纬平针织物的计算机三维模拟
纬编针织物三维仿真技术的研究现状与发展趋势
（ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔｅ ｘ ｔ ｉ ｌ ｅ Ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ，Ｗ ｕ ｘ ｉ ２ １ ４ ４ ３ ４，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
随 着计算 机 技 术 的发 展 ， 计 算 机 在 纺 织 行业 的运用 越来 越广泛 。国 内纺 织行 业 中新型 材料 的 开发 和织造 技术 的应 用 愈 加 繁 复 ， 使 得 织 物 设 计 品种 日益 繁多 ， 对 织物 设计 的要 求也 就更加 精 确 。 这 恰恰 推进 了纺 织 产 品设 计 的计 算 机 仿 真 技 术 。 现 阶段 纬 编 Ｃ ＡＤ 软 件 是 在 二 维 的 基 础 上 ， 对 织
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｍｕ ｌ ｂ ｅ ｒ ｒ ｙ ｓ ｉ ｌ ｋ ／ ｗ ｏ ｏ ｌ ｂ ｌ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｃ ａ ｃ ｉ ｄ ／
作者简介 ： 彭燕芳（ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 山 西太 原 人 ， 硕士研究生 。
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或 者不 同纱 线类 型 的模 型是 相 当 困难 的 ， 不 仅 要
三维编织物结构分析与计算机仿真
三维编织物结构分析与计算机仿真
本文三维编织物根据四步法和二步法编织工艺，从纱线的力学模型出发，建立了以圆形近似描述纱线的截面形态，以三次B样条曲线近似描述纱线的屈曲形态的织物空间几何模型，利用计算机三维实体造型技术，分别建立各自的编织物实体模型，用来模拟织物内部各纱线的空间位置，完成织物结构仿真。
采用三维动画技术完成编织过程的动画仿真，动画显示纱线的运动过程，能够方便直观地观察到各纱线具体走向。
采用虚拟现实语言VRML进行编织物仿真，便于网上信息交流。
这一研究使得产品在编织之前对其编织过程进行动画仿真提供了新的思路。
纬编针织物三维仿真系统的开发
纬 编 针 织 物 三维 仿 真 系统 的开 发
瞿 畅 ，王君 泽 ，李 波
（ 通 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江 苏 南通 南 ２６１ 型 准备 系统 缺乏 三维 花 型模 拟 和 针 织 物 仿 真 功 能 等 问题 ， 虚 拟 现 实 技 术 应 用 于 针 将
文 献 标 志 码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： Ｓ １ １ ８ Ｔ ９ ． Ｔ ８ ． ； Ｐ３ １９
Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｏ Ｄ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｓ ｓ ｅ ｆ ｗｅ ｔｋｎ ｔｅ ａ ｉ ｖ ｌｐ ｎ ｆ３一 ｓｍ ｌ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｆ ｉｔ ｄ ｆ ｂｒｃ
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经编针织物的计算机三维仿真的开题报告
经编针织物的计算机三维仿真的开题报告一、选题背景随着计算机技术的不断发展，以及纺织工业的不断改进，计算机三维仿真在纺织品设计中的应用已经越来越广泛。
其中经编针织物的计算机三维仿真技术是一种新兴的技术，可以让设计师在计算机上直接设计出所需的经编针织物，并可以直观地观察到其效果，快速的进行设计改进，从而减少了生产成本和时间，提高了设计效率和准确性。
二、研究目标本文的主要研究目标是利用计算机三维仿真技术设计并模拟经编针织物。
通过对经编针织物的材料、纹理、颜色等属性进行控制，实现经编针织物的模拟，在模拟过程中可以直观地观察到经编针织物的效果，以此辅助设计师进行设计改进。
三、研究内容本文主要研究内容包括以下几个方面：1.经编针织物的材料属性分析：对经编针织物所需要的原材料进行深入分析，并确定原材料的属性。
2.经编针织物的纹理设计：通过对经编针织物的纹理和花型进行设计和控制，实现不同纹理和花型的效果展现。
3.经编针织物的颜色设计：对经编针织物的颜色进行控制，实现不同颜色的模拟效果。
4.经编针织物的3D模型设计：将经编针织物的相关属性整合，设计出经编针织物的3D模型，实现经编针织物的立体效果展现。
四、研究方法1.文献调研法：通过学术期刊、图书馆等渠道收集与经编针织物的计算机三维仿真技术相关的文献，了解经编针织物的材料、纹理、颜色等属性的设计方法。
2.实验方法：通过在计算机上进行实验和编辑，实现经编针织物的设计和模拟。
3.数据统计法：通过对实验结果进行对比和分析，得出经编针织物计算机三维仿真的效果评价。
五、论文结构本文的结构主要包括以下几个部分：第一章：绪论本章介绍了本文的选题背景、研究目标和意义，以及本文的研究内容、方法和论文结构。
第二章：经编针织物的材料属性分析本章重点阐述了经编针织物的原材料、材料属性的分析和控制方法，并结合案例进行实验研究。
第三章：经编针织物的纹理设计本章重点探讨了经编针织物的花型和纹理的设计方法和实现方案，并结合实验和总结进行讨论。
纬编针织物三维仿真技术的研究现状与发展趋势
纬编针织物三维仿真技术的研究现状与发展趋势彭燕芳;武志云【摘要】文章从纱线、织物组织两个方面阐述了纬编针织物三维仿真技术的研究现状,分析总结了各阶段成果的优势与不足,并就纬编针织仿真技术在未来的发展趋势做了详细的分析.【期刊名称】《山东纺织科技》【年(卷),期】2014(055)001【总页数】3页(P26-28)【关键词】纬编针织物;三维仿真技术;研究现状;发展趋势【作者】彭燕芳;武志云【作者单位】内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010080;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010080【正文语种】中文【中图分类】TS184.1随着计算机技术的发展，计算机在纺织行业的运用越来越广泛。
国内纺织行业中新型材料的开发和织造技术的应用愈加繁复，使得织物设计品种日益繁多，对织物设计的要求也就更加精确。
这恰恰推进了纺织产品设计的计算机仿真技术。
现阶段纬编CAD软件是在二维的基础上，对织物组织及花型进行设计，能快速设计出独具特色的新型花型图案。
纬编针织物三维仿真技术是针织CAD技术在纬编领域的必然趋势，三维仿真相对于二维仿真具有更直观、更逼真的效果，但三维模型的建立较为困难，经过专家学者多年的研究，三维仿真技术已取得了初步成果。
1 研究现状纬编针织物与机织物和经编针织物相比，纬编针织物具有广泛的适用性。
1.1 纱线的三维仿真纱线的计算机仿真是织物仿真的基础，纱线模型的好坏直接影响织物的模拟效果。
纱线是特殊的柔性实体，要建立能够适用于不同纺纱系统或者不同纱线类型的模型是相当困难的，不仅要考虑其本身的物理性质，还要考虑其在织物中所呈现的屈曲状态和受力情况。
纱线三维模型的建立过程，主要可以归为四大类：第一类是几何形状填充法，其分为矩形单元模拟法和平行四边形单元模拟法。
其中，矩形单元模拟法是用一组循环排列的倾斜放置的矩形色块来表示纱线，每个具有色彩的小矩形即代表纱线每个单元块的仿真模型。
而平行四边形单元模拟法在实现过程中，可以采用擦去四个角的平行四边形来模拟。
纬编针织物三维仿真技术研究进展
纬编针织物三维仿真技术研究进展作者：任怡芸宋晓霞来源：《浙江纺织服装职业技术学院学报》2023年第03期摘要：随着计算机技术的快速发展，基于三维仿真技术的纬编针织物的仿真结果相比二维仿真更加接近实际织物，但是由于织物组织的多样性和处理数据的庞大，仿真的效果不够理想，复杂织物的仿真速度与真实度模拟有待加强。
在分析国内外学者对仿真技术的研究中，从纱线和线圈结构两个方面阐述了纬编针织物的三维仿真历程，分析了三维仿真技术存在的主要问题和发展趋势。
认为该仿真技术会朝着织物材料与组织多元化、适应织物品种多元化、仿真技术多元化和应用范围多元化等4个方向发展。
关键词：三维仿真；纬编针织物；线圈模型中图分类号：TS186.1 文献标识码：A 文章编号：1674-2346（2023）03-0050-06Research Progress of 3D Simulation Technology for Weft Knitted FabricsREN Yiyun SONG Xiaoxia（School of Textile and Fashion， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620，China）Abstract： With the rapid development of computer technology，the simulation results of weft knitted fabrics based on 3D simulation technology are closer to the actual fabrics than 2D simulation.However，due to the diversity of fabric organization and the huge processing data，the simulation effect is not ideal，and the simulation speed and reality of complex fabrics need to be strengthened.Based on the analysis of the research of simulation technology by domestic and foreign scholars，this paper expounds the 3D simulation process of weft knitted fabrics from two aspects of yarn and coil structure，and analyzes the main problems and development trend of 3D simulation technology.It is believed that the simulation technology will develop in four directions，which are the diversification of fabric materials and organization，the diversification of fabric varieties，the diversification of simulation technology and the diversification of application range.Key words： three-dimensional simulation;weft knitted fabric;coil model三维仿真技术是利用编程语言和虚拟显示技术对纱线、线圈结构和织物花型等进行模拟。
纬编针织物真实感建模与仿真进展
第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０５０２９纬编针织物真实感建模与仿真进展宋明明１ꎬ常辰玉１ꎬ孙雅欣１ꎬ刘㊀锋１ꎬ李小燕２ꎬ卢致文１ꎬ２(１.太原理工大学轻纺工程学院ꎬ山西晋中㊀０３０６００ꎻ２.安徽省天助纺织科技集团股份有限公司ꎬ安徽阜阳㊀２３６０００)㊀㊀摘㊀要:为了促进针织物模拟仿真领域的进一步研究和发展ꎬ全面梳理了纬编针织物真实感模拟与仿真技术的发展历史和研究现状ꎮ从外观真实感模拟和物理真实感模拟两个角度分析了国内外学者研究和探索的历程ꎬ阐述了纬编针织物真实感模拟与仿真技术从早期基于二维线圈模型的方法ꎬ到基于三维物理模型方法的转变和多样化发展过程ꎮ在总结各种模拟方法及其应用特点的基础上ꎬ分析得出纬编针织物真实感模拟与仿真技术将会向模拟效果精细化㊁模拟实时交互化㊁织物类型多样化和应用领域多元化的方向发展ꎮ关键词:纬编针织物ꎻ动态模拟ꎻ物理模型ꎻ发展趋势中图分类号:ＴＳ１８４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣０２５５￣１２收稿日期:２０２３０５３０㊀网络出版日期:２０２３０６２６基金项目:山西省回国留学人员科研资助项目(２０２２￣０９０)作者简介:宋明明(１９９７ )ꎬ女ꎬ山东济宁人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事纺织服装智能化与数字化设计方面的研究ꎮ通信作者:卢致文ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｕｚｈｉｗｅｎ＠ｔｙｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀纬编针织物作为一种重要的织物类型ꎬ具有柔软㊁弹性好㊁透气性好等特点ꎬ不仅应用于服装㊁家居纺织品等领域ꎬ也应用于汽车㊁航空㊁医疗等多个领域ꎮ纬编针织物的真实感建模与仿真是一个多学科交叉的研究领域ꎬ涉及材料科学㊁计算机科学㊁数学等ꎬ可以应用在如针织物生产设计㊁服装设计㊁虚拟试衣㊁游戏和动画制作等多个方向ꎮ对纬编针织物进行真实感建模与仿真研究ꎬ不仅有助于加快产品开发速度ꎬ还可以减少试错次数ꎬ缩减开发成本ꎮ近年来ꎬ随着电子商务㊁虚拟试衣等行业的发展ꎬ对纬编针织物建模与仿真技术的需求越来越大ꎬ其复杂的织物结构和物理特性使得仿真模拟的真实感成为研究重点ꎮ早期的研究主要集中在二维的织物表面纹理和颜色等外观特征的模拟ꎬ随着计算机硬件和算法的不断发展ꎬ纬编针织物的三维真实感模拟逐渐成为研究热