纬平针织物的计算机三维模拟.pdf

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1、第2 8 卷第1 2 期 2 0 0 r 7 年1 2 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e a r c h V 0 1 2 8N o 1 2 D e c 2 0 0 7 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 ( ) 7 ) 1 2 一0 0 4 l 一0 5 纬平针织物的计算机三维模拟 刘夙，龙海如 ( 东华大学纺织学院，上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要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P i e r c e 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

2、参数方程表示的空间圆弧和曲 线连接组成，通过o p e n G L 程序设计和库函数中的球体模型，在v i s u a lC + + 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。 关键词 纬平针织物；线圈模型；0 p e n G L ；三维模拟 中图分类号：码1 8 1 8文献标识码：A T h r e e - d i m e n s i o n a lc o m p u t e rs i m u l a t i o no fp l a i nw e f tk I I i t t e df

3、a b c U US u L O N GH a i m ( C 础紫矿7 h 胁，D o ，l g 溉妙，S 础f2 0 1 6 2 0 ，m i M ) A h t r a c th lo r d e rt oe x p l o r ean e wm e t h o dd c o m p u t e rs i H n d a t i o no np l a i nw e f tk n i t t e d 胁r i c 锄dt os h o wi t s r e a lt h r e e d i m e n s i o n a ls t m c t u r ；e ，b a s e do nP

4、i e l l c e s2 - Dw e f tk n i t t e dl o o pm o d e l 锄dt h ef e a t u r eo f k n i t 学e o f n e t I yc o j g u r a t i o ni ns p a c e ，a3 一Dg e o m e t r yl o o pm o d e li sc o n s t m c t e d C o m p r i s i n gs e V e r a ls p a t i a la r c sa n d c u n r e sr e p r e s e n t e db yp 锄m e t e

5、 re q u a t i o n s ，t h em o d e li s i m p l e m e n t e du n d e rt h eV C + +p 咿删【I l i n g c i I u m s t a n c eb yO p e n G Ld I a w i n gp m g m ma n dt h es p h e I D i dt e c h n i q u ei ni t sl i b I a r yf u n c t i o n s I h eI _ e s u l o f m a r c h 舳de o I l l p u t e rs i m u l a t

6、i o ni n d i c a t et h a tt h e 珊D d e l i n ga n di m p l e m e n t i n gm e t h o dc a ng i v e 、r i 、r i de 珏e c to f p l a i nk n i t t e df a c 诵t h3 - Di n t e 瑚e s h e d1 0 0 p s 诵t h o u tt l l en e e do fc o n c e a l m e n tp m c e s s i n g K e yw o r d sp l a i nw e f tk n i t t e d 胁r

7、i c ；1 0 0 pm o d e l ；o p e n G L ；t l l r e e d i m e n s i o n a lc o m p u t e rs i 眦l a t i 明 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( C A D ) 中一个重要的组成部分。早期的 羊毛衫C A D 软件比较侧重于对衣片工艺单的生成 这一部分，而之后的软件则增添了对织物组织模 拟以及试穿方面的功能，但是大多数软件的模拟效 果并不十分理想，仅限于产生一种平面的效果，这并 不能表现织物的真实感。要想达到一种比较逼真的 效果，首先应该从三维的角度构建一个线圈的模型。 本文使用O p

8、e n G L 【2 1 建立了三维针织平针线圈模型， 作为模拟纬平针织物的基础。 1 线圈模型的建立 在针织领域的研究中有不少线圈模型，如圆弧 连直线模型、圆弧切直线模型，其中较为常用的是 P i e r c e 的二维线圈模型( 如图l 所示) o 。这个模型 由直线与圆弧组成，能够代表线圈一定的特性，模型 的建立也比较简单，但是针织物是一个三维对象，用 三维的线圈模型表达可在计算机上得到最好的织物 仿真模拟效果H 1 。史晓丽等人在P i e r c e 模型的基础 上，圈柱用圆柱代替，圈弧用圆弧代替，建立了三维 的线圈模型，并通过光照、消隐等方法实现了针织线 圈的模拟”J 。张克和等人

9、运用有限元法对针织物建 模进行系统分析，模拟出了平针、罗纹、双反面组织 的三维效果1 。他们所建立的模型都是三维的线圈 模型，为了表现出织物的串套关系，运用深度排序的 方法对线圈进行消隐处理，但是并没有在织物的厚 度方向上表现出圈弧与圈柱的起伏情况，因此，本文 收稿日期：2 0 0 6 一0 7 2 4修回日期：2 0 0 6 一l O 1 7 作者简介：刘夙( 1 9 8 2 一) ，女，硕士生。主要研究方向为羊毛衫C A D 。龙海如，通讯作者，E 眦i l ：h d 0 I l g d l l u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO :

10、 Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 2 纺织学报 第2 8 卷 一一一一 间的曲线B C 、D E 组成。由于线圈与线圈之间是相 互串套的，根据针织物形成的原理，圈柱靠近针编弧 的一侧应该沉下去，而靠近沉降弧的一侧应该浮上 来，以确保下一横列的线圈能够与之串套。这个模 型是以1 个立方体( 肘。一M 。) 为基础建立的，立方体 的高是圈高l ，立方体的宽是圈距埘，而立方体的厚 则取决于圈弧起伏的程度( 用p 角来衡量) ，纱线直 径为d ，具体表示为： 肘l 肘5 ： c o t 卢 ( 1 ) 图lP i e

11、r ；c e 线圈模型 F i g 1 P i e r c e BL pm o d e l 考虑在P i e r c e 模型的基础上增加一定的三维起伏效 果，建立三维立体的线圈模型，如图2 所示。 y 。 i M 一- |氛帆 1 C l 秘j J I 1 形7 f # I l - I M 椭M 。多 1 0 ， 泽。 LF z 彳 ： 蛩 ：= ：二 ： 图2 三维线圈模型 F i g 2 3 一Dk pH 删e l 三维线圈模型由空间的圆弧A B 、C D 、E F 和空 这个模型以模拟针织物线圈在空间中的立体结 构为基础，更加直观地表现出线圈在空间中的真实 状态，不需进行消隐处理，自然

12、就会显现线圈相互串 套的效果。 2 模型参数化 以D 点为原点，建立三维坐标系，X 、y 、Z 坐标 方向如图2 所示。为了解决圈柱与圈弧相衔接处平 滑过渡的问题，考虑在z 轴方向上使用正弦函数来 表现线圈模型的起伏，线圈中轴线在y D z 平面上的 投影如图3 所示，式( 2 ) 为该投影曲线的函数表 达式。 华s i n ( 岛兀+ 号) 一华丁8 1 n I 矿匀兀+ i J - 丁 华s i n ( 扣+ 号) 一华 一M lM5 该模型中圈柱部分在肋l ，平面上的投影为1 条直线，而在空间中实际为l 条曲线。线圈模型中 轴线各段可通过参数表达式进行计算。 Z d j 、 尘一 | 、

13、7 一J C 7 一( 乃 图3 线圈中轴线在M 吧平面的投影 F i g 3P r o j e c t i o no fl o o p 7 sa x e si np l a n ey D Z ( 一字y o ) ( O ， h ) ( 2 ) ( h ， + 字) 2 1 A 曰段 假定A 日段在翮y 平面上的投影恰为四分之一 圆弧，设定1 个变量口( o 口号) ，则A B 段曲线可 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 2 期 刘夙等：纬平针

14、织物的计算机三维模拟 4 3 以用关于变量口的参数方程表示，结合图2 、3 得到： 髫= 字c 。s 口一詈。 ，= 一字s i n 口 ( 3 ) z = 竽s i n ( 丢“n 口卜竽 围是：一竺算一导，这样相应的扎互关于变 卜禹( 茗+ 萼) I 孑= 竽s i n ( 一线+ 号) 兀一竽 聋：里掣c o s 口l 聋= F c o s 口 ly ：掣s i n 口+ 【，= j - - 一s l n + I 耄! 翟吲掣I z = 学s i n ( 蜀+ 丢) 兀一半 石= 一字c 础+ 詈 ) ，= 一宰s i n 口 ( 7 ) ：= 竽s i n ( 吾“n 口) 兀一竽 式

15、中：鲁茗竺号皇；o 口詈。 - 3 用O p e n G L 实现参数化的模型 以前所建立的很多模型，例如在前面提到的史 晓丽53 以及曹辉7 1 所建立的三维线圈模型，均使用 圆环来代替圈弧和圆柱来代替圈柱。在本文所建立 的模型中，由于使用正弦函数来表现线圈的起伏效 果，圈柱部分变成了一条曲线，不能用简单的圆柱来 代替，沉降弧也不能用简单的圆环来代替。由于 O p e n G L 本身带有很多的库函数，球体模型的建立非 常容易，因此整个线圈都采用球体模型来组成，即在 中轴线上每隔一段距离都绘制1 个球体。这样建立 的模型不但解决了圆柱与圆环相衔接处要用球体连 接的问题，而且只需调用O p e

16、 n G L 库函数中的球体 模型即可，省去了建立圆环、圆柱、球体多种模型的 步骤，线圈模型实现的主要代码如下： # d e f i n eP I 一3 1 4 1 5 9 2 6 5 3 5 8 9 7 9 3 2 3 8 4 6 d o u b l eh ，w ；，圈高、圈距 d o u b l ex ，y ，z ；所绘制球体圆心坐标 d o u b l ea n d e l ；，e 角 d o u b l ed ； ，纱线直径 d o u b l e 锄d e ，p 角 a n g l e = 矾g l e * P I - ，1 8 0 ； i n ti ，d i v i d e ； d

17、 i v i d e = 3 0 ；每一段绘制球体的个数 右圈柱 f o r ( i = O ；i = d e v i d e ；i + + ) a n g l e l = P I 一* i d i V i d e ； x = i * ( w ，2 一d ) d i v i d e + d ，2 ； y = ( x d ，2 ) * h ，( w 2 一d ) ； z = l l t 粕( 锄d e ) ，2 * s i n ( 粕d e l + P Ij 2 ) 一l l t a I I ( 跚g l e ) ，2 j g l L D a d I d e m i t y ( ) ； g l

