Программа VIDYA – помощник конструктору и модельеру

Виктор Кузьмичев, профессор, д-р техн. наук,
Василий Стешенко, аспирант
Ивановский государственный политехнический университет

Благодаря массовой кастомизации и персонализации (МКП) промышленного производства и потребления 3D моделирование одежды набирает популярность, которая стимулирует научные исследования и практику и рассматривает её как возможность расширения или даже революционного изменения существующих моделей ведения производства бизнеса.

    Развитие МКП опирается на следующие ключевые направления:
  • кастомизация и персонализация через Smart продукты (интегрированные сенсоры, микропроцессоры, технологии больших баз данных, обучающие машины и пр.),
  • цифровые технологии для фундаментального изменения способов производства, образа мышления,
  • стабильность кастомизации с позиций экологии, экономики и социальной устойчивости,
  • изучение факторов, определяющих успешность кастомизации (потребительские предпочтения, логистика и др.).

Наиболее полно все перечисленные направления выражены в самых интеллектуальных продуктах - системах для проведения виртуальных примерок моделей одежды.

Такие системы востребованы на разных этапах жизненного цикла новых моделей одежды, начиная от их разработки в дизайнерских бюро (до отшива материальных моделей) и заканчивая их презентациями на фигурах потенциальных заказчиков в отделах сбыта или интернет-магазинах.

Программные продукты для 3D и виртуальных примерок реализуют два подхода.

Первый поход включает все этапы виртуальной плоскостной разработки модели (конструирование, моделирование) с последующим конструированием 3D системы "аватар - одежда" для выполнения примерки. В основе первого подхода лежит полная информация о конструкции одежды, ее форме и особенностях формообразования. При таком походе имеется реальная возможность не только проведения виртуальной примерки, но и нахождения способов улучшения соразмерности и качества посадки. Системы являются промышленно ориентированными, обеспечены хорошей технической периферией. Например, программа Vidya совместима с САПР Assyst для проектирования и конструктивного моделирования чертежей и трехмерным бодисканером VITUS Human Solution, благодаря комбинации которых существует возможность создания больших баз данных, включающих чертежи конструкций разных видов одежды для всего ростово-размерочного ряда типовых фигур и сканированные мужские и женские фигуры. Совместимость трех программных продуктов создают уникальные условия для совершенствования Vidya.

Второй поход объединяет материальный (наличие готовой модели в разных размеро-ростовочных вариантах) и виртуальный продукт (виртуальная проверка соразмерности готовой модели потребителю). Его чаще используют в интернет-магазинах, располагающих готовой одеждой. При таком походе часть информации, относящейся к конструктивному устройству одежды, отсутствует, а результатом использования программ является только констатация соразмерности. Некоторые программы занимаются только проверки условий адаптации готовых моделей к размерным вариантам фигур, в честности AstraFit.

    К настоящему времени в мире разработано около двадцати САПР, реализующих первый подход и имеющих базовые программные модули для проведения виртуальных примерок одежды:
  • конструирование чертежей одежды,
  • презентация реалистично выглядящих текстур текстильных материалов с моделированием их пространственного поведения,
  • сшивание деталей вокруг фигуры и последующая адаптация модели одежды к ее морфологическим особенностям.

Контент современных 3D САПР должен обладать следующими возможностями для формирования виртуальных систем "аватар - модель одежды", чтобы они отвечали современным требованиям кастомизации и персонализации.

Функционал 3D САПР для виртуальных примерок одежды

Объекты

Функции, применимые к объектам

Аватар

Измерение (контроль) размерных признаков

Преобразование аватара типовой фигуры в аватар нетиповой фигуры

Измерение размерных признаков, характеризующих морфологические особенности аватара (например, тип осанки: сутулая, перегибистая, выпрямленная)

Импорт сканированных реальных фигур

Изменение поз аватара для проверки статического и динамического соответствия между формой одежды и особенностями фигуры

Чертежи конструкций деталей

Автоматическая оценка балансовых показателей

Прогнозирование качества посадки одежды на аватаре

Измерение и корректировка размеров деталей в зависимости от особенностей аватара

Внесение изменений в чертежи (конструирование вытачек, линий членения и других элементов) для получения желаемой объемно-пространственной формы модели в зависимости от особенностей фигуры

Текстильный материал

Измерение показателей, влияющих на пространственную деформируемость одежды свободной формы и повторяющей форму фигуры (жесткость, растяжимость, толщина и др.)

Реалистичность отображения фактуры материала

Система "аватар - одежда" в статике и динамике

Идентификация растянутого состояния материала

Идентификация давления, оказываемого одеждой на поверхность аватара

Идентификация уровня комфортности, создаваемого конструкцией одежды и материалом 

Реалистичность поведения одежды на аватаре

Реагирование материала на конструкцию деталей, швов и морфологию аватара в статике и динамике

Часть из перечисленных функций, влияющих на реалистичность 3D модели, в разных комбинациях используют современные САПР, а степень и однозначность их влияния зависит от алгоритмов программного обеспечения.

Например, большинство систем 3D моделирования (iDesigner, Plasma, Marvelous Designer, Julivi и некоторые другие) имеют возможность ввода параметров ткани. Но из-за слабой проработки особенностей взаимодействия текстильной оболочки, полученной из разных деталей с непостоянной конфигурацией срезов, габаритными размерами, наличием швов и др., с поверхностью аватара реалистичность поведения материала в статике и динамике пока не является высокой.

Главная сложность решения этой проблемы лежит в большом объёме данных, которые необходимо ввести и обработать с привлечением мощного математического аппарата для выполнения большого количества вычислений.

Кафедра конструирования швейных изделий ИВГПУ использует программу Vidya с 2015 года, предоставленной разработчиками совместно с фирмой "Трансметалл" (Иваново). Выбор этой программы в учебных и научных целях обусловлен следующими её возможностями и преимуществами.

1. Vidya реализует оригинальный подход к измерению показателей физико-механических свойств тканей и трикотажных полотен для прогнозирования их последующего поведения в качестве оболочки. Система испытаний основана на простых и преимущественно не инструментальных методах определения целого комплекса показателей свойств материалов в разных направлениях раскроя: растяжимости (удлинения), Е-модуля, сдвига, нескольких видов жесткости, а также иных показателей (трения, поверхностной плотности и других). В программе имеется возможность ввода перечисленных показателей при выборе материалов.

Такой набор показателей свойств гарантирует максимальную реалистичность поведения материалов в трехмерном пространстве под действием малых по величине нагрузок, возможных при эксплуатации одежды.

2. Программа обладает широким набором текстур тканей и трикотажных полотен. Имеется возможность дополнительной загрузки материалов новых текстур по их фотографиям. Различия во внешнем виде моделей одежды, спроектированных по одним и тем же чертежам, но из разных материалов, подтверждает реалистичность имитации физических законов пространственного взаимодействия сложных поверхностей. В данный момент времени достигнутый уровень отображения показателей свойств в виртуальной модели является вполне удовлетворительным.

3. Точность представления формы поверхностей одежды зависит от сложности формы одежды и ее конструктивного устройства. Используя полигонный метод построения поверхностей, программа достаточно качественно имитирует пространственную форму однослойной одежды и с накладными деталями. В программе Vidya можно получать горизонтальные сечения одежды на разных уровнях, наличие которых позволяет существенно расширить понимание механизма формообразования.

4. Программа позволяет работать с однослойными плечевыми и поясными видами одежды любой конструктивной сложности.

5. Возможность использования обширной библиотеки имеющихся аватаров.

6. Возможность импорта сканированных фигур, полученных с помощью лазерного бодисканера Human Solutions (Германия).

7. Простой и понятный интерфейс.

Объектами наших исследований служили платья и брюки. В программе были построены чертежи конструкций с желаемыми показателями объемно пространственных форм. Мы используем виртуальные манекены (аватары) из библиотеки программы, а также из программы Marvelous Designer.

Конечно, как и любая развивающаяся система, программа Vidya имеет и некоторые особенности, которые могут рассматриваться Ввиду конструктивной сложности моделей пока невозможно добиться полной идентичности между реальными и виртуальными объектами, в частности, из-за различий в состояниях поверхности и расположению складок. В качестве примера на рис.1 приведены изображения одних и тех виртуальных и реальных брюк.

(а) (б)

Рис. 1. Изображение виртуальной (слева) и реальной (справа) систем «манекен – брюки»

    На передней части реальных брюк (рис.1, б) имеются косые складки, отсутствующие в виртуальной системе. Виртуальные брюки (рис.1, а) имеют следующие отклонения от реальных:
  • более сглаженная поверхность,
  • более равномерное распределение складок по всей поверхности брюк, а около вытачек образовались «пузыри»;
  • швы, соединяющие детали, лишь обозначены на виртуальной модели, но не выделены по толщине;
  • в местах вытачек часто происходит дефект пересчета текстур, визуально выраженный в постоянной деформации мест стачивания вытачек;
  • встроенные текстуры выглядят недостаточно реалистично, особенно при достаточно большом увеличении изображения.

Одной из причин несовпадения реальной и виртуальной моделей брюк и их посадки, показанных на рис.1, является различие между виртуальным и реальным манекенами. Это может также повлиять на реалистичность полученной модели, поскольку брюки обладают сложной пространственной формой, состоят из нескольких взаимосвязанных деталей и поэтому на правильность посадки влияет большое количество факторов.

Программа Vidya позволяет оценить соразмерность модели одежды размерным признакам фигуры.

В настоящее время мы создаем новые базы данных, которые позволят повысить реалистичность 3D моделей, сгенерированных в Vidya. Новое информационное обеспечение направлено на учет большего числа факторов, включая документированные и формализованные профессиональные знания, относящиеся, во-первых, к построению виртуального аватара, во-вторых, к сшиванию деталей одежды, в-третьих, к эмуляции показателей физических и механических свойств материала. Мы планируем развить математический аппарат виртуального моделирования в плане повышения реалистичности взаимодействия различных тканей с поверхностью манекена. Результатом исследования станут новые базы данных, правил и программные модули.