офіційний сайт компанії Gerber Technology Solutions, <а http://www.gerbertechnology.com.ua>http://www.gerbertechnology.com.ua
3. Офіційний сайт Comtense - САПР для швейної промишленості, <а href='http://comtense.ru/idx.htm'>http://comtense.ru/idx.htm.
4. Офіційний сайт PATTERNSCAD Software, <а href='http://www.patternscad.best-host.ru/'>http://www.patternscad.best-host.ru.
5. Сайт кафедри конструювання і технології швейних виробів Санкт-Петербурзького державного університету технології і дизайну <а href='http://www.sutd.ru/faculty/textile/konstr'>http://www.sutd.ru/faculty/textile/konstr
6. Clothing Manipulation. Takeo Igarashi Computer Science Department, University of Tokyo 7-3-1 Hongo, Bunkyo, Tokyo, 113-0033 Japan, John F. Hughes Computer Science Department, Brown University Providence, RI 02912, USA
7. В.Д.Фроловський. Метод енергетичних функцій побудови квазірозгорток поверхонь. Сибірський журнал індустріальної математики. Січень-червень 2000, Том III № 1(5).
8. Про раскрій одягу за Чебишевим. С.Е. Степанов, Володимирський державний педагогічний університет.
9. A body and garment creation method for an Internet based virtual fitting room. Dimitris Protopsaltou,Christiane Luible, Marlene Arevalo, Nadia Magnenat-Thalmann MIRALab CUI, University of Geneva, CH-1211, Switzerland