Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций Электронная библиотека российских диссертаций
Каталог

Обратная связь

Я ищу:

Содержимое электронного каталога российских диссертаций

Диссертационная работа:

Караулова Гульбаршин Тахировна. Разработка перспективно-числовой модели трехмерного Евклидова пространства применительно к конструированию швейных изделий : Дис. ... канд. техн. наук : 05.01.01 : Омск, 2004 149 c. РГБ ОД, 61:05-5/725


Для получения доступа к работе, заполните представленную ниже форму:


*Имя Отчество:
*email



Содержание диссертации:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1 ПЕРСПЕКТИВНО-ЧИСЛОВАЯ МОДЕЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ПРОСТРАНСТВА Е3 12

1.1 Анализ ортогонально-перспективных моделей, применя -емых при решении технических задач 13

1.2 Теоретическое обоснование перспективно-числовой модели пространства Е3. Основные определения и аппарат получения перспективно-числовой модели 27

1.3 Модели точки, прямой и плоскости 31

1.4 Реконструкция точки, прямой, плоскости 45

1.5 Реконструкция плоских кривых 57

1.6 Реконструкция развертывающихся поверхностей 60

1.6.1 Реконструкция поверхностей второго порядка 61

1.6.2 Реконструкция торсовой поверхности 64

1.7 Решение позиционных, метрических и аффинных задач 66

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 74

ГЛАВА 2 РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ ПЕРСПЕКТИВНО-ЧИСЛОВОЙ МОДЕЛИ 75

2.1 Переход от фотоснимка к центральной проекции 77

2.1.1 Недостатки линз, влияющие на геометрические свойства центральной проекции объекта 75

2.1.2 Элементы ориентирования 79

2.1.3 Калибровка цифровых фотографических снимков 80

2.1.4 Системы координат при обработке фотографических снимков 82

2.2 Расположение предметной, картинной плоскостей относительно друг друга. Определение центра проецирования 84

2.3 Определение параметров внутреннего ориентирования 85

2.4 Экспериментальные работы по получению изображения объекта 91

2.4.1 Общая характеристика внешней формы тела человека . 92

2.4.2 Описание съемки 97

2.5 Разработка программы реконструкции сложных объектов по одиночному фотоснимку 101

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 113

ПРИЛОЖЕНИЕ А 125

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 126

ПРИЛОЖЕНИЕ В 132

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 133

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 139

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 143

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 149 



Введение диссертации:

Реконструкция поверхностей - одна из наиболее динамично развивающихся областей, целью которой является поиск математического описания формы физической поверхности для преобразования реальных объектов в инженерные модели.

Методы моделирования поверхностей являются важнейшим средством современного промышленного проектирования и производства. Математическое описание формы сложного физического объекта актуально, поскольку компьютерную модель поверхности чаще всего легче и дешевле анализировать и модифицировать, чем физическую поверхность. Кроме того, сгенерированные компьютерные модели делают возможным быструю и точную их визуализацию, что позволяет выделить ошибки проектирования уже на ранних этапах.

Область применения методик и алгоритмов восстановления геометрических моделей достаточно широка, помимо швейной отрасли включает применения в:

- машиностроении;

- медицине (при протезировании для производства протезов, в компьютерной томографии, при планировании хирургических операций, в пластической хирургии);

- археологии (для создания компьютерных моделей памятников искусства и культуры, обнаруженных при раскопках);

- киноиндустрии, мультимедиа, производстве компьютерных игр, рекламы.

Поверхность одежды, тела человека представляет собой сложную нераз-вертывающуюся поверхность. Геометрическая модель объекта должна быть его аналогом повторять те его свойства и их взаимодействия, которые необходимы для целенаправленного изучения объекта. Одним из основных входных параметров при проектировании одежды, определяющим точность построения математической модели является размерная характеристика тела человека.

В практике антропометрических исследований широкое распространение получили контактные способы измерения фигуры человека с применением антропометра, толстотного циркуля, сантиметровой ленты, дугового кон-турографа и др.[15-19,24,51,72,73,85]. Эти способы позволяют получать информацию о линейных величинах размерных признаков, но не дают характеристики формы поверхности тела человека. Кроме того, существенным недостатком контактных способов является сравнительно невысокая точность измерений фигуры человека вследствие деформации тканей тела при соприкосновении с ними измерительных инструментов, достоверность измерений во многом зависит от опыта измеряющего. Следует также отметить психологический дискомфорт, испытываемый со стороны измеряемого в процессе снятия размерной характеристики.

Более полную информацию при высокой точности измерений легко деформируемой поверхности обеспечивают бесконтактные методы [11,20,59,60,68,91,93-95,100,111,119,120,123,124,126]. Широко известны бесконтактные методы исследования поверхности тела человека, разработанные в 60-70 годы: теодолитный (угломерная съемка), фотограмметрический, световых сечений, рентгенографии, стереофотограмметрии [51,85,86]. Эти методы остались на уровне разработок в силу различных причин: необходимость в специальных приборах для получения и обработки данных, специальные знания (теодолитный, фотограмметрический, стереофотограмметрический); вредность для здоровья применяемых излучений (рентгенография).

