弹簧质点模型用于经编贾卡织物仿真
基于弹簧质点模型的布料仿真及碰撞处理方法
第２ 卷 第３ ３ 期
文章编号 ： ０ － ３８ ２０ ）３ ０ ８ ０ １ ６ ９４ （ ０６ ０ － ２４— ４ ０
计
算
机
仿
真
２６ 月 ０ 年３ ０
基 于 弹 簧质 点 模 型 的布 料 仿 真 及 碰 撞 处 理 方 法
沈 照功 。 潘振 宽
是核心 内容 。 目 常用 的数值 积分 方法 主要有 显式 欧拉方 前
法、 隐式 欧拉方 法以及对二者改进 的方法 ， ｒｖｔ 以显 Ｘ Ｐ ｏｏ＿ 曾 ２ 式欧拉方 法 为基 础 ， 出 了反 向动 力学 （ｎｅ ｅＤ ｎｍｉ ， 提 Ｉｖｒ ｙａ ｃ ｓ ｓ
Ｉ） Ｄ 方法 ， 对弹簧的过度拉伸作了修正， 主要是解决弹簧的
ｔ ｅａｉ ｍｅｉ ｈ ｉ ｅｅ ｔ ｑ ￣ｉｎＷａ ｎｅｒｔｄｉ ｘ ｌ ｉＥｕｅ ｔｏ ．Ｉ ｅｒｓａｃ ｆｃｏｈ ｓｍｕａｉｎ， ｉ ｒ ｈ ｔ ｒ ｔ ｃ，ｔｅｄｆ ｒｎｉ ｅ ｕ ｏ Ｓｉｔｇａｅ ｎＥ ｐｉ ｔ ｌ ｒＭｅｈ ｌ ａ ｃ ｄ ｎｔ ｅｅｒｈ ｏ ｌｔ ｉ ｌｔ ｈ ｏ
ｃ ｌｄ ，ａ ｔｅｓｍｅｔ ｏｌ ｅ ｔ ｈ ａ ｉ ｉ ｍｅ，Ｂ ｓｃｉｎ Ｍｅｈ ｄ ｗ ｓｕｅ ｎ ｔｅｃ ｌ ｓｏ ｅｐ ｎｅ ｉａｌ ｉｅ ｔ ｔｏ ａ ｓｄ ｉ ｈ ｏｌ ｉｎｒｓ ｏ ｓ ．Ｆｎ ｙ，ｅ ａ ｌｓａｅｇｖ ｎｔａ ｈ ｏ ｉ ｌ ｘｍｐｅ ｉｅ ｈ ｔ ｅ ｒ ｔ
ａ ｄ Ｃｏｌ ｉ ｎ Ｄｅ ｅ ｔｏ ｅ ｈ ｄ ｎ ｌ ｓｏ ｔ ｃ ｉｎ Ｍ ｔ ｏ ｓ ｉ
Ｓ ＨＥＮ ｈ ｏ—ｇ ｎ ＰＡＮ ｈ ｎ —ｋ ａ Ｚａ ｏ ｇ， Ｚｅ ｕｎ
（ ｏ ｅｅ ｆ ｎ ｒ ａｉ ｎｉｅｒ ｇ Ｑ ｎｄｏＵ ｉ ｒ ｔ。 ｉ ｄ ｏＳａ ｄｎ ６０ １Ｃ ｉａ Ｃｌ ｇ ｆ ｍ ｔ ｎＥ ｇ ｅｉ ， ｉｇａ ｎｖ ｓｙ Ｑｎ ａ ｈｎ ｏ ｇ ６７ ，ｈｎ ） ｌ ｏ Ｉｏ ｏ ｎ ｎ ｅｉ ｇ ２
经编贾卡织物的一种仿真方法
维普资讯
第２卷 第２ ０ 期
２０ ０ ７年 ２ 月
武 汉 科 技 学 院 学 报
和快速应对市场需求成为客观要求。不过贾卡织物的仿真技术却成为了这种要求 的障碍。
贾卡经编织物的仿真相 比机织物的经纬纱线交叉模 拟要复杂很多 ， 其成圈、网孔 以及不 同组织之间关联效应导 致的受力变形是仿真必须考虑的因素。国内目前的贾卡经编织物的 Ｃ Ｄ系统 ，更多 的注重工艺设计和参数输入的 Ａ 实现 ，在织物仿真方面 ，只能简单表达出织物外观 ，这种效果与实际织物相差较大。
（ 武汉科技学院 纺织与材料学院，湖北 武汉 ４０ ７） ３０３
摘 要 ：通过对经编贾卡织物的组织分析 ，构造 了纱线受力与组织关联的数学模型，并且通过模块映
射 的方法 实现 了真实 感仿 真 ，较好地 模拟 了经 编 贾卡织 物 的外观 。
关键词 ：贾卡；组织关联 ；模块；仿真
中图分类号 ：Ｔ ０ Ｓ５
２ 仿真模型 的构 造
２１数组分析 平台的毫立 ． 我们把一个针距的宽度和两个横列的高度 围成的矩形的重心看作一个质点【，把整个织物按照这个质点为最小 ３ 】 单元进行分割 ，那么这一个质点就是织物的一个组织点 。对应的，我们构建一个二维数组 ｍ［ ［ ，其中的每一个位 ｉｊ ｌ】
置就对应织物中被分割出来的每一个 相同位置的组织点。 而这个二维数组的成员的值则代表 了织物 中对应组织 点的
１ 组 织 仿 真 中应 当考 虑 的 因素
贾卡经编织物仿真 ，与机织物仿真有着本质区别。机织物仿真是直接运用经纬纱线交叉形成的组织进行平铺而 实现 ，因为其组织相对简单 ，在织造过程中，纱线也不会出现 明显 的纱线弯 曲和形态变化 ，整个 幅面相对规整。而
采用等几何质点-弹簧模型的布料动态仿真方法
(School of Computer Science and Technology, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018)
关键词: 布料动态仿真; 等几何分析; 质点-弹簧模型; 张量积 Bézier 曲面
中图法分类号: TP391.41
DOI: 10.3724/SP.J.1089.2019.17407
Fabric Dynamic Simulation by Isogeometric Mass-Spring Model
Key words: fabric dynamic simulation; isogeometric analysis; mass-spring model; tensor-product Bézier surface
目前, 虚拟试衣正成为国内外研究的热点问 题, 其核心是布料的仿真模拟技术. 近年来, 已有
