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1、纺织学报第2 4 卷第4 期 3 6 9 - 【8 9 】 基于O p e n G L 的组织图三维模拟显示 诸葛振荣杜淑峰 ( 浙江大学电气工程学院杭州3 1 0 0 2 7 ) 摘要：介绍用。严n G L 技术开发组织图的三维模拟显示利用组织分层以及P e r 碑原理和O p e n G L 的特点，模拟显示组织图。 美词：O 呻n c L 三维模拟组织图分层原理 中圈法分类号：1 s1 0 5l l文献标识码：A 纺织品设计大致包括织物组织设计、配色模纹 设计、上机图设计、工艺计算等。织物组织可以用图 形来表示，这种表示织物组织的图形称为组织图。 但是组织图的二维显示很难表示组织的真正结
2、构， J H + u h 通过本程序的实际运行，同样得知：组合中齿轮 数目必须大于8 ，才存在船6 - 8 及u 。l 条件的 齿数组合，其与穷举算法结论相符台。故依据齿轮 组合选定最优条件，变换齿轮可选齿数组合所需的 最少齿轮数= 9 。 由穷举算法得出结果知，当齿轮数r = 9 时，所 有纬密齿轮组合能实现的最大适应度为O 5 1 6 9 0 8 ， 故本程序循环终止用最大适应度m a 蛳t n e s s = 0 5 1 6 9 0 8 。 3 2 遗传操作参数的确定 通过程序实际多次运行，确定了收敛速度较快 的遗传操作参数如表2 所示。 裹2 遗传操作参数 3 3 程序运行结果 使用上
3、面确定的程序运行参数，连续进行了3 0 次程序运行，每次均能快速收敛到适应度最大值 ( m a x f i t n e s s = 0 5 1 6 9 0 8 ) 的齿轮组合即全局最优解， 最短的运行时间为1 5s ，最长的运行时间为5 缸n ， 平均运行时间为8 0s 。获得很好的结果。 由运行结果知，在遗传操作参数确定合适的情 况下，使用遗传算法可在极短的时间( 1m i n 左右) 就 可找到全局最优解，这也充分显示了遗传算法的巨 大威力和其在齿轮组合优化方面的极佳适应性。 苏尔寿- 鲁蒂片梭织机上卷取机构的齿数组合 取1 5 、2 6 、3 4 、3 8 、4 2 、4 6 、4 9
4、、5 0 、5 l 、5 2 ，最大纬密偏差 为1 6 1 ，未实现纬密全部连续。利用遗传算法得 到所有齿数组合，在保证纬密覆盖范围的前提下，不 设计者要经过仔细分析才能得出织物的层次结构。 而一般初学者由于缺乏对织物三维结构的了解，往 往很难分析织物的结构。基于此目的，设计本软件 三维模拟显示组织图，能让设计者形象了解组织的 + “H o 一 仅所用齿轮数目少，而且均实现了纬密全部连续。 如最优齿数组合为1 6 、1 8 、1 9 、2 0 、3 4 、4 7 、5 3 、5 4 、5 5 的 各项指标均优于苏尔寿鲁蒂片梭织机上卷取机构 的齿数组合，如表3 所示。 裹3 齿数组台比较 4 结
5、论 1 遗传算法非常适合用于“纬密齿轮最优化” 问题，可在极短的时间内得到全局最优解，即实现了 用非常短的时间达到用时过长的穷举算法的同样最 优结果。 2 确定的变换齿轮可选齿数组合的齿轮少，对 纺织机械厂的制造加工和纺织厂的生产管理均有 利。 3 确定的变换齿轮可选齿数组合，不仅实现了 纬密全部连续，而且纬密分布均匀，各项指标均优于 现用齿数组合，具有一定的现实意义和广阔的推广 应用前景。 参考文献 】 周启拉变换齿轮选配原理及应用北京：中国纺鲷出版社 1 9 9 l 2 张敢无梭织造简明手册北京：中国纺织出版社，1 9 9 2 3 赵其明等连续式卷取机构变换齿轮最优组合的确定纺织学 报，2
6、 0 0 0 ( 1 ) ：3 9 4 王小平等遗传算法一理论、应用与软件实现西安：西安交通大 学m 版杜2 0 0 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【9 0 】3 7 0纺织学报第2 4 卷第4 期 三维结构。而且设计者也可以在此软件上设计修改 组织，本软件可以判断出组织设计的正确与否。 1 o p e n G L 的简介 人们发现复杂的数据以视觉的形式表现时是虽 易理解的，因而三维图形得以迅猛发展，各种三维图 形工具软件包相继推出，如P H
7、 I G s 、P E x 、R e n d e r M a n 等。这些j = 维图形工具软件包有些侧重于使用方 便，有些侧重于渲染效果或与应用软件的连接，但没 有一种三维工具软件包在交互式三维图形建模能 力、外部设备管理以及编程方便程度上能与o p e n G L 相比拟。 O D e n G L 经过对G L 的进一步发展，实现二维和 三维的高级图形技术，在性能上表现得异常优越，它 包括建模、变换、光线处理、色彩处理、动画以及更先 进的能力，如纹理影射、物体运动模糊等。0 p e n G L 的这些能力为实现逼真的二维渲染效果、建立交互 的三维景观提供r 优秀的软件工具。O p e n
