Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий

Останина, Полина Александровна

автореферат диссертации по искусствоведению, специальность ВАК РФ 17.00.06
диссертация на тему: Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий

Год: 2013
Автор научной работы: Останина, Полина Александровна
Ученая cтепень: кандидата технических наук
Место защиты диссертации: Санкт-Петербург
Код cпециальности ВАК: 17.00.06

Диссертация по искусствоведению на тему 'Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий'

Полный текст автореферата диссертации по теме "Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий"

На правах рукописи

Останина Полина Александровна

метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделии

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт Петербург - 2013

005050257

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова» на кафедре «Технология промышленной и художественной обработки материалов»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Черных Михаил Михайлович

Официальные оппоненты:

Жукова Любовь Тимофеевна доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «СПГУТД», зав. кафедрой технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий

Барсуков Валерий Николаевич кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «НМСУ «Горный», доцент кафедры материаловедения и технологии художественных изделий

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Вятский государственный университет», г. Киров

Защита состоится «15» марта 2013 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна». Адрес: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна». Текст автореферата размещён на сайте: www.sutd.ru

Автореферат разослан «15» февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Лезунова

Наталья Борисовна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Дизайнерский поиск новых композиционных решений современных изделий связан с упрощением форм, отказом от избыточного декорирования. Одним из способов рационального декорирования, способствующим гармонизации формы изделий, является использование в их оформлении фактуры. Технические возможности получения разнообразных фактур на изделиях из различных материалов на сегодняшний день очень широки, но применение фактурной отделки в объектах дизайна ограничено необходимостью изготовления опытных образцов, и как следствие, повышением производственных затрат, в связи с неполнотой теоретической базы сведений о фактуре как элементе дизайна изделий. Полноценное использование фактур в оформлении изделий, требует глубокого изучения свойств фактур и выявления взаимосвязей между их характеристиками, которые могут быть использованы в процессах проектирования и производства для гарантированного получения качественных изделий с высокими эстетическими показателями и позволят сократить производственные затраты.

Степень разработанности темы. В качестве основных свойств фактур материалов большинство авторов выделяют рельефность, блеск и рисунок неровностей. Эти свойства рассматривались в работах Печковой Т. А. и Бобышевой Е. В., Айрапетова Д. П., Кринского В. Ф., Байера В. Е., Шахнельдяна Б. Н,, Шпары П. Е. и Шпары И. П., Куманина В. И., Жуковой Л. Т., Галанина С. И., Соколовой М. Л., Черных М. М., Сергеевой В. В., Конягиной Т. В. и др. Гармоничное сочетание свойств фактур обеспечивается в объектах дизайна при определенных соотношениях количественных характеристик фактуры, измеряемых инструментально и выдерживаемых в процессе производства - высоты и шага неровностей поверхности изделия и степени блеска.

Ряд авторов (Кринский В. Ф., Жукова Л. Т., Рыбин Б. М.) отмечает зависимость восприятия рельефности фактуры на расстоянии от чувствительности глаза к неровностям поверхности, но исследования данной зависимости ими проведены не были. Конягина Т. В. исследовала восприятие рельефности фактуры древесины и установила зависимость между качественной характеристикой рельефности фактуры и параметром высоты неровностей поверхности Яттах, но в ее работах, как и в других литературных источниках, не была раскрыта ггричинно-след-ственная связь между численными параметрами и качественной характеристикой рельефности фактуры, позволяющая применить результаты к произвольным условиям наблюдения.

Взаимосвязь характеристик блеска и других параметров фактуры изучена недостаточно. Данная проблема затрагивается в работах Печковой Т. А. и Бобышевой Е. В., Рыбина Б. М., Галанина С. И. Полученные данными исследователями результаты раскрывают далеко не все аспекты блеска фактур.

Дальнейшее развитие теории и практики дизайна обуславливает необходимость разработки метода оценки фактур на основе исследования взаимосвязи между их качественными и количественными характеристиками с учетом влияющих факторов реализации результатов оценки в процессах проектирования и производства художественно-промышленных изделий.

Область исследования соответствует научной специальности 17.00.06 «Техническая эстетика и дизайн» (п. 11 Методы анализа свойств формы и материалов в проектируемых изделиях).

Цель и задачи диссертационной работы

Разработка метода комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий, на основе выявления взаимосвязи между ее качественными и количественными характеристиками.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Анализ, систематизация и расширение терминологической базы качественных характеристик фактур.

2. Разработка методики оценки рельефности фактуры на основе установления зависимостей между типом рельефности фактурной поверхности и количественными параметрами ее неровностей.

3. Разработка методики оценки блеска фактуры на основе выявления взаимосвязи между его характеристиками (степенью и типом блеска, а также размером и структурой блика) и рельефностью фактурной поверхности.

4. Создание классификации фактур на основе их комплексной оценки.

5. Разработка рекомендаций по использованию метода комплексной оценки фактур для выбора параметров, обеспечивающих заданные свойства фактурной поверхности материала.

Научная новизна работы

1. Предложен метод комплексной оценки свойств фактур материалов, использующихся для изготовления художественно-промышленных изделий, основанный на установленных зависимостях между ее качественными и количественными характеристиками.

2. Установлено, что при любом виде освещения тип рельефности фактур с плавным профилем определяется количеством зон светотеневого перехода с минимальной протяженностью, различимых на среднем шаге неровностей. При зубчатом профиле фактур это имеет только в случае фронтального освещения, тогда как при боковом освещении тип рельефности таких фактур определяется протяженностью светотеневых зон на неровностях.

3. Составлены соотношения между средним шагом неровностей и протяженностью различимых зон светотеневого перехода, разграничивающие фактуры с разным типом рельефности.

4. Показано, что для полноты характеристики блеска фактур материалов необходимо оценивать размеры и структуру бликов, выделяя в ней макроэлементы и микроэлементы.

5. Разработана классификация фактур металлических материалов, одно-компонентных пластмасс, стекла и древесины, в которой учтены факторы, влияющие на визуальное восприятие поверхностей, что существенно расширяет терминологическую базу описания фактур.

Практическая значимость работы

1. Предложенная классификация фактур в совокупности с разработанным их электронным интерактивным каталогом позволяют сформировать базу данных о свойствах фактур четырех групп материалов (металлов, пластмасс, стекла и древесины); обеспечивают терминологическое совпадение представлений о фак-

туре субъектов, задействованных в проектировании и производстве изделий из этих материалов; упрощают выбор материала и его фактуры на стадиях проектирования изделия, согласования заказа и подготовки соответствующего производства.

2. Установленные для различных материалов, типов фактуры и условий наблюдения соотношения между средним шагом неровностей профиля поверхности и минимальной протяженностью различимых зон светотеневого перехода позволяют установить те значения среднего шага неровностей поверхности, которые обеспечивают заданный тип рельефности фактуры.

3. Предложенный алгоритм выбора качественных характеристик фактуры по каталогу и расчета по ним параметров неровностей поверхности и размеров бликов исключает необходимость изготовления опытных образцов изделий, что сокращает сроки и затраты при выполнении заказов на эксклюзивные и мелкосерийные изделия.

Методология и методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования послужили теория композиции, метод системного анализа, метод классификации, метод устного опроса и методика статистической обработки результатов опроса, измерение исследуемых параметров проводилось по общепринятым методикам с использованием стандартных измерительных средств и методов статистической обработки полученных данных.

Положения выносимые на защиту

1. Научно обоснованный метод комплексной оценки фактуры материалов, основанный на взаимосвязи ее качественных и количественных характеристик и расширяющий теоретическую базу сведений о фактуре.

2. Классификация фактур, структурирующая возможные их типы для ряда материалов по признакам: рельефность, блеск, структура блика и рисунок неровностей с учетом факторов, влияющих на визуальное восприятие.

3. Критерии, определяющие тип рельефности фактур с плавным и зубчатым профилем при их визуальной оценке.

4. Алгоритм определения свойств фактур материалов и электронный интерактивный каталог, обеспечивающие обоснованный выбор варианта фактурной отделки изделия.

Достоверность результатов обеспечивается использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов по исследуемой проблеме отечественных и зарубежных ученых, всероссийских и зарубежных стандартов, энциклопедиической и справочной литературы, пакетов прикладных программ Microsoft Office.

Апробация работы и внедрение результатов. Результаты исследования докладывались на Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство - технология» (Киров, 2008), XII Всероссийской научно-практической конференции по специальности «Технология художественной обработки материалов» (Ростов-на-Дону, 2009), Second Forum of Young Researchers / In the framework of International Forum «Education Quality - 2010» : Proceedings (April 22, 2010, Izhevsk, Russia), XIII Международной научно-практической конференции по специальности «Технология художественной обработки материалов» (Москва, 2010), V Международной конференции «Тех-

нические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования» (Ижевск 20-22 февраля 2012 г.), XV Всероссийской научно-практической конференции «Дизайн и технологии художественной обработки материалов» (Ижевск, 22-25 октября 2012 г.).

Результаты исследования, выводы и рекомендации используются на двух предприятиях г. Ижевска, а также в учебном процессе кафедры «Технология промышленной и художественной обработки материалов» ФГБОУ ВПО ИжГТУ имени М. Т. Калашникова.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 статей: 4 статьи в журналах, входящих в «Перечень...» ВАК Министерства образования и науки РФ, и 7 - в сборниках научных трудов конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников из 99 наименований и приложения. Работа изложена на 217 страницах машинописного текста, содержит 126 иллюстраций и 88 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и степень разработанности темы диссертации, формулируются цель и задачи исследования, раскрываются научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, методология и методы исследования, указываются положения, выносимые на защиту, степень достоверности и апробация полученных результатов.

В первой главе «Фактура материалов» выполнен обзор работ по исследованию фактуры. К основным свойствам фактуры, выделяемым большинством авторов, относятся рельефность, блеск и рисунок неровностей. Свойствам фактуры может быть дана как количественная, так и качественная характеристики; эти характеристики взаимосвязаны. Качественно характеризуя свойства фактуры разных материалов, выделяют различные ее типы. Так по рельефности Черных М. М. и Сергеева В. В. предложили делить фактуры материалов на два основных типа — ровные и рельефные и подразделять каждый из типов на гладкие и шероховатые. По признаку блеска можно выделить как основные зеркальную, глянцевую и матовую фактуры, которые многие авторы отмечают у металлов, стекла, пластмасс, горных пород и др. Отдельную группу составят типы фактур текстурных материалов: шелковистая, бархатистая, перламутровая и т. д. Все типы рисунка неровностей фактур обобщенно можно разделить на хаотичные, упорядоченные, текстурные и отдельно выделить фактуры без рисунка.

Взаимосвязь качественных и количественных характеристик фактуры затронута в исследованиях, однако изучена недостаточно.

Во второй главе «Качественная характеристика и количественные параметры рельефности фактуры» на основе раскрытия закономерностей, отражающих зависимость типа рельефности фактуры, обуславливаемого зрительным восприятием поверхности, от размерных параметров ее неровностей, разработан метод оценки рельефности фактуры.

Тень Блик

Полутон I

Свет

Тень

...Полутон)

Рисунок 1 — Зоны светотеневых переходов на

поверхности(х20): а - глянцевой фактуры металлического изделия; б - матовой фактуры изделия из гипса

Зрительная картина рельефности поверхности образуется светотеневыми переходами на ее неровностях, которые могут иметь несколько зон: блик, свет, полутон и тень, как показано на рисунке 1. Различимость отдельных зон переходов тесно связана с разрешающей способностью человеческого глаза и представляется важным условием восприятия рельефности фактуры. На основе сравнения минимальной протяженности П отчетливо различимых на участке шага неровностей зон светотеневых переходов (блика, света, полутона или тени), соответствующей минимальному углу разрешения глаза человека а, и средней величины шага неровностей указанных на рисунке 2, составлены соотношения между П и 5 для фактур с различными типами рельефности при плавном и зубчатом профиле неровностей.

У фактуры с плавным профилем восприятие рельефности зависит от количества различимых светотеневых зон на участке шага неровностей. Поверх-

2Я<5"<ЗЯ;

(1) (2)

ность с таким профилем будет ровной гладкой при

5 < Я,

ровной шероховатой в случае и рельефной гладкой при

4Я < 5. (3)

Поверхность будет иметь промежуточный между ровным гладким и ровным шероховатым тип рельефности, когда

Я < 5 < 2Я; (4)

и промежуточный между ровной шероховатой и рельефной гладкой, если

ЗЯ<5<4Я. (5)

У фактур с зубчатым профилем неровностей, наблюдаемым при боковом освещении, аналогичные соотношения имеют отличия, поскольку в этом случае восприятие их рельефности связано с протяженностью двух различимых зон светотеневых переходов. Соотношения (1) и (4) у фактур с зубчатым и плавным профилем совпадают, а вместо соотношений (2), (3) и (5), поверхность с зубчатым профилем неровностей имеет ровный шероховатый тип в условиях бокового освещения при

и рельефный гладкий, когда

2Я< £<П* к,; П х к2<3.

(6) (7)

Направление освещения

Точка наблюдения

% ! -

\ 1

в е

Рисунок 2 - Схемы распределения зон светотеневых переходов на неровностях фактур: а - с плавным профилем ровной гладкой; б - с плавным профилем ровной шероховатой; в - с плавным профилем рельефной гладкой; г - с зубчатым профилем ровной гладкой; д - с зубчатым профилем ровной шероховатой; е - с зубчатым профилем рельефной гладкой

А промежуточной между ровной шероховатой и рельефной гладкой она будет, если

Я х к, < 5 < Я х к2. (В)

В соотношениях (6) - (8) к¡, к2 - коэффициенты увеличения протяженности зон светотеневого перехода, обеспечивающие следующие типы рельефности поверхности с зубчатым профилем: - промежуточного между ровным шероховатым и рельефным гладким; к2 - рельефного гладкого.

Помимо геометрии профиля неровностей на различимость зон светотеневых переходов и, следовательно, на величину параметра П влияют физические свойства материала, а также условия наблюдения. Для определения Я проведено исследование восприятия рельефности фактур. Поскольку различимость точечных и линейных объектов человеческим глазом различна, исследовали зернистый и бороздчатый рисунки фактур с плавным и зубчатым профилем неровностей соответственно. Методика исследования объединяет статистически

обработанные результаты опроса респондентов на предмет визуальной оценки рельефности фактур с количественными значениями параметра £ оцениваемых поверхностей. Параметры 5 фактур определены при помощи микроскопа двойного типа МИС-11 и находились в диапазонах: у зернистых фактур от 0,312 до 1,556 мм; у бороздчатых - от 0,168 до 1,521 мм. Визуальную оценку рельефности фактур проводили с помощью разработанных экспериментальных камер - многопозиционной и однопозиционной, представленных на рисунке 3, образцы в которых размещались в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 4.

Смотровое окно

Рисунок 3

установки о1

а б

- Камеры наблюдения: а - многопозиционная (в закрытом и открытом состояниях) и однопозиционная; б - отсек камер

Светодиод

Рисунок 4 - Схема расположение образца и источников освещения в отсеке камер

Камеры обеспечивают постоянные условия наблюдения: расстояние наблюдения - 250 мм (в многопозиционной камере) и 650 мм (в однопозиционной камере); освещение образцов - фронтальное рассеянное (лампой накаливания с расстояния 230 мм), и боковое направленное (светодиодом прямоугольного сечения с расстояния 5 мм от поверхности). Используя камеры, респонденты определяли тип рельефности поверхности: ровный гладкий, ровный шероховатый, рельефный гладкий. Рассчитанная частость W ответов респондентов для каждого образца соотнесена с его параметром S. Полученное рассеяние частостей ответов респондентов позволило аппроксимировать экспериментальные значения полиномами третьего порядка (коэффициент детерминации R = 0,813;..0,996). В качестве примера на рисунке 5 представлены графики, отражающие для одной из серий образцов изменение частости ответов в зависимости от параметра 5.