Abstract: In order to simulate the dynamic fabric in real time, a dynamic simulation method by isogeometric analysis is proposed. Firstly, tensor product Bézier surface is used to construct the fabric geometric model; then the mechanics analysis is performed on the mass point of the fabric, and mass-spring model is numerically solved directly on the surface; finally, the position and velocity of the updated mass points are transformed to the control points of the isogeometric fabric surface, and collision detection is performed in real time. Experimental results show that the proposed method does not need to perform triangulation on the fabric surface, and can represent the fabric geometry exactly; furthermore, high-precision dynamic simulation results can be achieved with a small number of degrees of freedom, and the simulation efficiency is improved. Real-time dynamic simulation is performed in CPU simulation environment, which is suitable for engineering applications such as virtual try-on with high real-time requirements.
基于简化的质点-弹簧模型织物变形仿真研究
２ Ａ ｙｎ ｎｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏｏｙ，ｃｍｐ ｔｒｄ ｐｒｍｅ ｔＡｎ ａ ｇ，Ｃ ｉａ４ ５ ０ ． ｎ ａ ｇＩｓｉ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ ｔ Ｔ ｏ ｕｅ ｅ ａｔ ｎ ， ｙ ｎ ｈｎ ５ ０ ０）
ＡＢＳＴＲ ＡＣＴ ： ｉ ｕａ ｉｎ ｏ ｈｅ ｍｏｉｎ ｏ ｌ ｔ ｓａ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｒ ｎ ｉ ｕ ｌａ ｍａ ｉｎ．Ｔｈｅｃ ｍｐ ａｉｎａ ｏ ｔ ｒ Ｓｍ ｌｔｏ ｆｔ ｔｏ ｆｃｏｈ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ａ ｔｉ ｖｒ ａ ｎｉ ｔｏ ｔ ｏ ｕｔｔｏ ｌｃ ｓｓ ａｅ
ｍ ｄｌｏ ｅｃ ｔ－ ｂｅｔ ｏｃｐ ｉ ｅ ｅｕｒｍ ｎ ｃ ｓ ｅｌｔ ｅａｄｓ ｂ ｉ ｌ ｈｄｆ ａ ｏ ， ｉｐ － ｏｅ ｆ ｔ ｌｈ ｏｊ ．Ｔ ｏｅ ｔ ｔ ｑｉ ｅｔ ｓ ｈａ ｒａ—ｉ ｎ ａ ｉｔ ｃ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｔ ｓ ａ ｒｈ ｏ ｃ ｗ ｈｈ ｒ ｅ ｓｕ ｍ ｔ ｌｙ ｏ ｏ ｉ ｈ ｍ
ｉｔ ｇａｉ ｎ ｍｅ ｏ ．Ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕ￣ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｇ ｏ ｎ ｓ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ ｒ ａ ｉ ，ａ ｄ ｅ ｙ ｔ ｍｐｅ ｎｅ ｒ ｔ ｔ ｄ ｏ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｄ ｌｉ ｏ ｄ ｉ ｔ ｉ ｔ ｅ ｔ ｉ ｌ ｈ ａ ｉ ｎ ｌ ｍｅ ｎ ａ ｏ ｉ ｌ－ ｓ
第２卷 第５ ８ 期
文 章 编 号 ：０ ６ ９ ４ （ ０ １ ０ — ４ ６ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）５ ００ — ４
基于“质点-弹簧”模型的柔性物体建模
基于“质点-弹簧”模型的柔性物体建模作者：徐晓梅闫浩来源：《中国新通信》2016年第13期【摘要】三维场景模型建立的真实性将直接影响最终的模拟效果，在对柔性物体如布料建模的过程中因涉及到受力及弹性约束等因素的制约将会对模型的建立有直接的影响。
本文对传统物体建模方法进行了分析，总结了传统建模过程中的一些问题并针对此问题给出了相应的解决方案。
【关键字】三维场景质点-弹簧柔性物体建模一、研究背景随着三维动画的普及，计算机动画逐渐成为流行技术，它不仅贴近了人们的日常生活，且被大多数人所接受。
在高校的计算机学科中，计算机图形图像处理是三维图形学和图像处理以及艺术学科的交叉学科，而对计算机动画的研究也主要集中在刚性物体和柔性物体的研究上。
计算机动画在刚性物体的研究上已经取得了很大的进步，但在柔性物体及流体的研究上，理论研究还不够完善。
究其原因在于柔性物体不容易用数学公式进行建模，且计算量庞大，计算速度慢。
因此在计算机图形图像领域，对柔性物体的研究仍有很大的发展空间。
二、传统建模方法早期人们对流体及柔性物体的建模主要是采用简单数学公式通过几何建模来实现。
例如人们通过三角函数的组合来模拟大海效果，通过额外粒子系统的支持来模拟浪花，然而使用这种方案的效果并不好。
因为大海的所有顶点都看似在某一个中心附近有规则晃动，当仔细观察海平面时候，其效果单一，而且使用几何建模的形式对大海进行建模需要有人工的微调并持续观察，该方法需要太多的人工干预，通用性受到了极大的限制[1]。
Ogre官方网站的示例程序中有一个水波的实现，其原理为：建立一个网格平面，加入多个水波种子，然后不断扩散，期间需要修改网格的顶点坐标，使得他们相互作用，最终共同生成水波效果[2][3]。
然而这个水波程序整个代码却非常复杂，它不仅提供了雨滴落在水面上所呈现的效果，同时也包括实体在水面上行走的时候激起来的水波，甚至包括了折射和反射功能，该例子虽然做的很细致但也体现了基于几何模型模拟流体是一种比较复杂的工程，需要太多的编程技巧和复杂的流程控制。
基于质点——弹簧模型的布料仿真的开题报告
基于质点——弹簧模型的布料仿真的开题报告一、选题意义布料仿真技术应用广泛，如服装设计、CGI特效制作、汽车内饰设计、家居软装设计等领域。
随着计算机硬件性能的不断提高，布料仿真技术的应用领域也越来越广泛，提高了设计师的工作效率，增强了视觉效果。
在这些应用场景中，布料的高效仿真是比较重要的一环，能够准确地模拟布料的物理特性（如重量、柔软度、弯曲、打褶等），帮助设计师快速得到设计效果。
本项目选取基于质点-弹簧模型的布料仿真方法，其模型简单易于实现，对计算机资源的要求较低，对已有的物理仿真方法有较好的扩展性和优化空间。
二、研究内容和问题本项目拟基于质点-弹簧模型，研究布料的仿真问题，通过模拟具有物理力学特性的质点以及它们之间弹簧的相互作用，来实现对布料的仿真。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 建立质点-弹簧模型，模拟布料的物理特性。
2. 设计碰撞检测算法，实现模拟过程中的碰撞检测和处理。
3. 优化仿真效率，提高仿真精度。
4. 突破质点-弹簧模型的局限性，实现更加真实的布料仿真。
研究过程中还可能遇到以下问题：1. 模型是否能够精确地反映布料的物理性质？2. 碰撞检测算法是否能够快速、准确地处理碰撞情况？3. 如何提高仿真效率，减少计算时间？4. 如何突破质点-弹簧模型的局限性，实现更真实的布料仿真？三、研究方法本项目主要采用以下研究方法：1. 论文调研阅读相关论文，了解基于物理仿真的布料仿真技术的研究现状，借鉴其优点和不足，为本项目制定方案提供参考。
2. 模型建立建立质点-弹簧模型，模拟布料的物理特性，其中包括质点初始化、弹簧建立和仿真过程的实现。
3. 碰撞检测算法设计设计碰撞检测算法，实现模拟过程中的碰撞检测和处理。
4. 仿真效率提升结合前人工作以及本课题所在团队的经验，提升仿真效率，避免计算量过大。
5. 模型优化尝试突破质点-弹簧模型的局限性，实现更真实的布料仿真。
四、预期成果完成基于质点-弹簧模型的布料仿真系统，实现以下功能：1. 精确模拟布料的物理特性，包括重量、柔软度、弯曲、打褶等。
双针床纱架贾卡鞋材的设计与仿真
双针床纱架贾卡鞋材的设计与仿真作者：高雅蒋高明张爱军张燕婷来源：《丝绸》2020年第03期摘要：为实现双针床纱架贾卡鞋材的快速设计，根据贾卡经编机的实际经纱纱路与梳栉配置研究了该织物的成形原理，以及有别于经轴供纱的纱架供纱的贾卡装置的提花原理，且以一款特色产品为例介绍了该类织物的工艺设计;并根据织物的工艺要求设计了与之密切相关的垫纱运动、贾卡偏移信息、穿经规律在内的主要工艺参数的数学模型;而且通过分析该类双针床织物的线圈结构特征，建立了与之相符的成圈、衬纬线圈结构模型。
在经过分析编织原理、数学模型及线圈结构的基础上，采用VC++程序开发工具进行编程，首次实现了双针床纱架贾卡鞋材的计算机仿真。
关键词：双针床;纱架;贾卡鞋材;设计;仿真Abstract： In order to realize the rapid design of jacquard shoe upper of double needle barcreel，the paper makes a study of the forming principle of this fabric according to the actual yarn route and arrangement of guide bars of jacquard warp knitting machine，and the jacquard principle of jacquard device from creel yarn feeding which is different from the warp beam yarn feeding，and introduces a process design of this fabric by taking a special product as an example. According to the technological requirements of the fabric，the mathematical model of main process parameters such as lapping movement，jacquard offset information and drawing-in lawsis designed. Based on the analysis of the loopstructure features of the fabric，the corresponding models of stitched and inlay loop structures are established. On the basis of analysis of knitting principle，mathematical model and loop structure，the computer simulation of jacquard shoe upper of double needle barcreel is achieved for the first time by using VC++ programming tool.Key words： double needle bar; creel; jacquard shoe upper; design; simulation經编双针床纱架贾卡鞋材是在带有贾卡提花装置和纱架供纱装置的双针床经编机上生产的特殊提花鞋面织物（简称鞋材）。
应用弹簧－质点模型的双贾卡提花织物形变仿真
应用弹簧－质点模型的双贾卡提花织物形变仿真张爱军;蒋高明;李欣欣;李红梅【摘要】A modified mass⁃spring model was proposed to improve the structural deformation simulation of double jacquard warp⁃knitted fabrics. Geometrical loops models, including stitch, fall⁃plate and inlay, were built first based on analyzing influencing factors and features of deformation. By modifying the conventional mass⁃spring model, root of the loop model was referred as a mass particle, and underlaps between stitches were regarded as different kinds of springs. According to characteritics of double jacquard fabrics, two sets of spring systems were built with an additional set of hypothetical mass particles, correspondingly for fall⁃plate and inlay jacquard structures. Particles′ resultant force, motion state and deformation were calculated with Newton Second law and explicit Euler method. With the present mass⁃spring models and mechanical analysis method, two⁃dimensional deformation simulation was realized via VC++, and then was proven by comparing real sample and simulation effect.%为改善双贾卡提花经编织物的结构形变仿真效果，在分析双贾卡织物线圈结构形变影响因素的基础上，建立了成圈型、压纱型和衬纬型线圈几何结构模型；在传统的弹簧质点模型基础上进行改进，取线圈根部作为质点，线圈之间的延展线为弹簧，根据双贾卡提花特点，针对压纱贾卡与衬纬贾卡设定虚拟质点，建立双套弹簧系统；根据牛顿第二定律和显式中点法，计算质点在二维平面的运动形态，从而确定线圈的偏移方向和偏移量；利用建立的弹簧质点模型与力学分析模型在VC＋＋语言下实现了双贾卡提花经编织物的二维静态仿真，通过实际样例与对应仿真效果对比，验证仿真方法。
弹簧质点模型用于经编贾卡织物仿真
弹簧质点模型用于经编贾卡织物仿真邓文;王田田;邓中民【摘要】随着仿真技术在纺织行业的不断发展,人们对仿真的要求越来越高.而一般贾卡针织物的仿真都是采用直线拼接来模拟织物的弯曲结构,忽略了由于组织相互作用而产生的形变,降低了仿真效果的真实感.为了使花型设计的仿真程度得到进一步提升,本文主要分析了经编CAD中的贾卡织物仿真模块在模拟织物应力形变效果时需考虑的因素,介绍了弹簧质点模型及其用于经编贾卡织物仿真的适用性.【期刊名称】《武汉纺织大学学报》【年(卷),期】2011(024)003【总页数】5页(P74-78)【关键词】贾卡;弹簧质点;仿真【作者】邓文;王田田;邓中民【作者单位】武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室,湖北武汉430073;武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室,湖北武汉430073;武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室,湖北武汉430073【正文语种】中文【中图分类】TP391.39经编贾卡织物的仿真,主要是从几何模型和力学性能分析方面来着手的[1]，很多公开发表的论文和研究成果表明，目前构造的很多模型都是理想模型，有很多假设条件。
织物模型大多是基于纱线组成和力学性能分析的拓展，重点在于研究工艺设计及参数输入的实现，研究的内容也大多是为最终的力学性能分析服务。
有的为了达到确定织物用途和对其进行品质评定的目的，也有些是为计算工艺参数服务，如计算其成圈长度等，以确立生产中的纱线用量等[2]。
这些模型中没有真正探究受力变化与几何形变间的相互关系，也很少考虑不同组织之间相互作用等因素引起的织物几何形变。
本文将主要介绍贾卡织物变形仿真需考虑的因素和为实现经编贾卡织物仿真的弹簧质点模型。
机织物因为其组织相对简单，织造过程中，纱线屈曲变形较小，布面外观相对规整。
因此，机织物仿真是直接对经纬纱线交叉形成的组织进行平铺来实现[3]。
而经编贾卡织物与机织物不同，其采用成圈方式构成织物，其组织有稀薄、网孔和厚实之分，因此在不同组织相互结合编织时，由于受力不均、不同组织间的相互作用等因素，造成织物变形，使机上织造和机下成品之间的外观差距很大，成为贾卡织物仿真的难点。
基于弹簧—质点模型的纬编针织物三维模拟研究
基于弹簧—质点模型的纬编针织物三维模拟研究由于纬编针织物的组织多样、结构复杂,且不同组织类型的线圈相互组合时因受纱线张力的作用使线圈产生形变,因此设计者很难准确地预测到织物设计的最终形态。
目前的纬编针织物CAD(Computer Aided Design)系统中的仿真功能虽然能有效地解决上述部分问题,但这些软件并不能真实地模拟出纬编针织物花色组织线圈间由于纱线张力变化所导致的线圈变形,使模拟效果与真实织物之间存在较大差异,为纬编针织物的设计和生产带来困难。
因此,本课题针对纬编针织物线圈的变形进行分析和模拟,将研究内容作为纬编针织物设计的三维模拟模块,应用到纬编针织物设计系统CKCAD 2.0中。
首先研究了纬编针织物的结构特点和物理属性,在传统弹簧-质点模型的基础上,提出了长方体弹簧-质点模型。
通过对实际纬编针织物的测量,获得了型值点坐标与长方体弹簧-质点模型的参数关系。
根据这些参数关系,将纬编基本组织和花色组织的线圈型值点建立在长方体弹簧-质点模型的基础上,分别建立了纬平组织、罗纹组织、双罗纹组织、双反面组织、集圈组织、浮线组织、移圈组织、衬垫组织和单面提花组织线圈长方体弹簧-质点模型。
然后,通过对花色组织与纬平组织、花色组织与花色组织组合时线圈受张力作用后型值点产生的偏移量进行测量,研究了不同花色组织的型值点偏移量。
测量的花色组织包括集圈组织(单列集圈、双列集圈和三列集圈)、浮线组织(单列浮线、双列浮线和三列浮线)和移圈组织(移1针移圈、移2针移圈和移3针移圈)。
随后,利用型值点与质点的线性关系,计算出了不同组织线圈质点的偏移量与线圈结构参数的比例关系,并分析了不同集圈数、浮线数和移圈数对比例关系的影响。
将获得的比例关系应用到纬编组织线圈长方体弹簧-质点模型中,利用velocity-Verlet数值积分法求解弹簧-质点模型的动力学方程,计算出质点的受力及其相邻的质点的受力和位移,模拟了花色组织及其周围线圈受到纱线张力作用下所产生的线圈形态变化。
基于改进弹簧-质点模型的纬编织物三维模拟
基于改进弹簧-质点模型的纬编织物三维模拟沙莎;蒋高明;马丕波;李欣欣【摘要】为解决弹簧-质点模型在模拟组织结构复杂的纬编织物时模拟效果不真实、立体感不足等问题,对传统弹簧-质点模型进行改进,提出了立体化的弹簧-质点模型.改进的弹簧-质点模型能够很好地模拟组织结构较复杂的纬编织物,通过非线性的弹簧力模拟织物动态仿真中出现的超弹性现象.同时,采用velocity-Verlet数值积分方法对质点的空间位移进行计算,实现了对纬编织物受到三维状态多外力作用时的动态模拟.所提方法计算速度快,实时性好.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2015(036)002【总页数】5页(P111-115)【关键词】纬编织物;弹簧-质点模型;非线性弹簧;Velocity-Verlet【作者】沙莎;蒋高明;马丕波;李欣欣【作者单位】江南大学教育部针织技术工程研究中心,江苏无锡214122;江南大学教育部针织技术工程研究中心,江苏无锡214122;江南大学教育部针织技术工程研究中心,江苏无锡214122;江南大学教育部针织技术工程研究中心,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TS181.8利用计算机技术对纬编织物进行模拟是近年来比较热门的研究课题。
国内外许多专家和学者针对织物模拟进行了一系列研究工作。
利用计算机技术对纬编织物进行模拟，可提高设计效率，降低生产成本，对开发纬编新产品和提高纬编产品性能具有重要的意义。
Weil［1］采用他用纯几何的方法，将织物悬挂在约束点上，通过计算约束点间悬链线位置的变化对织物进行模拟。
Ng等［2］基于几何模型，在人体模型的基础上建立衣服层，同时在织物褶皱线附近建立正弦曲线模拟褶皱。
这2种方法都是基于几何造型的方法，虽然可较好地展示织物外形，但不能准确表现出织物的局部结构特征。
针对几何造型方法存在的问题，Terzopoulos等［3］提出了基于物理的连续弹性变形模型，该模型认为形变体的变化遵循牛顿定律和弹性力学原理，通过求解方程可得到物体上各点的空间几何位置。
基于PhysX物理引擎的布料仿真技术的研究与实现
Abstract : T his a rtic le descr ibed a phy sica lly based cloth si m u lation a lgo rithm to sho w the cloth pattern s 3D effect . F irst the m ass spring m ode lw as c reated and the fo rce on the model w as ana ly zed . T hen based on the N ew ton s Second Law, the c loth s m ov e m ent w as si m u la ted by PhysX SDK. F urther m ore , when the cloth co llided w ith the rig id bod ies in the env ironm ent and the cloth co llided w ith itsel, f the co llision techno logy in P hysX w as used . F inally , severa l si m u la tions w ere i m p lemented and so m e in terac tive functions w ere added to set up the v irtua l ha ll applicable to pattern des ign . K ey words : cloth si m ulation; m ass spring mode; l PhysX physics eng ine ; co llision de tection
[ 3]
图 2 弹簧 质点模型
基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法研究与实现的开题报告
基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法研究与实现的开题报告摘要：服装模拟一直是计算机图形学领域的热门研究方向之一。
基于弹簧—质点模型的服装模拟方法简单高效，为实现真实的动态效果提供了一种有效的途径。
本文将研究与实现一种基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法，主要包括模型构建、模拟算法设计、模拟效果分析等方面。
关键词：服装模拟；弹簧—质点模型；建模方法；模拟算法；效果分析一、研究背景与意义随着计算机图形学技术的不断发展，服装模拟得到了广泛的应用。
在游戏、动画、虚拟现实等多个领域中，服装模拟被广泛应用于人体动作的仿真、虚拟试衣间的开发、表演艺术的展示等方面。
然而，由于服装的形变非常复杂，传统的建模方法往往难以实现真实的动态效果，因此需要采用更高效的方法进行建模和模拟。
弹簧—质点模型是一种常用的物理模拟方法，能够对弹性体的形变进行较为真实的模拟，并且具有计算简单、易于实现等优点。
在服装模拟中，基于弹簧—质点模型的方法已经成为研究热点之一，成为了实现真实效果的主要途径。
因此，对基于弹簧—质点模型的服装模拟方法进行研究与实现具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和思路本文将研究和实现一种基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法，主要包括以下三个方面：（1）模型构建：首先对服装进行建模，将服装分解为一系列的三角形网格，在每个网格的顶点处放置质点，并且通过弹簧将相邻的质点连接起来，建立起弹簧—质点模型。
（2）模拟算法设计：基于建立好的弹簧—质点模型，设计相应的模拟算法以模拟服装的动态行为。
主要包括质点的受力计算、弹簧的变形计算、质点的运动方程求解等。
（3）模拟效果分析：通过对模拟结果进行分析和对比，评估所设计算法的性能和模拟效果。
三、预期成果及意义通过本文的研究与实现，将得到以下几个实际成果：（1）基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法，能够较为真实地模拟服装的动态效果，为虚拟试衣、动画制作等领域提供了一种高效的途径。
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可 以忽略那 些 只是产 生 细小 变化 的 因素 的影 响 ， 把重 点 而
放 在不 同组 织相 互作 用 带来 的影 响上 。 由于组 织 不 同而产 生不 同外 形 的影 响如 图１ ，图 中黄 色 区域 的 网孔是 稀薄 组织 产生 的 ， 色区域 是厚 实组 织形 紫
成 的， 而红 色 区域则 是 由稀薄 和厚 实组 织结 合产 生 的 ，由
此 可看 出不 同组 织组 合产 生 的 网孔 形状 明显 不 同 。
图 １ 不 同组 织 形 成 的 网子 对 比 Ｌ
３ 贾卡 织 物 中的 弹 簧 一 点 模 型 质
３１ 弹簧质点模 型 ．
织物 中的弹簧 质点 模 型是将 织物 假设 为若 干个 质点
的集 合 ， 质点 问 以弹 簧 的形式 相连 接 ， 织 物间 的相互 各 则 作用 表现 为质点 间的弹 簧作 用 ，如 图２ ，不 同类 型 的弹簧
嗵 讯 作者 ：邓 中民 （ ９， ，男 ，教授 ，研 究方 向 ：纺织 材料 与纺织 品设计 １６卡织 物仿 真
７ ５
编贾卡织物进行仿真 ， 就必须要考虑织物因组织不同而产 生 不 同的几何 形 变问题 ， 经 编贾 卡织物 外 观形变 影 响最 对 大 的就是 织物 组织 相互 作用 导 致 的纱 线 变形 和织 物变形 。 其他 的因素在 织物 组织 不发 生 变化 的时候 ， 织物 变形 的 对
因素及 经编基 本组织 受力 形变 的影 响 ，这些 都是仿 真 的时候需 要考 虑 的因素 ，都 会影 响织物 形 变效 果 。 ２２ 不 同组 织相 互 作 用 ．
与机织物有所不同，一般经编贾卡织物都不是孤立组织的简单组合而是 由几种基本组织相互组合构 成 ，其特点就是 由网孔 、稀薄、厚实等不同组织相互组合成不 同的花型来满足人们的各种需要。所以对经
关键词 ：贾卡；弹簧质 点；仿真
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ ９ Ｐ９． ３ 文 献标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ０ ９—５ ６（０ １ ３—０７ １０２ １） ０ ０４—０ ５
１ 研 究 背 景
经编 贾卡织 物 的仿真 ， 是从 几何模 型 和力学 性能 分析方 面来着 手 的川 主要 ，很多 公开发 表 的论文 和研究
由于织 物组织 间 、构 成织 物的纱线 间 受力作用 很复 杂 ，不 同组织 间存在 着不 同的受 力形 式 ，包括 内应
力 、拉 伸力 、挤 压弯 曲力 等 ，并且 这些力 的作 用并不 局 限于二维 平 面中 ，因此 ，分 析其受 力情况 是织 物形
变仿真 需要考 虑 的因素 。 贾 卡织 物产生 几何变 形 的原 因有很 多种 ，除上 面所提 到 的各 种力 的作用 的影 响外 ，还 有上 机工艺 和原
成果表明，目前构造的很多模型都是理想模型，有很多假设条件。织物模型大多是基于纱线组成和力学性 能分析的拓展 ， 重点在于研究工艺设计及参数输入的实现 ， 研究的内容也大多是为最终的力学性能分析服 务。有的为了达到确定织物用途和对其进行品质评定的 目的，也有些是为计算工艺参数服务 ，如计算其成
圈长度等 ，以确立 生产 中的纱线用 量 等 。这 些模 型 中没有 真正探 究受力 变 化与几 何形 变 间 的相互 关 系 ， 也很 少考 虑不 同组织之 间相 互作用 等 因素引起 的织 物几何形 变 。本文将 主要 介绍贾 卡织 物变形 仿真需 考虑 的因素和 为实现 经编贾 卡织 物仿 真 的弹簧质 点模 型。
邓 文 ，王 田 田 ，邓 中民
（ 武汉纺 织大 学 新型纺 织材料绿色加工及其 功能化教育部重点实验 室，湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３０３
摘
要 ：随 着仿 真技 术在 纺 织 行 业 的 不 断发 展 ，人们 对 仿 真 的要 求 越 来 越高 。而 一般 贾 卡针 织物 的仿 真 都 是 采用
料等因素的影响 ， 而更重要的是经编组织本身决定的几何变形多样性的影响。由于织物成圈和形成花型的 需要 ， 贾卡织物中会呈现很多不 同的网孔效应 ， 因此其组织间的孑 洞就很容易因各种因素变化而产生形变， Ｌ 且 不 同网孔产 生 的形 变不 同。如 果要真 实 的模 拟经 编织物 的外 观 ，需要 考虑 原料 、上机工 艺 、外 界环境 等
２ 织 物形 变 仿 真 需 考 虑 的 因素
机织 物 因为 其组织 相对 简单 ，织造过 程 中 ，纱 线屈 曲变 形较小 ，布 面外 观相 对规 整 。因此 ，机织 物仿
真是 直接对 经纬 纱线交叉 形成 的组 织进行 平铺来 实 现 。而经 编贾卡 织物 与机织 物不 同 ，其采 用成 圈方式
直 线拼接来模拟织物的弯曲结构 ，忽略 了由于组织相互作用而产 生的形变 ，降低 了仿真效果 的真实感。为 了使花 型设计 的仿真程度得 到进 一步提升 ， 本文主要分析 了经编Ｃ ＡＤ中的贾卡织物仿真模块在模拟 织物应力形变效果 时
需考虑 的因素 ，介绍 了弹簧质 点模型及 其用于经编 贾卡织物仿真的适用性。
构成 织物 ，其组织 有稀 薄 、网孔 和厚 实之 分 ，因此 在不 同组织 相互结 合编织 时 ，由于受 力不 均 、不 同组织 间 的相 互作 用等 因素 ，造 成织物 变形 ，使机 上织造 和机下 成 品之间 的外观差 距很 大 ，成 为贾卡 织物仿 真 的
难点 。
２１ 力 的作 用 与 几何 变 形 多样 性 ．
第２ ４卷 第 ３期
２ １ 年 ０ 月 ０１ ６
武
汉
纺
织
大
学
学
报
、０１ ｏ３ ， ． Ｎ ． ２４ ＪＵｎ ． ２０ １１
Ｊ０ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ ０ Ｆ Ｗ Ｕ Ｈ Ａ Ｎ Ｔ Ｅ Ｘ ＴＩＬＥ Ｕ Ｎ Ｉ Ｅ Ｒ ＳＩ Ｙ Ｖ Ｔ
弹簧质点模型用于经编贾卡织物仿真