Применение технологий 3D-моделирования в дизайне современной спортивной одежды

МРНТИ 64.33.71                                

Современная спортивная одежда - это больше, чем просто покрытие для атлетической деятельности. Это высокотехнологичные продукты, требования к которым постоянно растут. Наряду с эстетической привлекательностью они должны обеспечивать максимальную свободу движений тела, поддерживать оптимальный микроклимат (прохождение и испарение пота), а также вызывать у спортсмена чувство психологической уверенности. Спортивная деятельность характеризуется интенсивными движениями, динамическими нагрузками и повторяющимися движениями, поэтому конструктивные решения одежды должны основываться не только на модных тенденциях, но и на точных эргономических расчетах, принципах материаловедения и биомеханики [1-3].

В последние годы в швейную промышленность прорвалась цифровая трансформация. В отличие от традиционных методов 2D-конструирования и дизайна на бумажной основе, технологии 3D-компьютерного проектирования (CAD) коренным образом изменили всю цепочку проектирования [4-6]. Эти технологии позволяют дизайнерам и инженерам создавать виртуальный прототип одежды, рассматривать его с разных сторон, работать с различными материалами и, самое главное, имитировать его поведение во время движения. Применение этих инноваций в области спортивной одежды позволяет резко повысить качество дизайна, скорость производства и функциональность конечного продукта [7-10].

Цель данной статьи - проанализировать эффективность использования технологий 3D-моделирования в дизайне спортивной одежды, в частности, ее влияние на эргономические показатели и производственный процесс. Задачи исследования включают:

• 1.    Определение основных возможностей 3D-технологий в дизайне спортивной одежды.

• 2.    Рассмотреть методы эргономического анализа (распределение давления, свобода движения) и эстетической оценки на основе 3D-моделирования.

• 3.    Сравнительный анализ основных различий между традиционным 2D-методом и современным 3D-методом.

• 4.    Оценка влияния 3D-технологий на производственный цикл и экономическую эффективность.

Материалы и методы исследований

Исследование проводилось на основе теоретических и практических методов. В теоретической части проанализированы современная литература, научные статьи и разработки по 3D-моделированию, цифровому дизайну, эргономике спортивной одежды и цифровизации производства [11-15].

В практической части были использованы следующие материалы и методы:

Программное обеспечение: В качестве основных практических инструментов исследования были выбраны передовые 3D CAD-программы, ставшие отраслевым стандартом, и изучены их возможности:

CLO 3D: широко используемая программа для дизайна и визуализации одежды. Были изучены ее способности к виртуальному шитью, точному отображению физических свойств материалов и симуляции анимационных движений.

Browzwear V-Stitcher: Профессиональная программа, предназначенная для промышленного производства. Проанализированы возможности создания точных форм резания и технической документации.

Optitex: Программа оценивания возможности анализа деформационных и растягивающих свойств материалов на основе передовых физических моделей.

Объекты виртуального моделирования: В исследовании в виртуальной среде были созданы и проанализированы два типа моделей спортивной одежды – фитнес-набор (рубашка и шорты) и профессиональный беговой костюм.

Методы анализа:

Эргономический анализ. Используя программу "карта давления" (pressure map), определяется, как одежда влияет на различные части тела. Красный и желтый цвета указывают на зону высокого давления, а зеленый - на оптимальное положение. Также, придавая виртуальным манекенам различные степени движения (растяжение, изгиб, вращение), наблюдалась свобода движения и деформация материалов.

Визуально-эстетическая оценка. Для одной и той же модели были созданы различные варианты цвета, принта и материала, проанализировано их визуальное воздействие. Также было изучено влияние света под разными углами.

Сравнительный анализ. Одинаковая модель спортивной одежды была спроектирована как традиционным 2D, так и 3D-способом. Для обоих методов сравнивались время проектирования, расход материала, количество физических прототипов и точность полученных результатов.

Оценка экономической эффективности. В результате внедрения 3D-технологии сокращение производственного цикла, снижение потерь материалов и снижение затрат на переработку оценивались на основе количественных показателей.

Результаты и их обсуждение

Возможности эргономического анализа 3D-моделирования. Результаты исследования показали, что 3D-моделирование позволяет точно предсказать пригодность и комфортность спортивной одежды для тела. Например, зона избыточного давления на поясе беговых шорти, которую невозможно определить на основе традиционного 2D-рисунка, была четко видна с помощью 3D-карты давления (рис. 2). Это позволило внести изменения в дизайн и избежать неудобств для спортсмена. Также при моделировании было выявлено, что в области плеч и подмышек фитнес-рубашки, сшитой из эластичной ткани, при движении с широким поднятием руки возникает чрезмерное напряжение, и было рекомендовано использовать более прочный материал для этой зоны.

Таблица 1. Сравнительные показатели 2D и 3D-методов при проектировании фитнес-футболки.

Показатель	2D метод (традиционный)	3D метод (CLO 3D)
Цикл проектирования и прототипирования	12 дней	4 дня
Количество физических макетов из ткани	3 шт.	1 шт. (для финального утверждения)
Выявление проблем со свободой движения	На 2-м физическом макете	На первоначальной виртуальной модели
Просмотр вариантов цвета / принта	Ограниченный (на чертеже)	Неограниченный, в режиме реального времени

Оптимизация процесса проектирования. В процессе исследования выявлено влияние 3D технологий на этапы производства. Поскольку виртуальный прототип уникален, вся группа дизайнеров (дизайнер, конструктор, технолог, даже заказчик) может работать над одной и той же моделью в режиме реального времени и делать отзывы. Эти соображения ускорили процесс обмена в несколько раз и уменьшили количество незнакомств. В таблице 2 приведены общие показатели подготовки комплекта спортивной одежды к производству.

Таблица 2. Показатели процесса подготовки к производству комплекта спортивной одежды

Этап	Традиционный процесс (на основе 2D)	Цифровой процесс (на основе 3D)	Коэффициент ускорения
Дизайн и конструирование	7 дней	2 дня	3,5 раза
Изготовление и корректировка лекал	10 дней (3 физических образца)	3 дня (1 виртуальный + 1 финальный образец)	3,3 раза
Утверждение цвета и материалов	5 дней	1 день	5 раз
Общее время	22 дня	6 дней	3,7 раза

Снижение расхода материалов и стабильность. В 3D-моделировании формы резки оптимально размещаются на виртуальной ткани, что позволяет максимально использовать материал. Расход материала для анализируемого в рамках исследования фит-

Рисунок 1. Спортивные костюмы, созданные в 3D.

нес-набора в 3D-методе снизился примерно на 15% по сравнению с традиционным методом. Это не только экономическая выгода, но и способствует экологической устойчивости за счет сокращения выбросов.

Заключение

Результаты проведенного исследования научно обосновали высокий уровень эффективности использования технологий 3D моделирования в процессе проектирования и производства спортивной одежды. Методы 3D-моделирования позволяют значительно повысить эргономические качества и функциональные показатели спортивной одежды, служат для выявления и устранения конструктивных недостатков до изготовления физического прототипа путем анализа в виртуальной среде таких важных параметров, как распределение давления, динамика движений и соответствие телу. Это повышает точность процесса проектирования и уменьшает ошибки, связанные с человеческим фактором.

В ходе исследования было установлено, что использование 3D CAD-программ, таких как CLO 3D, Browzwear, радикально оптимизирует процесс проектирования, сокращает сроки проектирования в среднем в 3-4 раза и значительно снижает затраты материальных и трудовых ресурсов. Возможности виртуальной визуализации позволяют дизайнеру и заказчику оперативно сравнивать различные цвета, материалы и конструктивные решения спортивной одежды, выбирать наиболее эстетически и функционально оптимальный вариант и надежно обосновывать решения.

Также практическое применение технологий 3D-моделирования показало, что это важный инструмент цифровизации производства, повышения экономической эффективности и обеспечения экологической устойчивости для предприятий, производящих спортивную одежду. Поэтому для предприятий, работающих в сфере производства спортивной одежды, целесообразно постепенно переходить на 3D-технологии CAD, переобучать сотрудников навыкам современного цифрового проектирования. Для дизайнеров и конструкторов необходимо постоянно внедрять работу на основе виртуального прототипирования, не ограничиваясь традиционными 2D-чертежами.

Результаты показывают, что широкое внедрение технологий 3D-моделирования в процесс подготовки специалистов в области швейного дела и дизайна в образовательных учреждениях послужит формированию конкурентоспособных кадров в будущем. Будущие научные исследования будут направлены на проектирование спортивной одежды на основе индивидуальных антропометрических параметров (технология Digital Twin), а также моделирование интеллектуальных и функциональных материалов в 3D-среде и изучение их влияния на спортивные результаты.