АНАЛИЗ 3D ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОДЕЖДЫ СО СЛОЖНОЙ ТОПОГРАФИЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Гусева М.А.¹, Гетманцева В.В.², Андреева Е.Г.³

¹Кандидат технических наук, доцент, ²Кандидат технических наук, доцент, ³доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО Российский Государственный Университет им. А.Н.Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)

АНАЛИЗ 3D ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОДЕЖДЫ СО СЛОЖНОЙ ТОПОГРАФИЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Аннотация

Рассмотрен механизм трехмерной визуализации одежды в виртуальной среде с помощью технологии сканирования. Показаны особенности проектирования меховой одежды с волосяным покровом, расположенным со внешней и внутренней стороны изделия. Силуэт, покрой и свойства материалов обуславливают формообразование сложной пространственной топографии поверхности одежды. Моделирование конструкции одежды рекомендуется проводить путем позиционирования линий членений на виртуальной 3D модели проектируемого изделия и варьирования величины проекционных прибавок.

Ключевые слова: меховая одежда, трехмерная визуализация, трехмерное сканирование.

Guseva M.A.¹, Getmatseva V.V.², Andreeva E.G.³

¹PhD in Engineering, Associate Professor, ²PhD in Engineering, Associate Professor, ³PhD in Engineering, Professor, FSBEI of Higher Education Russian State University named after A.N.Kosygin (Tech. Design. Art)

ANALYSIS OF 3D VISUALIZATION OF THE PROCESS OF CLOTHES FORMATION WITH COMPLEX TOPOGRAPHY OF THE SURFACE

Abstract

The article considers the mechanism of three-dimensional visualization of clothes in a virtual environment using the scanning technology. Features of the design of fur clothes with a hair covering, located on the outer and inner sides of the product, are shown. Silhouette, tailoring and material properties cause the formation of a complex spatial topography of the clothing surface. Modeling of the clothing design should be carried out by positioning the splitting lines on the virtual 3D model of the projected product and varying the magnitudes of projections.

Keywords: fur clothing, three-dimensional visualization, three-dimensional scanning.

Трехмерная визуализация на сегодняшний день является наиболее перспективной информационной технологией, используемой во многих отраслях. Возможности её применения достаточно широки, так как отображение пространственных объектов в трехмерной среде наиболее привычно, интуитивно понятно и наглядно для человека. Существуют разные типы систем трехмерной визуализации и виртуальной реальности, предоставляющие пользователю возможность объемного и объективного восприятия информации об объекте. Системы трехмерной визуализации выступают эффективным инструментом проектирования и оценки конструкций одежды в швейной промышленности [1] с помощью информационной 3D модели, являющей виртуальным прообразом изделия и несущей необходимый пакет данных о свойствах и характеристиках проектируемого объекта [2].

Визуализация изделия в 3D редакторе позволяет реалистично передать форму, цвет и фактуру материалов, что создает специальные функциональные возможности в области проектирования и производства одежды, а именно:

• визуальную формулировку внешнего вида изделия;
• использование трехмерной модели для корректировки внешней формы и конструкции изделия;
• проведение виртуальной примерки на конкретной фигуре.

В качестве первоочередных задач для разработки методов визуализации процесса формообразования одежды можно выделить:

• изучение особенностей геометрии формы объекта и определение способа его задания и отображения;
• изучение топографических особенностей поверхности объекта и определение способа ее задания и отображения.

В настоящее время изучение факторов, влияющих на формообразование швейных изделий, выборочно касалось отдельных свойств и ассортиментных групп [3], поэтому не охваченными и малоизученными остались проблемы визуализации пространственной формы одежды со сложной топографией поверхности. К таким изделиям можно отнести: 1) меховые изделия, геометрию поверхности которых характеризует сложная топография волосяного покрова меха; 2) многослойные изделия, на форму поверхности которых влияют характеристики пакета материалов и степень контакта с участками поверхности фигуры человека и др.

Внешнюю форму поверхности изделий со сложной топографией определяют силуэт [4], [5], покрой [6], декоративное решение поверхности [7], совокупность свойств пакета используемых материалов.

Для бесконтактного определения и 3D визуализации рельефа поверхности образцов материалов предлагаются новые инструменты [8; 9], однако задача интеграции характеристик свойств материалов и параметров взаимодействия изделия с участками одеваемой фигуры по-прежнему не теряет актуальности.

Реализацию метода 3D визуализации пространственной формы одежды со сложной топографией поверхности можно проиллюстрировать на виртуальном формообразовании изделий из меха. Конфигурацию поверхности мехового изделия прежде всего определяют геометрические свойства волосяного покрова пушно-мехового полуфабриката [10], [11].

Волосяной покров меха принято располагать как по внешней стороне изделия (модели из пушнины, меха морского зверя, мехового полуфабриката), так и по внутренней (дубленки, изделия на меховой подкладке) [12]. При расположении волосяного покрова внутрь пододежного пространства изделия на конфигурацию его поверхностей влияют: сминаемость, сжатие, густота, высота и мягкость волосяного покрова, соотношение количества пуховых и остевых волос, угол наклона волос относительно кожевой ткани. Для шубной овчины принято учитывать единый коэффициент сжатия (уплотнения) волосяного покрова по всем участкам конструкции одежды [13, С.83], чтобы определить величину прибавки на толщину пакета материалов. Степень уплотнения волосяного покрова внутри пододежного пространства влияет на конструктивные параметры меховой одежды и может стать причиной дефектов посадки изделий на фигуре человека [14].

Исследование вариативности проявления уплотнения волосяного покрова различных видов меха в зависимости от отделки (стрижки волос, утонения кожевой ткани, перфорации и т.д.) целесообразно проводить с помощью современных систем компьютерного зрения [1], [8], позволяющих пользователю САПР по цифровым 3D изображениям получить достоверную информацию о конфигурациях внешней и внутренней поверхностей мехового изделия.

В результате сканирования образца одежды из мехового велюра на оборудовании Artec 3D EVA [15] получена виртуальная модель изделия (рис.1а, б). Конфигурация внешнего контура поверхности соответствует фактическому расположению кожевой ткани используемого меха при одевании готового образца меховой одежды на типовой натурный манекен фигуры человека. Виртуальную конфигурацию внешней и внутренней поверхностей изделия с учетом уплотнения волосяного покрова меха определяли путем сопоставления поверхности 3D модели внешней формы исследуемого образца мехового изделия с поверхностью виртуального манекена (рис. 1в-д), выбранного из базы типовых виртуальных манекенов, разработанной на кафедре ХМКиТШИ РГУ им. А.Н. Косыгина [16]. Сопоставление абрисов манекена и внешней поверхности исследуемого изделия (рис.1е) позволяет определить проекционные прибавки [17], задающие силуэт изделия и степень сжатия волосяного покрова меха на опорных участках.

Рис. 1 – Исследование 3D поверхности мехового изделия: а, б – сканированная модель образца со спинки и переда; в, г, д – виртуальные манекены фигур; е – совмещение абрисов внешней поверхности стана изделия и манекена

 

Достоверную качественную и количественную информацию, характеризующую трехмерную форму проектируемого изделия получают после импорта виртуального изображения образца с 3D сканера в графическую среду САПР [18]. Для корректировки базовой конструкции одежды (рис. 2а) и последующего моделирования проводят позиционирование линий членений на виртуальной 3D модели проектируемого изделия (рис. 2 б) [19] и варьируют величины проекционных прибавок [20]. Для лучшего визуального восприятия 3-D конструкции графический аппарат САПР позволяет варьировать цветовое решение любой детали проектируемого изделия (рис. 2б). Так конфигурация деталей стана модели мехового жилета (рис. 1а) получена приемами конструктивного моделирования 3-D базовой формы (рис. 2а) – простым переносом вытачек в линии членений (рис. 2б).

Рис. 2 – Визуализация проектируемого изделия: а – базовая форма; б – позиционирование членений

 

Установлено, что графическая информация сглаженного контура поверхности мехового изделия, отсканированного с помощью сканера Artec 3D EVA (рис. 3а,б), не обеспечивает достаточной точности измерений для получения достоверных количественных характеристики волосяного покрова используемого меха, так как высота волосяного покрова, угол наклона волос к кожевой ткани, вид меха визуализируется в недостаточной степени (рис. 3в). С низкой степенью достовености можно измерить количественные характеристики лишь по контуру абриса изделия (рис. 3в), что не всегда информативно, т.к. волосяной покров неоднороден.

Рис. 3 – Визуализация топографии поверхности мехового изделия в среде Artec 3D: а – изделие из мехового велюра с воротником из лисицы; б – меховое изделие со станом и рукавами из овчины, воротником из лисицы; в – измерение высоты волосяного покрова в среде Artec 3D EVA

 

Таким образом, результативность исследования количественных и качественных характеристик трехмерной формы одежды зависит не только от сложности топографии поверхности исследуемых изделий, но и точности цифровой информации в виртуальной среде и технических возможностей применяемого оборудования. Следует отметить, что использование технологии 3D сканирования для определения величин и мест локализации проекционных прибавок в конструкциях меховой одежды можно рекомендовать для проектирования моделей с расположением волосяного покрова со стороны пододежного пространства, а именно дубленок и  изделий на меховой подкладке.

Список литературы / References

1. Андреева Е.Г., Петросова И.А. Методология оценки качества проектных решений одежды в виртуальной трехмерной среде. – М.: МГУДТ, 2015. – 131 с.
2. Гетманцева В.В., Андреева Е.Г., Киселева М.В., Петросова И.А. Методика художественного и конструктивного проектирования моделей одежды в виртуальной среде // В книге: «Научные исследования и разработки в области конструирования швейных изделий». – М.: Спутник+. – С.34-57.
3. Гетманцева В.В., Гончарова А.С., Никитина Н.В., Андреева Е.Г. Влияние показателей физико-механических свойств тканей на пространственную форму плечевого изделия // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. – – №6. – С.88-94.
4. Гусева М.А., Андреева Е.Г., Петросова И.А. Основные силуэтные и стилевые решения меховой одежды // Естественные и технические науки. – 2015. № 11. – С.509-512.
5. Гусева М.А., Андреева Е.Г., Мартынова А.И. Исследование конструктивных прибавок в меховых изделиях различных силуэтов // Дизайн и технологии. – 2016. – №52 (94). – С.50-59.
6. Гусева М.А., Петросова И.А., Андреева Е.Г. Особенности покроя современной меховой одежды // В сборнике мат. XXI Междунар. науч.-практ. конф. «Кожа и мех в XXI веке: Технология, качество, экология, образование». Улан-Удэ, ВСГУТУ. – 2015. – С.208-212.
7. Гусева М.А., Андреева Е.Г. Композиция пространственной формы меховой одежды // Научный журнал КубГАУ. – 2016, №119. –  С.31-43.
8. Петросова И.А., Андреева Е.Г., Белгородский В.С., Новиков М.В., Сухинина Т.В., Горбачева М.В. Способ бесконтактного определения рельефа поверхности материалов // Патент на изобретение №2606703 RUS. Заявка № 2015136164, заявл. 26.08.2015, зарег. 10.01.2017.
9. Guseva M.A., Andreeva E.G., Getmantseva V.V., Petrosova I.A. Three-dimensional virtual technology to simulate the garment with a complex surface topography // In the conference proceedings: Science, Technology and Higher Education. Westwood: Accent Graphics communications. – – P. 59-68.
10. Рассадина С.П. Разработка методов оценки и исследование геометрических и оптических свойств волосяного покрова пушно-меховых полуфабрикатов: дис. ... канд. техн. наук: 05.19.01 –Кострома: КГТУ., 2002. – 266 с.
11. Новиков М.В. Показатели качества пушно-мехового полуфабриката // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. – 2015. – №8. – С.54-63.
12. Guseva M.A., Getmantseva V.V., Andreeva E.G., Korychichina M.A., Kalinina M.A. 3D research of form formation in fur clothes // В сборн.: «21 век: фундаментальная наука и технологии». – North Charleston: CreateSpace. – 2017, апрель. – С.137-139.
13. Пармон Ф.М. Проектирование и изготовление изделий из меховой овчины. – М.: Легпромбытиздат, 1989. – 192 с.
14. Гусева М.А., Андреева Е.Г. Анализ антропометрического соответствия современной меховой одежды из промышленных коллекций // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – № 8-3 (50). – С.39-43.
15. Artec 3D. URL: https://www.artec3d.com/ru/3d-models#eva (дата обращения 06.05.2017)
16. Гетманцева В.В., Гальцова Л.О., Бояров М.С., Гусева М.А. Методика проектирования виртуального манекена// Швейная промышленность. – – №6. – С.32-34.
17. Гусева М.А., Андреева Е.Г., Петросова И.А. Преобразование поверхности манекена для проектирования внутренней формы мехового изделия // В книге: «Научные исследования и разработки в области конструирования швейных изделий». – М.: Спутник+, 2016. – С.58-78.
18. Гетманцева В.В., Гальцова Л.О., Бояров М.С., Андреева Е.Г. Virtual Dummy Development in 3D Environment // В сборнике междунар. Корейско-Российской конф. «Grand Fashion». – М.: KF&CDA, 2011. – С.45-47.
19. Гетманцева В.В., Колиева Ф.А., Гусева М.А. Разработка информационного описания пространственной формы моделей одежды // В сборнике «Мода и дизайн. Инновационные технологии-2015»: Междунар. науч.-практ. конф. – Сев.-Осетинский ГУ им. К.Л. Хетагурова. – 2016. – С.50-53.
20. Андреева Е.Г., Волкова Е.К., Черемисина Т.А. Использование проекционных прибавок при проектировании мужской одежды // Швейная промышленность. – – № 1. – С.55-56.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Andreeva E.G., Petrosova I.A. Metodologija ocenki kachestva proektnyh reshenij odezhdy v virtual'noj trehmernoj srede [Methodology to assess the quality of design solutions of clothing in the virtual three-dimensional environment]. – M.: MGUDT, 2015. – 131 p. [in Russian]
2. Getmanceva V.V., Andreeva E.G., Kiseleva M.V., Petrosova I.A. Metodika hudozhestvennogo i konstruktivnogo proektirovanija modelej odezhdy v virtual'noj srede [Technique of fashion art and design in a virtual environment] // V knige: «Nauchnye issledovanija i razrabotki v oblasti konstruirovanija shvejnyh izdelij». [In: «Scientific researches and developments in the field of designing of garments»]. – M.: Sputnik+. 2016. – P.34-57. [in Russian]
3. Getmanceva V.V., Goncharova A.S., Nikitina N.V., Andreeva E.G. Vlijanie pokazatelej fiziko-mehanicheskih svojstv tkanej na prostranstvennuju formu plechevogo izdelija [Influence of physico-mechanical properties of tissues in the spatial shape of the shoulder of the product] // Izvestija vuzov. Tehnologija tekstil'noj promyshlennosti. [Proceedings of universities. Technology of the textile industry]. – 2011. – № - P.88-94. [in Russian]
4. Guseva M.A., Andreeva E.G., Petrosova I.A. Osnovnye silujetnye i stilevye reshenija mehovoj odezhdy  [The basic silhouette and style fur garments] // Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and Technical Sciences]. – 2015. – № – P.509-512. [in Russian]
5. Guseva M.A., Andreeva E.G., Martynova A.I. Issledovanie konstruktivnyh pribavok v mehovyh izdelijah razlichnyh silujetov [Study of structural increments in the fur garments of different silhouettes] // Dizajn i tehnologii [Design and technology]. – 2016. – № 2. – P.50-59. [in Russian]
6. Guseva M.A., Petrosova I.A., Andreeva E.G. Guseva M.A., Petrosova I.A., Andreeva E.G. Osobennosti pokroja sovremennoj mehovoj odezhdy [The modern cut of fur garments] // V sbornike mat. XXI Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Kozha i meh v XXI veke: Tehnologija, kachestvo, jekologija, obrazovanie» [Proceedings of the XI international conference « Leather and fur in XXI century. Technology, quality, environmental, management, education»]. Ulan-Ude, VSGUTU. –  – P.208-212. [in Russian]
7. Guseva M.A., Andreeva E.G. Kompozicija prostranstvennoj formy mehovoj odezhdy [Composition of spatial forms of fur garments] // Nauchnyj zhurnal KubGAU [Scientific journal of KubSAU]. – – № 119. – P.31-43. [in Russian]
8. Petrosova I.A., Andreeva E.G., Belgorodskij V.S., Novikov M.V., Suhinina T.V., Gorbacheva M.V. Sposob beskontaktnogo opredelenija rel'efa poverhnosti materialov [Method for the contactless determination of surface topography of materials] // Patent na izobretenie [Patent] № 2606703 RUS 10.01.2017. [in Russian]
9. Guseva M.A., Andreeva E.G., Getmantseva V.V., Petrosova I.A. Three-dimensional virtual technology to simulate the garment with a complex surface topography // Proceedings: «Science, Technology and Higher Education». Westwood: Accent Graphics communications. – – P.59-68.
10. Rassadina S.P. Razrabotka metodov ocenki i issledovanie geometricheskih i opticheskih svojstv volosjanogo pokrova pushno-mehovyh polufabrikatov [The development of evaluation methods and the study of geometrical and optical properties of hair of fur semi-finished products]: dis. … of PhD in Engineering: 05.19.01. – Kostroma: KGTU., 2002. – 266 p. [in Russian]
11. Novikov M.V. Pokazateli kachestva pushno-mehovogo polufabrikata [Indicators of quality fur semi-finished product] // Veterinarija, zootehnija i biotehnologija [Veterinary Medicine, Animal Science and Biotechnology]. – – №.8. – P.54-63. [in Russian]
12. Guseva M.A., Getmantseva V.V., Andreeva E.G., Korychichina M.A., Kalinina M.A. 3D research of form formation in fur clothes // V sborn.: «21 vek: fundamental'naja nauka i tehnologii» [Proceedings: « 21 century: fundamental science and technology XII»]. – North Charleston: CreateSpace. – – P.137-139.
13. Parmon F.M. Proektirovanie i izgotovlenie izdelij iz mehovoj ovchiny [Design and manufacture of products of fur sheepskin]. – M.: Legprombytizdat, 1989. – 192 p. [in Russian]
14. Guseva M.A., Andreeva E.G. Analiz antropometricheskogo sootvetstvija sovremennoj mehovoj odezhdy iz promyshlennyh kollekcij [Anthropometric analysis of fur clothing in industrial collections] // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International Research Journal]. – 2016. – № 8-3 (50). – P.39-43. [in Russian]
15. Artec 3D. URL: https://www.artec3d.com/ru/3d-models#eva (data obrashhenija [accessed] 06.05.2017)
16. Getmanceva V.V., Gal'cova L.O., Bojarov M.S., Guseva M.A. Metodika proektirovanija virtual'nogo manekena [Technique of projecting a virtual mannequin] // Shvejnaja promyshlennost' [Sewing Industry]. – 2011. – № 6. – P.32-34. [in Russian]
17. Guseva M.A., Andreeva E.G., Petrosova I.A. Preobrazovanie poverhnosti manekena dlja proektirovanija vnutrennej formy mehovogo izdelija [Converting the surface of the dummy for the design of the internal form of fur clothers] // V knige: «Nauchnye issledovanija i razrabotki v oblasti konstruirovanija shvejnyh izdelij». [In: «Scientific researches and developments in the field of designing of garments»]. – M.: Sputnik +, 2016. – P.58-78. [in Russian]
18. Getmanceva V.V., Gal'cova L.O., Bojarov M.S., Andreeva E.G. Virtual Dummy Development in 3D Environment // V sbornike mezhdunar. Korejsko-Rossijskoj konf. «Grand Fashion». [Proceedings: «Grand Fashion»]. – M.: KF&CDA, 2011. – P.45-47.
19. Getmanceva V.V., Kolieva F.A., Guseva M.A. Razrabotka informacionnogo opisanija prostranstvennoj formy modelej odezhdy [Development of information describing the spatial forms of models of clothes] // V sbornike «Moda i dizajn. Innovacionnye tehnologii-2015»: Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Proceedings: «Moda i dizajn. Innovacionnye tehnologii-2015»]. – Sev.-Osetinskij GU im. K.L. Hetagurova. – – P.50-53. [in Russian]
20. Andreeva E.G., Volkova E.K., Cheremisina T.A. Ispol'zovanie proekcionnyh pribavok pri proektirovanii muzhskoj odezhdy [Using of projecting characteristics in designing menswear] // Shveinaia promyshlennost'. [Sewing Industry]. – 2008. – № 1. – P.55-56. [in Russian]