Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный университет дизайна и технологии
Научно-образовательный материал
Анализ методов определения антропометрических характеристик
внешней формы фигуры человека
Состав научно-образовательного коллектива:
Леденева И.Н., декан ИПК, проф. кафедры «ХМ, К и ТИК», к.т.н., доц.
Рыбакова О.Н., зав. УМЛ ИПК, асс кафедры «ХМ, К и ТИК», к.т.н.
Разин И.Б., зав. кафедрой «Информационные технологии», к.т.н., доц.
Чаленко Е.А., доц. кафедры «ХМ, К и ТШП», к.т.н., доц.
Москва 2010 г.
РЕФЕРАТ
Отчет 21 стр.
Ключевые слова: антропометрические характеристики, обмер человеческой фигуры, компьютерное проектирование, одежда, графические пакеты, геометрический вид, пропорции.
Объектом исследования являются возможности компьютерной обработки параметров антропометрических измерений с использованием графических редакторов, полученных различными способами.
Цель работы – возможность автоматизации процесса снятия параметров человеческих фигур.
В процессе работы проведён анализ методов получения исходной информации о фигуре человека.
В результате исследования подтверждена возможность и целесообразность использования интерактивных графических пакетов для получения антропометрической информации.
Методы опробированы в ряде специализированных САПР одежды.
Результаты исследований послужили основой для разработки графического пакета для получения антропометрических параметров по фотографическим изображениям фигуры человека.
Область применения – расширение представлений о современных способах получения точных антропометрических данных для проектирования одежды.
Экономическая эффективность определяется сокращением сроков и улучшением качества проектируемых изделий при применении современных способов получения антропометрических данных.
СОДЕРЖАНИЕ
1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕШНЕЙ ФОРМЫ ФИГУРЫ ЧЕЛОВЕКА…………………………………………5
1.1 Антропометрия……………………………………………………………….5
1.2 Традиционный метод снятия размерных признаков ………………………8
2 БЕСКОНТАКТНЫЕ МЕТОДЫ
ПОЛУЧЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ПРИЗНАКОВ………………………………12
2.1 Общие понятия бесконтактных методов……………………………….12
2.2 Современные бесконтактные методы снятия размерных признаков...13
2.2.1 Ультразвуковое сканирование……………………………………..13
2.2.2 Электромагнитное сканирование………………………………….14
2.2.3 Лазерное сканирование…………………………………………….14
2.3 Примеры существующих бесконтактных методов получения размерных признаков по фотографическим изображениям………………16
2.3.1 Программа СТАПРИМ……………………………………………..16
2.3.2 Программа «ЛЕКО» ………………………………………………..17
2.3.3 Способ бесконтактного измерения внешней формы тела человека МГУДТ 2003 год…………………………………………………………………19
2.4 Актуальность и реальность использования бесконтактных методов…………………………………………………………………………...20
Заключение…………………………………………………………………...21
ВВЕДЕНИЕ
Тенденции изменения структуры потребностей населения, выражаются в стремлении создания собственного имиджа и формирования гармоничного внешнего образа.
Поэтому большое число современных научных работ в области производства одежды направлено на учет определенных особенностей, характеризующих внешний облик потребителей. Наибольший интерес представляет исследование методов получения исходной информации о вешней форме тела, индивидуальных потребителей и ее использование, как при создании эскиза модели одежды, так и в процессе измерения форм тела человека. Степень реализации применяемых методов и анализ новых информационных технологий, используемых в различных отраслях промышленности при проектирование сложных объектов, позволили определить пути совершенствования процесса снятия размерных признаков человека. При проектировании изделий на индивидуального заказчика, особое значение имеет точность получения исходной информации антропоморфологических особенностях его фигуры.
Традиционный способ снятия размерных признаков, имеет ряд существенных недостатков: длительность измерений, потеря точности ввиду постоянных колебательных движений тела человека, деформация мягких тканей в процессе соприкосновения с измерительными инструментами
Это может сильно отразиться на качестве результата. При этом производительность труда и рациональное использование материалов в значительной степени зависят от субъективных качеств каждого исполнителя. Повышение производительности труда ограничивается физическими возможностями рабочего.
В связи с этим созданы технологии автоматизированного обмера фигуры человека. В данной работе проводится обзор способов автоматизированного определения антропометрических характеристик.
1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕШНЕЙ ФОРМЫ ФИГУРЫ ЧЕЛОВЕКА
1.1 Антропометрия
При массовом производстве изготовлять одежду для каждого потребителя невозможно. Поэтому швейные фабрики выпускают одежду ограниченного количества номеров и на фигуры стандартных размеров (типовые). Возникает сложная задача — разработать такую систему размерных стандартов, которая при ограниченном задачном числе номеров обеспечила бы максимальную удовлетворенность населения готовой одеждой. Для этого необходимо знать не только строение и морфологические особенности тела человека, но и его размерную характеристику.
Размерная характеристика тела дается обычно в виде ряда отдельных измерений, называемых размерными признаками. Для определения размерных признаков проводятся массовые антропологические исследования населения по специальным программам.
Антропометрия (греч. anthrōpos человек + metreō мерить, измерять)
совокупность методических приемов в антропологическом исследовании; включает измерение тела и его частей (соматометрию) и скелета (остеометрию, краниометрию), а также описание (антропоскопию) тела человека в целом и отдельных его частей (развитие жирового слоя, мускулатуры, форма грудной клетки, спины, живота, ног, пигментация, волосяной покров, вторичные половые признаки и др.).
Измерения осуществляют с помощью специальных инструментов (антропометра, ростомера, толстотных и скользящих циркулей, циркулей-калиперов и др.). Описание формы частей тела, пигментации кожи, волос, глаз и др. проводят с использованием шкал, муляжей, схем. Для антропометрических измерений используют также фотографии (так называемая стереофотограммометрия).
Основной прием антропологического исследования состоит из измерений тела человека как его отдельных частей.
Современная методика антропометрических исследований характеризуется максимальной унификацией программы и видов измерений, измерительных инструментов, условий проведения, последовательности и приемов измерений
Программа и виды измерений. Программа антропологических измерений для целей конструирования одежды включает в себя большое число (до 60—70) размерных признаков, в том числе основные тотальные морфологические признаки (длина тела, обхват груди, масса тела). Классификация измерений тела человека приведена на рисунке 1.
Рис.1 Классификация измерений тела человека
Размерные признаки, измеряемые по поверхности тела, называются дуговыми. К ним относятся: продольные измерения длины, расстояния и другие, определяющие длину отдельных частей тела, высоты; поперечные измерения обхваты, ширины и дуги, определяющие ширину отдельных участков туловища.
Размерные признаки тела, определяемые как расстояние между двумя точками на поверхности, но не измеряемые по поверхности тела, называются линейными. Линейные размерные признаки подразделяются на проекционные и прямые.
Проекционные размерные признаки определяют как расстояние между двумя точками на поверхности тела в проекции на вертикальную (высоты) и горизонтальную (проекционные диаметры, глубины) плоскости. Проекционные диаметры измеряют на шее и туловище в переднезаднем и поперечном направлениях. Глубины измеряют в основном для характеристики изгибов позвоночника и спинного контура туловища (например, положения корпуса, глубины талии и др.). Прямые размерные признаки определяют по кратчайшему расстоянию между двумя точками на поверхности тела. Для целей конструирования одежды эти размерные признаки используют сравнительно редко. К их числу можно отнести, например, плечевой диаметр.
Для получения достоверных данных о значениях размерных признаков необходимо точно соблюдать методику измерений. Лица, производящие измерения, должны в совершенстве владеть техникой измерений, точно фиксировать положение каждой измеряемой точки, соблюдать строжайшее единообразие приемов измерений. Лица, которых измеряют (измеряемые), в процессе измерений должны сохранять определенную позу, установку головы, режим дыхания и т. п.
Все измерения выполняют при строгом соблюдении определенных условий.
Условия измерений тела человека. Мужчин и детей измеряют в плавках или трусах, девушек и женщин — в трусах и бюстгальтере.
Так как изменение позы измеряемого вызывает изменение отдельных размеров тела, постоянно следят, чтобы измерения проводились при строго определенном положении. Измеряемый должен стоять прямо, без напряжения, сохраняя привычную осанку, руки должны быть опущены, пятки вместе, носки раздвинуты на расстояние 15—20 см.
Размерная характеристика тела обеспечивает получение исходных данных для конструирования одежды, но не позволяет судить о пространственном положении основных антропометрических точек и не характеризует пластику формы поверхности тела человека в целом. Это затрудняет его графическое воспроизведение при проектировании скульптурных эталонов фигур и манекенов для одежды.
Развернутую информацию о форме поверхности и размерах тела человека получают с помощью современных бесконтактных методов исследования, в частности фотограмметрического метода (фотография, стереофотограмметрия). Его сущность сводится к тому, что непосредственные контактные измерения любого пространственного объекта заменяются измерениями на плоских изображениях (фотографических снимках фигур или их сечений). Метод фотографии используется, в частности, при изучении формы спинного и переднего контуров туловища, а также формы и положения верхних конечностей, Стереофотограмметрический метод нашел применение в научных исследованиях по инженерному проектированию манекенов.
1.2 Традиционный метод снятия размерных признаков
Снимать размерные признаки нужно очень внимательно. Если размеры сняты неточно, то изделие не будет соответствовать фигуре. Правильно снятые размеры дают возможность проконтролировать себя путём сопоставления снятых размеров с размерами изделия и определить степень отклонения фигуры от стандартов.
Измерения окружности и ширины снимаются полностью, а записываются в половинном размере, так как выкройки делаются на половину фигуры (кроме измерения окружности руки, которое записывается полностью). Размер изделия определяется окружностью груди, поделенной на 2. Например, если ОГ=96см, то соответствующий размер 48, если ОГ=112см, то размер 56 и т.д. Перед снятием размеров одежду на фигуре нужно привести в порядок. Все размеры независимо от изделия нужно снимать по лёгкому платью или блузе ленточным сантиметром. При этом фигура должна быть в положении стоя с опущенными руками. Сантиметр при снятии мерок не ослабляют и излишне не натягивают. Общие принципы снятия размерных признаков подробно расписаны на рисунке 2.
Рис. 2. Общие принципы снятия размерных признаков
· Объем груди. Спереди сантиметровая лента проходит по наиболее выступающим точкам груди, сбоку - под подмышечными впадинами, на спине - немного выше (на картинке А)
· Объем талии. Измеряется строго горизонтально по естественной линии талии. Жёсткая лента с талии не снимается до окончания снятия всех размеров (на картинке B)
· Объем бедер. Сантиметровая лента проходит строго горизонтально, по наиболее выступающим точкам ягодиц (на картинке C)
· Обхват под грудью. Измеряют ровно горизонтально под грудью и под лопатками (на картинке D)
· Обхват над грудью. Измеряют ровно горизонтально над грудью (на картинке E)
· Расстояние между центрами груди. Измеряется горизонтально между наиболее выступающими точками груди (на картинке F)
· Высота груди. Снимается от высшей точки плеча у основания шеи до самой выпуклой части груди (на картинке G)
· Длина переда до талии. Является продолжением предыдущей мерки, продолжаясь до линии талии (на картинке H)
· Длина переда до бедер. Продолжение предыдущего размера до уровня наиболее выступающих точек ягодиц (через эти точки измеряется обхват бедер и располагаются они примерно на 19-22 см. ниже талии (на картинке J)
· Длина изделия
· Высота спинки до талии. Снимается вертикально от основания шеи (место 7 шейного позвонка) до линии талии, при перегибе в спине, сантиметр не натягивают, а наоборот, слегка прижимают к спине (тоже что и H, только сзади)
· Ширина спинки. Измеряется между задними углами подмышечных впадин, располагая сантиметровую ленту горизонтально с некоторым натяжением по наиболее выступающим точкам лопаток (на картинке не показано)
· Ширина плеча. Измеряется от основания шеи до точки сочленения плеча с рукой. Обычно, это измерение совмещают с измерением длины руки (на картинке N)
· Ширина плеч. Измеряется от самой крайней точки плеча до другой крайней точки плеча (на картинке не показано)
· Обхват шеи. Лента сантиметра должна проходить по основанию шеи и замыкаться сбоку (на картинке K)
· Обхват плеча. Необходимо измерить верхнюю часть руки (выше локтевого сустава и ниже плечевого – примерно посредине), если у заказчика полные или очень худые руки (на картинке Q)
2 БЕСКОНТАКТНЫЕ МЕТОДЫ
ПОЛУЧЕНИЯ РАЗМЕРНЫХ ПРИЗНАКОВ
2.1 Общие понятия бесконтактных методов
Бесконтактными методами достигается отображение поверхности при использовании световых, звуковых, электромагнитных волн или других излучений, либо с помощью плоскостной фотограмметрии, стереофотограмметрии или фотопрофилографии.
Современными инструментами для бесконтактной оцифровки являются сканеры различных принципов действия, в которых на основе информации об отражении заданной поверхности вычисляются координаты точек трехмерной модели.
Инженерная фотограмметрия располагает различными способами получения по снимкам метрических данных. Определение двухмерных размеров объекта производится на единичных фотоснимках (фотограмметрия на плоскости). Трехмерное (пространственное) представление об объекте достигается стереофотограмметрическим способом.
Плоскостная фотограмметрия, как один из методов антропологических исследований, применялась уже в 30-е годы 20-го столетия. Сначала делались попытки по фотоснимкам определять некоторые размеры фигуры человека и выделять типы осанки, форму и положение верхних конечностей. Позднее с помощью фотографий производились антропометрические обследования детского населения в нашей стране.
Широкого распространения фотограмметрия на плоскости применительно к измерению фигуры человека не получила ввиду того, что по снимкам определились только проекционные измерения, обхватные и дуговые необходимо было снимать с поверхности тела человека контактным способом.
Стереофотограмметрия - раздел фотограмметрии, изучающий геометрические свойства стереопар фотоснимков и методы определения размеров, формы, пространственного положения предметов по стереопаре его фотоизображений. Данный метод нашел свое применение в научных исследованиях по проектированию манекенов.
В основе другого бесконтактного метода – фотопрофилография – лежит способ отражения на фотоснимках следа проецируемых на измеряемую рельефную поверхность световых сечений (при условие, что исследуемый объект остается плохо освещенным), с последующим расчетом координат их контуров.
2.2 Современные бесконтактные методы снятия размерных признаков
2.2.1 Ультразвуковое сканирование
.
Ультразвуковые дигитайзеры представляют собой систему передатчиков, жестко закрепленных на стенах и потолке. Смотрятся они весьма неэстетично. Передатчики излучают звуковые волны, на основании информации, об отражении которых вычисляются координаты точек поверхности 3D-модели. Так как скорость звука зависит от атмосферного давления, температуры и других условий (например, влажности), то результаты оцифровки одного и того же объекта являются функцией состояния воздуха. Помимо этого данные системы очень восприимчивы к шуму, производимому различным оборудованием (компьютерами, кондиционерами), даже жужжание флуоресцентных ламп влияет на оцифровку. К тому же ультразвуковые системы издают странные «кликающие» звуки, раздражающие оператора и всех находящихся в помещении. В идеальных условиях абсолютная погрешность полученных результатов составляет 1,4 мм.
2.2.2 Электромагнитное сканирование
Принцип работы электромагнитных 3D-дигитайзеров такой же, как у ультразвуковых систем (принцип радара), только для построения пространственной модели, вместо звуковых волн, используются электромагнитные импульсы. Результат работы этих сканеров не зависит от погодных условий, но находящиеся поблизости металлические предметы или источники магнитного поля снижают точность измерений. Естественно, что подобные системы не могут оцифровывать металлические объекты. Даже в специальных помещениях, не содержащих ничего металлического, погрешность магнитных систем составляет не менее 0,7 мм.
2.2.3 Лазерное сканирование
Рис. 3 Изображение лазерного сканера.
Процесс сканирования занимает до 30 секунд (сканирование производится лазером или при помощи ламп дневного света). Затем данные передаются в компьютер, на экране которого изображение человека как бы составляется из множества точек (то есть данных сканирования). Оператор обрабатывает данные, убирая все ненужное, и вскоре на экране появляется «электронный двойник» (“cyber twin”) клиента, с которого машина снимает необходимые размерные признаки.
Широкое применение большинства из представленных методов не возможно из-за чрезмерной сложности обработки полученных результатов до уровня, который должен обеспечить правильное их использование, а так же не приемлемы для отечественных предприятий, ввиду высокой стоимости и крупногабаритности применяемого оборудования.
Поэтому самыми оптимальными являются методы получения размерной характеристики фигуры по фотографическим изображениям
. Они реализуются с помощью:
1. фотографирования измеряемого человека цифровой камерой;
2. ввода информации в компьютер;
3. обработки фотографий в графическом редакторе;
4. расчета реальных величин размерных признаков;
2.3 Примеры существующих бесконтактных методов получения размерных признаков по фотографическим изображениям
2.3.1 Программа СТАПРИМ
Рис 4. Интерфейс программы СТАПРИМ.
Актуальность разработки новой компьютерной технологии проектирования моделей одежды была предопределена давним существованием трех рассматриваемых проблем. И, как уже сообщалось, в настоящее время разработана система СТАПРИМ, которая направлена на решение этих проблем и содержит реальную практическую значимость - используется в индивидуальном и серийном производстве одежды и в учебном процессе учебных заведений.
Эксплуатация СТАПРИМ на практике не требует от пользователя специальных знаний математики - это требовалось разработчикам системы, чтобы обеспечить возможность геометрического моделирования объёмной конструкции одежды.
Работая в СТАПРИМ, пользователь создает пространственную форму проекта на экране монитора, и после принятия положительного решения на соответствие замыслу осуществляется автоматическое разворачивание этой формы на плоскость, образуя силуэтную конструкцию модели. При этом существует возможность (что раньше было не возможно) заложить в проект пространственные формы: оката рукава, линий проймы и.т.п. Для разработки комплекта лекал, созданная в СТАПРИМ конструкция, направляется в систему «Комтенс», чем обеспечивается полная автоматизация процесса проектирования от идеи дизайнера до раскладки лекал. Система СТАПРИМ имеет две основные группы параметров: I. - размерные признаки фигуры человека. Их изменение позволяет задать любую типовую или индивидуальную фигуры, а так же производить настройку типовой фигуры, если это требуется заказчику. II. - параметры формообразования модели, неограниченное варьирование которыми обеспечивает поиск пропорций и новых форм модели изделия на экране монитора. Все линии и поверхности пространственной формы одежды описаны математически, поэтому виртуальное изображение, представленное на экране, одновременно является проектом модели художника и математической моделью изделия. Этот факт действительно сближает искусство и математику в индустрии моды и, следовательно, выражает стремление соответствовать высказываниям авторов и известных личностей, указанных в первой половине статьи.
2.3.2 Программа «ЛЕКО»
Система проектирования одежды "ЛЕКО создана для изготовления изделия с хорошей посадкой на индивидуальную фигуру. Необходимо точно снять размеры и, правильно используя их, построить конструкцию. Для разработки конструкции изделия снимается при помощи сантиметровой ленты 10-25 размеров. Традиционно измеряются обхваты и длины вдоль поверхности тела. При измерении обхватов не используется информация об их распределении (поперечные и переднезадние диаметры) и информация об их взаимном расположении (например, глубины талии), не используются углы наклона плеч, линии груди и позвоночника. Следствием неполноты информации о фигуре является обязательная примерка частично.
Рис 5. Интерфейс программы ЛЕКО-Ф.
Программа "ЛЕКО-Ф" предназначена для определения дополнительных размерных признаков по цифровой фотографии. Она позволяет хранить фотографии заказчиков, рассчитывать условно-типовые размерные признаки, визуально уточнять индивидуальные размеры, компенсировать оптические и перспективные искажения камеры.
2.3.3 Способ бесконтактного измерения внешней формы тела человека МГУДТ 2003 год
В МГУДТ был разработан бесконтактный фотограмметрический метод получения размерной характеристики фигуры по фотографическим изображениям. Метод реализуется с помощью фотографирования измеряемого человека цифровой фотокамерой, ввода информации в компьютер, обработки фотографических изображений в универсальном графическом редакторе Corel DRAW, расчета реальных величин размерных признаков в программе Excel.
Измерение размерных признаков типовых и индивидуальных фигур (с максимальным учётом особенностей их внешней формы), а также проведение массовых антропометрических обмеров населения. Описание разработки и технические характеристики Метод позволяет получать точную развёрнутую информацию о размерной характеристике фигуры (типовой или индивидуальной) путём измерения на компьютере (в универсальном графическом редакторе Corel DRAW) её фотографических изображений, полученных с помощью цифровой камеры (или фотоаппарата). Перевод измеряемых параметров фотографических изображений фигуры в реальные единицы (для компенсации искажений цифровых фотоизображений), а также расчёт горизонтальных дуговых измерений и обхватов осуществляются по специальной программе, разработанной на базе Microsoft Excel. (Патент № 2211652 РФ. Е. Ю. Кривобородова, О. В. Покровская. Способ бесконтактного измерения внешней формы тела человека. 2003).
Данный способ измерения фигур наиболее эффективен для предприятий индивидуального пошива одежды: является эстетичным для заказчика, доступным для использования и простым в освоении.
2.4 Актуальность и реальность использования бесконтактных методов
В настоящее время использование вычислительной техники значительно облегчает труд конструктора одежды, ускоряет процесс проектирования. Наряду с плоскостными активно развиваются системы трехмерного проектирования одежды по следующим направлениям: 1. получение развертки поверхности по ее трехмерной модели; 2. получение трехмерной модели по имеющейся развертке из ткани.
Замена устаревшей технологии на более прогрессивную предполагает существенное снижение роли человеческого фактора в технологических процессах различных производств. Но швейная промышленность здесь заметно отстает. Как в России, так и за рубежом доля участия человека в технологическом процессе по-прежнему остается значительно больше, чем в других отраслях.
Таким образом, актуальность разработки компьютерной технологии трехмерного проектирования одежды была предопределена давним существованием указанных проблем. Поэтому сегодня ведущие мировые фирмы в области разработки программных продуктов для индустрии моды определили один из главных приоритетов - создание систем проектирования в трех измерениях.
Работы по созданию реалистического трехмерного образа одежды проводились в отрыве от проблемы построения тождественной плоской развертки. Развертка оболочки манекена также не в состоянии обеспечить переход к развертке (к лекалам) одежды, поскольку одежда хоть изначально и зависит от формы тела человека, но имеет свою пространственную форму.
Заключение
Основные усилия следует направлять в первую очередь не на создание реалистического изображения, полностью отображающего внешний вид изделия, а на разработку трехмерной конструкции одежды, развертка которой адекватно решает вопрос разработки лекал.
Дальнейшее совершенствование процесса проектирования одежды необходимо вести на основе плоскостного конструирования с использованием информации о закономерностях пространственных линий и параметров конструкции.