(??= 0,9282 «1=0,8158 0,9274

5, ММ

Рисунок 5 - Зависимости частости IV ответов респондентов при оценке типа рельефности фактуры образцов группы I, освещенных фронтально рассеянно, от параметра 5'(1 -поверхность ровная гладкая; 2 - поверхность ровная шероховатая; 3 - поверхность рельефная

гладкая)

Определены значения и разграничивающие шаг неровностей фактур с разным типом рельефности, и соответствующие им частости 1УЛ и IVк в точках пересечения линий зависимостей. Рассеянию величин \¥л и соответствует определенное рассеяние величин 8а и 8В. В интервалах (5У""< 3Атах) и 5 < 5/"") восприятие рельефности фактур неоднозначное, а тип фактур -промежуточный. При значениях шага неровностей, не вошедших в данные интервалы, восприятие рельефности фактур считаем однозначным, а тип фактуры - основным. По установленным граничным значениям среднего шага неровностей и 5В определили диапазоны их отклонений (5^'б1/"1*) и (5У"";..-5У"Я). Из неравенств (4) и (5) определили значения искомого параметра П, приведенные в таблице 1, а также, из соотношении (6) и (7), - коэффициенты увеличения протяженностей к1 и представленные в таблице 2 - для фактур с зубчатым профилем неровностей, оцененных при боковом направленном свете.

Таблица 1 - Минимальная протяженность различимых зон светотеневых переходов П, мм при расстоянии наблюдения 250 мм (Образцы с хаотичным зернистым рисунком неровностей фактуры: I - матовые светлые (из гипса строительного ГОСТ 129-79), II - глянцевые темные (из гипса, покрытые глянцевой алкидной эмалью марки Ки-1012 (ТУ 2388-014-18738966-00)). Образцы с упорядоченным бороздчатым рисунком неровностей фактуры: III — глянцевые светлые (из алюминия); IV - матовые темные (из древесины ореха); V - матовые светлые (из гипса); VI — матовые светлые (из акрилового стекла))

группы образцов При рассеянном освещении При направленном освещении

П П

П, \ П2 1 п, \ п4 П, П, П, П4

I 0,387±0,033 0,147± 0,02 0,218± 0,073 0,218± 0,073 0,274± 0,017

II 0,178± 0,218± 0,218± 0,272± 0,033 0,073 0,073 0,019 0,265±0,027

Продолжение таблицы 1

III 0,068± 0,050 0,089± 0,030 0,089± 0,030 0,096± 0,040 0,056±0,036

IV 0,126±0,105 0,058±0,046

V 0,093±0,027 0,072±0,048

VI 0,101=1=0,018 0,083±0,064

Таблица 2 - Коэффициенты и кг увеличения параметра Я бороздчатых образцов

№ группы образцов к,, к,

III 4,370 4,658

IV 4,869 5,163

V 2,919 3,081

VI 3,380 3,685

В третьей главе «Качественные и количественные показатели блеска фактуры» выполнен анализ блеска фактур материалов, по приведенной методике оценки блеска с учетом блика фактуры. Блеск характеризуют двумя показателями: количественным - степенью блеска и качественным - типом блеска, которые зависят от природных особенностей материала, характера микронеровностей поверхности и условий наблюдения. Взаимосвязь выделенных факторов с типами блеска материалов шести групп и его степенью отражена в разработанной классификации блеска, представленной на рисунке 6.

Рисунок б - Классификация блеска

В восприятии блеска поверхности значительную роль играет наличие на ней блика или бликов. Блики разных фактур имеют значительные отличия как

по внешнему виду, так и по величине. Эти отличия не могут быть охарактеризованы известным признаком блеска - его типом, поскольку поверхности с одинаковым типом блеска, могут иметь разные блики, что обусловлено различным характером неровностей поверхности. Блик фактуры предложено оценивать по двум показателям: качественному — структуре с выделением макро- и микроэлементов блика (в зависимости от различимости их очертаний) и количественному - размеру блика. Макроэлементами блика считаем различимые в пределах блика относительно крупные блестящие участки (пятна) и затененные участки между ними, форма которых видна отчетливо. Микроэлементами блика - различимые в пределах блика яркие точки (искры) или штрихи между которыми заметны теневые участки с плохо различимой или неразличимой формой. Предложенные признаки, взаимосвязь которых отражена на рисунке 7, позволяют дополнить характеристику блеска фактуры.

Рисунок 7 - Характеристики блеска

У шероховатых, рельефных и промежуточных по типу рельефности фактур различны не только структура, но и размеры блика. С целью выявления зависимости величины блика и наличия в нем микро- или макроэлементов от размерных параметров неровностей фактуры, проведено исследование бликов фактур с различной рельефностью. С помощью камеры наблюдения, определены

размеры, а также проанализирована структура бликов шероховатых и рельефных глянцевых фактур поверхностей темного цвета с точечным рисунком неровностей. Размер бликов определен при помощи шкалы, накладываемой на поверхность образца, путем отсчета делений от центра блика до его видимой границы, как показано на рисунке 8. Средние значения размеров бликов X и У, а также частости ответов респонден-

Рисунок 8 - Оценка размеров блика фактуры

тов о различимости элементов блика сопоставлены со средним шагом S неровностей, полученные зависимости приведены на рисунках 9 и 10. В результате исследования установлено увеличение зоны блика с увеличением шага неровностей. Выявлено, что значение среднего шага неровностей фактуры Sjv=0,627 мм разграничивает восприятие в блике микроэлементов и макроэлементов при выбранных условиях наблюдения.

№1,0

0,8

1-Х

г-у 0,6

0,4

У£5}=7,51гц5)*11.77 0,2 |

0,2 0,4 0,6 0

Рисунок 9 — Зависимость размеров блика от среднего шага неровностей 5 фактуры (линия 1 -величина блика по оси х, линия 2 - величина блика но оси у)

0,2 СМ 0.6 0,8 1,0 1,2 1,1 5.ММ

Рисунок 10 - Наличие микро- и макроэлементов в структуре блика фактуры в зависимости от параметра Э (линия 1 - блик с микроэлементами; линия 2 - блик с макроэлементами)

Четвертая глава «Классификация фактур материалов» посвящена разработке классификации фактур материалов, которая приведена на рисунке 11, на основе комплексной оценки рельефности и блеска фактуры.

Рисунок 11 - Классификация фактур

Классификация представлена в виде круговой схемы, состоящей из нескольких колец, которые содержат признаки классификации (внутреннее кольцо), типы фактуры в соответствии с ее признаками (среднее кольцо) и условные обозначения

типов фактурных поверхностей (внешнее кольцо). Кольца разбиты на три сектора в соответствии с признаками классификации: рельефностью, рисунком и блеском. В секторе рельефности среднего кольца указаны основные и промежуточные типы, в секторе рисунка для упорядоченного и хаотичного типов фактуры уточняется вид профиля неровностей - плавный или зубчатый, в секторе блеска типы фактур по блеску дополняются указанием структуры блика.

Во внешнем секторе классификации представлены группы условно обозначенных возможных типов фактур (не приведенные на рисунке типы фактур (тросто-чия в ячейках классификации) содержатся в тексте диссертации), с учетом вида освещения, для четырех видов материалов, используемых в дизайне художественно-промышленных изделий - металлических материалов, пластмасс, стекла, древесины. Фактуры, шифр которых содержит дробь, имеют разный тип при разном освещении.

В пятой главе «Формирование фактуры с заданными свойствами» представлен электронный интерактивный каталог фактур, разработанный на основе предложенной классификации для четырех групп материалов - металлов, пластмассы, стекла, древесины, а также даны рекомендации по использованию метода комплексной оценки фактур при выборе параметров, обеспечивающих заданные свойства фактурной отделки поверхности материала. Основу каталога фактур составляют таблицы для каждой из рассмотрены групп материалов, одна из которых показана на рисунке 12.

ТИПЫ ФАКТУРЫ ПЛАСТМАСС

Рисунок 12 - Страница электронного интерактивного каталога фактур пластмасс

В верхней и левой частях таблиц указаны наименования типов фактур. На пересечении наименований стоит знак «+» в случае, если данный тип фактуры материала существует. Для каждого знака «+» приведены изображения фактуры при двух видах освещения (рассеянном фронтальном и направленном боковом).

На основе составленных в результате проведенного исследования рекомендаций разработан алгоритм определения свойств фактуры, схематично представленный на рисунке 13. Алгоритм включает выбор качественных характеристик по

каталогу

и расчет по ним параметров неровностей фактуры и размеров блика.

5, Определение параметра 5

Профиль неров-Тй» НОСТЄЙ рельефности Плавный н зуйчзный при фронтально» рассеянном ОС8ЙЩЄИИЯ Зубчатый г:ри бОКОЙОИ

Ровная тадкзя 3<П

Промежуточная между [ювной гладкой и равной шероховатой тБ<2П

Ровная шероховатая 2П*$<ЭП 2 ГК8<А)*П

Промежуточная между ровной шерохоеатой и рельефной гладкой Ш8<ЛП кпП&5<кхП

Рельефная гладкая ЖІЛ ЗзЛжП

Промежуточная между рельефной гладкой рельефной шероховатой 5й4 Л П5$<2П в^кхП П<$<П

Рельефная шероховатая 5г4 П 2П&<ЗП вгк-жП 2Ш8<ЗЛ

Рисунок 13 - Алгоритм определения свойств фактуры

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработанная на основе результатов комплексной оценки классификация фактур структурирует возможные их типы для ряда материалов по признакам: рельефность, блеск и рисунок и позволяет обосновать выбор фактуры.

2. Выявлены критерии, определяющие тип рельефности фактур. Показано, что тип рельефности фактур при плавном их профиле независимо от вида освещения, а при зубчатом профиле - при фронтальном свете, определяется количеством различимых на среднем шаге неровностей 51 зон светотеневого перехода с минимальной протяженностью П. Тип рельефности фактур с зубчатым профилем при боковом свете зависит от протяженности двух светотеневых зон.

3. Предложенный алгоритм определения свойств фактуры, основанный на установленных соотношениях между параметрами П и 5 для различных типов рельефности фактуры, и выявленные значения минимальной протяженности П и угла различимости зон светотеневого перехода /? позволяют назначить параметр обеспечивающий заданный тип рельефности фактуры для ряда материалов при различных условиях наблюдения.

4. Введение блика в число признаков блеска расширяет качественную и количественную характеристики фактур материалов.

5. Разработанный электронный интерактивиый каталог содержит характерные фактуры рассмотренных материалов с указанием их свойств и способствует достижению взаимопонимания дизайнера и заказчика при выборе варианта фактурной отделки изделия.

Основные научные результаты диссертации изложены в следующих работах:

Статьи в журналах, входящих в «Перечень» ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Останина, П. А. Блеск материалов / П. А. Останина, М. М. Черных. // Дизайн. Материалы. Технология. - 2008. -№4(7) - с. 56 - 58.

2. Останина, П. А. Эстетическое восприятие блеска / П. А. Останина, М. М. Черных. // Дизайн. Материалы. Технология. - 2009. - №3(10) - с. 62 - 65.

3. Останина, П. А. Классификация фактурных поверхностей / П. А. Останина, М. М. Черных. //Дизайн. Материалы. Технолопм.-2010.-№3(14)-с. 69-74.

4. Останина, П. А. Рельефность фактуры / П. А. Останина, М. М. Черных // Дизайн. Материалы. Технология. - 2012 - № 1(20). - с. 48-61.

Статьи:

5. Останина, П. А. Сравнение эстетических показателей фактур древесины, обработанной брашированием и воздушно-абразивным способом // Сборник материалов всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука -производство - технология» / Вятский государственный университет. - Киров: Издательство Вятского государственного университета, 2008. - с. 187 - 189.

6. Останина, П. А. Блеск и фактура материалов // Материалы ХП Всероссийской научно-практической конференции по специальности 261001 «Технология художественной обработки материалов». - Ростов-н/Д: Издательство Ростовского государственного строительного университета, 2009. - с. 45 - 47.

7. Останина, П. А. Анализ бликов с хаотичным зернистым рисунком // Second Forum of Young Researchers in the framework of International Forum "Education Quality - 2010" - Ижевск: Издательство Ижевского государственного технического университета, 2010.-е. 281-285.

8. Останина, П. А. Взаимосвязь качественных и количественных характеристик фактуры при визуальном восприятии ее рельефности // Материалы XIII Международной научно-практической конференции по специальности «Технология художественной обработки материалов». - Москва: Издательство Московского государственного горного университета, 2010. - с. 40 - 42.

9. Останина, П. А. Терминологическое описание фактуры и ее визуальное восприятие // Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования. Материалы V Международной конференции. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. - с. 117-121.

10. Клевцова, Р. С. Рельефность фактуры с перекрещивающимся рисунком / Р. С. Клевцова, П. А. Останина // Дизайн и технологии художественной обработки материалов : материалы XV Всерос. науч.-практ. конф. (Ижевск, 22-25 октября 2012 г.) / под ред. М. М. Черных. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ. - 460 с.: ил. - с. 202-205.

11. Останина, П. А. Фактура в дизайне изделий // Дизайн и технологии художественной обработки материалов : материалы XV Всерос. науч.-практ. конф. (Ижевск, 22-25 октября 2012 г.) / под ред. М. М. Черных. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ. -460 с.: ил.-с. 324-328.

В редакции авторов

Подписано в печать 14.02.13 г. Усл. печ. л. 0,93. Заказ № 54. Тираж 100 экз.

Издательство Ижевского государственного технического университета имени М. Т. Калашникова Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ. 426069, Ижевск, Студенческая, 7

Текст диссертации на тему "Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий"

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

Останина Полина Александровна

МЕТОД КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ФАКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ КАК

ЭЛЕМЕНТА ДИЗАЙНА ИЗДЕЛИЙ

Специальность 17.00.06 — Техническая эстетика и дизайн

^ Диссертация на соискание ученой степени

^ кандидата технических наук

<ч

ю „ Ю 5

£2 °

О О Научный руководитель:

СМ £ д.т.н., профессор М.М. Черных

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................................................................4

Глава 1. ФАКТУРА МАТЕРИАЛОВ............................................................................................11

1.1. Фактура в дизайне изделий..............................................................................................11

1.2. Свойства фактуры......................................................................................................................18

1.2.1. Рельефность....................................................................................................................20

1.2.2. Блеск............................................................................................................................................25

1.2.3. Рисунок неровностей..................................................................................................31

Выводы по главе........................................................................................................................................33

Глава 2. КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ

ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬЕФНОСТИ ФАКТУРЫ......................................................34

2.1. Параметры рельефности фактуры и протяженность светотеневых зон..................................................................................................................................................34

2.2. Типы рельефности фактуры..............................................................................................42

2.3. Рельефность фактуры материалов с разными физическим свойствами....................................................................................................................................................................49

2.4. Исследование взаимосвязи качественной и количественной характеристик рельефности........................................................................................................................51

2.4.1. Методика оценки рельефности фактуры................................................51

2.4.1.1. Количественная оценка рельефности фактуры............58

2.4.1.2. Качественная оценка рельефности фактуры....................65

2.4.2. Результаты исследования....................................................................................68

2.4.3. Влияние факторов на значения шага неровностей, разграничивающие типы рельефности фактуры........................................................................75

2.4.3.1. Фактуры с зернистым рисунком неровностей..............75

2.4.3.2. Фактуры с бороздчатым рисунком неровностей.... 77

2.4.4. Минимальная протяженность светотеневых зон..............................80

Выводы по главе...........................................................................85

Глава 3. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

БЛЕСКА ФАКТУРЫ..................................................................................................................86

3.1. Классификация блеска фактуры материалов............................. 86

3.2. Роль блика при восприятии блеска...................................... 92

3.3. Характеристики блика фактуры......................................................... 94

3.4. Исследование взаимосвязи рельефности и блика фактуры......... 98

3.4.1. Методика оценки блеска фактуры................................. 98

3.4.2. Результаты исследования............................................ 103

Выводы по главе.................................................................... 109

Глава 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ФАКТУР МАТЕРИАЛОВ........................ 110

4.1. Описание свойств фактур..................................................... 110

4.2. Сочетание свойств фактуры в зависимости от вида материала..... 113

4.3. Классификация фактур....................................................... 116

4.3.1. Условное обозначение свойств фактуры......................... 117

4.3.2. Методика разработки классификации фактур и их каталога.. 119 Выводы по главе.................................................................... 127

Глава 5. ФОРМИРОВАНИЕ ФАКТУРЫ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ.. 128

5.1. Алгоритм выбора фактуры поверхности изделия........................ 128

5.1.1. Интерактивный каталог фактур.................................... 130

5.1.2. Расчет протяженности и граничных шага и высоты неровностей фактур при произвольном расстоянии наблюдения............. 131

5.1.3. Определение степени блеска....................................... 134

5.1.4. Определение размеров блика фактуры.......................... 135

5.2. Практические рекомендации по применению результатов

исследования фактур в разработке дизайна изделий........................ 135

Выводы по главе.................................................................... 137

Основные результаты и выводы..................................................... 138

Список использованной литературы................................................ 139

Приложение................................................................................ 149

Введение

Дизайнерский поиск новых композиционных решений современных изделий связан с упрощением форм, отказом от избыточного декорирования. Одним из способов рационального декорирования, способствующим гармонизации формы изделий, является использование в их оформлении фактуры. Технические возможности получения разнообразных фактур на изделиях из различных материалов на сегодняшний день очень широки, но применение фактурной отделки в объектах дизайна ограничено необходимостью изготовления опытных образцов, и как следствие, повышением производственных затрат в связи с неполнотой теоретической базы сведений о фактуре как элементе дизайна изделий. Полноценное использование фактур в оформлении изделий, требует глубокого изучения свойств фактур и выявления взаимосвязей между их характеристиками, которые могут быть использованы в процессах проектирования и производства для гарантированного получения качественных изделий с высокими эстетическими показателями и позволят сократить производственные затраты.

Степень разработанности темы

В качестве основных свойств фактур материалов большинство авторов выделяют рельефность, блеск и рисунок неровностей. Эти свойства рассматривались в работах Печковой Т. А. и Бобышевой Е. В., Айрапетова Д. П., Кринского В. Ф., Байера В. Е., Шахнельдяна Б. Н., Шпары П. Е. и Шпары И. П., Куманина В. И., Жуковой Л. Т., Галанина С. И., Соколовой М. Л., Черных М. М., Сергеевой В. В., Конягиной Т. В. и др. Гармоничное соче-

тание свойств фактур обеспечивается в объектах дизайна при определенных соотношениях количественных характеристик фактуры, измеряемых инструментально и выдерживаемых в процессе производства — высоты и шага неровностей поверхности изделия и степени блеска.

Ряд авторов (Кринский В. Ф., Жукова Л. Т., Рыбин Б. М.) отмечает зависимость восприятия рельефности фактуры на расстоянии от чувствительности глаза к неровностям поверхности, но исследования данной зависимости ими проведены не были. Конягина Т. В. исследовала восприятие рельефности фактуры древесины и установила зависимость между качественной характеристикой рельефности фактуры и параметром высоты неровностей поверхности Яттах, но в ее работах, как и в других литературных источниках, не была раскрыта причинно-следственная связь между численными параметрами и качественной характеристикой рельефности фактуры, позволяющая применить результаты к произвольным условиям наблюдения.

Объектом диссертационной работы выступают фактуры материалов с различными физическими свойствами, их качественные и количественные характеристики. Предметом диссертации являются взаимосвязи между качественными и количественными характеристиками рельефности и блеска фактур с учетом влияющих на них факторов.

Цель и задачи диссертационной работы

Задачи исследования:

1. Анализ, систематизация и расширение терминологической базы качественных характеристик фактур.

4. Создание классификации фактур на основе их комплексной оценки.

Научная новизна работы

2. Установлено, что при любом виде освещения тип рельефности фактур с плавным профилем определяется количеством зон светотеневого перехода с минимальной протяженностью, различимых на среднем шаге неровностей. При зубчатом профиле фактур это имеет место только в случае фронтального освещения, тогда как при боковом освещении тип рельефности таких фактур определяется протяженностью светотеневых зон на неровностях.

5. Разработана классификация фактур металлических материалов, однокомпонентных пластмасс, стекла и древесины, в которой учтены факторы, влияющие на визуальное восприятие поверхностей, что существенно расширяет терминологическую базу описания фактур.

Практическая значимость работы

1. Предложенная классификация фактур в совокупности с разработанным их электронным интерактивным каталогом позволяют сформировать базу

данных о свойствах фактур четырех групп материалов (металлов, пластмасс, стекла и древесины); обеспечивают терминологическое совпадение представлений о фактуре субъектов, задействованных в проектировании и производстве изделий из этих материалов; упрощают выбор материала и его фактуры на стадиях проектирования изделия, согласования заказа и подготовки соответствующего производства.

Методология и методы исследования

Теоретической и методологической основой исследования послужили теория композиции, метод системного анализа, метод фасетной классификации, метод устного опроса и методика статистической обработки результатов опроса, измерение исследуемых параметров проводилось по общепринятым методикам с использованием стандартных измерительных средств и методов статистической обработки полученных данных.

Положения выносимые на защиту

3. Критерии, определяющие тип рельефности фактур с плавным и зубчатым профилем при их визуальной оценке.

4. Структуры алгоритма определения свойств фактур материалов и электронного интерактивного каталога, обеспечивающих обоснованный выбор варианта фактурной отделки изделия.

Достоверность результатов обеспечивается использованием в качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования фундаментальных трудов по исследуемой проблеме отечественных и зарубежных ученых, всероссийских и зарубежных стандартов, энциклопедической и справочной литературы, пакетов прикладных программ Microsoft Office.

Апробация работы и внедрение результатов

Результаты исследования докладывались на:

1. Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука — производство — технология» (Киров, 2008).

2. XII Всероссийской научно-практической конференции по специальности

«Технология художественной обработки материалов» (Ростов-на-Дону, 2009).

3. Second Forum of Young Researchers / In the framework of International Forum «Education Quality - 2010» : Proceedings (April 22, 2010, Izhevsk, Russia).

4. XIII Международной научно-практической конференции по специальности «Технология художественной обработки материалов» (Москва, 2010).

5. V Международной конференции «Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования» (Ижевск 20-22 февраля 2012 г.).

6. XV Всероссийской научно-практической конференции «Дизайн и технологии художественной обработки материалов» (Ижевск, 22-25 октября 2012 г.).

ГЛАВА 1. ФАКТУРА МАТЕРИАЛОВ 1.1. Фактура в дизайне изделий

Современная технологическая база предоставляет дизайнеру широкие возможности при решении задач формообразования и декоративной отделки изделий даже при серийном производстве. Основой работы дизайнера становится подбор гармоничных сочетаний свойств пространственной формы для достижения высокой степени эстетичности изделия. Подбор этих сочетаний обусловлен отчасти знаниями законов формообразования -законов композиции, но в некоторых случаях остается интуитивным, например, при выборе фактуры поверхностей изделия. Между тем фактурная отделка открывает широкие возможности обогащения композиции изделия, повышения ее выразительности. В связи с этим, фактурный декор широко распространен в различных объектах дизайна и популярен у дизайнеров и потребителей.

Полноценного метрологического определения понятия «фактура» (фактура поверхности) не существует, но велико разнообразие приводимых в литературе трактовок данного понятия, встречающихся во многих областях: живописи, фотографии, скульптуре, архитектуре, дизайне. Данный термин образован от латинского «factüra», в переводе означающего «обработка», «строение». Поэтому в литературе под термином «фактура» подразумевается строение поверхности (объекта или материала) [1 - 14 и др.], то есть характер ее неровностей - их величина, форма и особенности расположения. Отмечают также, что фактура определяет поверхностное светоотражение -светотеневую неравномерность поверхности и ее блеск [4, 6-8].

Проанализировав литературные формулировки таких авторов как Айрапетов Д.П., Байер В.Е., Кринский В.Ф., Степанов H.H., Нестеренко О.И., Ковальчук H.A. и др., сформулировали следующее определение понятия:

Фактура - это внешнее строение поверхности материала или объекта, отражающее форму и взаимное расположение неровностей и определяющее особенности светоотражения поверхности.

Все плотные объекты окружающего мира имеют поверхности, и всякая поверхность имеет фактуру. Фактуры этих поверхностей могут быть образованы либо естественным путем - под действием природных факторов, например, на поверхности древесины, представленной на рисунке 1 (под буквой а), либо путем воздействия человека - в результате применения различных способов обработки, в качестве примера на рисунке 1 (под буквами б и в) представлены образцы поверхности сосны, обработанной различными способами [1, 15]; в дизайне используются как первые, так и вторые.

а б в

Рисунок 1 - Фактура поверхности древесины: а - состарившейся в естественных условиях; б - обработанной брашированием (металлическими щетками); в - обработанной

воздушно-абразивным способом

Разные виды фактуры в современных способах от�

Полный текст автореферата диссертации по теме "Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий"

Текст диссертации на тему "Метод комплексной оценки фактуры материалов как элемента дизайна изделий"

Похожие темы диссертаций