机织物结构与外观的三维模拟研究-纺织工程专业论文.docx

机织物结构与外观的三维模拟研究摘要 机织物结构与外观的三维模拟研究 摘要 现有机织物CAD系统的外观模拟功能可以快速获取所设计织物的 外观效果，但只适合模拟部分织物，其二维模拟图像的真实感不好， 已经不能满足设计人员越来越高的要求。用三维图像真实模拟任意机 织物的外观已成为新的研究方向和潮流。 、 ， 、、{为了开发机织物CAD三维模拟软件，必须建立适合各种机织物的 ＼、 结构模型，精确计算机织物结构，得到纱线的空间构型。论文首先回 顾了依照传统的计算机织物结构的Pierce模型建立的基础和计算公 式，指出了其特点和不足之处。作为改进，提出了以浮长线为基础来 研究机织物结构和外观形成原理。因为织物组织始终是影响织物结构 的最重要因素，织物组织变化，组织中的浮长线的长度和浮长线的分 布也将随之变化。通过分析，浮长线有如下作用： 1在织物表面形成凹凸和明暗效应。织物组织的浮长长度不等， 使纱线离开中心线距离不等，织物表面凸起程度不同。组织点浮长标 度大，则在空间垂直高度高，组织点浮长标度小，高度低。纱线的较 高部分接受光照充分，亮度高；而照射到较低部分的光线容易被遮挡， 亮度低。纱线在空间位置的高低不同是使织物具有立体感的最主要因 素。 2使同浮长覆盖下的纱线聚拢和不同浮长覆盖的纱线分离。正常 织物中，纱线在应力作用下有收缩的趋势，使被浮长线覆盖并拉拢的 织物中，纱线在应力作用下有收缩的趋势，使被浮长线覆盖并拉拢的 另一系统的若干根纱线距离减小甚至紧密接触，长浮长线的中点受两 侧的挤压力大致均衡，位置基本保持不动，同浮长内中点的组织点向 中央靠拢。由于几根相邻纱线的高度可能不同，使它们投影在平面上 的中心距更近(即浮长线的拉拢作用)；同时，由于交织，又使得与 相邻浮长线所覆盖的另一系统的几根纱线分隔开(即分离作用)。 3使得相邻纱线重叠。当相邻纱线在空间的高度差大于纱线的直 径时，在密度较大情况下就会产生重叠。重纬组织、重经组织和多层 组织长浮长和相邻纱线的短浮长不交叉，短浮长被长浮长所包含，短 浮长上任意一点的垂直方向上的高度值要比相邻的长浮长上对应的 点的高度值要小，使得纱线在织物中可以重叠。 根据浮长线原理，织物中纱线的分布不一定与组织图中的纱线排 列一样均匀，纱线可能移位，组织图上各个组织点在经、纬纱上的位 置会受到相邻若干根浮长线的影响，它或者在布面的前后左右移动， 或者在布面突出或凹陷，甚至在垂直布面的上下形成高度差而重叠。 了解了机织物的结构和外观形成原理，有助于建立新的织物结构 模型。根据浮长线原理判断机织物的层数，提出浮长标度、偏移系数 和凹凸系数等概念，对Pierce的结构计算公式进行修正，设计一系 列经验公式，结合纱线密度、纱线直径、纱线的压扁系数等计算各个 组织点的位置。为了考虑浮长线之间的相互作用，采用几何造型上经 常采用的三次B样条曲面来构造纱线在织物中的空间形态。 为了逼真地在计算机屏幕上显示织物的3D图像，按照计算机图形 学原理，在OpenGL三维图形系统中采用Gouraud模型建立织物表面 学原理，在OpenGL三维图形系统中采用Gouraud模型建立织物表面 纱线的光照模型。根据光源的强度、色相、光源的位置结合纱线的材 料、颜色、结构、表面粗糙度、捻度和纱线在织物中的位置研究织物 表面颜色明暗变化规律，并最终模拟机织物的外观效果弃／ ／ 通过本研究方法模拟的各种机织物外观的3D模拟效果图和其他 学者用传统的Pierce模型模拟的3D效果图的对比，可以得出结论： 用浮长线结合B样条函数的方法计算机织物结构的方法要优于 Pierce模型，课题的研究达到了预期的结果。 关键词： 机织物、CAD、外窥知图案、三维模拟图像、Pierce模型、计算 机图形学、OpenGL系统、B样条曲线、浮鳝强 ／ Research Research on 3D lmitation for Displaying S#ucture and Paflern of Woven Fabric Abst．raot Jn recent years，fabric designers are now unsati sfied with the CAD／CAM system for woven fabric，for it i s not abIe to provide a I i ve image of the appearance and pattern of the fabric designed，and the system can onIY di spI ay part of the fabrics with 2D image Therefore，the software engi neers are trying to de