点[１]ꎮ三维真实感模拟初期主要采用二维纹理映射或图像处理技术来实现织物外观的模拟ꎬ计算机图形学和物理模拟技术的发展使得三维真实感模拟越来越多地使用基于物理模型的方法ꎬ以更加真实地模拟出纬编针织物的织物结构和外观细节[２]ꎮ随着计算机技术和数据处理技术的不断发展ꎬ纬编针织物真实感建模与仿真技术将会得到更加广泛的应用ꎮ本文将分别对外观真实感模拟方法和物理真实感模拟方法进行详细的介绍说明ꎬ总结各种模拟方法的应用原理及特点ꎬ并通过对已有方法和技术的梳理与分析ꎬ展示纬编针织物模拟与仿真的现有研究成果和应用场景ꎮ在此基础上ꎬ从模拟效果精细化㊁模拟实时交互化㊁织物类型多样化和应用领域多元化等角度ꎬ分析纬编针织物真实感模拟与仿真技术的发展趋势ꎮ１㊀纬编针织物外观真实感模拟纬编针织物的外观真实感模拟是指利用计算机图形学和计算机模拟技术ꎬ对纬编针织物的外观进行数字化建模和仿真ꎬ以实现逼真的纬编针织物外观呈现ꎮ外观模拟注重对纹理㊁图案㊁颜色和光照等视觉特征的逼真呈现ꎬ使得虚拟的针织物在视觉呈现效果上与真实的针织物相似ꎮ外观真实感模拟可以为纬编针织物的设计和制造提供更为精细的展示和模拟ꎬ加快设计和生产的速度ꎬ为消费者提供更加真实的购物体验ꎬ提高消费者的满意度和忠诚度ꎮ早期的纬编针织物外观真实感模拟多为二维模拟ꎬ随着计算机技术的发展及市场需求的增长ꎬ三维外观真实感模拟技术越来越受到关注并取得长足的发展ꎮ１.１㊀二维外观真实感模拟二维外观真实感模拟是指利用计算机技术对二维图像进行处理和增强ꎬ使得生成的图像具有更高的真实感和可信度ꎮ其主要方法包括光照模拟㊁纹理映射㊁投影和透视变换㊁图像去噪㊁边缘增强㊁颜色校正等技术ꎮ汪育桑等[３]在建立线圈几何模型的基础上根据织物结构确定线圈的形状和位置ꎬ再根据位置关系对线圈进行消隐处理ꎬ实现了对基本纬编提花组织的二维模拟ꎬ模拟效果图如图１所示ꎮ为提高羊毛衫ＣＡＤ系统的仿真速度ꎬ汪秀琛等[４]建立了由５个弧线组成的线圈模型ꎬ根据纱线粗细㊁织物密度和光照效果对线圈形态的影响ꎬ再将不同线圈按照特定规则进行组合ꎬ得到不同的花型效果ꎬ模拟速度快但模拟效果不够逼真ꎮ图１㊀单面纬编提花织物正反面模拟效果Ｆｉｇ.１㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｂｖｅｒｓｅａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｓｉｄｅｓｏｆａｓｉｎｇｌｅ￣ｓｉｄｅｄｗａｒｐ￣ｋｎｉｔｔｅｄｊａｃｑｕａｒｄｆａｂｒｉｃ卢致文等[５￣６]与Ｊｉａｎｇ等[７]提出了一种基于线圈几何模型的算法将纱线的纹理映射到线圈上ꎬ建立基于普通纱线到线圈的变化过程的纹理变化模型ꎬ并根据光照变化使线圈看起来具有三维感ꎬ使用该模型可快速模拟出真实感较高的平针㊁罗纹等类型的织物ꎮ在此基础上ꎬ将机织物交织点的概念引入到纬编针织物ꎬ提出基于交织点的线圈中心曲线模型ꎬ并使用３次贝塞尔曲线拟合线圈的中心曲线ꎬ用于进行纹理映射㊁纹理插值和亮度处理ꎬ模拟出结构清晰的循环变形ꎬ图２为交织点及模拟效果ꎮＰｉｅｒｃｅ线圈模型是一种在纬编针织物仿真模拟中常用的经典模型ꎬ张继东等[８]通过将处理后的混色纱线图像映射到Ｐｉｅｒｃｅ线圈模型上ꎬ再根据不同线圈的位置关系和线圈形态模拟出纬编基本组织的色彩及纹理ꎮ由于色纺纱及云纹纱的布面效果难以预测ꎬ吴义伦等[９￣１０]对真实纱线图像进行处理后将其映射到线圈几何模型上ꎬ通过计算线圈拼接时的偏移量解决了拼接错位问题ꎬ模拟出真实感较高的云纹纱针织物ꎬ达到预测色纺纱及云纹纱针织物外观的目的ꎮ图２㊀交织点及绞花组织模拟效果Ｆｉｇ.２㊀Ｂｉｎｄｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｃａｂｌｅｓｔｉｔｃｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ二维外观真实感模拟是一种快速高效的方法ꎬ可以模拟出纬编针织物的纹理特征以及在光照条件下的纱线色彩变化ꎬ并且在光影效果的基础上实现更真实的模拟效果ꎮ然而ꎬ对于纬编针织物的细节ꎬ如不同纱线材质和复杂花式结构等ꎬ常常在二维模拟中简化或省略ꎮ１.２㊀三维外观真实感模拟纬编针织物的三维外观真实感模拟是在三维空间中模拟纬编针织物的织物结构和外观细节ꎬ可以提供更加真实的视觉效果ꎮ在进行三维模拟时ꎬ需要考虑纱线材质和纹理㊁织物结构和织物形变等因素ꎬ以获得更真实的模拟效果ꎮＺｈｏｎｇ等[１１]通过对纬编针织物纱线的微观结构及其线圈间的相互作用进行建模ꎬ然后将创建６５２ 现代纺织技术第３１卷的纱线纹理贴图在针织物模型的表面ꎬ可以快速地渲染出真实感较好的织物结构细节及纱线表面毛羽ꎬ并允许用户对纱线蓬松度和线圈位置进行直观控制ꎬ图３所示为毛线帽模拟效果ꎮ考虑到仿真中纱线之间在接触时由于接触力的存在而引起纱线在局部的变形行为ꎬＫｙｏｓｅｖ等[１２]提出两种纬平针组织结构的三维建模方法ꎬ一是假设纱线横截面在高曲率区域被压成椭圆状ꎬ二是基于线圈的离散粒子模型ꎬ设定纱线的一般非线性压缩行为对纱线接触点处进行迭代计算获取实际纱线几何形状ꎬ模拟出纬平针织物的微观结构形态ꎮＫｕｒｂａｋ等[１３￣１５]提出一种可以模拟纬平针织物横向卷边性的几何模型ꎻ对于纬平针织物由于纱线捻度产生的线圈歪斜现象ꎬ分析线圈的三维性质得出线圈两侧纱线捻向处于相反方向ꎬ通过将线圈的上半部分和下半部分转换为参数化椭圆曲线调整线圈形状ꎬ模拟出线圈歪斜状态的纬平针织物ꎻ此外ꎬ还在平针组织几何模型的基础上模拟出双反面组织织物ꎮ图３㊀毛线帽模拟效果Ｆｉｇ.３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆａｋｎｉｔｔｅｄｈａｔ刘夙等[１６]基于Ｐｉｅｒｃｅ二维线圈模型建立了由参数方程表示的三维几何线圈模型ꎬ使用ＯｐｅｎＧＬ库函数来实现纬平针织物的三维可视化ꎬ并通过调整颜色㊁光照等参数来提高模拟的真实性和逼真度ꎮ在刘夙等研究的基础上ꎬ吴周镜等[１７]在三维Ｐｉｅｒｃｅ线圈模型中引入Ｂ样条曲线和椭圆曲线对线圈进行模拟ꎬ获得真实感更强的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型不够丰富ꎮ张哲等[１８]首先将织物网格模型划分区域ꎬ并在两步纹理映射算法的基础上ꎬ提出了一种利用曲面包围盒作为中介面获取纹理坐标的方法ꎬ利用图像分割技术平滑处理区域纹理的接缝处ꎬ实现了纹理的无缝拼接ꎬ但模型还不够完善ꎮ于斌成等[１９]采用极坐标方程来表示纱线的模型ꎬ并使用近似正态分布函数计算毛羽控制点的位置ꎬ通过调节参数改变织物表面微结构的方向㊁毛羽数量和纱线捻度等参数ꎬ模拟出的纱线毛羽在细节上更为逼真ꎬ并能更好地展现毛羽的形态结构特点ꎬ模拟的纬编针织物外观与真实织物外观相似度较高ꎮ金兰名等[２０]基于曲面模型ꎬ通过采集三维织物的曲面数据以及统一坐标数据ꎬ实现了三维模型和纹理数据的建立和导入ꎬ接着提出了一种针对复杂提花织物的３个因素模拟算法以控制织物模型的效果ꎬ基于以上研究结合三维引擎Ｕｎｉｔｙ３Ｄ平台ꎬ实现了三维模型数据与二维空间数据和三维虚拟模拟的集成ꎬ与基于线圈模型的模拟相比ꎬ这个基于实际织物数据的方法对于预测和模拟三维纬编提花织物的效率和真实感都更好ꎬ图４所示为提花绗缝织物模拟效果ꎮ图４㊀三维纬编提花绗缝织物效果图Ｆｉｇ.４㊀Ｅｆｆｅｃｔｉｍａｇｅｓｏｆａ３￣Ｄｊａｃｑｕａｒｄｗｅｆｔ￣ｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃＷｕ等[２１]通过建立纤维模型并根据真实纱线创建一组纱线贴图ꎬ再使用基于物理的模拟器来模拟织物的变形行为ꎬ并应用预处理的纱线贴图来呈现布料的外观ꎬ以及使用一种基于分层深度剪裁的加速方法提高渲染速度ꎬ在实时性和视觉效果方面取得了良好的表现ꎬ图５所示为模拟效果及细节展示ꎮＨｕｏ等[２２]将有色纺织物图像在预处理后将其转换为灰度图像ꎬ再使用双树复小波变换对灰度图像进行分解ꎬ提取出纹理特征信息ꎬ通过对纹理特征信息进行调整和组合ꎬ生成有色纺织物的模拟图像ꎬ该方法能够有效地模拟有色纺织物的颜色和纹理特征ꎬ但对于多色纤维混合的纱线仿真真实度还需要进一步提高ꎮ７５２ 第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展图５㊀基于纤维层次实时渲染布料的实例Ｆｉｇ.５㊀Ｅｘａｍｐｌｅｓｏｆｒｅｎｄｅｒｉｎｇｆｉｂｅｒ￣ｌｅｖｅｌｃｌｏｔｈａｔｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｆｒａｍｅｒａｔｅｓ纬编针织物的三维外观真实感模拟技术在纺织行业具有重要的研究意义和广阔的应用前景ꎮ通过模拟纬编针织物的织物结构和外观细节ꎬ包括纱线材质和纹理㊁织物结构和织物形变等因素ꎬ以实现更真实的模拟效果ꎮ２㊀纬编针织物物理真实感模拟纬编针织物物理真实感模拟旨在通过计算机模拟纬编针织物的物理行为ꎬ以实现对织物力学性能的预测以及高度逼真的视觉效果ꎮ物理模拟注重针织物中纱线的相互作用㊁纱线内部的运动以及针织物的力学性能ꎬ以在模拟中对真实世界针织物的物理行为进行再现ꎮ通过物理模拟ꎬ设计师和研发人员可以对纬编针织物的力学性能进行预测和分析ꎬ了解纱线和针织物在不同力学条件下的行为ꎬ如拉伸时的变形程度㊁弯曲时的柔韧性等ꎮ因此物理真实感模拟的研究对于增强针织物的仿真效果㊁提升产品设计水平具有重要意义ꎮ其中ꎬ用于物理真实感模拟的模型主要有弹簧￣质点模型㊁网格模型㊁纱线层次模型和有限元模型ꎮ２.１㊀基于弹簧￣质点模型弹簧￣质点模型是一种基于物理学的模型ꎬ它将物理系统看作是由弹簧和质点组成的弹性体系ꎮ鉴于机织物的非弹性性质ꎬＰｒｏｖｏｔ[２３]改进了弹性可变形模型ꎬ将机织物近似成一组质点和弹簧构成的可变形表面ꎬ其运动通过数值积分基本动力学定律来评估ꎬ弹簧￣质点模型结构如图６所示ꎮ针织物和机织物都是纺织品ꎬ具有相似的物理属性ꎬ因此对弹簧￣质点模型的应用也可以相互参考ꎮ但针织物和机织物之间存在构造方式和织物结构不同的区别ꎬ针织物结构较为松散ꎬ弹性更大ꎬ更容易变形ꎮ因此ꎬ为了将弹簧￣质点模型应用于针织物模拟中ꎬ常需要对模型进行调整和改进ꎬ使其能够准确地模拟针织物的特点ꎮ图６㊀弹簧￣质点模型Ｆｉｇ.６㊀Ｍａｓｓ￣ｓｐｒｉｎｇｍｏｄｅｌ为实现针织面料在物理层面准确的仿真ꎬＭｅｉßｎｅｒ等[２４]引入弹簧￣质点模型用于计算针织物线圈结构的动态行为并展示了其更高效的可视化ꎮ由于几何模型的局限性ꎬＫｙｏｓｅｖ等[２５]使用弹簧￣质点模型用于描述织物的力学行为ꎬ包括受力㊁变形等ꎬ但是模拟时间较长ꎬ不太适合在生产中使用ꎮ为模拟流体对针织物的动态行为和形态行为产生的影响ꎬＧüｄüｋｂａｙ等[２６]通过弹簧￣质点模型对针织物进行建模ꎬ采用了三层质点并通过保持体积约束模拟出织物的厚度ꎬ模拟效果真实感较高ꎬ但对于织物线圈结构的受力行为研究不够ꎮ沙莎等[２７]在改进弹簧￣质点模型的基础上ꎬ通过对线圈进行结构建模来使得针织物具有更真实的力学效果和体积感ꎬ并采用非均匀有理Ｂ样条曲线来拟合线圈曲线ꎬ通过旋转圆柱来模拟股线捻度效果ꎬ从而获得真实感较好的纬编织物仿真效果ꎮ考虑到单面纬编针织物和双面纬编针织物之间的差异ꎬ为模拟针织物的垂坠行为ꎬＭｏｚａｆａｒｙ等[２８]研究了在单面针织物中引起边缘卷曲的弯曲和扭矩力矩ꎬ并表明这些力矩在双面针织物中会被抵消ꎬ因此导致了非卷曲结构ꎻ使用质点弹簧模型来模拟针织物纬向和经向的卷曲形状ꎬ模拟结果显示与实际针织物垂坠形状存在良好的一致性ꎮ对于密度非均匀分布的纬平针织物ꎬ汝欣等[２９]提出相对应的织物弹簧￣质点模型的初始状态的确定方法ꎬ基于弹簧￣质点模型和二维Ｐｅｉｒｃｅ线圈模型建立质８５２ 现代纺织技术第３１卷点￣控制点关联式ꎬ获得与实际样品变形趋势较为一致的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型不够多样ꎬ且计算效率实时性不够ꎬ图７所示为模拟效果图ꎮ图７㊀密度非均匀纬平针织物仿真Ｆｉｇ.７㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆａｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｗｅｆｔｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃ弹簧￣质点模型实现相对较简单ꎬ计算速度较快ꎬ并且可以进行实时交互式模拟ꎬ在纬编针织物的模拟中被广泛使用ꎬ可以模拟不同的织物结构和力学特性ꎬ但对于织物的非线性特性和纱线间的摩擦效应等模拟难度较大ꎮ２.２㊀基于网格模型基于网格模型的纬编针织物物理仿真是一种通过对纬编针织物建立三维网格模型ꎬ将物理特性转化为网格节点之间的力和约束关系来模拟针织物外观和物理特性的方法ꎮ基于ＮＵＲＢＳ(非均匀有理Ｂ样条)曲线[３０]和Ｌｅａｆ￣Ｇｌａｓｋｉｎ的改进模型[３１]ꎬ以及通过网格控制法和ＯｐｅｎＧＬ建模技术ꎬ刘瑶等[３２]建立了非线性纬编线圈单元模型和组织结构模型模拟羊毛衫组织的变形机理ꎬ方法计算简便但三维模拟效果不够真实ꎮＹｕｋｓｅｌ等[３３]首次提出 针织网格 的概念ꎬ将针织服装通过一个多边形模型进行网格划分ꎬ接着使用交互式建模工具生成一个更精细的网格用以表示织物不同的线圈结构ꎬ通过操作针织网格生成表示纱线的曲线模型ꎬ然后在保持全局形状的同时ꎬ局部松弛纱线以获得真实形状ꎬ从而产生适合于动态模拟的有效纱线几何形状ꎬ模拟效果真实感较强ꎬ但计算量大导致模拟速度较慢ꎬ图８所示为绞花结构真实织物与其网格模型ꎮ为了确保模拟出的针织物可以在真实世界进行生产ꎬＷｕ等[３４]提出了可编织针织结构的概念ꎬ并引入自动化的流程ꎬ从输入的多边形网格开始便自动生成针织物网格模型ꎬ以达到更快速的模拟ꎮ图８㊀样品及其网格模型Ｆｉｇ.８㊀Ｓａｍｐｌｅａｎｄｓｔｉｔｃｈｍｅｓｈｍｏｄｅｌ杨恩惠等[３５]使用了六边形网格结构理论和ＮＵＲＢＳ曲线相结合的技术来进行针织物线圈的真实感模拟并进行了导热分析ꎬ该方法简便易行但对于织物的受力行为未进行研究ꎮ胡新荣等[３６]在建立网格模型与纱线模型之间对应关系的基础上ꎬ分别对网格模型与纱线模型进行仿真并采用自适应网格划分技术加快网格仿真速度ꎬ模拟真实感较好同时速度较快ꎬ但模拟的织物类型较为单一ꎮ赖安琪等[３７]通过建立线圈几何模型和网格模型ꎬ并利用矩阵运算得到花式结构线圈的坐标ꎬ实现了从实际织物到三维线圈结构的快速转换ꎬ能够快速准确地模拟全成形毛衫花式结构ꎬ图９所示为暗加针工艺的全成形织物的实物图和仿真图ꎮ图９㊀暗加针工艺仿真效果Ｆｉｇ.９㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｖｉｓｉｂｌｅｎｅｅｄｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ基于网格模型的方法可以准确地模拟针织物的外观和物理特性ꎬ具有较高的真实感和可靠性ꎬ同时网格模型的计算方法比较简单ꎬ容易实现ꎮ但对于复杂的织物结构和大规模的仿真系统ꎬ网格模型的计算量通常较大而导致速度变９５２第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展慢ꎬ并且可能存在网格变形的问题ꎬ需要采用适当的网格划分和变形技术来保持模拟的准确性和稳定性ꎮ２.３㊀基于纱线层次模型纱线层次模型的核心思想是将纱线视为物理实体ꎬ通过对纱线内部结构和力学特性的建模ꎬ来模拟纬编针织物的物理行为和变形效果ꎮ考虑到纬编针织物的非线性行为及其纱线之间的接触和相互作用ꎬＫａｌｄｏｒ等[３８]首次系统提出基于纱线层次建立模型对织物进行模拟ꎮ每根纱线都被建模为一个不可伸长但可变形的Ｂ样条管ꎬ纱线之间的摩擦通过刚体速度滤波器近似计算ꎬ相互作用通过硬约束力调节ꎬ模拟出织物的非线性特性和力学行为ꎬ但该模型计算量庞大ꎬ模拟时间较长ꎬ图１０所示为模拟效果图ꎮ为了降低计算成本ꎬＫａｌｄｏｒ等[３９]采用罚函数法近似纱线之间的接触力ꎬ并用旋转线性力模型进行近似计算ꎬ使得模拟速度提高４~５倍ꎮ图１０㊀纱线层次模拟的织物非线性拉伸效果Ｆｉｇ.１０㊀ＮｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｆａｂｒｉｃｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｙａｒｎｌｅｖｅｌＣｉｒｉｏ等[４０]假设织物中的纱线之间是永久接触但可以滑动的状态ꎬ通过完全避免接触检测大幅减少了计算量ꎬ模拟速度比先前的技术提高了一个数量级ꎮ为实现交互式的纱线层次模拟ꎬＬｅａｆ等[４１]提出结合两种方法来加快模拟速度ꎬ首先是基于纱线层次的周期边界条件ꎬ利用织物结构在基本方向上的空间重复性ꎬ只需对小的周期区域进行模拟计算ꎻ其次是高度并行化的ＧＰＵ求解器ꎬ利用ＧＰＵ的并行计算能力来快速计算小的周期区域的纱线层次模拟ꎮ这两个方法的结合实现了对纱线层次针织物的实时模拟和调整ꎬ仿真效果真实感较强ꎮ基于纱线层次模型的模拟方法由于数据量庞大和计算复杂度高ꎬ往往模拟时间较长ꎬ为提高模拟速度ꎬ往往会采用数据驱动的思想ꎬ通过大量的数据来学习和模拟纬编针织物的特性ꎮ在此基础上ꎬＳｐｅｒｌ等[４２]通过数值均匀化的方法实现了纱线层次的纬编针织物动态模拟效果ꎬ使用大量的纱线层次模拟数据来建立针织物的势能密度模型ꎬ用能量密度函数在薄壳模拟器中计算织物的力学行为ꎬ模拟出针织物的高度变形性和各向异性ꎮ同时ꎬ此方法完全基于模拟ꎬ不需要任何真实世界的实验及数据ꎬ不过对于织物的撕裂及抽丝等行为无法模拟ꎬ其与直接进行纱线层次仿真的效果的比较如图１１所示ꎮ为了预测不同针织物的物理特性ꎬＳｐｅｒｌ等[４３]通过逆向建模的方法将真实世界中针织物的力学行为转化为纱线层次的仿真模型ꎮ首先建立了涵盖各种类型针织物的物理特性ꎬ如刚度㊁非线性和各向异性的数据库ꎬ然后开发了可以将真实织物数据转换为纱线层次模拟的系统ꎬ并且将织物数据进行降维处理ꎬ以快速生成近似的纱线层次模拟结果ꎬ但此方法是基于纯棉和涤纶等纤维制成的针织物数据集进行训练和评估的ꎬ因此对于其他纤维的应用需要重新评估和调整ꎮ图１１㊀直接纱线层次仿真与均匀化连续模型仿真比较Ｆｉｇ.１１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｙａｒｎ￣ｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｄｃｏｎｔｉｎｕｕｍｍｏｄｅｌｓ纱线层次模型是一种基于物理学原理的模拟方法ꎬ能够模拟纬编针织物的组织构成和微观结构对其宏观性质的影响ꎮ这种模型能够更准确地０６２ 现代纺织技术第３１卷预测织物的力学行为ꎬ在纺织工业㊁服装设计和计算机图形学等领域具有广泛的应用前景ꎮ纱线层次模型的建立和求解过程相对复杂ꎬ这导致该模型的计算量通常较大ꎬ模拟时间较长ꎬ尤其对于大规模㊁复杂结构的织物系统来说ꎬ计算成本较高ꎮ此外ꎬ纱线层次模型对于某些织物行为ꎬ如撕裂和抽丝等ꎬ可能无法进行准确模拟ꎮ２.４㊀基于有限元模型基于有限元模型的纬编针织物物理仿真方法可以将织物抽象为一系列的网格单元ꎬ并基于有限元方法建立针织物的物理模型ꎬ包括纱线弯曲㊁张力和接触力等ꎮ有限元分析是一种数值分析方法ꎬ通过将复杂的结构划分成许多小的有限元ꎬ对每个有限元进行计算和分析ꎬ然后将这些小的有限元组合起来ꎬ得到整个结构的计算结果ꎮ由于解析方法较难模拟出纬编针织物的复杂结构和各向异性ꎬＶａｓｓｉｌｉａｄｉｓ等[４４]将织物表示为由多个圆柱体组成的三维网格模型ꎬ每个圆柱体代表一根纱线ꎬ通过将材料参数㊁几何参数㊁力学参数等输入到有限元模型中ꎬ图１２所示为有限元模型网格ꎬ模拟出织物在不同加载条件下的应力应变行为ꎬ但模拟的假设条件过于理想ꎬ且织物类型较为单一ꎮ图１２㊀单元网格划分Ｆｉｇ.１２㊀Ｍｅｓｈｅｄｕｎｉｔｃｅｌｌ为了模拟具有负泊松比的网状经编纬编混合织物的变形行为ꎬＷａｎｇ等[４５]通过计算机扫描获取了织物外层结构的精确几何形状用以生成几何模型进行网格划分ꎬ然后建立有限元模型对织物在经向和纬向拉伸的变形行为进行模拟ꎬ获得与真实织物较为一致的仿真结果ꎮＭｃＫｅｅ等[４６]通过建立单面纬编针织物的有限元模型ꎬ模拟布料在弹道载荷下的应变㊁应力和变形等力学响应ꎬ以加强对单面针织物的物理性能和防护能力的了解ꎮ为预测针织紧身服压力ꎬＧｈｏｒｂａｎｉ等[４７]使用有限元模型来模拟含有弹性纬线的双面纬编针织物的拉伸性能ꎬ并评估沿经向的应力分布ꎬ模拟结果较为准确可靠ꎮＷａｄｅｋａｒ等[４８]提出一种使用有限元模型对纱线层次几何模型进行分析和模拟的方法ꎬ可以模拟出不同的平针针织物结构及其物理性能ꎬ但是无法模拟其他的织物类型ꎮ针对纬编针织物形变规律问题ꎬ郝志远等[４９]通过均匀化理论建立宏￣细观线弹性数学模型ꎬ使用有限元模型计算两种不同的纬平针织物在双向拉伸下的变形行为ꎬ可快速获得较准确的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型较单一ꎮ孙亚博等[５０]通过三维建模软件建立纬平针单位线圈模型和筒状针织物模型ꎬ利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行模拟ꎬ分析筒状针织物在纵向拉伸时的力学性能ꎬ可准确模拟出纬平针织物拉伸时的变形行为ꎬ图１３所示为筒状针织物拉伸时模拟效果ꎮ图１３㊀筒状针织物拉伸时模拟效果Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｔｕｂｕｌａｒｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃｄｕｒｉｎｇｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ在研究纬编针织物时ꎬ有限元模型可以对纱线㊁线圈和织物之间的相互作用进行分析ꎬ提供高精度的模拟效果ꎬ可以帮助研究者更好地了解针织物在应力下的形变和应变情况ꎬ为设计优化提供依据ꎮ建立精确的有限元模型需要大量的计算资源和时间ꎬ需要对织物的细节进行详细建模ꎬ建模具有一定的难度和计算复杂性ꎮ１６２ 第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展。
纬编针织物线圈的三维模拟及变形实现
纬编针织物线圈的三维模拟及变形实现针织物的仿真技术已经得到了纺织领域的关注,对经、纬针织物的二维线圈及一些三维线圈的仿真已经有了一定的发展,但对三维线圈模型线圈与线圈之间的牵扯而产生力的表现形变的研究却很少。
本文以Peirce经典纬编模型为基础,通过对纬编针织物的基本线圈单元(成圈、集圈、浮线、移圈)进行几何结构分析利用三角函数构建线圈曲线段的数学模型利用曲线段的组合来拟合线圈屈曲形态,以线圈模型为基础运用计算机图形学设计原理结合OpenGL(Open Graphics Library)图库利用二维网格模拟由线圈构成的部分织物并关将网格单元与线圈单元动态关联实现线圈受力变形模拟,通过用线圈结构图设计纬编织物实现了从数组到意匠图再到结构图的便捷而直接的仿真,使纬编织物的仿真更直观、快速、准确。
本文首先将一段完整的线圈模型切分成若干以控制点为端点的曲线,用三角函数方程来建立曲线的屈曲形态并利用控制点将曲线以拟合成线圈,运用这种方法来绘制各种能满足纬针织物的线圈模型。
利用二维数组的方法,将各种状态的线圈存储在数组之中通过数组排列实现对织物结构的基本模拟,将线圈与二维网格单元动态关联,利用改变矩形单元不同端点区域的位移拉扯矩形单元周围的单元来实现织物上线圈的变形。
最终是利用OpenGL的图形工具结合以上原理,完成纬针织物三维动态仿真。
本课题成功的表示了线圈形变的三维图形,使得通过改变线圈的屈曲角度、长度、尺寸以获得各种相互关联线圈互相拉扯而产生变形效果得以实现。
当线圈发生形变,线圈周围将发生相应的形变,如果一个目标线圈被纵向拉伸那么纵向线圈将会相应的被拉伸,理论上目标线圈左右的线圈将会相应的变宽。
这种对三维线圈模拟的改进理论使得下机织物线圈之间牵扯变形的效果得到提高,改善对针织物设计的可预见性,并且使得织物设计更加高效和准确,极大的缩短生产周期,节省生产成本。
纬编针织物组织结构的三维建模方法研究
纬编针织物组织结构的三维建模方法研究王旭;孙妍妍【摘要】以3DS Max软件为例,探讨了针织物组织结构的三维建模方法.根据Pierce模型理论,确定了表达线圈轴线空间弯曲形态的控制点并基于非均匀有理B 样条函数插值建立曲线,结合3DS Max软件的截面曲线放样技术实现了线圈的建模.按照线圈的形成规律,实现了纬平针、罗纹组织的三维建模.研究表明,基于非均匀有理B样条函数插值及截面曲线放样技术,可以方便地实现针织物三维模型的建立.【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(026)003【总页数】5页(P6-10)【关键词】针织物;三维建模;非均匀有理B样条;曲线放样【作者】王旭;孙妍妍【作者单位】纺织面料安徽省高校重点实验室安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000;纺织面料安徽省高校重点实验室安徽工程大学纺织服装学院,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】TS107针织物组织的三维建模研究，对于分析线圈相互串套关系、理解针织物的形成过程及外观模拟具有十分重要的意义.随着CAD技术的发展，采用计算机三维软件进行针织物结构的建模，已受到了国内外学者的重视，主要的研究方法包括线圈模型的建立及运用三维软件如OpenGL或3DS Max等进行不同针织组织的三维模拟.吴周镜等[1]在Pierce模型的基础上引入了B样条及椭圆描述线圈，结合OpenGL和VC++对纬编针织物结构进行了三维模拟.刘夙等[2]在Pierce模型的基础上将线圈模型进行分段参数化处理，实现了对纬平针织物的计算机三维模拟.张克和等[3]认为不同组织的针织物线圈在结构上存在差异，提出了纱线极限密度排列的线圈模型，并对纬平针、罗纹及双反面等组织进行了三维模拟.史晓丽等[4]将线圈看成一个均匀对称的实体结构，将线圈分为直线段、针编弧和沉降弧分段进行建模，实现了纬平组织的三维模拟.兰振华等[5]在Leaf-Glaskin模型的基础上建立了线圈模型，并基于OpenGL和Delphi实现了针织物的参数化三维建模.上述基于VC++或Delphi结合OpenGL图形函数库模拟针织物的方法建模和编程均较复杂.部分研究者采用3DS Max软件进行建模.3DS Max软件具有操作方便、易于掌握、应用广泛等优点，在机织物三维建模方面已有应用，取得了较好的模拟效果，如顾平等[6-7]采用3DS Max软件对平纹、斜纹、缎纹及方格组织等机织物进行了三维模拟.此外，3DS Max软件在针织物动态模拟方面也具有较好的效果[8].本研究在基于3DS Max软件进行机织物三维模拟的基础上[9]，结合Pierce模型理论和对实物进行测量确定了线圈轴线型值点，并基于非均匀有理B样条(NURBS)函数插值建立了曲线，结合3DS Max软件的截面曲线放样建立了线圈模型，最终按照线圈串套规律，采用阵列复制实现了纬平针及罗纹组织结构的三维建模.纱线在针织物内的几何形态较为复杂，线圈是针织物最小的结构单元.因此，对针织物组织结构的三维建模通常先建立线圈的三维模型，再根据线圈串套规律建立整个针织物组织的三维模型.线圈的三维建模包括纱线截面和线圈屈曲形态的确定，其中纱线截面的典型模型有圆形、椭圆形(Peirce)、跑道形(Kemp)及凸透镜形(Byun)等；线圈的屈曲状态通常用纱线轴线的空间曲线表示，可根据线圈屈曲高度和纱线直径的关系确定一系列型值点，并运用函数插值建立曲线.通过给定型值点插值的方法建立曲线是针织物线圈模拟中的常用方法.其中，NURBS样条曲线因具有可局部调整的灵活性且能较好地表征针织线圈轴线形态而被广泛采用[10].NURBS曲线由控制顶点和样条基函数确定，已知n+1个控制点Pi( i =0, 1, 2, …，n)，则k+1阶NURBS曲线可用式(1)表示：式中，k为幂次，Wi为与控制顶点Pi相对应的权因子，Ni,k (u) 为k次样条基函数.通常可采用三次NURBS样条曲线建立不同纬编针织物线圈轴线的空间形态，并结合曲线截面放样的方法模拟实际针织线圈的立体结构形态.本研究采用纬编针织物中应用较为广泛的Pierce模型进行线圈的三维建模.Pierce 模型认为，线圈截面为圆形且线圈中纱线粗细均匀一致、左右对称，线圈由针编弧、沉降弧和圈柱构成.线圈模型参数包括纱线直径d，线圈高度h，线圈宽度w和线圈厚度t.针织物模型参数包括圈距A与圈高B，分别表示横列和纵行相邻线圈对应点的距离.