Проекты

3D-модель манекена с изменяемыми параметрами

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика»

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1571
Предметы: Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Манекены активно применяются в различных сферах деятельности. Так, в медицине и образовании манекены применяют в качестве наглядной демонстрации анатомии человека, для отработки приёмов оказания неотложной помощи и выполнения манипуляций; манекены используются при проведении краш-тестов автомобилей, а в различных магазинах одежды и ателье манекены применяются для демонстрации одежды. Манекен является одним из типов моделей человека, точно повторяющим основные черты внешнего строения человека.

Однако существенным недостатком современных манекенов является жёсткость конструкции, ограничивающая возможности изменения его параметров. Указанная проблема наиболее заметно проявляется в индустрии моды, где очень часто приходиться работать с различными параметрами человека, для того чтобы разработать одежду под опредёленный размер, и очень часто необходимо увидеть предварительный результат перед непосредственной примеркой.

Цель

Разработать гибко изменяемую модель манекена, включающую в себя определённые конструктивные решения, которые позволили бы изменять пропорции и размеры модели по аналогии с изменением пропорций тела человека.

Задачи

  1. Сбор опорного материала
  2. Реализация конструктивных решений для модели
  3. Соединение всех частей конструкции воедино
  4. Моделирование частей тела и одежды для него
  5. Создание анимации для демонстрации работы манекена.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • компьютер с установленным ПО
  • Blender — профессиональное свободное и открытое ПО для создания трёхмерной компьютерной графики, включающее в себя средства моделирования, скульптинга, анимации, симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов», а также для создания 2D-анимаций.

Описание

Теоретической основой данного проекта является бионика, рассматривающая аналогию технических и живых систем. Согласно анатомическим атласам берутся основы структуры анатомии человека и проводятся бионические аналогии технических и живых систем

Первой и основной задачей является реализация конструктивной части модели манекена. Для данного манекена является важным изменение длины отдельных частей тела, в частности длины конечностей и объём отдельной части тела, имитирующей жировую и мышечную ткань. В качестве основы для манекена, был выбран скелет человека, т. к. именно через скелет можно наиболее наглядно увидеть изменение длины конечностей.

Для решения первой задачи используются телескопические механизмы, изменение длины которых позволяет менять длину отдельной конечности или рост манекена в целом. Для изменения объема отдельных частей модели используются хомуты с фиксаторами, которые в совокупности образуют объем отдельной конечности. Так, группа хомутов на торсе образует очертания грудной клетки, а чуть ниже одиночный хомут образует очертания талии манекена.

Изменение радиусов отдельной группы хомутов позволяет изменять и объём отдельно взятой конечности.

Все элементы конструкции соединены вместе с помощью подвижных шарнирных соединений, которые имитируют суставы человеческого скелета и придают дополнительную подвижность конечностям манекена.

Ряд частей тела: кисти рук, стопы и голова – были смоделированы фиксированными, без возможности изменения параметров. В качестве основы для моделирования были выбраны опорные фотографии человека в профиль и анфас. Моделирование данных частей тела происходило с помощью различных приёмов сеточного моделирования, в частности выдавливания.

Особое внимание также уделяется вопросам моделирования соединений конечностей и самих конструкций конечностей, влияющих на изменение параметров манекена. Видна аналогия анатомического скелета и тех конструкций, которые были рассмотрены как механические аналоги для разработки манекена.

Здесь также были применены различные способы сеточного моделирования, в частности выдавливание и моделирование с помощью сплайнов для моделирования хомутов.

Автором сделаны основные теоретические выводы, необходимые для разработки модели. Автором разработана модель манекена с изменяемыми параметрами, разработана конструктивная часть, отвечающая за изменение параметров модели.

Результаты работы/выводы

В результате проделанной работы сделаны основные теоретические выводы, необходимые для разработки модели, а именно: какие части тела будут подвергаться изменению параметров и каким образом это изменение будет реализовано. В результате непосредственной разработки модели манекена с изменяемыми параметрами разработана конструктивная часть, отвечающая за изменение параметров модели.

Перспективы использования результатов работы

Разработанная модель предназначена для использования в индустрии моды для примерки одежды и примерной оценки того, как одежда будет сидеть на определённом человеке. Данная модель предназначена также для использования в медицинских целях для разработки программ реабилитации людей с определёнными анатомо-физиологическими особенностями опорно-двигательного аппарата.

В дальнейшем, разработанная модель предназначена для конструирования и дальнейшего применения в реальных условиях.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Сотрудничество с НИТУ “МИСиС”

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Участие в XIX Всероссийской научной конференции «Нейрокомпьютеры и их применение» и конкурсе «Поиск-НИТ»

Мнение автора о своей работе, проекте «Инженерный класс в московской школе», конференции «Инженеры будущего», пожелания

«Проект «Инженерный класс в московской школе», по моему мнению, дает большие возможности ученикам развивать свои таланты в инженерной области.

Конференция «Инженеры будущего» позволяет ученикам/студентам показать себя, свои разработки на официальном уровне, а также влиться в процесс научных исследований и защиты на различных научных конференциях»