18、T r a n s l a t e f ( x ，y ，z ) ； g l m S o l i d S p h e r e ( d ，1 0 ，1 0 ) ； 上圆弧 f o r ( i = 0 ；i = d i v i d e ；i + + ) a n 9 1 e 1 = P I 一* i ，d i V i d e ； g l L o a d l d e m i t y ( ) ； g l T r 龃s l a t e f ( 0 O ，h ，0 0 ) ； g l r I 协s l a t e f ( ( w 2 一d 2 ) * c o s ( 觚g l e l ) ，( w 2 一d

19、) * s i n ( 锄g l e l ) ，一h t a I l ( a I l g l e ) ) ； g l u t S o l i d S p h e r e ( d ，1 0 ，1 0 ) ； 左圈柱 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 4 纺织学报第2 8 卷 ，左下圆弧 f o r ( i = O ；i = d i v i d e ；i + + ) a n g l e l = P I 一* i ，d i v i d e ，2 ； g

20、 l k a d I d e n t i t y ( ) ； 西7 I r a n s l a t e f ( ( w 2 一d 2 ) * c o s ( a n g l e l ) 一w ，2 ，一 ( w ，2 一d 2 ) * 8 i n ( a n d e I ) ， h t a I I ( 彻g l e ) 2 * s i n ( P I 一2 2 * a n g l e l ) 一h t 蚰( a J l d e ) 2 ) ； g l u t s o l i d S p h e r ；e ( d ，1 0 ，1 0 ) ； ，右下圆弧 物具有三维的立体感，还可以使用函数g l

21、M a t e r i a h ( ) 来改变材质属性，使纱线呈现不同的颜色。 ( a ) 正面( b ) 反面 图5 纬平针织物模拟效果 F i g 5s i m u l a t i n g 如c to fp l a i nk n i t t e d 铀r i c ( a ) n e 丘D n t ；( b ) n eb a c k 4 纬平针织物的模拟效果 5结语 利用上述方法建立的模型，在v C + + 编程环境 下，可以比较真实地反映出线圈在三维空间中的串 本文描述了如何用O p e n G L 建立一个纬编针织 套情况，如图4 所示。 线圈模型，直接利用O p e n G L 库函数

22、中的球体模型， 能够较为真实地表现出线圈之间在三维空间中的串 套关系，模拟出的纬平针织物也较为逼真。在此模 型基础上作适当的改动，可以模拟更加复杂的结构 花型，如罗纹、绞花、阿兰花等。还可使用O p e n G L 中材质属性函数使不同的区域纱线显示不同的颜 色，进而模拟提花以及嵌花织物的花型效果。 图4 线圈模拟效果 F i g 4S i m u h t i n ge 虢c t0 f1 0 0 p 通过使用C 语言中的f o r 语句以及0 p e n G L 中 平移函数掣T r 粕s l a t e f ( x ，y ，z ) ，多次调用所建立的线 圈模型，得到的纬平针织物正面也达到了较

23、为逼真 的效果，如图5 ( a ) 所示。根据所建立的正面线圈模 型的原理，在Z 轴方向上求反，X 、y 轴保持不变，同 样可以建立一个反面线圈模型，利用这个反面线圈 模型，可以得到纬平针织物的反面模拟效果，如图5 ( b ) 所示。所建立的模型中圈高( 伽) 、圈距( ) 、纱线 直径( d ) 以及线圈起伏程度衡量角( 卢) 都是作为变 量出现的，因此通过改变这些变量的值就可以改变 纬平针织物中线圈的高度、宽度、纱线粗细甚至是织 物的厚度。由于启用了O p e n G L 中的光照效果使织 参考文献： - 1 】王元瑾计算机辅助羊毛衫设计 D 上海：东华大 学，2 0 0 1 2 s h

24、r e i n e r D ，w o oM ，N e r d e rJ ，e ta 1 o p e n G L 编程指南 M 】4 版邓郑祥，译北京：人民邮电出版社， 2 0 0 5 3 P e i m eF T 1 1 坞g e 伽h y0 fc l d t l l8 n u c t I I 陀 J J o u m a lo f t I I eT e x t i l eI n s t i t u t e ：T r a I I s 们t i o n ，1 9 3 7 ，2 8 ( 3 ) ：T 4 5 一r 1 9 6 4 】G o k t e p eO ，H a r l o c kSC 1

25、1 I r e e - d i m 璐i o l l a lc o 呷u t e r m o d e l i T l g0 f 唧k n i t t e dg t n l c t I l 陀 J T e x m eR e s e a r c h J o u m a l ，2 0 0 2 ，7 2 ( 3 ) ：2 6 6 2 7 2 5 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，2 0 0 B ，2 9 ( 3 ) ：4 7 5 0 6 张克和，方圆针织物结构研究与计算机仿真 J 浙 江理工大学学报，2 0 0 6 ，2 3 ( 1 ) ：8 一1 2 7 曹辉计算机辅助针织毛衫工艺设计与织物结构模 拟 D 上海：东华大学，2 0 0 0 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark