Разработка классификации зрительно-подобных типовых фигур мужчин методом кластеризации

Перспективы развития новых информационных технологий проектирования конструкций одежды связаны с комплексным учетом внешних параметров потребителя. Для решения этой задачи впервые специалистами РГУТиС разработана, а затем усовершенствована классификация зрительно-подобных женских типовых фигур [1, 2]. В МГУДТ создана классификация типовых мужских фигур [3] на основе принципа подобия пропорций, в которой 172 типовые фигуры ОСТ 17325—86 сгруппированы в 11 классов. При этом были использованы диаметры только корпусной части мужской фигуры, что недостаточно для объективного объединения фигур в классы; отсутствие в классификации [3] графической ви- зуализации эталонных мужских фигур делает ее неэффективной для практического использования в традиционных (ручных) и информационных технологиях проектирования конструкций одежды.

В настоящее время существует множество методов графической визуализации женских фигур [4, 5, 6 и т.д.]. Однако объективных методов графической визуализации мужских фигур не разработано. С целью создания объективного метода задания графических моделей мужских фигур необходимо иметь состав проекционных размеров, описывающих фигуру в полный рост с высокой точностью. В действующей размерной типологии, характеризующей мужскую часть населения

[7, 8], представлено всего 16 проекционных размерных признаков (10 высот, 6 диаметров), что недостаточно для разработки графических моделей мужских фигур. Их характеристика в размерных стандартах дана преимущественно через обхватные измерения, которые, как известно, не несут исчерпывающей информации о строении фигуры потребителя. Для перехода от обхватных измерений фигуры к ее горизонтальным проекционным размерам в работе [4] предложено использовать соответствующие коэффициенты. С целью определения значений указанных коэффициентов применительно к мужским фигурам проведены антропометрические исследования.

В качестве объектов исследования выбраны 16 мужских типовых фигур [7, 8], имеющих наибольший процент встречаемости среди мужского населения и крайние размеры в полнотной группе (табл. 1).

Для каждой из выбранных фигур построены восемь горизонтальных сечений на уровне линий обхвата: шеи, плеч, груди, талии, бедер, бедра, колена и голени. Оформление горизонтальных сечений мужской фигуры выполнено в соответствии с методикой, применяемой в швейной промышленности для разработки манекенов фигур [9], и антропометрическими данными из размерных стандартов [7, 8].

На первом этапе разработки метода графической визуализации мужских типовых фигур было принято, что их горизонтальные сечения по основным антропометрическим поясам можно приблизить к двум геометрическим фигурам: окружность — для уровня обхвата плеча, локтя, запястья, колена, голени; эллипс — для линии плеч, уровня обхвата шеи, груди, талии, бедер, бедра. В результате в антропометрическом исследовании использованы зависимости, соответствующие указанным геометрическим фигурам, например, для эллипса это уравнение вида:

dj = Оj * k / π, (1)

Таблица 1

Состав мужских фигур для антропометрического исследования

Полнотная группа Ведущие размерные признаки, см Частота встречаемости, % Полнотная группа Ведущие размерные признаки, см Частота встречаемости, % 1 2 3 4 5 6 1 170-96-78 13,2 4 170-96-96 5,8 170-104-86 6,4 164-100-100 11,8 170-92-74 8,8 164-112-112 5,8 2 170-92-80 8,2 5 176-100-106 менее 0,1 170-88-76 4,1 164-108-114 менее 0,1 164-104-92 3,4 176-124-112 0,3 3 170-88-82 1,6 164-96-90 8,5 164-104-98 6,0 164-112-106 2,0 где dj — диаметр эллипса на j-ом уровне (j=1,8) i-ой мужской типовой фигуры (ТФ^ i = 1,172), соответствующий ее поперечному или передне-заднему диаметру; Оj — периметр эллипса (обхват) на j-ом уровне i-ой мужской типовой фигуры; k — коэффициент перехода от обхватных размеров i-ой мужской типовой фигуры к ее горизонтальным проекционным размерам; π – постоянная величина, равная 3,14.

Установлен следующий порядок определения коэффициентов перехода (k) от обхватных размеров (Оj) i-ой мужской типовой фигуры к ее горизонтальным проекционным размерам (dj):

• 1)    выбор антропометрического пояса i-ой мужской типовой фигуры, соответствующего ему диаметра d_j , определение его величины по нормативно-справочной литературе [7, 8];

• 2)    определение величины коэффициента перехода во фронтальной проекции (k₁) через обхватное измерение (О_j) и поперечный диаметр (d_п.j) i-ой мужской типовой фигуры на выбранном антропометрическом поясе по уравнению (1);

• 3)    разработка горизонтального сечения i-ой мужской типовой фигуры с помощью инструментария среды AUTOCAD 2002, используя знания о топографии мужских фигур и величину об-хватного измерения (О_j) i-ой мужской типовой фигуры;

• 4)    определение величины второго диаметра эллипса (передне-заднего) d_п-з.j горизонтального сечения i-ой мужской фигуры на выбранном ан-

• тропометрическом поясе;

• 5)    расчет значения коэффициента перехода в профильной проекции (k₂) через обхватное измерение (О_j) i-ой мужской типовой фигуры и передне-задний диаметр (d_п-з.j ) на выбранном антропометрическом поясе по уравнению (1).

Разработанный способ позволил определить величины недостающих диаметров типовых мужских фигур и коэффициенты перехода от об-хватных размеров к горизонтальным проекционным для фронтальной и профильной проекций мужской фигуры по каждой полнотной группе и антропометрическому поясу. Фрагментарно величины полученных коэффициентов перехода представлены в табл. 2.

Анализ величин коэффициентов перехода по пяти полнотным группам мужских типовых фигур позволил выявить зависимости, которые для большинства коэффициентов приближаются к линейным. Примеры аналитических зависимостей между значениями коэффициентов перехода во фронтальной (k1) и профильной (k2) проекциях на уровне обхвата бедер и номером полнотной группы (n) приведены на рис. 1 и 2.

В основу метода графической визуализации мужских фигур положен способ рисования графических моделей фигур по антропометрическим точкам [4], а также 43 размерных признака мужских фигур: 16 высот (В1 — В16), 24 диаметра (D1а — D13а, D1б — D13б), 2 глубины (D13, D14) и положение корпуса (D14). Состав и расположение вертикальных и горизонтальных

Таблица 2

Фрагмент матрицы коэффициентов перехода от обхватных размерных признаков мужских типовых фигур к горизонтальным проекционным размерам

Антропометрический пояс/ диаметр	Коэффициенты перехода по полнотным группам поперечный (k1)/ передне-задний (k2)
	1 полн.гр.	2 полн.гр.	3 полн.гр.	4 полн.гр.	5 полн.гр.
1. Плечевой:
– шеи	1,00 / 1,00	0,99 / 1,01	0,98 / 1,02	0,97 / 1,02	0,95 / 1,03
– плеча	0,80 / 1,19	0,80 / 1,21	0,74 / 1,23	0,74 / 1,25	0,74 / 1,27
2. Бедерный:
– бедер	1,07 / 0,81	1,02 / 0,85	1,01 / 0,87	0,97 / 0,91	0,96 / 0,97

Рис. 1. График зависимости между значениями коэффициента перехода во фронтальной проекции на уровне обхвата бедер (k₁) и номером полнотной группы (n)

0,86

Коэффициент терехода для профильной проекции(к2) 0,98

0,92

Номер полнотной группы (п)

3       4       5

у = 0,0385х + 0,769

Рис. 2. График зависимости между значениями коэффициента перехода в профильной проекции на уровне обхвата бедер (k₂) и номером полнотной группы (n)

проекционных размеров для построения графической модели мужской фигуры представлены на рис. 3.

Для окончательного оформления контуров графической модели фигуры использованы знания пластической анатомии мужского тела и матрица коэффициентов перехода от обхватных измерений к проекционным по пяти полнот-ным группам и антропометрическим поясам (см. табл. 2), а также уравнение (1) для определения недостающих проекционных размеров.

Изложенный метод был использован для построения 172 мужских типовых фигур по ОСТ 17325—86. Эти фигуры выступили в качестве m3/7

Рис. 3. Схема построения графических моделей мужских фигур

В12

В13

объектов исследования по разработке классификации зрительно-подобных мужских фигур.

С целью обеспечения достоверности при разбиении мужских типовых фигур по принципу подобия на классы, разработана методика исследования их графических моделей с использованием кластерного анализа [10].

Обработка экспериментальных данных осуществлена с использованием возможностей пакета прикладных программ Statistica 6.0, модуль Cluster Analysis. В нем выбран иерархический агломеративный метод кластеризации Joining tree clustering (древовидная кластеризация) и его разновидность — Ward's method, предназначенный для работы с небольшим количеством элементов и нацеленный на выбор кластеров (однородных групп) с одинаковым количеством членов. В качестве меры близости (или меры подобия) объ- ектов использована наиболее употребительная мера — евклидово расстояние [10]:

р ⁽ X i , Х 1 ) =

k 2

Е ( Xim - Xlm )

m =1

(2),

где i, l = 1,2,3…n; X [n, k] — матрица исходных данных, n – количество мужских фигур, k — количество факторов (размерных признаков мужских фигур).

Для работы с выбранной программой определены следующие переменные: высоты, поперечные и передне-задние диаметры. Оптимальное число проекционных размерных признаков (k = 24) взято в исследовании на основе анализа нормативно-справочной литературы, их величины определены по действующим размерным стандартам и в соответствии с коэффициентами

Рис. 4. Дендрограмма кластеризации мужских типовых фигур 4 полнотной группы

перехода от обхватных измерений к проекционным. Результаты обработки исходных данных с учетом выбранного метода кластеризации Joining(tree clustering) в программе Statistics 6.0 представлены графически в виде дендрограмм. В качестве примера на рис. 4 представлено древо кластеризации для мужских типовых фигур четвертой полнотной группы, где четко прослеживается 4 кластера. При этом порог объединения объектов в кластеры был принят 0,2.

Анализ полученных дендрограмм позволил выделить 16 кластеров. В результате сформирована классификация подобных типовых фигур мужчин, где все типовые фигуры ОСТа 17325— 86 представлены шестнадцатью классами. При этом первая — третья, пятая полнотные группы включают по три класса, а четвертая полнотная группа представлена четырьмя классами. Ее фрагмент представлен в виде табл. 3.

Внутри каждого класса выделена эталонная фигура, имеющая наибольший процент встречаемости в классе. Выделенные эталонные фигуры визуализированы в виде графических моделей (ГМЭТФ), каждая из которых отражает внешний образ фигур внутри класса.

Применение разработанной классификации

Таблица 3

Фрагмент классификации зрительно-подобных типовых фигур мужчин

Класс Графическая модель эталонной типовой фигуры (ГМЭТФ) Типовые фигуры ОСТ (17325-86) Частота встречае-мости,% Первая полнотная группа Z|                                     z | z° 170-92-74 8,8 164-88-70 1,5 170-88-70 3,4 176-88-70 0,4 1 176-92-74 2,5 182-92-74 1,0 182-96-78 2,5 188-96-78 0,4 0     XV     0 o’ 188-100-82 – ГМЭТФ 170-92-74 обеспечивает высокое эстетическое и функциональное соответствие одежды зрительноподобным фигурам потребителей и неизменность проектируемой художественной формы изделия при градации лекал на типовые фигуры в пределах класса. Разработанная классификация эффективна для использования на предприятиях сферы сервиса, промышленного изготовления одежды, в торговой сети и позволяет заранее разрабатывать каталоги предпочтительных моделей швейных изделий как при ручном, так и автоматизированном режимах проектирования.