纬编针织物真实感建模与仿真进展

为了促进针织物模拟仿真领域的进一步研究和发展，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。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，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，到基于三维物理模型方法的转变和多样化发展过程。在总结各种模拟方法及其应用特点的基础上，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、模拟实时交互化、织物类型多样化和应用领域多元化的方向发展。     

纬平针织物的计算机三维模拟

为探索计算机模拟纬平针织物的新方法,更加真实地反映其三维结构,在Pierce二维纬编针织线圈模型的基础上,根据针织物空间几何结构的特点,建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线连接组成,通过OpenGL程序设计和库函数中的球体模型,在Visual C++编程环境下实现该线圈模型。研究和模拟结果表明,采用这种建模和实现方法,无需消隐处理,可较为逼真地显示出纬平针织物线圈在三维空间中相互串套的效果。     

基于OpenGL改进算法织物线圈模型三维仿真

为了实现纬编针织物三维结构的建模与仿真,在研究纬编针织物线圈编织原理的基础上,采用OpenGL技术并改进算法实现对纬编针织物的快速建模。本文通过网格模型可以快速、准确地确定纬编线圈控制点的三维坐标。通过分段三次插值算法得到线圈三维空间模型的型值点坐标,再利用改进的弯曲管线生成算法,实现线圈三维模型的仿真。该方法借助OpenGL实现了计算与绘图的分离,极大地提升了绘制模型的速度。     

复杂曲面筒状纬编针织物的建模仿真研究

为了使筒状纬编针织物具有更加真实的模拟效果,为纺织CAD设计人员提供更加直观以及准确的工艺设计思路,文中提出通过NURBS建立筒状纬编针织物的三维模型,并根据圆形纬编针织机和纬编织物的特性进行网格划分,在划分得到的网格单元内设定控制点并建立线圈模型。运用OpenGL开放图形库和Visual Studio,在计算机上进行复杂曲面筒状纬编针织物的三维仿真,为纬编针织物的三维仿真提供思路。     

基于弹性杆理论的纬平针织物三维建模

基于前人研究的线圈弹性杆理论模型,研究了高性能纱线纬平针织物中线圈的三维几何形态。利用弹性杆模型计算得出纬平针织物线圈上的型值点,再采用三次B样条曲线插值对线圈的几何形态进行三维仿真,结果发现模拟出来的三维纬平针织物与纬编弹性杆模型有很好的一致性;同时通过实际编织的高性能纱线纬平针织物与弹性杆理论模型进行比较,发现刚性链类高性能纤维更适合于使用弹性杆理论。     

基于交织点改进弹簧-质点模型的纬编针织物动态变形模拟

为了对不同线圈单元组成的纬编针织物进行动态变形模拟,从而预设织物结构形态和加速面料设计流程。首先通过建立三维结构模型,获得了线圈中心线型值点和交织点之间的关系,并基于交织点改进传统弹簧-质点模型,得到了与纬编针织物适配度更高的变形模型,然后以交织点为桥梁关联结构模型和变形模型,通过NURBS曲线反算原理绘制线圈中心线路径,采用力学求解方法不断更新织物形态变化,使用计算机工具展现了关联模型的动态模拟过程,并举例展示了不同织物组织的变形模拟效果。模拟效果表明,建立的三维结构模型具有合理性与真实性,改进的弹簧-质点模型具有极高的适配性,基于交织点关联两者为后续模拟提供了支撑,采用NURBS曲线并通过力学求解等方法实现纬编针织物的三维动态模拟具有可行性。     

纬编针织物基本组织的计算机三维模拟

针对当前针织物模拟技术存在的缺陷及不足,探索计算机模拟纬编针织物的新方法。在Visual Basic环境下,以Pierce模型为基础,采用圆形截面,由三次B样条曲线模拟纱线路径,利用虚拟现实建模语言（VRML）实现纬编针织物线圈及基本组织的计算机三维模拟。模拟结果很好地表现了针织组织在空间的串套关系以及整体效果,可通过网络浏览器直接进行浏览;模拟图像便于网络发布,并可动态对其进行任意的平移、缩放、旋转等操作。     

基于TexGen的筒状纬编针织物的三维仿真

为建立筒状纬编针织物三维几何模型,突出其立体感,以传统的二维Pierce线圈模型作为织物在其厚度方向上的投影,利用几何关系得到能描述纬编针织物纱线形态的15个节点及其二维坐标值的计算方法,再将织物厚度方向扩展为节点坐标的第三维度,根据节点位置的不同得到其三维坐标值,基于这些节点在TexGen软件中使用Bezier样条曲线建立织物的纱线轨迹,再以指定的纱线横截面形状扫掠轨迹,建立通用的筒状纬编针织物三维模型。模拟结果较好地表现了线圈的相互串套关系和织物的空间形态,且能为后续的有限元分析提供前处理工作。     

基于ABAQUS的筒状纬编针织物拉伸力学性能模拟

为更好地了解筒状纬编针织物抵抗拉伸变形的能力,基于对织物试样尺寸测量得到的几何结构参数,借助Rhino 3D建模软件建立了纬编针织物线圈模型和筒状纬编针织物模型;同时利用有限元分析软件ABAQUS在单位线圈和筒状织物2个方面研究了筒状纬编针织物的纵向拉伸性能;对织物拉伸过程进行有限元模拟和实验验证,并对针织物拉伸过程中纱线形变和应力分布进行探讨,将有限元仿真结果和拉伸实验结果进行对比分析。结果表明:筒状针织物纵向拉伸时,发生线圈转移和纱线伸长现象,其形变和应力变化的有限元分析结果描述准确,应力-应变数值计算结果与实验结果的差异在8%以内,证明有限元仿真的可行性。     

纬编针织物三维仿真技术的研究现状与发展趋势

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。     

三维纬编提花织物的计算机仿真及系统实现

针对三维纬编提花织物在仿真速度及真实感模拟等方面的不足,提出从曲面模型入手建立基于Unity3D平台的织物计算机仿真系统。通过三维织物的曲面数据采集和坐标数据统一,实现三维模型、纹理数据的建立和导入,针对复杂提花织物提出一种三因素模拟算法控制织物模型凹凸效果。确定下陷深度、迭代次数和影响范围3个参数,最大限度地与实际织物真实数据进行拟合。在此基础上结合三维引擎Unity3D实现三维模型数据与二维空间数据整合和三维虚拟展示。与线圈仿真相比较,该系统以织物真实数据为基础,可较好地实现具有三维效果的纬编提花织物的预测与仿真,且效率较高。     

纬编针织物线圈建模与变形三维模拟

为使纬编针织物具有更真实的力学效果和体积感,在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模。同时采用插值算法,在相邻型值点间插入两个新的型值点,用NURBS样条曲线连接线圈型值点,解决了NURBS不能穿过所有型值点的问题。为模拟股线的捻度,以此样条曲线为几何中心,用四根圆柱围绕,通过对相邻型值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,对圆柱进行相应的旋转变换。测量了真实线圈的形变量,分析出线圈形变量与质点位移量的关系来模拟线圈变形。用velocity-Verlet数值积分方法求解力学方程,计算各质点位移。借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和变形仿真。     

纬编针织物三维仿真系统的开发

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...     

纬编仿蕾丝织物的设计与仿真

为实现纬编仿蕾丝面料的快速设计,提出了花型意匠模型、编织意匠模型,并构建了二者之间的变换关系。在深入研究该织物各部分结构特征的基础上,建立了织物理想状态下线圈结构的基本模型,确定了线圈中各控制点的位置,并对线圈结构变形进行分析,得出了该类型织物线圈变形规律。利用VC++.net进行程序设计,实现了对纬编仿蕾丝面料的仿真。织物仿真在结合意匠信息的基础上还考虑到纱线原料的粗细、颜色等因素,具有较好的仿真效果。     

3D打印纬平针面料的制备

为研究3D打印服装面料中纬平针组织的结构,预测打印效果,促进针织面料数字化和智能化生产,将3D打印技术应用到针织面料设计和生产中。采用3ds Max软件,根据NURBS曲线建模的方法,结合Peirce线圈模型对纬平针组织进行三维模拟,通过模拟实现了3D打印纬平针面料的可视化,可预测打印效果。采用Repetier-Host软件,对模拟的3D打印纬平针组织模型切片,采用熔融层积成型技术,通过设置打印参数对模型切片数据进行打印,得到3D打印纬平针组织针织面料。结果表明:该打印面料的效果与模拟效果高度吻合,线圈之间嵌套关系明显,打印面料光滑平整,打印精度高,属于环境友好型面料。     

纬编绕经织物设计与三维仿真

为实现纬编绕经织物的设计与三维仿真,构建了花型意匠图模型、组织意匠图模型,并通过二者之间的变换关系得到织物的编织动作矩阵模型,将织物结构数字化存储。在深入研究这类织物结构特点的基础上,建立了织物理想状态下线圈结构的基本模型,确定了线圈中各型值点的位置,在Visual Studio平台上利用WebGL技术进行编程,实现对各类纬编绕经织物的仿真。此方法可有效解决此类织物因设计复杂暂未能系统实现设计仿真的问题。结果表明通过该方法可减少设计难度,得到较好的外观模拟效果,弥补了纬编绕经织物设计方法复杂、设计周期长、生产效率低的不足,拓宽了纬编绕经织物的市场应用。     

应用混色纱纹理信息的纬编针织物模拟

为研究数码混色纱纬编针织物的外观色彩及纹影的模拟方法,利用图像处理技术对采集的图像进行平滑去噪,得到剔除细节的模糊图像,在Lab 空间下运用彩色图像硬聚类算法对平滑后的图像进行聚类分割,得到混色纱主体图像,获取其左右的边界和中心线信息;然后在经典的Pierce 线圈模型的基础上,利用混色纱主体图像的廓线信息完成由纱线到线圈圈弧和圈柱的映射;最终根据不同组织的圈弧和圈柱的覆盖关系,得到基本纬编针织物组织。结果表明,提出的纱线映射线圈算法,通过织物组织结构及密度可模拟混色纱纬编织物的混色色彩及外观纹影。     

密度非均匀分布纬编针织物的变形预测及仿真

针对不同密度的纬编针织物组织结合形成的织物成品变形明显、成品效果预测难度大的问题,提出了一种密度非均匀分布的纬编针织物的变形预测及仿真方法。基于织物中不同密度成员织物组织的具体分布情况,提出了对应的织物弹簧-质点模型的初始状态的确定方法,在此基础上对质点进行受力分析并建立相应的力学微分方程,通过数值方法求解力学微分方程得到质点位置;基于二维Peirce线圈模型建立NURBS线圈模型,并确定曲线控制顶点和织物圈距、圈高的关系,进一步建立质点-控制点关联式;将质点受力偏移后的位置代入质点-控制点关联式,实现带有曲线线圈形态的密度非均匀分布的纬编针织物变形模拟;将织物仿真图与真实针织样品进行对比,结果表明仿真效果可靠。