8、G L 在硬 件、窗口、操作系统方面是相互独立的。 O 口e n G L 作为一个性能优越的图形应用程序设计 界面( A H ) 而适台于广泛的计算环境，从个人计算机 到工作站和超级计算机，O p e n G L 都能实现高性能的 三维图形功能。由于许多在计算机界具有领导地位 的计算机公司纷纷采用O p e n G L 作为三维图形应用程 序设计界面，( ) p e n G L 应用程序具有广泛的移植性， O p e n G I 已成为目前的三维图形开发标准，是从事三 维图形开发工作的技术人员所必须掌握的开发工具。 2 纺织组织工艺原理 2 1 分层原理 根据纬纱一般要比经纱粗，在视觉效果上纬
9、纱 的弯曲度要比经纱小，所以假设纬纱没有弯曲，只有 经纱围绕纬纱上下被动。 纬纱和经纱交织时，根据组织的不同，纬纱会分 层，也就是某根纬纱会置于另一根纬纱的上面或下 方。判断纱线层次的算法如下：1 ) 纬纱上的经线点 按组织循环中经纱数为一个单位来判断。2 ) 纬纱的 层次按一组纬线的根数作为织物的最大层数。如2 粗1 细的纬线，机织物最大层数为3 。3 ) 利用交叉 点数来判断纬纱重叠情况。如图1 所示，设一组经 线为6 根，组织图的2 经在l 纬上有1 经浮点，5 经 在2 纬上有1 经浮点，这样，1 纬和2 纬被2 ，5 经分 开而不能聚拢，故l ，2 纬不能形成重叠关系。如图1 ( b
10、 ) 、( c ) 、( d ) ，在一个经线组中，都没有两根经线交 叉的情况。此时，在第2 纬打来时，就会和第1 纬产 田匠 口口口 ( c 】【d ) 围1利用交叉点数判断纬纱重叠 生层叠关系。如组织图“b ) ，2 纬会压到1 纬上；组织 图1 ( c ) 、( d ) ，2 纬会沉到1 纬下方。4 ) 织物的第1 根纬和产生交叉关系后的第1 根纬的初值都置于织 物的第1 层。5 ) 接下来的经纬判断如前1 根的交叉 层叠关系。如交织，仍置于第一层；如层叠，根据经 线和纬线的关系，先上后下则2 纬置于1 纬上，先下 后上2 纬置于1 纬下( 全上全下不计) 的原则。6 ) 如 第2 纬和
11、第1 纬重叠，第2 纬还要判断其和第一纬 的前一根纬的交叉层叠关系。如交叉则停止判断， 层叠则还要继续判断，直到判断慢一组纬线。7 ) 在 处理层叠关系，对于纬线层次的统计，后纬位于前纬 上方，则后纬层次在前纬层次上加l ；后纬位于前纬 下方，后纬层次置为前纬层次，前纬层次加l 。8 ) 判 断在同一层的纬纱，在显示时可按纱线在同轴线在 同一水平面计。不同层次的纬线之间应留有相当的 空隙，以利于观察纱线交织关系。 2 2 P e i w e 理论 P e i r c e 假设织物内的经纬线是具有圆形截面、 既不可伸长又不可压缩的完全柔软的物体。因此， 在经纬线相互包覆屈曲之处，应具有圆弧形状，
12、其余 为直线段。图2 是平纹织物一个交叉单元的经向剖 面图。从图2 中可列出1 1 个独立变量，即屈曲渡高 ，、 。，几何密度P J 、m ，屈曲曲线的长度，、。，交 织角( 屈曲丝线相对于织物中心平面的最大倾角) 目、日。，丝线缩率c ，、C 。以及经纬丝线直径d ，、d 。之 和D 。因为本软件只是模拟组织的层次结构，所以 假设 。= 0 ( 即纬线无弯曲) ， ，= d + d 。为r 使 设计者更好地了解结构，把上下两层拉得很开。 3 程序的实现 首先实现纬线的分层，流程如图3 所示。然后 实现经线的描述，即每一根经线到底绕在哪一根纬 线上。这可由每一根经线上的经纬点的沉浮来决定 到底
13、此经线处在哪一层。 最后，运用o p e n G L 技术把组织用三维的形式显 示出来，用一个圆柱体套接起来的方式表示经纬线。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 堕塑堂堡翌望堂塑! 塑 ：! ! ! ：f ! ! ! r 寸 士 、， 一一。、入 藿 ! ，】，= ，飞粥 “ 岁舔 ? 峥1 。 圈2 织物几何结构的h 模型 圈3 纬线丹层流程图 4 软件的特点和组织模拟的效果 根据以上算法和O p e n ( 1 L 的技术，编制组织的 三维模拟软
14、件，硬件系统最低要求是P e t i u m 、内 存】2 8M ；软件环境要求W i n d o w s9 8 或2 0 0 0 操作系 统编程语言是v i s u a lc + + 6 O 。 本软件的特点是：1 ) 由于运用了O p e n c L 的技术 使得模拟的效果明显，图像清晰，立体感强，很好地 反映了纱线的空间结构( 参见图4 ) 。2 ) 可以任意旋 转、放大、缩小组织显示，可以从各个不同的角度看 组织的三维结构以及不同角度的光线对组织的影响 ( 如图5 ) 。3 ) 丁以选择每根纱线的颜色以及各根纱 线的大小( 如图6 ) 。4 ) 可以选择隐去任意纱线，可 以单独显示一根
15、纱线，就能更好的看清组织的结构 ( 如图7 ) 。5 ) 本软件可以进行组织编辑、组织的参 数的输入、上机界面以及设计的效果( 如图4 图 7 ) 。 田7 单独显示某些纱线 参考文献 J浙江丝绸工学院等编织物组筝 与纹织学( ：) 北京：中国纺织 出版社1 9 9 8 ：2 7 1 2 7 2 2孙渡编著o n G L 编程实例学习教程北京：北京大学出版 社2 0 0 0 ：l l O 3 乔林等编著O p e n G L 程序设计北京：清华大学出版社，2 0 0 0 ： 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark