织物与服装仿真技术进展

回顾近十五年来织物与服装三维模拟及仿真技术所取得的发展，着重综述以物理建模为出发点的三维织物及服装复杂变形形态模拟的主流技术及方法。     

织物和服装仿真模型的理论研究综述

总结了在织物和服装的仿真研究中的建模方法，其中着重阐述了非连续的物理仿真模型在织物以及服装中的应用，提出了进一步研究的方向。     

基于零曲率的轻柔织物建模与动态仿真研究

以往的织物建模与动态仿真方法大部分是从力学角度逐点地进行分析讨论,建模复杂,计算量大。针对轻柔织物的特点,结合基于黎曼几何意义下的曲面高斯曲率为零的特征,提出了一种新的轻柔织物建模与动态仿真算法。该算法运用波动学理论,借助脊波的随机产生来模拟轻柔织物的零曲率运动情况。并且在度规保持不变的前提下,提出了织物保长波方程。以脊波为最小单元,进行批量处理显示,经过仿真实验结果表明,该方法仿真效果逼真,计算效率得到很大的提高。     

基于WebGL的纬编提花织物三维仿真

为了实现纬编提花织物的三维结构仿真和虚拟仿真,在深入研究各提花类型编织原理的基础上总结其仿真结构特点。通过数学建模的方法,建立提花织物中常用的线圈几何模型、线圈型值点模型和平移模型,借助矩阵运算可根据织物组织快速计算线圈的空间坐标位置。采用WebGL技术和三维图形引擎库Three.js,根据型值点空间坐标实现了三维线圈结构的绘制和颜色渲染,截取提花织物三维仿真图作为纹理材质,利用纹理映射技术实现纬编提花织物三维虚拟仿真。以各类提花效应的三维仿真效果为例对仿真方法进行检验,结果表明矩阵模型可以实现线圈型值点坐标快速转换与计算,WebGL技术可实现三维结构仿真可视化从而准确描述提花织物结构特征,增强服装虚拟仿真的真实感。     

基于VRML的机织物结构三维仿真

在依据织物组织建立织物数学模型的基础上,构建了以圆形为纱线截面形态,3次B样条曲线为纱线屈曲形态的织物空间几何模型。借助VB和VRML开发工具,采用参数化设计方法,实现了单层织物组织结构的三维仿真。该三维仿真图像适宜于网络传输,资源共享,提出了一种网络环境下可以得到真实感较强的织物三维仿真图像的方法。     

平纹织物结构的三维仿真

随着计算机图形学的发展,织物结构的数字仿真是新出现的交叉学科及研究热点。在纺织服装检测领域,研究织物结构仿真模型对预测纺织品的力学性能、表观物理性能(起毛起球、光泽等)都具有重要的现实意义和理论意义,仿真模型逐渐成为理解复杂的织物检测试验现象的有力工具。在Peirce改进的椭圆纱线截面模型的基础上,基于织物的实际空间形态,采用微分几何分析织物的几何特征,推导出了织物表面各点坐标计算公式;编程采用Matlab软件,建立平纹织物结构的宏观模型,并对参数实现了程序控制;对模型进行了颜色插值和光照等外观效果处理。     

机织物CAD及三维仿真系统的研制

介绍织物CAD及三维仿真系统的结构和各模块的主要功能，研究复杂组织设计、织物结构几何模型建立和织物结构三维计算机图形仿真的实现方法。     

基于数字单元法的三维正交织物微观几何结构建模

为了反映织物内部纱线的空间构型和微观几何结构,针对在织物建模过程中,因忽略纤维间的相互作用而引起的纱线截面形状变化的问题,基于数字单元法理论,提出了一种计算纤维间摩擦力的方法。通过纱线纤维化离散,用数值模拟和仿真方法模拟三维正交织物成型过程,建立了5种精度递进的微观几何结构数值模型。5种模型中的每根纱线分别由4、7、12、19和37根数字纤维表征。研究结果表明:随着纱线纤维化离散程度的提高,仿真时间延长,织物厚度减小,纤维体积分数增大,节点平均作用力下降速度变缓,势能变小;当每根纱线由19根数字纤维组成时,所建织物的微观几何结构数值模型与真实织物样本在显微镜下的内部切片图像较为吻合。     

关于织物仿真技术的综述

系统地介绍了几种织物仿真技术的主要研究方法，对织物仿真模型的建立分别从几何方法、物理方法和混合方法3个方面进行综述，并对每种方法的主要优缺点进行了分析，阐述了现有技术存在的问题及其发展趋势。     

基于Web的织物结构三维参数化仿真

为实现基于网络的织物结构三维参数化仿真,运用虚拟现实建模语言(VRML)构建了织物的三维仿真模型,研究了Java Applet通过VRML的外部编程接口EAI对织物仿真场景进行交互控制的原理、方法和实现过程,并给出了运行实例.为进一步研究织物异地协同设计提供一种思路.     

基于弹簧-质点模型的织物仿真算法及其性能分析

目前织物仿真系统基本上都是以弹簧一质点模型为基础。根据织物内部结构和外部受力的特点，建立物理模型，计算模型在没有碰撞的情况下，动态的模拟织物从非平衡的受力状态到平衡的受力状态之间的全过程。文章首先分析了几种常用织物仿真算法如Ether算法、Midpoint算法和4阶Runge—Kutta算法，然后对各种算法的织物仿真性能进行了分析和比较。     

基于质点-弹簧模型的织物形象化仿真技术与展望

 针对基于质点-弹簧模型的织物变形仿真技术是当前织物仿真模拟的研究热点。本文首先简要综述了织物变形仿真技术的几种典型模型,着重阐述了由Provot提出的基于质点-弹簧模型的织物变形仿真方法。其次,着重从优化模型参数、提高模拟系统的稳定性以及减缓超弹性现象这三个方面介绍了基于质点-弹簧模型的优化手段,并分析比较各优化模型的优缺点,提出计算机视觉技术与算法应同织物的物理模型相结合的仿真思路。最后,对质点-弹簧模型的未来研究方向进行了展望,认为质点-弹簧模型应在建立仿真效果评价、提高模型整体性能与应用领域等方面有所深入,从而更加有效地帮助生产者或者设计者合理地选择和使用织物。     

二重组织织物计算机三维模拟的实现

探讨利用计算机进行二重组织织物三维模拟的实现方法.在建立二重组织织物计算机设计模型的基础上,依据其整数矩阵中各组织点的性质,基于织物结构的Peirce模型,利用虚拟现实建模语言(VRML),构建了二重组织织物结构的三维仿真模型.进一步结合Java语言编程,实现了表、里组织纱线颜色、光照等参数的网络交互设计.以经二重组织为例,进行了计算机三维模拟及网络交互设计.     

织造过程中织物和经纱张力的模拟

今天，许多织造过程可以通过数字模拟的方法加以验证。除了经典的机械动力学问题外，织物帮经纱张力同样是重要的研究课题。使用这些研究结论，可以解决织机的可靠性、振动、控制及执行机构和产品质量等问题。经纱张力的模拟不是一个新的课题，现提出与以往完全不同的新模型，目的是把包括传动和积极式控制装置在内的多部件系统（ＭＢＳ）的数字模拟方法与经纱和织物的简明的模型结合起来，以便对织物的形成过程进行全面的模拟。     

基于质点刚性杆模型的织物三维模拟

分析质点弹簧模型的基本原理、方法及其特性,将织物离散化成呈正方形分布的质点网格,把质点的弹簧连接变成刚性杆相连,并将作用在质点上的外力通过刚性杆直接传递到相邻质点上,构建了质点刚性杆模型。根据牛顿基本物理学定律,建立织物的力学方程,采用Verlet积分法对质点空间位移进行计算,利用Jacobi松弛算法保证质点间刚性杆的约束特性,实现对织物三维状态的模拟。同时,设置了空间物体,实现了织物对外界物体碰撞的简单处理,验证了模型对多约束叠加的适应性。该模型简单实用,其算法收敛稳定,并获得良好的实时效果。     

延川布堆画牡丹花纹样因子提取模型及应用

研究蕴含于布堆画十二生肖中的牡丹花纹样因子提取模型,科学合理地挖掘与提炼具有特色的牡丹花纹样因子,并结合实例验证该方法的可行性。整理与分析布堆画文化资料,选取十二生肖作品作为样本;构建基于样本的牡丹花纹样因子提取模型,通过对样本中牡丹花纹样形态进行层次结构的定量分析和对样本中牡丹花色彩进行像素化处理的定性分析,完成牡丹花典型纹样因子的提取。最后对布堆画十二生肖中典型牡丹花纹样的提取应用,验证了该提取模型的有效性,不仅提升设计对象的文化内涵,同时促进布堆画文化的传承和发展。     

基于运动轨迹误差分析的送料性能评估

针对缝制设备零部件装配误差导致其运动轨迹出现偏差,从而出现送布错位、缝料起皱和溜针等送料问题,提出了基于运动轨迹误差分析的送料性能评估方法。采用基于误差分析的特征提取方法提取各仿真模型和理想系统运动轨迹的误差特征指标,利用依赖于设计目标的客观赋值法分配权重,进行加权灰色关联模型关联度计算,构建了合理的运动轨迹误差特征指标体系和评价模型,并对某平缝机送料机构的运动轨迹进行了实例分析,依据其分析结果判别各装配误差模型相对理想系统的关联性,实现了送料性能优劣的评价,实例验证了所提方法的有效性和可行性。     

A novel approach for simulation of curling behavior of knitted fabric based on mass spring model

Edge curling is a unique property of knitted fabrics which affects on fashion such as using upper and side curling in cloth design. The purpose of this research is to present a new method to simulate drape behavior of knitted fabric considering difference between single and double jersey knitted fabrics. To this point, at first the bending and torsion moments that applied on the fabric edges and caused curling in single knitted fabric are determined. Also it demonstrated that these moments will be neutralized in double knitted and as the results, leads to a non-curling structure. Then, using the mass spring model, curling shape in fabric wale and course directions are simulated. To show efficiency of the proposed model, real 3D shape of single knitted fabric is compared with experimental results. Also, using the proposed model, the drape behaviors of single and double jersey knitted fabrics hanging from two fixed corners with different properties are simulated and then extend to simulation of skirt. Results of simulation are compared with 3D shapes of actual drape behavior in fabric samples which are achieved by depth camera. The simulated results show good agreement with 3D shapes of actual fabrics.     

有限单元法在织物悬垂仿真中的应用研究

以梁单元为模型，运用有限元法研究织物的悬垂性问题．建立了织物的模型进行理论分析，并进行了悬垂度仿真。仿真结果验证了模型 与方法的有效性，而且计算速度较快．     

基于图像方法实现虚拟环境漫游

虚拟环境漫游就是指用计算机生成逼真的视觉、听觉、触觉等三维场景 ,使得装备适当的用户可以通过专用设备 ,对虚拟环境中的实体进行交互式考查与控制 .实现虚拟环境漫游传统的方法是用三维图形学的方法实行建模与绘制 ,但受计算机硬件的限制 ,此方法难以达到好的效果 .基于图像的方法是实现虚拟现实环境的一种新方法 ,它克服了三维图形方法的缺点 .此外 ,还探讨了实现包含运动物体的虚拟场景的几种可行的方法 .