автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Дизайн мозаичных изделий из природного камня со смешанной техникой художественного исполнения
- Год: 2013
- Автор научной работы: Мезенцева, Инна Леонидовна
- Ученая cтепень: кандидата технических наук
- Место защиты диссертации: Москва
- Код cпециальности ВАК: 17.00.06
Полный текст автореферата диссертации по теме "Дизайн мозаичных изделий из природного камня со смешанной техникой художественного исполнения"
На правах рукописи
Мезенцева Инна Леонидовна
ДИЗАЙН МОЗАИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ СО СМЕШАННОЙ ТЕХНИКОЙ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ИСПОЛНЕНИЯ
Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва-2013
1 р \<г~\ ¿013
005059140
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» на кафедре «Технология художественной обработки материалов».
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Павлов Юрий Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,
декан факультета «Реклама и дизайн» ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет им. М.Т.Калашникова» Черных Михаил Михайлович
кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник отдела облицовочных материалов из природного камня ФГУП «ВНИПИИстромсырье» Моторный Николай Иванович
Ведущая организация:
ФГБОУ ВПО «Российский технологический университет им. Д.И. Менделеева»
химико-
Защита состоится «16» мая 2013 г. в 13.00 на заседании Объединенного диссертационного совета ДМ 212.119.04 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» по адресу: 107076, г. Москва, ул. Стромынка, 20.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПИ. Автореферат разослан «15» апреля 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.
А.Э. Дрюкова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Применение природного камня в различных областях дизайна выходит в настоящее время на качественно новый уровень. Внедрение в камнеобработку современного автоматизированного оборудования обеспечило возможность реализации большого разнообразия индивидуальных дизайнерских проектов, усложнение изделий в технологическом отношении. Сформировавшийся же за последние годы мировой рынок природного камня требует от современного дизайнера владения наиболее полной информацией о доступном ассортименте минералов и горных пород. Создание оригинальных, востребованных изделий - это творческий поиск нестандартных видов и форм, расширение спектра колористических решений с использованием всего многообразия предлагаемых каменных материалов.
К одним из наиболее сложных и трудоемких изделий из камня относятся мозаики. Классическая мозаика - это плоскость с сюжетным или орнаментальным изображением. Взгляд на мозаичные изделия с позиций современных возможностей обработки позволяет творчески переосмыслить традиционные техники их исполнения и применять элементы дизайна, обычно не характерные для таких изделий. Комбинируя различные автоматизированные операции художественной обработки камня (контурное резание, плоскостное и объёмное фрезерование и гравирование) можно создавать мозаики в смешанной технике, сочетающие рельефные фрагменты с плоскими. На поверхность таких изделий возможно наносить врезную или точечную гравировку (например, изображения, надписи). Подобные дизайнерские решения известны, однако раньше они не могли найти широкого применения в силу исключительной трудоемкости изготовления. Актуальным является расширение области применения данной смешанной техники за счет комплексного исследования дизайна, используемых материалов и современных автоматизированных технологий обработки природного камня.
Степень разработанности темы. Разработке научных принципов дизайна и технологии изделий из природного камня посвящены исследования научных школ университетов России под руководством P.M. Лобацкой, JLT. Жуковой, Е.П. Мельникова, В.П. Наумова, Ю.П. Солодовой, на Украине - П. Н. Баранова. Выполнен ряд работ (И.А. Капошко, A.A. Анисимова, А.Н. Коновалова, Е.В. Гладченков и др.), посвященных дизайну ювелирных и декоративных камнерезных изделий. Публикации же по мозаикам из природного камня носят либо сугубо искусствоведческий характер, либо рассматривают отдельно вопросы технологии, причем применительно к традиционным плоскостным композициям. Комплексному решению проблем художественного и технологического проектирования сложных изделий из камня на базе современного автоматизированного производства посвящены работы Ю. А. Павлова, В.Р. Ткача. Применительно к огранённым камням данное направление развито Д.В. Ахрамовым, а к скульптурным изделиям - Е.Г. Коржовым. Настоящее исследование является продолжением развития этого направления и основано на интеграции процессов компьютерного дизайна и технологии изготовления мозаик из камня в смешанной технике.
Цель работы - совершенствование дизайна и снижение трудоемкости изготовления мозаик из природного камня со смешанной техникой исполнения на основе комплексного художественно-технологического проектирования с применением компьютерных средств.
Поставленная цель определила задачи исследования:
1. Провести анализ и классификацию мозаик из природного камня по технике художественного исполнения, функциональному назначению, конструктивным особенностям и применяемым технологиям обработки камня при их создании.
2. Разработать методику комплексного художественно-технологического проектирования мозаичных изделий со смешанной техникой исполнения, учитывающую специфику цветового подбора образцов природного камня.
3. Систематизировать каменные материалы для мозаик (на примере группы метаморфических карбонатных пород) по их цветовым характеристикам в виде цифровой палитры для объективного поиска различных цветовых решений в компьютерном дизайне.
4. Провести экспериментальное исследование процесса объёмного фрезерования камня и выработать рекомендации по назначению технологических режимов, обеспечивающих повышение качества изделий.
5. Предложить основные направления художественного поиска в дизайне изделий, сочетающих технику мозаики, рельефа и гравировки.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на методах системного анализа и классификации, методах компьютерного проектирования изделий, на теоретических основах петрографии, основных положениях цветоведения и колористики, основах зрительного восприятия, на методах анализа цифровых изображений с использованием разработанной программы обработки статистических данных, методах экспертных оценок, на основных положениях теории резания и динамики упругих механических систем. Экспериментальные исследования проводились с применением методов виброакустической диагностики технологического оборудования. Научная новизна работы
1. Разработана методика художественно-технологического проектирования рельефных мозаик со смешанной техникой исполнения, отличающаяся комплексным подходом к дизайну, выбору цветных камней и технологии обработки с использованием рекомендуемых компьютерных средств.
2. Предложена колористическая классификация декоративно-облицовочных камней группы метаморфических карбонатных пород по доминирующему цвету на основе системы естественной цветности материалов (ЫСБ) с применением методики цифровой оценки цветовых характеристик образцов.
3. Установлен количественный критерий неоднородности окраски, позволяющий уточнить колористическую классификацию образцов по визуальному восприятию дополнительным разделением на монохромные и полихромные.
4. Научно обоснованы принципы дизайнерских решений при разработке мозаик в смешанной технике, базирующиеся предложенных размерно-функциональной и конструктивной классификации изделий, колористической классификации камней и специфике зрительного восприятия рельефных изображений.
Практическая значимость работы
1. Разработана программа цифрового анализа изображений текстур камня, позволяющая количественно определять цветовые характеристики образцов для последующей их систематизации.
2. Разработан фрагмент цифровой палитры в системе N08, содержащий текстуры метаморфических карбонатных пород для эффективного цветового подбора камня в компьютерном дизайне.
3. Даны рекомендации по выбору рациональных режимов обработки природного камня на основании исследования амплитудно-частотных динамических характеристик фрезерно-гравировального оборудования.
4. С применением методики сквозного проектирования разработаны авторские варианты дизайна мозаичных изделий со смешанной техникой исполнения, пригодные для оформления интерьеров.
5. Предложены общие схемы технологических маршрутов, базирующиеся на конструктивных решениях изделий.
Реализация результатов исследований. Внедрение результатов работы подтверждено актом внедрения в производство изделий из природного камня фирмой ООО «Прометей» (г. Москва). Результаты исследований реализованы в учебном процессе при создании учебно-методического комплекса на базе фрезерно-гравировального станка с ЧПУ на кафедре ТХОМ МГГУ. Издано руководство к лабораторным работам по курсу «Автоматизация технологических процессов камнеобрабатывающего и ювелирного производства».
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (семинар «Природный камень. Дизайн.
4
Технологии») в 2006 - 2013 г.г. (Москва, МГГУ); на VIII, XIII, XIV Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием по специальности «Технология художественной обработки материалов» в МГУПИ (Москва, 2005), МГГУ (Москва, 2010), С(А)ФУ (Архангельск, 2011); на XIV Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» в МГГУ (Москва, 2010); на научных семинарах кафедры ТХОМ МГГУ.
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 83 наименований и приложений. Общий объем работы составляет 120 страниц, включая 54 рисунка и 8 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, отражена его научная новизна и практическая значимость.
В первой главе «Обзор и анализ дизайна н технологий изготовления мозаичных изделий из природного камня» проведен анализ и классификация мозаик из природного камня по технике художественного исполнения, исследованы их эстетические и конструктивные особенности. Для такого рода изделий характерно наличие большого количества однотипных, но различающихся по форме и цвету составных частей (фрагментов). К основным широко применяемым в настоящее время мозаичным техникам относятся римская, флорентийская, русская. Для реализации в смешанной технике наиболее интересны изделия из фрагментов со сложным криволинейным в плане контуром (выполняемые по принципу флорентийской мозаики). Большое разнообразие таких изделий потребовало разработки их классификации по размерным параметрам и области применения (таблица 1). В дальнейшем анализе с позиций дизайна,
используемых видов камня и технологии изготовления сделан акцент на крупноразмерных мозаичных композициях (более 300 мм), которые при выполнении в смешанной технике весьма интересны для эксклюзивного дизайнерского оформления интерьеров и монументальных сооружений.
Таблица 1 — Размерно-функциональная классификация мозаичных композиций
Размерно-функцнональная группа Характеристика (область применения) Диапазон размеров композиции Ь, мм
Монументальная Мозаики большого формата, создаваемые в согласовании с архитектурой или естественной природной средой (оформление зданий, храмов, станций метрополитена, концертных залов, деловых сооружений и т.д.) Свыше 1500
Декоративно-облицовочная Мозаики интерьеров (напольные и настенные панно, картины, художественная плитка, орнаментальные бордюры, гербы и логотипы, столешницы с инкрустацией, детали каминов и т.д.) 300...1500
Сувенирно-художественная Мозаики для декорирования сувенирных и настольных камнерезных изделий (шкатулки, часы, письменные приборы, вазы, элементы мебели и т.д.) 50...300
Миниатюрная (ювелирная) Мозаики малых размеров в ювелирных украшениях н др. мелких изделиях, отличающиеся особой тонкостью исполнения фрагментов До 50
В зависимости от характера сочетания плоскостных и объёмно-плоскостных (рельефных) фрагментов, изделия в смешанной технике могут быть ближе либо к классической плоской мозаике, либо к барельефу. На основании анализа возможной формы и расположения фрагментов данных изделий разработана их классификация по конструктивному исполнению (рисунок 1), позволяющая в дальнейшем обосновать выбор схемы технологического маршрута.
Комбинированная технология, в зависимости от конструктивного решения изделия, включает в различной последовательности несколько автоматизированных операций (рисунок 2). Комплекс данных операций можно осуществить на 3-х координатном фрезерно-гравировальном станке, меняя стратегию обработки и тип инструмента. Такое оборудование позволяет гибко переналаживаться для выпуска изделий различного дизайна, что особенно актуально в условиях единичного и мелкосерийного
производства. В качестве рабочего инструмента применяются алмазно-абразивные концевые фрезы прямого, сферического и конического профиля и твердосплавные бор-фрезы.
Рисунок 1 - Конструктивно-технологическая классификация изделий: а) сочетающие плоские и рельефные фрагменты; б) изделия типа барельефа; в) инкрустированные (фрагменты вставлены в углубления фона)
Рисунок 2 — Автоматизированные технологические операции изготовления
мозаик со смешанной техникой Таким образом, при наличии современного технологического обеспечения решающими в процессе создания изделий со смешанной техникой становятся этапы поиска художественного решения, выбора природного камня для его реализации, формирования маршрутной технологии изготовления изделия и назначения рациональных режимов обработки природного камня. Комплексная научно-практическая разработка этих этапов является объектом исследований в следующих разделах диссертации.
Во второй главе «Совершенствование дизайна и подготовки производства мозаик со смешанной техникой исполнения с применением компьютерных средств» изложена методика сквозного проектирования мозаичных изделий в смешанной технике. Для реализации этой методики предложена структурная схема построения комплекса программных средств дизайна (ART), конструкторского (CAD) и технологического (САМ) проектирования на модульной основе (рисунок 3). Рассмотрены решаемые каждым компонентом комплекса задачи и общие принципы его функционирования.
Проработка дизайнерского замысла инструментальными средствами графических программ предполагает учет ряда технологических ограничений (связанных с методом обработки, формой инструмента и т.д.), а также материаловедческих ограничений по цветовому диапазону доступных видов камня и его свойствам. Процедура подбора наиболее подходящих по цвету образцов камня для воплощения задуманного колористического решения является одной из самых трудоемких в процессе проектирования и требует системных материаловедческих знаний.
Для применения в рельефных мозаиках была выделена широкая группа каменных материалов - метаморфические карбонатные горные породы, к которым относятся мраморизованные известняки и доломиты, классические мраморы, силикатные мраморы (кальцифиры), мраморные брекчии, офикальциты. Данная группа пород исследована на соответствие комплексу эстетических, технологических и эксплуатационных требований к природному камню для мозаичных композиций.
Основное эстетическое требование к группе камней -представительный цветовой диапазон, позволяющий создавать изображения с богатой полихромией. Изучение мирового ассортимента метаморфических карбонатных пород позволило выделить около 500 их коммерческих разновидностей (основные производители Турция, Италия, Испания, Греция, Франция, США, Иран и др. страны). С позиций технологичности - это плотные хорошо полирующиеся горные породы, состоящие
преимущественно из минералов средней твердости (3-4, нередко до 5 по шкале Мооса) и легко поддающиеся различным способам обработки резанием. Они без ограничений применяются во внутренней отделке, а при использовании в экстерьерах долговечность возможно обеспечить дополнительной обработкой специализированными защитными составами.
Рисунок 3 - Структурная схема программного комплекса АВ.Т-САВ-САМ для проектирования мозаики со смешанной техникой исполнения
Для эффективной работы дизайнера с такой широкой группой материалов предлагается их классификация по признаку цвета в виде пополняемой цифровой палитры образцов. Исходным материалом для формирования палитры служат оцифрованные растровые изображения полированных поверхностей каменных плиток (в терминологии дизайнерских программ - «текстуры»), получаемые сканированием представительных образцов камня. Подобрав из палитры нужную текстуру, дизайнер сможет непосредственно применить ее в пакете трехмерного моделирования при проектировании и визуализации изделия.
Классификация образцов камня по признаку цвета для рациональной работы дизайнера должна отвечать следующим требованиям:
- содержать интуитивно понятное количественное описание цвета;
- быть наглядной, т.е. учитывать возможность как автоматизированного, так и визуального подбора конкретного камня;
- вмещать используемые на практике разновидности выбранной группы камней.
Поэтому классификацию камней предлагается базировать на существующей системе образцов цвета, отвечающей приведенным требованиям. Система NCS (англ. Natural Color System, «естественная система цвета»), состоит в последней редакции цветового веера из 1950 образцов. Она базируется на психофизической классификации цвета Э. Геринга, согласно которой любой цвет можно описать по степени визуального сходства с шестью психологически первичными цветами: желтым, красным, синим, зеленым, белым и черным. Построение классификации камней на основе системы NCS состоит в заполнении цветовых эталонов системы конкретными образцами текстур материала (рисунок 4). Основанием для классификации служит доминирующий цвет камня, характерный для наибольшей части площади образца.
По исследованиям рынка природного камня, система может быть заполнена образцами метаморфических карбонатных пород приблизительно на 25%. Наименьшее количество образцов приходится на секторы
10
фиолетового, синего, голубого и голубо-зелёного тона (от К20В до В800). Это объясняется исключительной природной редкостью камней данной окраски. Расширять палитру образцов на основе данной системы возможно камнями из других минералогических групп.
Рисунок 4 — Построение классификации образцов камня на основе системы NCS: а) круг цветового тона, б) треугольник оттенка
Определение доминирующего цвета образцов представляет значительную сложность, поскольку для природных камней характерна неоднородная окраска, зачастую с присутствием нескольких цветовых тонов. В настоящее время для количественной оценки цвета горных пород пользуются методами визуальной колориметрии, сравнивая полированный образец с цветовым эталоном. Однако, для формирования палитры оценку цвета удобно реализовать на базе современных программных средств анализа графической информации. Предлагаемая методика оценки заключается в анализе положения цветовых координат точек изображения камня в цветовом пространстве RGB и выделении области пространства, в которую попадает наибольшее количество точек. Методика реализована в разработанной программе «Колориметрия» на базе пакета автоматизированных вычислений Matlab (рисунок 5). С применением цифровых технологий численные значения доминирующего цвета могут быть конвертированы в различные цветовые модели, поддерживаемые популярными дизайнерскими программами, в том числе — в модель NCS.
Исходная текстура {известняк мрамориэованный "Россо Верона")
Рисунок 5 - Пример оценки цвета камня в программе «Колориметрия» Однако при подборе камня ориентироваться только на доминирующий цвет явно не достаточно. Присутствие в окраске образца дополнительных цветов и оттенков может существенно изменить цветовое восприятие камня в дизайне изделия. Чтобы учесть фактор визуального восприятия (на примере мозаик декоративно-облицовочной размерной группы) предлагается уточнить колористическую классификацию метаморфических карбонатных пород по доминирующему цвету дополнительным разделением образцов на монохромные и полихромные.
В качестве критерия, количественно выражающего меру неоднородности окраски, предлагается величина разброса или среднего квадратичного отклонения параметров RGB изображения. Для каждой цветовой координаты она рассчитывается по формуле:
/(*. ~ У + (R2 - RCP У + - + - RCP )2
"V
где R = (Л, + R2 + ... + R„)/ п - среднее арифметическое значение цвета по данной цветовой координате (аналогично рассчитывается ас и <та), и -количество элементов (точек) изображения. Среднее квадратическое отклонение суммарного цвета (учитывающее отклонение по трем цветовым
координатам): ас = + аа2 + сг„2 . Из определения ас следует, что при ас —>0, цветовые координаты каждой точки изображения стремятся к одним и тем же значениям, то есть цвет поверхности стремится к абсолютно однородному, что для природного камня не может быть выполнено.
Для соотнесения величины ас со зрительным восприятием окраски использовался метод экспертной классификации: экспертам было предложено визуально разделить набор представительных образцов камня (облицовочных плиток 300*300 мм в количестве 35 штук), на 2 категории по признаку восприятия неоднородности цвета: 1 - монохромные камни, в которых отклонение от доминирующего цвета незначительно (оценивается как гармоничное), 2 - полихромные камни. Параметр стс был определен заранее для каждого образца путем его сканирования и цифрового анализа. Набор образцов сформирован таким образом, чтобы обеспечивался широкий диапазон изменения этого параметра.
Применение экспертных методов обусловлено невозможностью строгого математического описания степени влияния сложных цветовых сочетаний и геометрии цветовых пятен в конкретном камне на их зрительное восприятие. Достаточную численность экспертной группы, в соответствии с рекомендациями в литературе, предлагается оценивать по формуле: N = 1а2 / е,2. Здесь: N - число экспертов; - задаваемая до начала экспертизы предельно допустимая относительная ошибка, выраженная в долях 5 (среднего квадратичного отклонения оценок), е1 =е/Я (г - абсолютная погрешность); ос — заданная доверительная вероятность; 1а - коэффициент, определяющий доверительный интервал (приводится в таблицах).
Для выполнения данного исследования были привлечены 12
специалистов, имеющих опыт в рассматриваемой предметной области
(художники - дизайнеры и мастера по камню). Если принять рекомендуемое
для опытных экспертов среднеквадратичное отклонение 20% от оцениваемой
величины и заложить абсолютную погрешность в 10% от оцениваемой
13
величины, то данной экспертной группы достаточно для вынесения обоснованного решения с доверительной вероятностью 90%.
Обработка результатов экспертной оценки проводилась на основе известных методов математической статистики. Для каждого эксперта с помощью модели бинарного выбора была определена граничная величина сгг, характеризующая визуальный переход от одной группы образцов к другой. Обобщение данных для группы экспертов проведено с помощью интервальной оценки параметров распределения. Получено, что <хс < 42 образец следует относить монохромным, при ас > 42 - к полихромным.
Колористическая классификация применяемых видов камня в виде цифровой палитры текстур, при условии ее пополнения, дает дизайнеру удобный инструмент подбора материала для самых разнообразных изделий. Подбирать образцы необходимо на основе критерия, учитывающего визуальное восприятие цветовых сочетаний камня. Методика комплексного проектирования изделий, сочетающих технику мозаики и рельефа, позволяет оптимизировать процесс разработки дизайнерских решений и обеспечить их эффективную интеграцию в производственный процесс.
В третьей главе «Обеспечение качества поверхностей рельефных мозаик технологическими методами» приводятся результаты экспериментального исследования процесса объемного фрезерования природного камня и даны рекомендации по назначению режимов обработки с учетом колебаний упругой системы используемого технологического оборудования. Необходимость данного исследования определена тем, что для рельефных изделий качество обработки поверхности (её микрогеометрия) является важнейшим фактором, влияющим на выявление естественного цвета и рисунка камня, а обеспечение стабильного качества машинным способом позволяет свести к минимуму ручную доработку изделия.
Качество поверхности определяется процессом резания, который
сопровождается колебаниями узлов и агрегатов станка, заготовки,
инструмента. В работе исследован фактор возникновения вынужденных
колебаний шпиндельного узла. При сближении оборотной частоты шпинделя
14
с одной из его собственных частот возможно резкое увеличение амплитуд колебаний, т.е. явление резонанса, что негативно сказывается на качестве обработанной поверхности. Обеспечение стабильного качества требует исключения резонансных режимов. Для этого с помощью методов виброакустической диагностики экспериментально определены частотные динамические характеристики трехкоординатного фрезерно-гравировального станка с ЧПУ, являющегося основным оборудованием для изготовления рельефных изделий.
Виброизмерительный комплекс аппаратуры включал два датчика вибрации (акселерометра), датчик оборотов фотоэлектрический, динамометрический молоток, аналого-цифровой преобразователь и ноутбук со специализированным программным обеспечением. Методом импульсного (ударного) воздействия на элементы упругой системы с измерением отклика системы и последующим анализом испытаний были получены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) шпиндельного узла, позволяющие выявить его собственные формы колебаний в плоскости хОу. Собственные частоты определялись положением резонансных пиков на АЧХ (рисунок 6, а). Анализ АЧХ, полученных в результате серии испытаний, показал, что наибольшее увеличение амплитуд колебаний происходит на частотах в районе 120, 135, 320 Гц (при регистрации колебаний вдоль оси Ох) и 210 Гц (при регистрации колебаний вдоль оси Оу).
Рисунок б - Результаты эксперимента: а) определение собственных частот колебаний шпинделя, б) пример спектра виброускорения при резании
Затем был исследован диапазон рабочих скоростей шпинделя в процессе обработки мрамора концевым алмазным инструментом. На различных частотах вращения были получены спектры колебаний инструмента, которые были проанализированы на проявление в них собственных частот. Показано, при сближении частоты вращения шпинделя с одной из собственных колебательных частот, возможно усиление колебаний, что может привести к нежелательному явлению резонанса (рисунок 6, б).
В результате экспериментальных исследований были определены диапазоны не рекомендуемых рабочих скоростей вращения шпинделя, показана эффективность применения высокоскоростной обработки, позволяющей исключить наиболее вероятные зоны резонансных колебаний. Этими данными может руководствоваться технолог при назначении режимов фрезерования природного камня.
В четвертой главе «Авторский дизайн и подготовка производства мозаик со смешанной техникой исполнения» проанализированы особенности визуального восприятия плоскостных и рельефных мозаичных изображений и определены основные направления художественного поиска при создании мозаик в смешанной технике. С применением разработанной методики сквозного проектирования создан ряд дизайнерских решений, показано практическое использование конкретных программных продуктов. Даны рекомендации по выбору типовых технологических маршрутов.
Принятие дизайнерских решений включат установление области применения изделия, выбор размеров мозаики, композиционное и конструктивное построение, цветовое решение. При выборе размеров мозаичной композиции необходимо руководствоваться предложенной размерно-функциональной классификацией мозаик, а размещая изделие в интерьере - учитывать дистанцию наилучшего визуального восприятия (при которой угловой размер изображения приблизительно равен углу, соответствующему области ясного видения - около 30°).
Сочетание в изделии плоскостных и объемно-плоскостных фрагментов необходимо базировать на том, что у рельефного изображения к двум
16
воспринимаемым измерениям добавляется третье глубинное измерение. С помощью рельефных форм можно «обыгрывать» в дизайне мозаичных композиций отдельные художественные образы и создавать многоплановые рельефные картины из камня, панно, иконы. Рельефом можно выделять наиболее значимые детали, требующие привлечения внимания зрителя или несущие определенную информационную нагрузку (орнаментальные композиции для художественной облицовки стен, колонн, каминов; монограммы, логотипы и другие изделия с различной символикой и текстом).
При поиске цветового решения изделия и подборе образцов камня для его реализации необходимо опираться на дизайнерскую палитру доступных каменных материалов. Выбирать конкретные образцы нужно с учетом зрительного восприятия текстурного рисунка. Выбор монохромного либо полихромного образца (по установленному критерию) следует осуществлять с учетом специфики выполняемого изображения. Для мозаичных композиций крупных размерных форм, рассчитанных на оформление монументальных объектов и большие дистанции визуального восприятия, как правило, достаточно описания образца по доминирующему цвету. Меньшие по размеру мозаики декоративно-облицовочной группы требуют более точного цветового подбора, учитывающего неоднородность окраски материала. Рисунок камня не должен мешать зрительному восприятию рельефной формы или различению на своем фоне гравированного изображения.
При выборе последовательности технологических операций, в соответствии с которой выполняется разработка и отладка управляющих программ для станков с ЧПУ, необходимо опираться на конструктивно-технологическую классификацию изделий. Принципиальное отличие возможных схем технологических маршрутов состоит в том, что изделие либо собирается из готовых фрагментов (рельефных и плоских), либо сборка производится из плоских заготовок, а затем выполняется рельефная обработка лицевой поверхности изделия в сборе.
На рисунке 7 приведен пример авторской разработки рельефного мозаичного панно по мотивам картины Николая Рериха из серии «Гималаи».
- жЖЯ!
и Ш Ч
Щ ■ I 5 2
И
Рисунок 7- Этапы создания декоративной рельефной мозаики: а) исходный сюжет, б) 3D - модель мозаики (Art САМ), в) пример наложения текстур, г) изделие в интерьере
Данная мозаика относится к группе декоративно-облицовочных и предназначена для декорирования камина. По конструктивным особенностям здесь присутствуют как плоские, так и рельефные фрагменты, сочетание которых подчинено художественному замыслу: зрительный эффект глубины картины достигается последовательным уменьшением высоты рельефа от ближнего плана к дальнему. Горы на дальнем плане и небо выполняются из плоских фрагментов. В диссертации представлены и другие разработки мозаичных изделий в смешанной технике: карта России, рельефные иконы, орнаментальные панно.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Всесторонний анализ современных мозаичных изделий из природного
камня показал, что дизайнерско-технологическое направление, основанное на
18
смешанной технике исполнения и применении информационных технологий на всех стадиях создания изделия является перспективным и требует комплексного исследования.
2. Разработана методика, основанная на интеграции процессов художественного, конструкторского и технологического проектирования мозаик со смешанной техникой исполнения и рекомендованы программные средства для ее реализации, что позволяет эффективно выполнять дизайнерские разработки, пригодные для изготовления на технологическом оборудовании с ЧПУ.
3. Применение цветных камней группы метаморфических карбонатных пород обосновано их широким колористическим диапазоном и разнообразными полихромными текстурами. Цветовая классификация пород данной группы в форме пополняемой цифровой палитры образцов на основе системы ЫС5 отвечает требованиям рациональной работы дизайнера и позволяет сократить сроки представления различных колористических решений изделий.
4. Количественный критерий неоднородности окраски, полученный методом экспертных оценок, позволяет учесть визуальное восприятие текстурного рисунка при подборе камня для мозаик декоративно-облицовочной размерной группы.
5. Экспериментальное исследование фрезерно-гравировального оборудования при обработке камня выявило, что в частотном диапазоне скоростей вращения шпинделя существую зоны возникновения резонансных колебаний, которые необходимо исключать при назначении режимов для обеспечения стабильного качества обработки рельефных поверхностей.
6. Дизайнерские разработки мозаик со смешанной техникой исполнения следует базировать на теории зрительного восприятия объемных изображений, предложенных размерно-функциональной и конструктивно-технологической классификации изделий, колористической классификации камней, что показано на конкретных авторских примерах дизайнерских разработок.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Статьи в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России
1. Мезенцева И.Л. Формирование цветовой палитры природного камня в компьютерном дизайне мозаичных изделий // Электронное научное издание «Дизайн. Теория и Практика». - 2012. - Выпуск № 12. - С.31-43.
2. Мезенцева И.Л. Анализ рельефных мозаик из камня с позиций зрительного восприятия // Электронное научное издание «Дизайн. Теория и Практика» - 2012. - Выпуск №11.- С.7-20.
3. Мезенцева И.Л., Павлов Ю.А. Компьютерное проектирование и подготовка производства рельефных мозаик из цветных камней // Дизайн. Материалы. Технология. - 2011. - № 4. - С. 108-114.
4. Миков И.Н., Мезенцева И.Л. Экспериментальное определение отдельных параметров обработки при объёмном художественном гравировании по камню на станках с ЧПУ // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №9. - С. 263-267.
5. Миков И.Н., Мезенцева И.Л. Погрешности при обработке сопрягаемых барельефных поверхностей на станках с ЧПУ // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008.-№8. - С.362-372.
Прочие публикации
6. Мезенцева И.Л. Автоматизация проектирования мозаичного панно из плоских и объёмных фрагментов с гравированием на них рисунка // Дизайн и технология художественной обработки материалов: межвузовский сборник научно-методических трудов. - М: МГУПИ, 2006. - выпуск № 14.-С.58-62.
7. Мезенцева И.Л. Поиск цветового решения при автоматизированном изготовлении рельефных мозаик из камня // Дизайн и технологии художественной обработки материалов: Сборник статей XIV Всероссийской науч.-практ. конференции. - Архангельск: С(А)ФУ, 2011. - С. 100-103.
8. Мезенцева И.Л. Повышение качества фрезерного гравирования хрупких материалов с учетом динамических характеристик упругой системы станка // Художественное материаловедение. Природный камень. Дизайн. Технологии: Сборник статей XIII Всероссийской науч.-практ. конференции по специальности ТХОМ. - М: МГГУ, 2010. - С. 423- 428.
9. Миков И.Н., Морозов В.И., Мезенцева И.Л. Обзор технологий изготовления каминных облицовок из камня // Камень и бизнес. - 2008. - № 2.-С. 9-11.
10. Чернавцев B.C., Мезенцева И. Л., Кривоносов A.B. О влиянии минерального состава на цвет метаморфических карбонатных пород // Дизайн и технологии художественной обработки материалов: Материалы XV Всероссийской науч.-практ. конференции. - Ижевск: ИжГТУ, 2012. - С.428-433.
Подписано в печать 12.04.2013 г.
Усл.п.л. -1.0 Заказ №13502 Тираж: 80 экз.
Копицентр- «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул. Б.Семеновская 11. стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru
Текст диссертации на тему "Дизайн мозаичных изделий из природного камня со смешанной техникой художественного исполнения"
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет»
На правах рукописи
04201356657
Мезенцева Инна Леонидовна
ДИЗАЙН МОЗАИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ СО СМЕШАННОЙ ТЕХНИКОЙ ХУДОЖЕСТВЕННОГО
ИСПОЛНЕНИЯ
Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ю.А. Павлов
Москва-2013
Содержание
Введение...................................................................................................................4
Глава 1. Обзор и анализ дизайна и технологий изготовления мозаичных изделий из природного камня................................................................................9
1.1 Анализ и классификация мозаик из камня по технике художественного исполнения............................................................................................................9
1.2 Функциональная классификация мозаичных композиций......................11
1.3 Тенденции в дизайне изделий из камня на основе смешанной техники 14
1.4 Обзор современных автоматизированных технологий изготовления
мозаичных, рельефных и гравированных изделий.........................................22
Выводы по главе.................................................................................................31
Глава 2. Совершенствование дизайна и подготовки производства мозаик со смешанной техникой исполнения с применением компьютерных средств....32
2.1 Разработка методики комплексного художественно-технологического проектирования мозаик со смешанной техникой исполнения......................32
2.2 Обоснование выбора природного камня для мозаичных композиций .45
2.3 Цветовая классификация образцов природного камня (на примере метаморфических карбонатных пород)...........................................................50
2.4 Дополнительная классификация образцов на основе визуального
восприятия текстурного рисунка камня..........................................................58
Выводы по главе.................................................................................................67
Глава 3. Обеспечение качества поверхностей рельефных мозаик технологическими методами................................................................................68
3.1 Экспериментальное исследование процесса объемного фрезерования природного камня..............................................................................................68
3.2 Анализ результатов эксперимента и рекомендации по обеспечению
качества обработки............................................................................................72
Выводы по главе....................................... ..........................................................75
Глава 4. Авторский дизайн и подготовка производства мозаик со смешанной техникой исполнения............................................................................................76
4.1 Анализ рельефных мозаик из камня с позиций визуального восприятия
..............................................................................................................................76
4.2 Разработка дизайна мозаичных изделий в смешанной технике.............84
4.3 Технологическая подготовка производства мозаичного панно..............98
4.4 Технологический процесс изготовления мозаичного панно................104
Выводы по главе...............................................................................................106
Заключение...........................................................................................................107
Литература............................................................................................................109
Приложения...............................................................................115
Введение
Актуальность работы. Применение природного камня в различных областях дизайна выходит в настоящее время на качественно новый уровень. Внедрение в камнеобработку современного автоматизированного оборудования обеспечило возможность реализации большого разнообразия индивидуальных дизайнерских проектов, усложнение изделий в технологическом отношении. Сформировавшийся же за последние годы мировой рынок природного камня и постоянное появление новых коммерческих разновидностей, отличающихся собственной цветовой гаммой, требуют от современного дизайнера владения наиболее полной информацией о доступном ассортименте минералов и горных пород. Создание оригинальных, востребованных рынком изделий - это творческий поиск нестандартных видов и форм, расширение спектра колористических решений с использованием всего многообразия предлагаемых каменных материалов.
К одним из наиболее сложных и трудоемких изделий из камня, требующих применения богатой цветовой палитры, относятся мозаики. Как правило, это плоскостные композиции. Взгляд на мозаичные изделия с позиций современных возможностей обработки позволяет творчески переосмыслить традиционные техники их исполнения и применять элементы дизайна, обычно не характерные для таких изделий. Комбинируя различные автоматизированные операции художественной обработки камня (контурное резание, плоскостное и объёмное фрезерование и гравирование) можно создавать мозаики в смешанной технике, сочетающие рельефные фрагменты с плоскими. На поверхность таких изделий возможно наносить врезную или точечную гравировку (например, изображения, надписи). Подобные дизайнерские решения весьма перспективны для эксклюзивного оформления интерьеров и экстерьеров в качестве картин, панно, деталей художественной облицовки, различных композиций с символикой и текстом. Однако анализ предложений в сфере художественной обработки камня выявил лишь
единичные примеры подобных работ, причем их изготовление зачастую до сих пор осуществляется традиционным ручным способом. Поиск новых дизайнерских идей сдерживается отсутствием научно обоснованных материаловедческих и технологических знаний для эффективного их воплощения. Актуальным является расширение области применения данной смешанной техники за счет комплексного исследования дизайна, применяемых материалов и современных автоматизированных технологий обработки природного камня. Это позволит вооружить дизайнера эффективной методикой проектирования таких изделий, выработать технологические рекомендации по их созданию, и, как следствие, разнообразить варианты дизайнерских решений, создаваемых на стыке нескольких художественных техник работы с камнем.
Степень разработанности темы. Разработке научных принципов дизайна и технологии изделий из природного камня посвящены исследования научных школ университетов России под руководством P.M. Лобацкой, J1.T. Жуковой, Е.П. Мельникова, В.П. Наумова, Ю.П. Солодовой, на Украине - П. Н. Баранова [18, 6]. Выполнен ряд работ (И.А. Капошко, A.A. Анисимова, А.Н. Коновалова, Е.В. Гладченков и др.), посвященных дизайну ювелирных и декоративных камнерезных изделий. Публикации же по мозаикам из природного камня носят либо сугубо искусствоведческий характер, либо рассматривают отдельно вопросы технологии, причем применительно к традиционным плоскостным композициям. Комплексному решению проблем художественного и технологического проектирования сложных изделий из камня на базе современного автоматизированного производства посвящены работы Ю. А. Павлова, В.Р. Ткача. Применительно к огранённым камням данное направление развито Д.В. Ахрамовым, а к скульптурным изделиям - Е.Г. Коржовым. Настоящее исследование является продолжением развития этого направления и основано на интеграции процессов компьютерного дизайна и технологии изготовления мозаик из камня в смешанной технике.
Цель работы - совершенствование дизайна и снижение трудоемкости изготовления мозаик из природного камня со смешанной техникой исполнения на основе комплексного художественно-технологического проектирования с применением компьютерных средств.
Поставленная цель определила задачи исследования:
1. Провести анализ и классификацию мозаик из природного камня по технике художественного исполнения, функциональному назначению, конструктивным особенностям и применяемым технологиям обработки камня при их создании.
2. Разработать методику комплексного художественно-технологического проектирования мозаичных изделий со смешанной техникой исполнения, учитывающую специфику цветового подбора образцов природного камня.
3. Систематизировать каменные материалы для мозаик (на примере группы метаморфическйх карбонатных пород) по их цветовым характеристикам в виде цифровой палитры для объективного поиска различных цветовых решений в компьютерном дизайне.
4. Провести экспериментальное исследование процесса объёмного фрезерования камня и выработать рекомендации по назначению технологических режимов, обеспечивающих повышение качества изделий.
5. Предложить основные направления художественного поиска в дизайне мозаичных изделий со смешанной техникой исполнения (в частности - с применением рельефных поверхностей и гравировки).
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на методах системного анализа и классификации, методах компьютерного проектирования изделий, на теоретических основах петрографии, основных положениях цветоведения и колористики, основах зрительного восприятия, на методах анализа цифровых изображений с использованием разработанной программы обработки статистических данных, методах экспертных оценок, на основных положениях теории резания и динамики упругих механических
систем. Экспериментальные исследования проводились с применением методов виброакустической диагностики технологического оборудования.
Научная новизна работы
1. Разработана методика художественно-технологического проектирования рельефных мозаик со смешанной техникой исполнения, отличающаяся комплексным подходом к дизайну, выбору цветных камней и технологии обработки с использованием рекомендуемых компьютерных средств.
2. Предложена колористическая классификация декоративно-облицовочных камней группы метаморфических карбонатных пород по доминирующему цвету на основе системы естественной цветности материалов (N08) с применением методики цифровой оценки цветовых характеристик образцов.
3. Установлен количественный критерий неоднородности окраски, позволяющий уточнить колористическую классификацию образцов по визуальному восприятию дополнительным разделением на монохромные и полихромные.
4. Научно обоснованы принципы дизайнерских решений при разработке мозаик в смешанной технике, базирующиеся на предложенных размерно-функциональной и конструктивной классификации изделий, колористической классификации камней и специфике зрительного восприятия рельефных изображений.
Практическая значимость работы
1. Разработана программа цифрового анализа изображений текстур камня, позволяющая количественно определять цветовые характеристики образцов для последующей их систематизации.
2. Разработан фрагмент цифровой палитры в системе ЫСБ, содержащий текстуры метаморфических карбонатных пород для эффективного цветового подбора камня в компьютерном дизайне.
3. Даны рекомендации по выбору рациональных режимов обработки природного камня на основании исследования амплитудно-частотных динамических характеристик фрезерно-гравировального оборудования.
4. С применением методики сквозного проектирования разработаны авторские варианты дизайна мозаичных изделий со смешанной техникой исполнения, пригодные для оформления интерьеров.
5. Предложены общие схемы технологических маршрутов, базирующиеся на конструктивных решениях изделий.
Реализация результатов исследований. Результаты работы внедрены в производство изделий из природного камня фирмой ООО «Прометей» (г. Москва), а также реализованы в учебном процессе при создании учебно-методического комплекса на базе фрезерно-гравировального станка с ЧПУ на кафедре ТХОМ Московского государственного горного университета. Издано руководство к лабораторным работам по курсу «Автоматизация технологических процессов камнеобрабатывающего и ювелирного производства». Акты о внедрении внесены в приложения к диссертации.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научном симпозиуме «Неделя горняка» (семинар «Природный камень. Дизайн. Технологии») в 2006 - 2012 г.г. (Москва, МГГУ); на VIII, XIII, XIV Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием по специальности «Технология художественной обработки материалов» в МГУПИ (Москва, 2005), МГГУ (Москва, 2010), С(А)ФУ (Архангельск, 2011); на XIV Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Горное дело и окружающая среда. Инновационные и высокие технологии XXI века» МГГУ (Москва, 2010); на научных семинарах кафедры ТХОМ МГГУ.
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Глава 1. Обзор и анализ дизайна и технологий изготовления мозаичных изделий из природного камня
1.1 Анализ и классификация мозаик из камня по технике художественного исполнения
Мозаика (франц. шога1яе, итал. тогаюо, от лат. гтшуит, букв. -посвященное музам), - в широком значении слова рисунок или картина, составленная из разноцветных кусочков какого-либо твердого материала, подобранных соответственно представленному в ней изображению, плотно пригнанных друг к другу и скрепленных между собой и с основой с помощью цемента, специальной мастики или клея [17]. Классическая мозаика - это плоскость с сюжетным или орнаментальным изображением. Для такого рода изделий характерно наличие большого количества однотипных, но различающихся по форме и цвету составных частей (фрагментов). При работе по традиционной ручной технологии фрагменты мозаики вырезаются из заготовки по заранее подготовленным шаблонам.
Область применения мозаики из природного камня чрезвычайно широка. В технике мозаики могут выполняться как самостоятельные элементы интерьера (картины, панно, иконы), но чаще мозаика служит для декорирования других изделий: ювелирных, сувенирных, предметов мебели, либо является составной частью художественной облицовки стены или пола.
Исторически выделилось несколько художественных техник исполнения мозаики из камня, которые отличаются способами формирования изображения. Каждой технике присущи свои конструктивные особенности (размеры и конфигурация контура отдельных фрагментов изделия), а также свой принцип подбора камня по цвету и рисунку (таблица 1.1).
Таблица 1.1- Классификация современных мозаик из камня по технике
художественного исполнения
Мозаичная техника
Римская
Флорентийская
Русская
Художественные и конструктивные _особенности_
Набирается из различных по цвету относительно мелких фрагментов простой
геометрической формы в плане (квадратной,
прямоугольной, треугольной). Подбор по цвету согласно
эскизу._
Набирается из различных по цвету фрагментов со сложным криволинейным в плане контуром,
повторяющим линии
исходного рисунка (эскиза). Набирается из одного вида камня с выраженным рисунком, линии которого при совмещении дают
симметричную картину.
Фрагменты компонуются таким образом, чтобы вся мозаика казалась
выполненной из цельного камня.
Примеры
Рассмотрев особенности представленных в таблице 1.1 видов художественной мозаики, можно сделать вывод, что для трансформации в мозаику со смешанной техникой исполнения наибольший интерес представляет флорентийская. На основе данной техники можно создавать оригинальные художественные решения, применяя, помимо плоскостных, фрагменты с рельефной формой лицевой поверхности.
Техника флорентийской мозаики возникла в эпоху Возрождения (XVI век) в Италии. Мозаичные композиции выполнялись из поделочных и ювелирно-поделочных камней и предназначалась для отделки интерьеров и
мебели. В отличие от римской мозаики, где весь рисунок набирается из каменных кубиков разного цвета и размера, форма фрагментов флорентийской мозаики строго подчиняется рисунку и вырезается по фигурному шаблону [15]. При этом фрагменты мозаики прилегают друг к другу вплотную без каких-либо видимых швов. Классическая флорентийская мозаика напоминает живописную работу. Характерной особенностью этого вида мозаики является полировка, при которой наиболее глубоко проявляется цвет и природный рисунок камня.
1.2 Функциональная классификация мозаичных композиций
Остановимся подробнее на рассмотрении современных изделий, выполняемых по принципу флорентийской мозаики. Многие современные работы весьма далеки от традиционной флорентийской техники, создающей эффект тонко проработанного живописного полотна. Однако, они также собираются из фрагментов со сложным криволинейным в плане контуром, т.е. схожи с традиционной флорентийский мозаикой своими конструктивно-технологическими особенностями. В силу большого размерного и функционального разнообразия таких композиций, а соответственно и различных условий их визуального восприятия, целесообразным представляется разделить их на группы в соответс