根据上述分析，运用3DS Max软件建立针织物的三维模型包括4个步骤：①纱线截面形状的确定；②纱线轴线的屈曲形态曲线的确定；③以纱线轴线为放样路径对纱线截面进行放样建模，形成线圈的三维模型；④根据针织物线圈的串套规律，对线圈进行阵列复制操作，形成针织物组织结构的三维模型.2.1 纬平针组织结构三维建模图1为某羊毛衫纬平针组织实物扫描图，可发现纬平针组织线圈配置具有定向性，正面每一线圈具有两根与线圈纵行配置成一定角度的圈柱，织物反面每一线圈具有与线圈横列同向配置的圈弧.根据图1显示的纬平针组织实物扫描图,建立纬平针线圈三维模型.为简化分析，假定纱线截面为圆形直径d且在整个线圈中保持不变.根据纬平针线圈的几何特点并结合相关文献，取线圈轴线型值点13个，分别为N1，N2，…，N13，如图2所示.N1和N13为沉降弧最低点，即线圈的起始点和终止点;N3和N11是圈柱和沉降弧的连接点;N5和N9是圈柱和针编弧的连接点.从顶视图看，曲线关于针编弧顶点N7左右对称.从左视图看，圈柱部分的型值点N3～N5及N9～N11在一个平面上，其在z方向上高于沉降弧和针编弧的型值点约为0.5d.根据图1所示，实际纬平针组织在自然状态下线圈间存在一定程度的挤压，结合实物测量，可定义圈距为3.2d、圈高为2d、厚度为1.5d.根据纱线直径和线圈的几何关系，可确定各型值点的坐标，见表1.根据线圈型值点坐标，可运用3DS Max软件提供的NURBS曲线功能建立线圈轴线，并选择纱线截面形状为圆形，按照曲线截面放样方法建立纬平针线圈的三维实体.根据圈距w和圈高h，按照阵列方法即可产生纬平针组织结构的三维模拟图，图3是按照纱线直径d=0.8、圈高h=1.6、圈距w=3.2得到的纬平针组织结构三维模拟图.2.2 罗纹组织结构三维建模罗纹组织是正反面线圈纵行方向以一定组合相间配置而形成的纬编组织.图4是某羊毛衫1+1罗纹组织的实物扫描图.该组织正面线圈和反面线圈纵行1∶1配置，其最小单元由一个正面线圈和一个反面线圈构成.由于正面线圈和反面线圈不在一个平面上，沉降弧须由前向后再由后向前地将正反面线圈相互连接.由于沉降弧弯曲和扭转的回复作用，造成自然状态下罗纹组织两面线圈纵行相互毗连，即无论正面或反面只能看到由圈柱构成的正面线圈纵行.当罗纹组织受横向拉伸时，两面均可看到正面线圈纵行和反面线圈纵行的交替配置.根据图4显示的罗纹1+1组织实物扫描图建立罗纹1+1最小单元的线圈三维模型，见图5.令纱线截面为圆形直径d.根据纬平针线圈几何特点并结合相关文献，取线圈轴线型值点23个，分别为N1，N2，…，N23，其中N1～N12为正面线圈，N12～N23为反面线圈，点N12为正反面线圈连接点.正面线圈中N3和N10是圈柱和沉降弧的连接点，N5和N8是圈柱和针编弧的连接点，反面线圈中N14和N21是圈柱和沉降弧的连接点，N16和N19是圈柱和针编弧的连接点.从前视图看，正反面线圈圈柱部分处于两个平面上，正面圈柱部分的型值点N3～N5及N8～N10在一个平面上，其在z方向上高于沉降弧和针编弧的型值点约0.5d.反面圈柱部分的型值点N14～N16及N19～N21在一个平面上，其在z方向上低于沉降弧和针编弧的型值点约0.5d.根据图4所示，在自然状态下罗纹1+1组织线圈间存在一定程度的挤压，结合实物测量，可定义圈距3.8d、圈高1.35d、厚度2.25d.根据纱线直径和线圈的几何关系，可确定各型值点的坐标，见表2.根据线圈型值点坐标，运用3DS Max软件提供的NURBS曲线功能建立线圈轴线，并选择纱线截面形状为圆形，按照曲线截面放样方法，建立罗纹1+1线圈的三维实体.根据圈距w和圈高h，按照阵列方法，即可产生罗纹1+1组织结构的三维模拟图，图6是按照纱线直径d=1、圈高h=1.35、圈距w=3.8得到的罗纹1+1组织结构三维模拟图.其他非1+1罗纹可以用类似方法根据正面线圈和反面线圈的配置比例建立相应的最小线圈单元，结合阵列方式产生三维模拟图.通过3DS Max软件平台，探讨了针织物组织结构的三维建模方法.研究表明，基于型值点NURBS插值方法建立线圈轴线，结合纱线截面曲线放样和阵列复制方法，可以快速方便地实现针织物组织结构的三维建模，对于分析线圈的相互串套关系、理解针织物的形成过程及外观模拟具有较好的参考价值.目前的研究主要采用交互式方法，建模效率有待进一步提高.此外，本研究仅考虑了线圈在理想化截面的静态建模过程，今后的研究重点在运用3DS Max软件的Maxscript语言建立参数化程序，实现根据参数自动产生具有非理想截面的线圈及针织物组织结构的三维模型及其动态变化，以提高建模效率和表征能力.【相关文献】[1] 吴周镜，宋晖，李柏岩，等.纬编针织物在计算机中的三维仿真[J].东华大学学报：自然科学版，2011，37(2)：210-214.[2] 刘夙，龙海如.纬平针织物的计算机三维模拟[J].纺织学报，2007，28(12)：41-44.[3] 张克和，方园.针织物结构研究与计算机仿真[J].浙江理工大学学报，2006，23(1)：8-12.[4] 史晓丽，耿兆丰.针织三维效果仿真的研究及实现[J].东华大学学报：自然科学版，2003，29(3)：47-50.[5] 兰振华，祝双武，尉霞，等.针织物三维仿真新方法[J].针织工业，2010(4)：8-10.[6] 顾平，许家英.基于3DS MAX软件平台织物结构的三维模拟[J].丝绸，2012,49(11)：40-43.[7] 李昌玉，张瑞林，尹华.3DS MAX中通过NURBS曲线实现方格织物的三维结构模拟[J].工业控制计算机，2012,25(1)：73-74,76.[8] 邓婕，瞿畅，王君泽.基于3DS MAX实现针织基本组织编织的动态模拟[J].丝绸，2011,48(8)：27-30.[9] 王旭.机织物组织结构的三维建模方法研究[J].河南工程学院学报：自然科学版，2013,25(1)：6-10.[10]蒙冉菊，方园.NURBS样条曲线纬编针织物线圈结构的建模分析[J].浙江理工大学学报，2007,24(3)：219-224.。
纬编针织物三维仿真系统的开发
纬编针织物三维仿真系统的开发瞿畅;王君泽;李波【摘要】The current pattern preparation system of computerized flat knitting machine usually doesn＇t have the three-dimensional (3-D) knitted fabric simulation function. In this paper, the 3-D simulating method of knitted fabric is studied by introducing the virtual reality ( VR), and a 3-D simulation system of weft knitted fabric is developed. Based on a 3-D loop model, 3-D parametric simulation of the weft knitted structure is realized by using the parametric method and virtual reality modeling language (VRML). The simulated images can be observed from any