Автоматизация эскизного проектирования костюма на основе формализованного анализа и синтеза композиционной структуры

Актуальность исследования. Современные системы автоматизации проектирования одежды (САПРО) обеспечивают автоматизацию практически всех этапов проектирования, что способствует повышению уровня эффективности производства. Достоинства компьютерного проектирования заключаются в высокой скорости, низкой стоимости, доступности программного обеспечения, универсальности и конвертируемой форматности результатов, в возможности использования сетевых ресурсов коллективного единовременного проектирования и других. При этом наблюдается различный уровень развития и автоматизации этапов проектирования, что связано с трудностью формализации отдельных задач, в частности обеспечения гармоничной композиционной структуры объекта проектирования на стадии разработки технического эскиза [136, 156].

Автоматизация конструкторской и технологической подготовки швейного производства, оставаясь прерогативой САПРО, не решает задач моделирования таких сложно формализуемых процессов, как разработка эскиза. Сегодня, на экране монитора можно синтезировать 2D и 3D фигуру человека в проектируемой одежде с учетом особенностей телосложения и пластики материаловподбирать из БД фактуру, цветовые варианты, различные виды отделок и фурнитуры («Реликт», «Ассоль», «Lectra», «Gerber», «i-Designer», «Optitex», «Investronica», «Julivi») [161, 163, 167, 170 — 172, 174, 175]. Однако, членения формы костюма традиционно производятся «на глаз», с учетом индивидуальных предпочтений проектировщика, а также с целью минимизировать материальные затраты при изготовлении одежды. Такой принцип, как показывает опыт, не гарантирует необходимого эстетического качества производимой продукции. Особые сложности возникают при проектировании изделий, имеющих сложную композиционную структуру.

На данный момент, в проектировании костюма сложилась ситуация, при которой эстетические показатели качества зависят исключительно от субъективной оценки. Это обусловлено отсутствием формализованных методов анализа и синтеза композиционной структуры объекта проектирования. В настоящее время, существующие САПРО не имеют модуля, с помощью которого возможно создание эскиза или ЗО-модели с учетом законов гармоничного разбиения композиционной структуры объекта проектирования.

Таким образом, этап разработки эскиза, который мог бы качественно изменить работу дизайнера, не соответствует современным требованиям производства [133]. Одной из актуальных задач в этом направлении является разработка формализованной системы пропорционирования в свете компьютерных технологий формообразования, что обуславливает необходимость разработки новых методик проектирования. Эта проблема требует большого внимания, а ее решение является перспективным направлением в развитии САПРО.

Роль проектирования костюма заключается в решении практических проблем и потребностей общества. Решение этих проблем определяет ряд новых направлений в теории проектирования костюма, связанных с современными условиями проектирования и производства, использованием компьютерных технологий в проектной практике и профессиональном обучении. Однако, проектирование костюма, на данный момент, значительно отстает от инженерно-строительного и машиностроительного комплекса, где уже произошли существенные изменения. Сложность формализации процесса создания эскиза не позволяет автоматизировать выполнение трудоемкой и важной операции — обеспечения гармоничного расположения элементов композиционной структуры костюма. В связи с этим, требуется разработка новых принципов и методик, построенных на результатах современных прикладных разработок, на исследовании научных основ проектирования, анализе и синтезе объемно-пространственных систем, применении накопленного исторического опыта [156].

Основным принципом художественного проектирования костюма является создание утилитарно оправданной формы вещи, имеющей функциональную, конструктивную и эстетическую ценность. Среди средств композиции на первое место архитекторы и художники ставят пропорции — размерные отношения элементов формы. Детали и элементы формы могут быть сами по себе хороши, но если всю объемную структуру не объединяет четкая пропорциональная схема, трудно достичь целостности формы.

Обеспечение гармоничного сочетания элементов в костюме традиционно зависит от интуиции и предпочтений проектировщика. Такой принцип, как показывает опыт, не всегда гарантирует высокое эстетическое качество производимой продукции. Особые сложности возникают при проектировании изделий, имеющих сложную композиционную структуру — большое количество членений, элементов, сочетание различных форм и объемов. Таким образом, эстетические показатели качества зависят исключительно от личностной оценки результата проектирования. Это обусловлено отсутствием формализованных методов анализа и синтеза композиционной структуры объекта проектирования.

Многообразие и сложность проблемы пропорционирования нашли свое отражение в различном подходе к исследуемой проблеме. Большинство авторов идет путем геометрических абстракций, чисто формалистических исканий. Наряду с этим имеются плодотворные попытки найти истоки применения пропорциональных систем в их взаимосвязи с законами не только геометрии, но и механики, зрительного восприятия формы, с закономерностями рационального строения форм природы и человеческого тела и, наконец, со всей совокупностью условий формообразования (функциональных, технических, идейно-художественных, эстетических и других). В этой связи следует выделить исследования О. Я. Боднара, С. В. Петухова, И. Ш. Шевелева, И. В. Шмелева [16, 91, 92, 144, 145, 150]. Эти исследователи, с точки зрения автора диссертации, наиболее полно и глубоко анализируют закономерности и универсальные принципы, управляющие процессами формообразования в окружающем мире.

Особо следует выделит труды М. Витрувия, Л. да Винчи и А. Дюрера, ставшие основой для большинства последующих научных разработок, в частности, выявление принципа «золотого сечения» — как закона пропорциональной связи целого и составляющих это целое частей [29, 46, 90].

Важными для настоящей работы стали выдвинутые Ш. Ле Корбюзье принципы, связывающие в единую гармоническую систему отношения «ЗС» и пропорции человеческой фигуры [69].

Среди работ, посвященных проблемам пропорционирования нельзя не отметить значимость исследований Дж. Хембиджа, А. Цейзинга, Г. Д. Грима и др., ставших основополагающими и опорными для ряда научных положений данной диссертации [42, 90, 94].

Важное место среди материалов, посвященных формообразованию и пропорционированию костюма, занимают работы Г. П. Бескоровайной, Г. И. Петушковой, Т. В. Медведевой, Т. В. Козловой, С. Н. Беляевой-Экземплярской [11, 13, 75, 94, 95]. При бесспорной актуальности и многообразии проблематики, глубине и развернутости теоретических трудов в этих областях, приходится признать наличие «вакуума» в создании теоретической базы, основанной на комплексном осмыслении принципов и закономерностей формообразования и пропорционирования, так как исследования проводятся в основном в рамках традиционных исторического и искусствоведческого подходов [1, 11, 19, 56−58, 78, 88, 89, 97, 99, 115].

Сегодня очевидна актуальность проведения исследований, которые позволили бы создать фундаментальные основы универсальной геометрической теории формы костюма. Такая теория должна основываться на математических инструментах исследования законов членения формы. До сих пор, при работе с костюмом, главное внимание уделяется художественным характеристикам, свойствам материалов, технологичности конструкций, при этом форма и ее членения традиционно зависят от вкуса проектировщика. Хорошо продуманная форма предполагает четко организованное размещение частей, выражаемое в его гармоничном пропорциональном строении. На данный момент нет законченной естественнонаучной теории проектирования костюма, которая позволяла бы в полной мере описать принципы формообразования, объединив процесс проектирования костюма с другими инженерными науками.

Новые технологии компьютерного алгоритмического формообразования, в силу своей дешевизны, простоты и универсальности в сочетании с исторически накопленным опытом пропорционирования элементов формы объектов проектирования, дают новый толчок для развития дизайнерского искусства. Цель — не только упростить процесс эскизного проектирования, переложив рутинную работу на ЭВМ, но и попытка сохранить веками накопленный опыт, найти пути его внедрения в новую проектную деятельность. Это позволит перейти от интуитивного поиска параметров и положения детали на чертеже к определению пространственного положения без использования макетирования и способствует разработке грамотных с эстетической точки зрения и конкурентоспособных моделей одежды.

Современные САПРО, использующие геометрические формы значительно расширяют возможности художественного и инженерного решения задач проектирования. Использование возможностей трехмерного проектирования в значительной степени способствует эффективному решению задач эскизного проектирования и моделирования. В этих условиях создание формализованной системы пропорционирования является важной научно-технической задачей. Объемное моделирование и применение формализованных систем пропорционирования позволит значительно сократить или полностью исключить трудоемкий и материалоемкий этап макетирования, благодаря изначальному позиционированию объекта в трехмерном пространстве и математически обоснованному положению и параметрам конструктивных и декоративных элементов костюма.

Несоответствие уровня развития этапа разработки эскиза костюма общему уровню современного автоматизированного проектирования и производства одежды из-за отсутствия формализованных методов анализа и синтеза композиционной структуры проектируемых изделий и, как следствиеувеличение затрат времени на промежуточных этапах проектирования и зачастую, неудовлетворительное эстетическое качество выпускаемой продукции определило актуальность исследования.

Таким образом, исследование принципов формообразования, разработка и формализация систем анализа и синтеза композиционной структуры объекта проектирования является актуальным направлением исследования, одним из основных аспектов формирования научных основ теории проектирования костюма (геометрической теории формы костюма).

Объектом исследования является процесс эскизного проектирования костюма.

Предметом исследования является методика формализованного пропорционального анализа и синтеза композиционной структуры объекта проектирования, применительно к автоматизированному эскизному проектированию костюма.

Цель исследования состоит в совершенствовании процесса эскизного проектирования на основе разработки теоретического, методического и алгоритмического обеспечения процесса формализованного пропорционального синтеза композиционной структуры объекта дизайн-проектирования, обеспечивающего автоматизацию эскизного проектирования костюма.

Методы и средства исследования. Для достижения поставленной цели использовался целостный подход, объединяющий исторический опыт и достижения естественных наук, основанный на системном анализе, на методах начертательной, аналитической и вычислительной геометрии, геометрическом моделировании с использованием современных компьютерных технологий визуализации результатов моделирования. Кроме того, использовались теоретические основы САПР, алгоритмизации и программирования. На отдельных этапах исследования использовались основные положения теории художественного проектирования костюма и метод экспертных оценок.

В соответствии с целью исследования решались следующие задачи: провести анализ исторического опыта пропорционирования в различных направлениях художественного проектированиясформулировать теоретические, методические и алгоритмические основы пропорционального анализа и синтеза элементов структуры объектов дизайн-проектированияразработать формализованные алгоритмы анализа и синтеза систем пропорционированияразработать методику поэтапного пропорционирования элементов структуры костюмаприменить алгоритмы и методику формализованного поэтапного пропорционирования элементов структуры костюма к автоматизации процесса эскизного проектированияпоказать преимущества разработанной методики по сравнению с традиционными методами создания технических эскизов.

Научная новизна исследования заключается в следующем: сформулированы теоретические, методические и алгоритмические основы формализованного пропорционального анализа и синтеза композиционной структуры объекта дизайн-проектированияразработаны методика и алгоритмы последовательного пропорционирования элементов структуры костюма на основе формализованных принципов пропорционированияразработаны исходные данные для автоматизации процесса эскизного проектирования, в частности этапа разработки технического эскизаразработан автоматизированный модуль пропорционирования костюма, включающий анализ композиционной структуры костюма, определение взаимосвязи элементов в структуре костюма и последовательности пропорционирования, выбор пропорциональных соотношений, расчет величин необходимых элементов и визуализацию результатов работы в режиме ЗБ.

Разработанная методика формализованного пропорционального анализа и синтеза структуры объектов дизайн-проектирования применена в эскизном проектировании костюма, что позволяет определить практическую ценность работы.

Практическая ценность исследования:

• применение разработанной методики позволяет сократить затраты времени и материалов на производство одежды за счет совершенствования процесса разработки технического эскиза, уменьшить влияние человеческого фактора на результат проектного решения;

• представленный программный модуль пропорционирования и методика его применения могут быть использованы на предприятиях швейной отрасли, выпускающих одежду по индивидуальным заказам, мелкими сериями и большими партиями;

• разработанные методические и алгоритмические основы пропорционирования позволяют автоматизировать один из сложно формализуемых процессов — эскизное проектирование, что дает возможность их применения при решении широкого круга задач в различных отраслях дизайнерской деятельности, как научно-исторического, творческого так и практического направлений;

• полученные результаты могут быть использованы при подготовке разделов курсов лекций по таким дисциплинам как «АМХПО», «САПР», «Композиция костюма», «Конструктивное моделирование одежды» в учебных заведениях, готовящих специалистов в области дизайна и проектирования костюма.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на II Международной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования качественной подготовки специалистов высшей квалификации» (Омск 2004) — научно-практической конференции «Тенденции и перспективы развития легкой промышленности, повышение конкурентоспособности товаров в период подготовки к вступлению.

России в ВТО" в рамках II Международного фестиваля Формула Моды (Омск 2005) — III международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск 2005) — III международной конференции «Современные тенденции и перспективы развития образования в высшей школе» в рамках форума «Омская школа дизайна» (Омск 2005) — на региональном научно-практическом семинаре «Мода 2005" — научно-практической конференции «Региональные аспекты развития легкой промышленности в России: перспективы, конкурентоспособность» в рамках III Международного фестиваля «Формула моды» (Омск 2006) — Международной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования качества подготовки специалистов высшей квалификации» в рамках форума «Омская школа дизайна» (Омск 2006) — Межвузовской научно-практической конференции «Теоретические знания в практические дела» (Омск, Рос-ЗИТЛП, 2006) — Международном фестивале «Формула моды» и научно-практической конференции «Государственная политика и научно-инновационная деятельность в сфере легкой промышленности. Региональный аспект» (Омск 2007) — V Международной научно-практической конференции «Современные тенденции и перспективы развития образования в высшей школе» (Омск 2007) — III научной Международной конференции «Современные проблемы науки и образования» (Москва 2008) — VI межвузовской научно-практической конференции «Молодежь, Наука, Творчество -2008» (Омск 2008) — Международной научной конференции «Технологии -2008» (Кемер, Турция). По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

На защиту выносятся следующие положения:

• методические и алгоритмические основы формализованного анализа и синтеза композиционной структуры объекта дизайн проектирования с использованием систем пропорционирования;

• алгоритмы поэтапного пропорционирования элементов композиционной структуры объектов дизайн-проектирования;

• разработанная теоретически и подтвержденная экспериментально методика применения указанных алгоритмов, позволяющая проектировать модели одежды, имеющие высокие эстетические показатели качества, более эффективными способами;

• автоматизированный модуль пропорционирования костюма.

Диссертационная работа изложена на 142 страницах, состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка использованных источников, содержащего 176 наименований и 4 приложений. Работа содержит 58 рисунков и 2 таблицы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведен анализ современных систем автоматизированного проектирования одежды, имеющих модуль эскизного проектирования. Установлена целесообразность совершенствования процесса эскизного проектирования;

2. Определено актуальное направление совершенствования процесса автоматизации эскизного проектирования — разработка новой методики создания технического эскиза костюма, основанной на формализации процесса пропорционирования;

3. Изучен исторический опыт художественного проектирования, процесса пропорционирования элементов композиционной структуры объектов в различных направлениях дизайн-проектирования;

4. Разработаны методы и алгоритмы формализованного пропорционального анализа и синтеза простых и сложных композиционных структур объектов дизайн-проектирования;

5. Установлена пропорциональная взаимосвязь элементов в структуре костюма, построены графические зависимости пропорциональной взаимосвязи элементов;

6. Разработаны алгоритмы и методика поэтапного пропорционирования элементов структуры костюма;

7. Алгоритмы и методика апробированы на примере пропорционального разбиения композиционной структуры костюма при автоматизации процесса эскизного проектирования.