Современное автоматизированное проектирование одежды [4,21,26,27,79-81], развитие в области измерительных технологий дает новый взгляд на решение вопроса антропологического измерения фигуры человека для целей серийного и индивидуального производства одежды как составной части всего процесса производства одежды. В этой связи вновь наблюдается интерес к бесконтактным методам исследования поверхности тела человека.

Метод подключения объекта измерения к источнику напряжения (разработка Витебского технологического института легкой промышленности) [95]. К существенным недостаткам метода следует отнести громоздкость установки, психологический дискомфорт, испытываемый со стороны измеряемого. Способ измерения поверхности тела человека с помощью одноразового покрытия. Способ разработан в США [121]. Для его реализации необходим комплекс специфических технических средств - особое одноразовое покрытие, средство получения электронных сигналов, трансформируемый манекен. Трансформируемый манекен не позволяет учитывать все особенности индивидуальной фигуры. Устройство для обмера фигуры человека [94], применяемое в швейном производстве для снятия мерок с человека при индивидуальном пошиве изделий. Устройство обеспечивает высокую скорость измерения только линейных параметров, громоздко и имеет подвижные элементы. Устройство для объективного пространственного обмера фигуры может быть использовано при проведении антропометрических обмеров населения [93]. Устройство также обеспечивает достаточно высокую скорость измерения, но только линейных параметров тела человека. Рассмотренные способы измерения фигуры человека не достигли достаточного уровня развития для внедрения их в производство.

Особо следует выделить 3D сканеры и системы трехмерного сканирования человеческого тела [59,115,116], позволяющие получать наиболее полную информацию о поверхности тела или манекена и используемые в индустрии пошива одежды.

Возможность получения измерений с живой фигуры достигнута путем создания Антропометрического Теневого Сканера [LASS]. Эта система [114] использует несколько видеокамер для наблюдения за соприкосновением профильной линии и поверхности тела. Имеются несколько стадий вращения, каждая из которых дает вертикальный профиль.

Система «Имидж Твин» (Image Twin, «двойник». Разработчик - Textile/Closing Technology Corporation, (ТС2)). Система [116] использует 6 ста ционарных камер. Совместная работа всех камер позволяет покрыть критическую площадь человеческого тела, в результате чего определяется более 400000 трехмерных координат точек. Затем производится выделение сегментов поверхности для последующего определения размерных признаков фигуры.

«Кибервер» (Cyberwear, «электронная одежда»). Сканер [115] состоит из двух опор, на каждой из опор есть мотор, который приводит в движение 2 сканирующие головки. Каждая сканирующая головка содержит источник света, который освещает сканируемую поверхность. Устройство «видит» линию, создаваемую лазером при пересечении с поверхностью тела. Система способна определить более 100000 точечных данных.

«Симкад» (Symcad, модель Turbo Flash/3D). Система [59] разработана французской компанией TELMAT Industrie. Сканер представляет собой кабинку с освещенной стеной, камерой и компьютером. После съемки на экране компьютера появляется трехмерное изображение, которое можно измерить. Система позволяет снятие более 70 размерных признаков. Процесс сканирования занимает до 30 секунд.

Наряду с перечисленными достоинствами систем сканирования, есть и недостатки. Во-первых, остается проблемой обработка тех участков тела, где сложно отследить световую полосу (например, область впадин). Во-вторых, процесс полностью автоматизирован. Это значит, что оператор не имеет возможности вмешаться в работу устройства и приступает к обработке данных только после завершения процесса. Внедрению систем в промышленность также мешает отсутствие единого формата передачи данных сканирования. Процесс сканирования подразумевает также определенные неудобства для клиента - нужен определенный тип белья. И, наконец, стоимость подобных систем от 65 тысяч долларов, что делает их пока недоступными для индустрии пошива одежды.

Современные достижения в области цифровых технологий, а именно появление цифровых фотоаппаратов и видеокамер, совершенствование и од новременное удешевление обуславливает их использование при получении исходной информации для процесса проектирования одежды [33,34,36,37,42,60,61,62]. Это обстоятельство значительно повысило спрос на создание математических моделей по сгенерированным данным, полученных посредством съемки цифровой фотоаппаратурой. Разработка математического аппарата анализа цифровых изображений с целью реконструкции сложных поверхностей на основе развития теории изображений с законами построения отображений различных фигур на плоскости или поверхности в настоящее время является актуальной проблемой.

Программное обеспечение, предназначенное для реконструкции сложных поверхностей, может использоваться в качестве модуля в составе системы автоматизированного проектирования для автоматического построения геометрической модели объекта; самостоятельно, для получения компьютерных геометрических моделей технических объектов по результатам сканирования с возможностью последующего ввода этих моделей в систему автоматизированного проектирования.

Объектом исследования является геометрическое моделирование сложных поверхностей, к числу которых относится поверхность тела человека, применительно к процессу конструирования одежды.

Цель исследования состоит в создании математического аппарата, предназначенного для решения задач геометрического моделирования, возникающих при реконструкции поверхностей по центральной проекции (фотографическому снимку).

В соответствии с целью исследования в работе были поставлены следующие задачи:

- выполнить анализ существующих ортогонально-перспективных моделей, применяемых при решении технических задач, обосновать необходимость развития теории изображений и реконструкции поверхностей;

- разработать перспективно-числовую модель пространства, позволяющую по центральной проекции объекта построить его геометрическую модель;

- доказать применимость перспективно-числовой модели трехмерного евклидова пространства для решения задач геометрического моделирования;

- получить на основе перспективно-числовой модели пространства аналитические зависимости и алгоритмы, обеспечивающие построение геометрического аналога объекта по данным, полученным с фотографического снимка;

- на основе созданных алгоритмов разработать программное средство, позволяющее по трем одиночным фотографическим снимкам строить геометрическую модель поверхности тела человека и производить по модели пространственные измерения.

Методы исследований. Решение задач, сформулированных в диссертационной работе, базируется на методах начертательной, аналитической, проективной геометрий, теории параметризации; геометрическом моделировании с использованием современных средств исследований на основе персонального компьютера с визуализацией результатов моделирования.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

- с помощью теории параметризации разработана перспективно- числовая модель пространства Ез, которая является обобщением метода ортогональной проекции с числовой отметкой;

- разработаны методы и алгоритмы решения позиционных, метрических, аффинных задач, алгоритмы и методы реконструкции поверхностей на данной модели.

Практическая значимость исследования заключается в разработке алгоритмов, реализующих математический аппарат перспективно-числовой модели пространства. На базе созданных алгоритмов написана программа «Реконструкция сложных объектов по одному фотоснимку» («РС01ФОТО»).

Программа может быть использована на предприятиях производства одежды и в учебном процессе при подготовке специалистов швейной отрасли. Основные положения, выносимые на защиту:

- перспективно-числовая модель пространства Е3, которая является обобщением метода ортогональной проекции с числовой отметкой;

- методы решения позиционных, метрических и аффинных задач на перспективно-числовой модели;

- методы реконструкции развертывающихся поверхностей;

- алгоритм и программное средство «Реконструкция сложных объектов по одному фотоснимку», применяемые при конструировании швейных изделий.

Внедрение результатов работы. Компьютерная программа «Реконструкция сложных объектов по одному фотоснимку» («РСОІФОТО») прошла проверку на предприятии по изготовлению одежды ООО «Профи». Математический аппарат перспективно-числовой модели пространства и компьютерная программа используются в учебном процессе в рамках изучения курса «Теоретические основы формообразования оболочек», «Автоматизированные методы художественного проектирования одежды» при проведении практических занятий, в курсовом и дипломном проектировании. Издано учебное и практическое пособие к лекционному курсу дисциплины «Теоретические основы формообразования оболочек».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись на международных конференциях: «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, ОмГТУ, 2002 г.), «Актуальные проблемы подготовки специалистов для сферы сервиса» (Омск, ОГИС, 2003), «Проблемы совершенствования качественной подготовки специалистов высшей квалификации» (Омск, ОГИС, 2004), а также на ежегодных научных конференциях ОГИС (1998-2004 гг.).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе свидетельство об отраслевой регистрации разработки

№3639 программы «Реконструкция сложных объектов по одному фотоснимку».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

В первой главе рассмотрены перспективно-ортогональные модели, применяемые при решении задач геометрического моделирования. В результате проведенного анализа по каждой модели были выявлены достоинства и недостатки, сформулированы требования к геометрическому аппарату для целей реконструкции объекта по его центральной проекции, что послужило предпосылкой для разработки перспективно-числовой модели пространства.

В данной главе представлена перспективно-числовая модель пространства, являющейся обобщением метода ортогональной проекции с числовой отметкой. На модели рассмотрена реконструкция точки, прямой, плоскости, кривых второго порядка, развертывающихся поверхностей. Рассмотрено решение метрических, позиционных, аффинных задач с использованием перспективно-числовой модели пространства.

Во второй главе рассмотрены вопросы практической реализации геометрического аппарата перспективно-числовой модели пространства для реконструкции сложных неразвертывающихся поверхностей (поверхности тела человека) по набору поперечных сечений, полученных с фотографического снимка. Разработан алгоритм построения геометрической модели поверхности тела человека, реализованный в программном средстве. Создан удобный пользовательский интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя и ЭВМ. Кроме того, во второй главе рассматривается определение параметров внутреннего ориентирования фотоснимков на основе свойств центрального проецирования.

В заключение диссертационной работы приведены основные результаты исследований, подтверждающие научную новизну и практическую значимость.

Реклама


2006-20011 © Каталог российских диссертаций