view, and translated, scaled and rotated quite conveniently. By using Java and EAI technology, the web-based interactive simulation module of weft knitted fabric is established. The user can input basic fabric parameters such as type of structures, yarn colors and yarn diameters interactively to obtain a more realistic simulation result in real-time. The key technologies including 3-D loop model and its visualization, 3-D parametric simulation of the weft knitted structure and interactive design on network are described. Some examples of fabric simulation are given.%针对现有电脑横机花型准备系统缺乏三维花型模拟和针织物仿真功能等问题,将虚拟现实技术应用于针织物三维仿真研究,开发了纬编针织物三维仿真系统.系统以建立的三维线圈模型为基础,运用参数化设计方法和VRML语言,实现了织物组织的三维参数化仿真设计,仿真图像可多视角观察,任意平移、旋转或缩放.运用Java语言和VRML的EAI 接口技术,实现了三维仿真图像的网络动态交互设计,用户可在网络环境下交互输入针织组织类型、纱线颜色、纱线直径等织物基本参数,实时获得织物三维仿真图像.详述了系统开发中线圈三维模型与可视化、针织物组织三维参数化仿真、网络交互设计等关键实现技术,并给出了运行实例.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】5页(P57-61)【关键词】针织物;三维仿真;虚拟现实;网络【作者】瞿畅;王君泽;李波【作者单位】南通大学机械工程学院,江苏南通226019;南通大学机械工程学院,江苏南通226019;南通大学机械工程学院,江苏南通226019【正文语种】中文【中图分类】TS181.8;TP391.9作为电脑横机的灵魂，电脑横机花型准备系统的作用是设计织物的花型、组织横机工作的各类控制信号、生成电脑横机可读数据文件等［1］。
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第 ２ 卷 第 １ 期 ８ ２
２ｏ Ｏ ７年 １ ２月
纺
织 学 报
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ． ２ １２ １
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｅ ｔｅ Ｒｅ ｅ ｒｈ ｏ ｒ ａ ｆＴ ｘｉ ｓ ａｃ ｌ
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串套的效果。 关 键 词 纬 平 针 织 物 ； 圈 模 型 ；Ｏ ｅ Ｇ ；三 维 模 拟 线 ｐｎ Ｌ 中 图 分 类 号 ：Ｓ ８ ． Ｔ １１８ 文 献 标 识 码 ： Ａ
Ｔｈｒ ｅ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｏ ｐ ｅ ｉ ｅ － ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｃ ｍ ｕｔ ｒ ｓｍｕｌ ｔｏ ｆ ｐ ａ ｎ ｗｅ ｔｋ ｉｔ ｄ ｆ ｂ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｉ ｆ ｎ ｔｅ ａ ｒｃ
纬 平针 织 物 的计 算 机 三维 模 拟
刘 夙 ， 海 如 龙
（ 华大 学 纺织学院 ， 海 东 上 ２ １２ ０ ６ ０）
摘 要 为 探 索 计 算 机 模 拟 纬 平 针 织 物 的 新 方 法 ， 加 真 实 地 反 映 其 三 维 结 构 ， Ｐｅ ｅ 维 纬 编针 织 线 圈模 型 的 更 在 ｉｃ 二 ｒ 基 础 上 ， 据 针 织 物 空 间几 何 结 构 的 特点 ， 立 了三 维 几 何 线 圈 模 型 。 它 由几 段 用 参 数 方 程 表 示 的 空 间 圆 弧 和 曲 根 建 线 连 接组 成 ， 过 Ｏ ｅ Ｇ 通 ｐｎ Ｌ程 序 设 计 和 库 函数 中 的球 体 模 型 ， Ｖｓａ Ｃ＋ ＋编 程 环 境 下 实 现 该 线 圈 模 型 。 研 究 和 在 ｉ ｌ ｕ 模 拟结 果表 明 ， 用 这 种 建 模 和 实 现 方 法 ， 需 消 隐 处 理 ， 较 为 逼 真 地 显 示 出 纬 平 针 织 物 线 圈 在 三 维 空 间 中 相 互 采 无 可
针 织物 的仿 真和 图案 效果 的模 拟是 羊毛 衫计 算 机 辅助 设计 （ Ａ 中一 个 重要 的组 成部 分 。早 期 的 Ｃ Ｄ）
连直 线模 型 、 圆弧 切 直 线 模 型 ， 中较 为 常 用 的 是 其 Ｐｅｃ 的 二维 线 圈模 型 （ 图 １ 示 ） 。这 个 模 型 ｉ ｅ ｒ 如 所
ｃｒｕ ｔｎ ｅｂ ｅ ＧＬ ｄ ａ ｎ ｏ ａ ａ ｄ ｔｅ ｓ ｈ ｒｉ ｅ ｈｎｑ ｅ ｉ ｔ ｌｂ ａ ｕ ｃｉｎ ｉｃ ｍｓａ ｃ ｙ Ｏｐ ｎ ｒｗｉ ｇ ｐｒｇ ｍ ｎ ｈ ｐ ｅ ｏｄ ｔｃ ｉｕ ｎ ｉ ｉ ｒｒ ｆ ｎ ｔｏ ｓ．Ｔｈ ｒｓ ｌ ｆ ｒ ｓ ｙ ｅ ｅｕ ｔｏ ｒｓ ａ ｃ ｎ ｏ ｕ ｅ ｉ ｌｔｏ ｎ ｉａｅ ｔ ａ ｈ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔｎ ｔ ｏ ａ ｉ ｅ ｖｖｄ ｅｆ ｃ ｆ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｔｒｓｍｕ ａｉｎ ｉｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔｅ ｍｏ ｅｉ ｎ ｍｐ ｅ ｎｉ ｇ ｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｇｖ ｉｉ ｆｅ ｔｏ ｎ ｐａｎ ｋ ｉ ｅ ａ ｒｃ ｗｉｈ ３ Ｄ ｎｅ ｍｅ ｈ ｄ ｌｏ ｓｗｉ ｏ ｔｔ ｅ ｎ ｅ ｆｃ ｎ ｅ ｍｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓｎ ｌ ｉ ｎｔ ｄ ｆ ｂ ｔ － ｉｔｒ ｓ ｅ ｏ ｐ ｔ ｕ ｈ ｅ ｄ ｏ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｈ ｌ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉｇ．