基于改进的弹簧质点模型的三维服装模拟

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基于弹簧-质点模型的三角网格曲面展开算法及其应用

基于弹簧-质点模型的三角网格曲面展开算法及其应用韩林;刘斌【摘要】提出一种自调整初始展开方法,对基于弹簧-质点模型的展开优化算法进行改进,保证其初始展开平面的拓扑完整性.同时,为了防止模型迭代发散,采用对能量释放前后误差进行判断的方法,有效地遏制算法的发散.最后,将算法应用于制造领域,试验结果表明算法可取得较高质量的展开平面.%To improve the algorithm of surface flattening optimization based on the spring-mass model, this paper presents a self-adjustment initial flattening method, which could retain topological completeness of initial flattening plane. Meanwhile, in order to avoid the divergence of the model iterations, the method is used in which the errors before and after the energy releasing are determined, to eliminate effectively the divergence of the algorithm. Finally the algorithm is applied in the field of manufacturing industry and the results have shown that the flattening plane with higher quality can be obtained using the algorithm.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】6页(P601-606)【关键词】弹簧-质点模型;自调整;初始展开;三角网格【作者】韩林;刘斌【作者单位】华侨大学机电及自动化学院,福建泉州362021;华侨大学机电及自动化学院,福建泉州362021【正文语种】中文【中图分类】TP391在产品设计和制造领域中，许多产品的外形为数学意义上的不可展曲面（高斯曲率K≠0），例如船舶、汽车、飞机的外壳，鞋帮面和服装等，但为了设计和制造产品，通常需要得到具有复杂三维曲面产品的二维展平外形图.在计算机图形（computer graphics，CG）领域中，由于曲面本身的复杂性，对曲面的某些操作需要借助曲面的二维展开结果来实现，如曲面参数化、纹理映射等.因此，对三维曲面的二维展开研究，具有重要的理论意义和工程应用价值.自20世纪80年代以来，曲面展开一直是CAD＆CG领域研究的热点，国内外众多学者针对不同应用领域，采用不同的展开方法进行了一系列的研究.在众多展开方法中，几何展平法以其变形小、计算高效（无需求解大量线性方程组）等优点，受到产品设计领域研究人员的青睐.Sorkine等［1］给出了由种子三角形开始，逐个展开曲面上三角形的方法；王昌凌等［2］给出了类似的方法；陈功等［3］也采用类似方法并进行改进 .针对能量释放中的时间步长，严国彪等［4］提出了一种调整式.上述方法虽然解决了大部分曲面展开问题，但是对表面曲率变化较大的复杂曲面进行试验时，仍存在一些问题，如初始几何展开时，由于大量三角片的约束展开，出现构不成三角网格的情况；对初始展开平面利用弹簧－质点模型进行力学修正时，出现震荡发散现象，等等.基于此，本文提出一种自调整初始展开方法，使算法更加健壮有效，并在进行能量释放时，运用误差对比，遏制算法的发散.非可展曲面到平面的近似展开可归纳为一个无约束的极值问题［5］.其基本思想是保持展开前后曲面上所有网格点之间距离变化最小，即将已知的曲面划分成网格，将三维的网格点映射到二维平面上，实现近似展开.在初始几何展开的基础上建立弹簧－质点模型，进行能量释放，该过程符合并展现了极值展开的这一基本思想. 三维网格曲面初始展开后，得到二维的三角网格平面，据此可以建立弹簧－质点模型，将网格上的点作为质点，边作为弹簧 .图1为P0与其一环邻域的原始相对位置及变形后的受力情形 .图1中：P0为质点，质点P0和其他点之间的连接边视为弹簧.由于不可展曲面的初始展开存在变形，初始展开后P0与其一环邻域的相对位置如图1（b）所示，那么与P0相连的边，由于变形（被压缩或拉伸）而存储能量.在曲面展开成平面的过程中，如果平面网格中的边比对应的空间网格边长，则对质点产生拉力（图1（b）中P1，P2，P5，P6 对P0 产生拉力）；反之，则施以推力（图1（b）中P3，P4 对P0 产生推力）.质点P0 在弹簧力的作用下向所受力的合力方向移动，最终会达到一个稳定的最优状态.在弹簧－质点模型中，系统的物理量与几何量相对应，如力、弹性变形能及质量、面密度是由网格节点间的距离和三角片的面积确定的.由于能量是状态的单值函数，与过程无关，所以能量的关系式比较容易列出.定义质点Pi的弹性变形能与弹性力为式（1）中：C为弹簧弹性变形系数；｜PiPj｜为曲面展开后的平面上Pi到Pj的距离；dj为空间曲面上的Pi到Pj的距离；nPiPj是从Pi指向Pj的单位矢量；n为质点Pi相邻的质点数.在曲面展开过程中，质点的运动可以用拉格朗日方程来描述，即式（2）中：M，D和K分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；gq为局部自由度与全局自由度之差引起的系统内力；fq为系统外力.在弹簧－质系统中，质点运动中的时间间隔Δt很小，质点Pi的加速度可被认为是常量，则整个系统中的各个质点处于平衡 .利用欧拉法求解拉格朗日方程，可得到式（3）中：mi是节点Pi的质量；ζ是曲面的面密度；fi（t）是作用在节点Pi上的弹性力；Ak是包含节点Pi的所有三角形中第k 个三角形的面积；¨q（t）是节点Pi 的加速度；˙q（t）是节点Pi 的速度；qi（t）是节点Pi在时间t的位置.这里，面密度ζ并非真正意义上的曲面面密度，在多数基于物理的模型中，ζ和C 只是使变形更为有效的参数［6］.一般采用面积误差、边长误差和角度误差作为展开精度的评定标准.本文的误差计算方法主要为面积误差和边长误差，计算式如下式（4）中：ES，EC分别为相对面积误差和相对边长误差；A，A′分别是曲面片展开前的实际面积和展开后所对应的面积；L，L′分别为曲面展开前网格的边长实际长度和展开后网格的边长所对应的长度.利用三角形法对曲面三角网格进行初始展开 .首先，从网格曲面上选取第1个三角片，该三角片称为基三角片，将其不变形地展开到平面上；其次，以展开的三角片为基础，将其相邻的三角片依次展开，直到全部展开到平面上.此展开过程中，三角片展开分为约束三角片展开和无约束三角片展开.大量实验表明，基三角片的位置选取对初始展开的质量具有重要影响［7］，文中采用文献［3］中所述方法，将基三角片选在网格中心.2.1.1 无约束三角片展开图2为无约束三角片展开.假定在网格曲面上，T是与T1相邻的三角片，Q1Q2是它们的公共边.设三角片T1已经展开到二维平面上，而三角片T还未展开，即T的两个点Q1和Q2的位置已经在二维平面确定（即2（b）中的P1和P2）.此时，三角片T上的第3点Q3可以由两个圆的交点来确定，这两圆分别以P1 和P2 为圆心，以r1，3和r2，3为半径.r1，3和r2，3分别是三维网格中Q1Q3和Q2Q3的欧氏距离.图2（b）中的阴影三角片表示已经展开.当曲面是可展曲面时，三角片T在二维平面所确定的P3的位置，与其他包含点P3的三角片在二维平面所确定的位置一致，即不发生变形扭曲；当曲面是不可展曲面时，点位置有可能不一致，这时候就会有层叠和裂缝的现象产生 .因此，为保证拓扑完整，须采用约束三角片展开.2.1.2 约束三角片展开图3为约束三角片展开 .在图3（a）中，三角片T与己经展平的三角片T1和T2都有共边时，由T2决定的Q3在二维平面上的位置为P′3，如图3（b）所示（阴影部分表示已经展开的三角片）.如果采用无约束的三角片展开方法，那么由三角片T产生的两圆的交点将为另一位置P″3，此时，可用一个平均位置来初步解决这种矛盾，从而产生Q3在平面上的唯一位置.此方法可以保证三维曲面上的点到二维平面上点的一一对应，但是会导致三角片的扭曲变形而产生误差.2.1.3 自调整方法由于约束三角片展开方法的大量使用，可能会出现从空间三角片取出的对应两边边长与已经展开的当前边的长度构不成三角形的情形.因此，针对此类情况，需要进行自调整，以保证拓扑完整.由约束三角片展开逐渐积累的误差，往往会导致展开的中断.误差中断的原因是｜P1P2｜＞r1＋r2或者｜P1P2｜＜｜r1－r2｜.此时3个长度不能构成三角形，也就无法通过交点计算出第3点的位置 .为了得到第3点，提出了一种简单有效的自调整方法，如图4所示.设Q1和Q2为空间曲面网格上同一个三角片上的两点，P1和P2分别为Q1和Q2在二维展开平面上的对应点，点Q3是该三角片的第3点，r1和r2分别为Q1和Q2到Q3的欧氏距离，如图4（d）所示.由于误差的积累，展平到平面上的P1P2已经严重变形，如果仍然以r1和r2做为半径，利用圆弧求交寻找第3点，则必然导致失败，因为不满足构成三角的条件；如果试图改变P1P2的长度，就会影响到其他已经展开的三角片，从而引入更多误差，得不偿失.在保证点P1和P2位置不变的前提下，提出一种自动调整第3点P3的方法并提出调整因子、虚拟边长等概念 .调整计算式为式（5），（6）中：l称为调整因子；r＇i 为虚拟边长（图1（d）中的虚线）.根据三角形相似的原理，通过调整后构成的三角形与原三角形相似，必然可以构成三角形 .此时，以Pi为圆心，以r＇1为半径，就可确定第3点的位置，图4（e）是用上述方法处理的结果.当｜P1P2｜＞r1＋r2 时，l∈（1，＋∞）；当｜P1P2｜＜｜r1－r2｜时，l∈（0，1）.由于自调整方法所使用的量都可以在计算三角片的第3点时得到，因此，不增加算法的时间复杂度.经自调整之后虽然可以获得第3点的位置，但是引起了三角片一定比例变形，这些变形将产生弹性能量，对此可以建立弹簧－质点模型，进行能量的释放.曲面上所有网格化三角形是根据上述方法展开为平面三角形后，得到曲面的初始展开平面网格.由式（1）～（3），即可根据各质点当前时刻的速度、位置、受力等迭代计算出下一时刻的各质点的加速度、速度、位置等信息，而循环终止的条件则是达到曲面展开的误差阈值或者迭代次数达到了系统设定的最大值.用式（1）计算三角网格上的每个点的能量，通过释放能量来改善展开的平面.如果整张展开网格曲面m个离散点，则所有离散点的展开变形能为该值的大小反映曲面整体展开变形程度.为了减小展开的变形，需要能最大程度地减小变形能，进行变形能的释放.大部分情况下，算法是收敛的，但是，当三角网格划分的质量不佳时，容易造成算法的发散.针对发散问题，采用了一种遏制发散的方法.该方法通过每次能量释放后，计算相对误差（相对面积误差和相对边长误差），记录当前误差值（ES＋EC），并和前一次的误差值（ES＋EC）＇进行比较，如果（ES＋EC）＜（ES＋EC）＇，表明变形能正在释放，算法目前是收敛的；如果（ES＋EC）＞（ES＋ES）＇，并且记录次数n.当大于设定的次数时，表明正在发散，结束能量释放.曲面展开的算法流程图，如图5所示.算法有如下7个主要步骤.（1）建立3个集合V，A和F.V为包含所有尚未展开的曲面三角形的集合；A为有序活动集合，即从集合V中挑选出来的三角形集合，这些三角形是与已展开三角形共边而将要被展开的三角形；F为所有已展开到二维平面的三角形集合.对这3个集合进行初始化，把所有要展开的空间三角形添加到集合V中，置集合A和F为空.（2）从V 集中选择展开基三角形T0.一般在曲面的对称中心或曲率较大的部位选择该三角面片；然后，将该三角面片无约束展开在平面上任意位置，并将该基三角形从V 中删除，直接加入到F中.（3）在V集中寻找与基本三角形T0共边的所有三角形｛Ti｝，将这些三角形加入到A集中，并从V中减去这些三角形.（4）判断A集是否为空.如果不为空，则从A集中取出下一个三角形Tj，并按步骤（5）或步骤（6）的方法展开；如果A集为空则判断V 集是否为空，如果V 集为空则转到步骤（7）执行，否则转到步骤（3）执行.（5）如果计算的第3点可以构成三角形（其余两点已在展开集F的某个三角形中），此时采用普通展开方法，并将三角形Ti加入到展开集F 中，从A中减去Ti，转到步骤（4）.（6）如果计算的第3点不能构成三角形，则采用自调整展开方法，调整后将三角形Ti加入到展开集F 中，从A中减去，然后转到步骤（4）.（7）进行能量的释放，并计算面积误差ES，边长误差EC和所有离散点的展开变形能E（φ）.令当前的误差值和前一次的误差值比较，判断是否发散，同时判断它们的值是否是在阀值内，若误差都小于阀值或者迭代发散，则结束；若大于阀值且不发散，则回到步骤（3）重新进行能量释放，直到超过迭代次数N为止.在皮鞋生产过程中，为了确定缝制三维鞋帮曲面所需的二维材料的轮廓，包括直接从鞋楦设计中取得的曲面还原成符合质量要求，可以直接投入批量生产的二维鞋样，都需要用到曲面展开的方法.将上述三维曲面的展平算法应用于楦面展平中，结果如图6所示.该曲面的顶点数是1 139个，三角片个数是2 129，采取改进算法后，其面积误差为0.041 4，边长误差为0.006 3，基本符合精度要求.在板料成形中，预估坯料是缩短设计与生产周期的关键步骤之一.因此，将曲面展开算法应用于板料拉延成形中的坯料预估，如图7所示.该曲面顶点数是757个，三角片个数是1 146，采取改进算法后，其面积误差为0.056 2，边长误差为0.040 7，平均相对误差为0.048.用商业软件DYNAFORM对该模型进行模拟展开，相对误差是0.034 0.表明，改进算法基本实现了板料成型毛坯料的快速估计.针对几何展开／力学修正的曲面展开算法中存在的不足，提出一种新的改进算法，并将算法应用于某些制造领域 .试验结果表明，算法可取得较高质量的展开平面.该算法不仅可以适用于可展曲面的展开，对于复杂不可展曲面也可实现较高精度的展开，具有较强的通用性.【相关文献】［1］SORKINE O，COHEN－OR D，GOLDENTHAL R，et al.Bounded－distortion piecewise mesh parameterization［C］∥Proceedings of the IEEE Visualization Conference.Boston：IEEE，2002.［2］王弘，王昌凌.基于能量模型的曲面展开通用算法［J］.计算机辅助设计与图形学学报，2001，13（6）：556－560.［3］陈功，周来水，安鲁陵，等.一种通用的复杂曲面展开方法研究［J］.中国机械工程，2007，18（24）：2914－2920.［4］严国彪，刘斌.一种基于能量模型的曲面展开改进算法［J］.华侨大学学报：自然科学版，2011，32（2）：135－139.［5］苏步青，华宣积，忻元龙.实用微分几何引论［M］.北京：科学出版社，2010.［6］WANG C C L，SMITH S S F，YUEN M M F.Surface flattening based on energy model ［J］.CAD Computer Aided Design，2002，34（11）：823－833.［7］毛昕，毛普元，孙静.自由曲面最佳展开基点的几何属性［J］.工程图学学报，2008，29（2）：98－103.［8］张敬涛，杨光，任海英.曲面展平算法在鞋样设计中的应用［J］.工程图学学报，2007，28（3）：13－17.［9］毛国栋，孙炳楠，徐浩祥.基于弹簧－质点系统的薄膜结构曲面展开算法［J］.浙江大学学报：工学版，2005，39（8）：1238－1242.［10］雷军鹏.一种基于能量法的自由曲面展开算法［J］.机械设计与制造，2007（4）：28－30.。

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
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图 2 弹簧质点模型

基于改进弹簧质点模型的织物模拟算法

受力分析，立织物的力学方程。最后运用显式欧拉方程法对模型质点的空间位移进行数值求解，建并在求解过程中运用动态约束算法改善超弹性问题。实验结果表明，出的方法在确保织物模拟稳定和效率高的基础上，提实现了对织物的高效模拟。关键词：弹簧质点模型，性杆，态约束，式欧拉方程法刚动显
ｓｉｇ－ｍａｓｐｒｎｓｍｏｄｅ１ｈｃｌｔｍｏｄｅｉｅｔｉｈｄ．ｅｌｔｉｃ．ｅｏｈｔｌｓｓａｂｌｅＴｈｃｏｈｓｏｍｐｏｓｏｆｎ－ｍｄｉｔｉｔｄｓｅｄｕｆＯｒｓｒｂｕｅｍａｓｅ．ｅｓｓＴｈｄｙａｍｉｅｎｃ — ｑｕｉｓａｒｆｍｕａｅｄａｔｏｎｅｏｒｌｔｂａｅｄｎｈｆｃｅｎｙｉｏｐａｔｌｓｎｔｅｓｏｔｅｏｒａａｌｓｓｆｒｉｅｉｈｍｏｄｅ．ｎｌ，ｅｅｐｌｉｃ１ａｌｔＦｉｙｈｘｉｔｃＥｕｅｒｑｕｔｏｍｅｔｏｄｓｌｅａｉｎｈｉｕｅｄｏｏｌｅｈｅｙｎｍｉｅｑｕｔｓｎｓｔｓｖｔｄａｃａｉａｄｔｎｍｅｉａｌａｌｅｓｏｆｏｎｈｅｕｒｖｕｍａｓｄｉｐｌｃｃｓｓｓａｅｍｅｎｓｒｏａｉｄ．ｅｎｔａｅｂｔｎｅＭａｗｈｉ．ｈｓ — ｌｔｅｕｅｐｅ－ｅａｔｉｏｂｌｒｌｓｉｔｐｒｅｍｓｍｐｒｅｂｍｅｓｏｄｎａｉｎｓｒｎａｇｉ．ｃｙｉｉｏｖｄｙａｎｆｙｍｃｃｏｔａｉｔｌｏｒｈｍｔＫｅｗｏｄｓｐｉｇ－ｍａｓｍｏｙｒｓ：ｒｎｓｄｅｌｉｄｏｄ，ｎｍｉｃｎｓｒｎｓｅｉｉ。ｇｉｒｄｙａｃｏｔｔ，ｘｐｌｔｒａｉｃＥｕｅｒｑｕｔｌｅａｉｏｎ

基于弹簧质点模型的布料仿真及碰撞处理方法

维普资讯
第２卷第３３期
文章编号：０－３８２０）３０８０１６９４（０６０－２４— ４０
计
算
机
仿
真
２６月０年３０
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ＸＰｏｏ＿曾２式欧拉方法为基础，出了反向动力学（ｎｅｅＤｎｍｉ，提Ｉｖｒｙａｃｓｓ
Ｉ）Ｄ方法，对弹簧的过度拉伸作了修正，主要是解决弹簧的
ｔｅａｉｍｅｉｈｉｅｅｔｑ￣ｉｎＷａｎｅｒｔｄｉｘｌｉＥｕｅｔｏ．Ｉｅｒｓａｃｆｃｏｈｓｍｕａｉｎ，ｉｒｈｔｒｔｃ，ｔｅｄｆｒｎｉｅｕｏＳｉｔｇａｅｎＥｐｉｔｌｒＭｅｈｌａｃｄｎｔｅｅｒｈｏｌｔｉｌｔｈｏ
ｃｌｄ，ａｔｅｓｍｅｔｏｌｅｔｈａｉｉｍｅ，ＢｓｃｉｎＭｅｈｄｗｓｕｅｎｔｅｃｌｓｏｅｐｎｅｉａｌｉｅｔｔｏａｓｄｉｈｏｌｉｎｒｓｏｓ．Ｆｎｙ，ｅａｌｓａｅｇｖｎｔａｈｏｉｌｘｍｐｅｉｅｈｔｅｒｔ
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纬编针织物真实感建模与仿真进展

第３１卷㊀第６期２０２３年１１月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.６Ｎｏｖ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０５０２９纬编针织物真实感建模与仿真进展宋明明１ꎬ常辰玉１ꎬ孙雅欣１ꎬ刘㊀锋１ꎬ李小燕２ꎬ卢致文１ꎬ２(１.太原理工大学轻纺工程学院ꎬ山西晋中㊀０３０６００ꎻ２.安徽省天助纺织科技集团股份有限公司ꎬ安徽阜阳㊀２３６０００)㊀㊀摘㊀要:为了促进针织物模拟仿真领域的进一步研究和发展ꎬ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ꎮ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ꎬ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ꎬ到基于三维物理模型方法的转变和多样化发展过程ꎮ在总结各种模拟方法及其应用特点的基础上ꎬ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㊁模拟实时交互化㊁织物类型多样化和应用领域多元化的方向发展ꎮ关键词:纬编针织物ꎻ动态模拟ꎻ物理模型ꎻ发展趋势中图分类号:ＴＳ１８４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０６￣０２５５￣１２收稿日期:２０２３０５３０㊀网络出版日期:２０２３０６２６基金项目:山西省回国留学人员科研资助项目(２０２２￣０９０)作者简介:宋明明(１９９７ )ꎬ女ꎬ山东济宁人ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事纺织服装智能化与数字化设计方面的研究ꎮ通信作者:卢致文ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｕｚｈｉｗｅｎ＠ｔｙｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀纬编针织物作为一种重要的织物类型ꎬ具有柔软㊁弹性好㊁透气性好等特点ꎬ不仅应用于服装㊁家居纺织品等领域ꎬ也应用于汽车㊁航空㊁医疗等多个领域ꎮ纬编针织物的真实感建模与仿真是一个多学科交叉的研究领域ꎬ涉及材料科学㊁计算机科学㊁数学等ꎬ可以应用在如针织物生产设计㊁服装设计㊁虚拟试衣㊁游戏和动画制作等多个方向ꎮ对纬编针织物进行真实感建模与仿真研究ꎬ不仅有助于加快产品开发速度ꎬ还可以减少试错次数ꎬ缩减开发成本ꎮ近年来ꎬ随着电子商务㊁虚拟试衣等行业的发展ꎬ对纬编针织物建模与仿真技术的需求越来越大ꎬ其复杂的织物结构和物理特性使得仿真模拟的真实感成为研究重点ꎮ早期的研究主要集中在二维的织物表面纹理和颜色等外观特征的模拟ꎬ随着计算机硬件和算法的不断发展ꎬ纬编针织物的三维真实感模拟逐渐成为研究热点[１]ꎮ三维真实感模拟初期主要采用二维纹理映射或图像处理技术来实现织物外观的模拟ꎬ计算机图形学和物理模拟技术的发展使得三维真实感模拟越来越多地使用基于物理模型的方法ꎬ以更加真实地模拟出纬编针织物的织物结构和外观细节[２]ꎮ随着计算机技术和数据处理技术的不断发展ꎬ纬编针织物真实感建模与仿真技术将会得到更加广泛的应用ꎮ本文将分别对外观真实感模拟方法和物理真实感模拟方法进行详细的介绍说明ꎬ总结各种模拟方法的应用原理及特点ꎬ并通过对已有方法和技术的梳理与分析ꎬ展示纬编针织物模拟与仿真的现有研究成果和应用场景ꎮ在此基础上ꎬ从模拟效果精细化㊁模拟实时交互化㊁织物类型多样化和应用领域多元化等角度ꎬ分析纬编针织物真实感模拟与仿真技术的发展趋势ꎮ１㊀纬编针织物外观真实感模拟纬编针织物的外观真实感模拟是指利用计算机图形学和计算机模拟技术ꎬ对纬编针织物的外观进行数字化建模和仿真ꎬ以实现逼真的纬编针织物外观呈现ꎮ外观模拟注重对纹理㊁图案㊁颜色和光照等视觉特征的逼真呈现ꎬ使得虚拟的针织物在视觉呈现效果上与真实的针织物相似ꎮ外观真实感模拟可以为纬编针织物的设计和制造提供更为精细的展示和模拟ꎬ加快设计和生产的速度ꎬ为消费者提供更加真实的购物体验ꎬ提高消费者的满意度和忠诚度ꎮ早期的纬编针织物外观真实感模拟多为二维模拟ꎬ随着计算机技术的发展及市场需求的增长ꎬ三维外观真实感模拟技术越来越受到关注并取得长足的发展ꎮ１.１㊀二维外观真实感模拟二维外观真实感模拟是指利用计算机技术对二维图像进行处理和增强ꎬ使得生成的图像具有更高的真实感和可信度ꎮ其主要方法包括光照模拟㊁纹理映射㊁投影和透视变换㊁图像去噪㊁边缘增强㊁颜色校正等技术ꎮ汪育桑等[３]在建立线圈几何模型的基础上根据织物结构确定线圈的形状和位置ꎬ再根据位置关系对线圈进行消隐处理ꎬ实现了对基本纬编提花组织的二维模拟ꎬ模拟效果图如图１所示ꎮ为提高羊毛衫ＣＡＤ系统的仿真速度ꎬ汪秀琛等[４]建立了由５个弧线组成的线圈模型ꎬ根据纱线粗细㊁织物密度和光照效果对线圈形态的影响ꎬ再将不同线圈按照特定规则进行组合ꎬ得到不同的花型效果ꎬ模拟速度快但模拟效果不够逼真ꎮ图１㊀单面纬编提花织物正反面模拟效果Ｆｉｇ.１㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｂｖｅｒｓｅａｎｄｒｅｖｅｒｓｅｓｉｄｅｓｏｆａｓｉｎｇｌｅ￣ｓｉｄｅｄｗａｒｐ￣ｋｎｉｔｔｅｄｊａｃｑｕａｒｄｆａｂｒｉｃ卢致文等[５￣６]与Ｊｉａｎｇ等[７]提出了一种基于线圈几何模型的算法将纱线的纹理映射到线圈上ꎬ建立基于普通纱线到线圈的变化过程的纹理变化模型ꎬ并根据光照变化使线圈看起来具有三维感ꎬ使用该模型可快速模拟出真实感较高的平针㊁罗纹等类型的织物ꎮ在此基础上ꎬ将机织物交织点的概念引入到纬编针织物ꎬ提出基于交织点的线圈中心曲线模型ꎬ并使用３次贝塞尔曲线拟合线圈的中心曲线ꎬ用于进行纹理映射㊁纹理插值和亮度处理ꎬ模拟出结构清晰的循环变形ꎬ图２为交织点及模拟效果ꎮＰｉｅｒｃｅ线圈模型是一种在纬编针织物仿真模拟中常用的经典模型ꎬ张继东等[８]通过将处理后的混色纱线图像映射到Ｐｉｅｒｃｅ线圈模型上ꎬ再根据不同线圈的位置关系和线圈形态模拟出纬编基本组织的色彩及纹理ꎮ由于色纺纱及云纹纱的布面效果难以预测ꎬ吴义伦等[９￣１０]对真实纱线图像进行处理后将其映射到线圈几何模型上ꎬ通过计算线圈拼接时的偏移量解决了拼接错位问题ꎬ模拟出真实感较高的云纹纱针织物ꎬ达到预测色纺纱及云纹纱针织物外观的目的ꎮ图２㊀交织点及绞花组织模拟效果Ｆｉｇ.２㊀Ｂｉｎｄｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｃａｂｌｅｓｔｉｔｃｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ二维外观真实感模拟是一种快速高效的方法ꎬ可以模拟出纬编针织物的纹理特征以及在光照条件下的纱线色彩变化ꎬ并且在光影效果的基础上实现更真实的模拟效果ꎮ然而ꎬ对于纬编针织物的细节ꎬ如不同纱线材质和复杂花式结构等ꎬ常常在二维模拟中简化或省略ꎮ１.２㊀三维外观真实感模拟纬编针织物的三维外观真实感模拟是在三维空间中模拟纬编针织物的织物结构和外观细节ꎬ可以提供更加真实的视觉效果ꎮ在进行三维模拟时ꎬ需要考虑纱线材质和纹理㊁织物结构和织物形变等因素ꎬ以获得更真实的模拟效果ꎮＺｈｏｎｇ等[１１]通过对纬编针织物纱线的微观结构及其线圈间的相互作用进行建模ꎬ然后将创建６５２现代纺织技术第３１卷的纱线纹理贴图在针织物模型的表面ꎬ可以快速地渲染出真实感较好的织物结构细节及纱线表面毛羽ꎬ并允许用户对纱线蓬松度和线圈位置进行直观控制ꎬ图３所示为毛线帽模拟效果ꎮ考虑到仿真中纱线之间在接触时由于接触力的存在而引起纱线在局部的变形行为ꎬＫｙｏｓｅｖ等[１２]提出两种纬平针组织结构的三维建模方法ꎬ一是假设纱线横截面在高曲率区域被压成椭圆状ꎬ二是基于线圈的离散粒子模型ꎬ设定纱线的一般非线性压缩行为对纱线接触点处进行迭代计算获取实际纱线几何形状ꎬ模拟出纬平针织物的微观结构形态ꎮＫｕｒｂａｋ等[１３￣１５]提出一种可以模拟纬平针织物横向卷边性的几何模型ꎻ对于纬平针织物由于纱线捻度产生的线圈歪斜现象ꎬ分析线圈的三维性质得出线圈两侧纱线捻向处于相反方向ꎬ通过将线圈的上半部分和下半部分转换为参数化椭圆曲线调整线圈形状ꎬ模拟出线圈歪斜状态的纬平针织物ꎻ此外ꎬ还在平针组织几何模型的基础上模拟出双反面组织织物ꎮ图３㊀毛线帽模拟效果Ｆｉｇ.３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆａｋｎｉｔｔｅｄｈａｔ刘夙等[１６]基于Ｐｉｅｒｃｅ二维线圈模型建立了由参数方程表示的三维几何线圈模型ꎬ使用ＯｐｅｎＧＬ库函数来实现纬平针织物的三维可视化ꎬ并通过调整颜色㊁光照等参数来提高模拟的真实性和逼真度ꎮ在刘夙等研究的基础上ꎬ吴周镜等[１７]在三维Ｐｉｅｒｃｅ线圈模型中引入Ｂ样条曲线和椭圆曲线对线圈进行模拟ꎬ获得真实感更强的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型不够丰富ꎮ张哲等[１８]首先将织物网格模型划分区域ꎬ并在两步纹理映射算法的基础上ꎬ提出了一种利用曲面包围盒作为中介面获取纹理坐标的方法ꎬ利用图像分割技术平滑处理区域纹理的接缝处ꎬ实现了纹理的无缝拼接ꎬ但模型还不够完善ꎮ于斌成等[１９]采用极坐标方程来表示纱线的模型ꎬ并使用近似正态分布函数计算毛羽控制点的位置ꎬ通过调节参数改变织物表面微结构的方向㊁毛羽数量和纱线捻度等参数ꎬ模拟出的纱线毛羽在细节上更为逼真ꎬ并能更好地展现毛羽的形态结构特点ꎬ模拟的纬编针织物外观与真实织物外观相似度较高ꎮ金兰名等[２０]基于曲面模型ꎬ通过采集三维织物的曲面数据以及统一坐标数据ꎬ实现了三维模型和纹理数据的建立和导入ꎬ接着提出了一种针对复杂提花织物的３个因素模拟算法以控制织物模型的效果ꎬ基于以上研究结合三维引擎Ｕｎｉｔｙ３Ｄ平台ꎬ实现了三维模型数据与二维空间数据和三维虚拟模拟的集成ꎬ与基于线圈模型的模拟相比ꎬ这个基于实际织物数据的方法对于预测和模拟三维纬编提花织物的效率和真实感都更好ꎬ图４所示为提花绗缝织物模拟效果ꎮ图４㊀三维纬编提花绗缝织物效果图Ｆｉｇ.４㊀Ｅｆｆｅｃｔｉｍａｇｅｓｏｆａ３￣Ｄｊａｃｑｕａｒｄｗｅｆｔ￣ｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃＷｕ等[２１]通过建立纤维模型并根据真实纱线创建一组纱线贴图ꎬ再使用基于物理的模拟器来模拟织物的变形行为ꎬ并应用预处理的纱线贴图来呈现布料的外观ꎬ以及使用一种基于分层深度剪裁的加速方法提高渲染速度ꎬ在实时性和视觉效果方面取得了良好的表现ꎬ图５所示为模拟效果及细节展示ꎮＨｕｏ等[２２]将有色纺织物图像在预处理后将其转换为灰度图像ꎬ再使用双树复小波变换对灰度图像进行分解ꎬ提取出纹理特征信息ꎬ通过对纹理特征信息进行调整和组合ꎬ生成有色纺织物的模拟图像ꎬ该方法能够有效地模拟有色纺织物的颜色和纹理特征ꎬ但对于多色纤维混合的纱线仿真真实度还需要进一步提高ꎮ７５２第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展图５㊀基于纤维层次实时渲染布料的实例Ｆｉｇ.５㊀Ｅｘａｍｐｌｅｓｏｆｒｅｎｄｅｒｉｎｇｆｉｂｅｒ￣ｌｅｖｅｌｃｌｏｔｈａｔｒｅａｌ￣ｔｉｍｅｆｒａｍｅｒａｔｅｓ纬编针织物的三维外观真实感模拟技术在纺织行业具有重要的研究意义和广阔的应用前景ꎮ通过模拟纬编针织物的织物结构和外观细节ꎬ包括纱线材质和纹理㊁织物结构和织物形变等因素ꎬ以实现更真实的模拟效果ꎮ２㊀纬编针织物物理真实感模拟纬编针织物物理真实感模拟旨在通过计算机模拟纬编针织物的物理行为ꎬ以实现对织物力学性能的预测以及高度逼真的视觉效果ꎮ物理模拟注重针织物中纱线的相互作用㊁纱线内部的运动以及针织物的力学性能ꎬ以在模拟中对真实世界针织物的物理行为进行再现ꎮ通过物理模拟ꎬ设计师和研发人员可以对纬编针织物的力学性能进行预测和分析ꎬ了解纱线和针织物在不同力学条件下的行为ꎬ如拉伸时的变形程度㊁弯曲时的柔韧性等ꎮ因此物理真实感模拟的研究对于增强针织物的仿真效果㊁提升产品设计水平具有重要意义ꎮ其中ꎬ用于物理真实感模拟的模型主要有弹簧￣质点模型㊁网格模型㊁纱线层次模型和有限元模型ꎮ２.１㊀基于弹簧￣质点模型弹簧￣质点模型是一种基于物理学的模型ꎬ它将物理系统看作是由弹簧和质点组成的弹性体系ꎮ鉴于机织物的非弹性性质ꎬＰｒｏｖｏｔ[２３]改进了弹性可变形模型ꎬ将机织物近似成一组质点和弹簧构成的可变形表面ꎬ其运动通过数值积分基本动力学定律来评估ꎬ弹簧￣质点模型结构如图６所示ꎮ针织物和机织物都是纺织品ꎬ具有相似的物理属性ꎬ因此对弹簧￣质点模型的应用也可以相互参考ꎮ但针织物和机织物之间存在构造方式和织物结构不同的区别ꎬ针织物结构较为松散ꎬ弹性更大ꎬ更容易变形ꎮ因此ꎬ为了将弹簧￣质点模型应用于针织物模拟中ꎬ常需要对模型进行调整和改进ꎬ使其能够准确地模拟针织物的特点ꎮ图６㊀弹簧￣质点模型Ｆｉｇ.６㊀Ｍａｓｓ￣ｓｐｒｉｎｇｍｏｄｅｌ为实现针织面料在物理层面准确的仿真ꎬＭｅｉßｎｅｒ等[２４]引入弹簧￣质点模型用于计算针织物线圈结构的动态行为并展示了其更高效的可视化ꎮ由于几何模型的局限性ꎬＫｙｏｓｅｖ等[２５]使用弹簧￣质点模型用于描述织物的力学行为ꎬ包括受力㊁变形等ꎬ但是模拟时间较长ꎬ不太适合在生产中使用ꎮ为模拟流体对针织物的动态行为和形态行为产生的影响ꎬＧüｄüｋｂａｙ等[２６]通过弹簧￣质点模型对针织物进行建模ꎬ采用了三层质点并通过保持体积约束模拟出织物的厚度ꎬ模拟效果真实感较高ꎬ但对于织物线圈结构的受力行为研究不够ꎮ沙莎等[２７]在改进弹簧￣质点模型的基础上ꎬ通过对线圈进行结构建模来使得针织物具有更真实的力学效果和体积感ꎬ并采用非均匀有理Ｂ样条曲线来拟合线圈曲线ꎬ通过旋转圆柱来模拟股线捻度效果ꎬ从而获得真实感较好的纬编织物仿真效果ꎮ考虑到单面纬编针织物和双面纬编针织物之间的差异ꎬ为模拟针织物的垂坠行为ꎬＭｏｚａｆａｒｙ等[２８]研究了在单面针织物中引起边缘卷曲的弯曲和扭矩力矩ꎬ并表明这些力矩在双面针织物中会被抵消ꎬ因此导致了非卷曲结构ꎻ使用质点弹簧模型来模拟针织物纬向和经向的卷曲形状ꎬ模拟结果显示与实际针织物垂坠形状存在良好的一致性ꎮ对于密度非均匀分布的纬平针织物ꎬ汝欣等[２９]提出相对应的织物弹簧￣质点模型的初始状态的确定方法ꎬ基于弹簧￣质点模型和二维Ｐｅｉｒｃｅ线圈模型建立质８５２现代纺织技术第３１卷点￣控制点关联式ꎬ获得与实际样品变形趋势较为一致的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型不够多样ꎬ且计算效率实时性不够ꎬ图７所示为模拟效果图ꎮ图７㊀密度非均匀纬平针织物仿真Ｆｉｇ.７㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆａｎｏｎ￣ｕｎｉｆｏｒｍｗｅｆｔｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃ弹簧￣质点模型实现相对较简单ꎬ计算速度较快ꎬ并且可以进行实时交互式模拟ꎬ在纬编针织物的模拟中被广泛使用ꎬ可以模拟不同的织物结构和力学特性ꎬ但对于织物的非线性特性和纱线间的摩擦效应等模拟难度较大ꎮ２.２㊀基于网格模型基于网格模型的纬编针织物物理仿真是一种通过对纬编针织物建立三维网格模型ꎬ将物理特性转化为网格节点之间的力和约束关系来模拟针织物外观和物理特性的方法ꎮ基于ＮＵＲＢＳ(非均匀有理Ｂ样条)曲线[３０]和Ｌｅａｆ￣Ｇｌａｓｋｉｎ的改进模型[３１]ꎬ以及通过网格控制法和ＯｐｅｎＧＬ建模技术ꎬ刘瑶等[３２]建立了非线性纬编线圈单元模型和组织结构模型模拟羊毛衫组织的变形机理ꎬ方法计算简便但三维模拟效果不够真实ꎮＹｕｋｓｅｌ等[３３]首次提出针织网格的概念ꎬ将针织服装通过一个多边形模型进行网格划分ꎬ接着使用交互式建模工具生成一个更精细的网格用以表示织物不同的线圈结构ꎬ通过操作针织网格生成表示纱线的曲线模型ꎬ然后在保持全局形状的同时ꎬ局部松弛纱线以获得真实形状ꎬ从而产生适合于动态模拟的有效纱线几何形状ꎬ模拟效果真实感较强ꎬ但计算量大导致模拟速度较慢ꎬ图８所示为绞花结构真实织物与其网格模型ꎮ为了确保模拟出的针织物可以在真实世界进行生产ꎬＷｕ等[３４]提出了可编织针织结构的概念ꎬ并引入自动化的流程ꎬ从输入的多边形网格开始便自动生成针织物网格模型ꎬ以达到更快速的模拟ꎮ图８㊀样品及其网格模型Ｆｉｇ.８㊀Ｓａｍｐｌｅａｎｄｓｔｉｔｃｈｍｅｓｈｍｏｄｅｌ杨恩惠等[３５]使用了六边形网格结构理论和ＮＵＲＢＳ曲线相结合的技术来进行针织物线圈的真实感模拟并进行了导热分析ꎬ该方法简便易行但对于织物的受力行为未进行研究ꎮ胡新荣等[３６]在建立网格模型与纱线模型之间对应关系的基础上ꎬ分别对网格模型与纱线模型进行仿真并采用自适应网格划分技术加快网格仿真速度ꎬ模拟真实感较好同时速度较快ꎬ但模拟的织物类型较为单一ꎮ赖安琪等[３７]通过建立线圈几何模型和网格模型ꎬ并利用矩阵运算得到花式结构线圈的坐标ꎬ实现了从实际织物到三维线圈结构的快速转换ꎬ能够快速准确地模拟全成形毛衫花式结构ꎬ图９所示为暗加针工艺的全成形织物的实物图和仿真图ꎮ图９㊀暗加针工艺仿真效果Ｆｉｇ.９㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｖｉｓｉｂｌｅｎｅｅｄｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ基于网格模型的方法可以准确地模拟针织物的外观和物理特性ꎬ具有较高的真实感和可靠性ꎬ同时网格模型的计算方法比较简单ꎬ容易实现ꎮ但对于复杂的织物结构和大规模的仿真系统ꎬ网格模型的计算量通常较大而导致速度变９５２第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展慢ꎬ并且可能存在网格变形的问题ꎬ需要采用适当的网格划分和变形技术来保持模拟的准确性和稳定性ꎮ２.３㊀基于纱线层次模型纱线层次模型的核心思想是将纱线视为物理实体ꎬ通过对纱线内部结构和力学特性的建模ꎬ来模拟纬编针织物的物理行为和变形效果ꎮ考虑到纬编针织物的非线性行为及其纱线之间的接触和相互作用ꎬＫａｌｄｏｒ等[３８]首次系统提出基于纱线层次建立模型对织物进行模拟ꎮ每根纱线都被建模为一个不可伸长但可变形的Ｂ样条管ꎬ纱线之间的摩擦通过刚体速度滤波器近似计算ꎬ相互作用通过硬约束力调节ꎬ模拟出织物的非线性特性和力学行为ꎬ但该模型计算量庞大ꎬ模拟时间较长ꎬ图１０所示为模拟效果图ꎮ为了降低计算成本ꎬＫａｌｄｏｒ等[３９]采用罚函数法近似纱线之间的接触力ꎬ并用旋转线性力模型进行近似计算ꎬ使得模拟速度提高４~５倍ꎮ图１０㊀纱线层次模拟的织物非线性拉伸效果Ｆｉｇ.１０㊀ＮｏｎｌｉｎｅａｒｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｆａｂｒｉｃｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｙａｒｎｌｅｖｅｌＣｉｒｉｏ等[４０]假设织物中的纱线之间是永久接触但可以滑动的状态ꎬ通过完全避免接触检测大幅减少了计算量ꎬ模拟速度比先前的技术提高了一个数量级ꎮ为实现交互式的纱线层次模拟ꎬＬｅａｆ等[４１]提出结合两种方法来加快模拟速度ꎬ首先是基于纱线层次的周期边界条件ꎬ利用织物结构在基本方向上的空间重复性ꎬ只需对小的周期区域进行模拟计算ꎻ其次是高度并行化的ＧＰＵ求解器ꎬ利用ＧＰＵ的并行计算能力来快速计算小的周期区域的纱线层次模拟ꎮ这两个方法的结合实现了对纱线层次针织物的实时模拟和调整ꎬ仿真效果真实感较强ꎮ基于纱线层次模型的模拟方法由于数据量庞大和计算复杂度高ꎬ往往模拟时间较长ꎬ为提高模拟速度ꎬ往往会采用数据驱动的思想ꎬ通过大量的数据来学习和模拟纬编针织物的特性ꎮ在此基础上ꎬＳｐｅｒｌ等[４２]通过数值均匀化的方法实现了纱线层次的纬编针织物动态模拟效果ꎬ使用大量的纱线层次模拟数据来建立针织物的势能密度模型ꎬ用能量密度函数在薄壳模拟器中计算织物的力学行为ꎬ模拟出针织物的高度变形性和各向异性ꎮ同时ꎬ此方法完全基于模拟ꎬ不需要任何真实世界的实验及数据ꎬ不过对于织物的撕裂及抽丝等行为无法模拟ꎬ其与直接进行纱线层次仿真的效果的比较如图１１所示ꎮ为了预测不同针织物的物理特性ꎬＳｐｅｒｌ等[４３]通过逆向建模的方法将真实世界中针织物的力学行为转化为纱线层次的仿真模型ꎮ首先建立了涵盖各种类型针织物的物理特性ꎬ如刚度㊁非线性和各向异性的数据库ꎬ然后开发了可以将真实织物数据转换为纱线层次模拟的系统ꎬ并且将织物数据进行降维处理ꎬ以快速生成近似的纱线层次模拟结果ꎬ但此方法是基于纯棉和涤纶等纤维制成的针织物数据集进行训练和评估的ꎬ因此对于其他纤维的应用需要重新评估和调整ꎮ图１１㊀直接纱线层次仿真与均匀化连续模型仿真比较Ｆｉｇ.１１㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｙａｒｎ￣ｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｄｃｏｎｔｉｎｕｕｍｍｏｄｅｌｓ纱线层次模型是一种基于物理学原理的模拟方法ꎬ能够模拟纬编针织物的组织构成和微观结构对其宏观性质的影响ꎮ这种模型能够更准确地０６２现代纺织技术第３１卷预测织物的力学行为ꎬ在纺织工业㊁服装设计和计算机图形学等领域具有广泛的应用前景ꎮ纱线层次模型的建立和求解过程相对复杂ꎬ这导致该模型的计算量通常较大ꎬ模拟时间较长ꎬ尤其对于大规模㊁复杂结构的织物系统来说ꎬ计算成本较高ꎮ此外ꎬ纱线层次模型对于某些织物行为ꎬ如撕裂和抽丝等ꎬ可能无法进行准确模拟ꎮ２.４㊀基于有限元模型基于有限元模型的纬编针织物物理仿真方法可以将织物抽象为一系列的网格单元ꎬ并基于有限元方法建立针织物的物理模型ꎬ包括纱线弯曲㊁张力和接触力等ꎮ有限元分析是一种数值分析方法ꎬ通过将复杂的结构划分成许多小的有限元ꎬ对每个有限元进行计算和分析ꎬ然后将这些小的有限元组合起来ꎬ得到整个结构的计算结果ꎮ由于解析方法较难模拟出纬编针织物的复杂结构和各向异性ꎬＶａｓｓｉｌｉａｄｉｓ等[４４]将织物表示为由多个圆柱体组成的三维网格模型ꎬ每个圆柱体代表一根纱线ꎬ通过将材料参数㊁几何参数㊁力学参数等输入到有限元模型中ꎬ图１２所示为有限元模型网格ꎬ模拟出织物在不同加载条件下的应力应变行为ꎬ但模拟的假设条件过于理想ꎬ且织物类型较为单一ꎮ图１２㊀单元网格划分Ｆｉｇ.１２㊀Ｍｅｓｈｅｄｕｎｉｔｃｅｌｌ为了模拟具有负泊松比的网状经编纬编混合织物的变形行为ꎬＷａｎｇ等[４５]通过计算机扫描获取了织物外层结构的精确几何形状用以生成几何模型进行网格划分ꎬ然后建立有限元模型对织物在经向和纬向拉伸的变形行为进行模拟ꎬ获得与真实织物较为一致的仿真结果ꎮＭｃＫｅｅ等[４６]通过建立单面纬编针织物的有限元模型ꎬ模拟布料在弹道载荷下的应变㊁应力和变形等力学响应ꎬ以加强对单面针织物的物理性能和防护能力的了解ꎮ为预测针织紧身服压力ꎬＧｈｏｒｂａｎｉ等[４７]使用有限元模型来模拟含有弹性纬线的双面纬编针织物的拉伸性能ꎬ并评估沿经向的应力分布ꎬ模拟结果较为准确可靠ꎮＷａｄｅｋａｒ等[４８]提出一种使用有限元模型对纱线层次几何模型进行分析和模拟的方法ꎬ可以模拟出不同的平针针织物结构及其物理性能ꎬ但是无法模拟其他的织物类型ꎮ针对纬编针织物形变规律问题ꎬ郝志远等[４９]通过均匀化理论建立宏￣细观线弹性数学模型ꎬ使用有限元模型计算两种不同的纬平针织物在双向拉伸下的变形行为ꎬ可快速获得较准确的模拟效果ꎬ但模拟的织物类型较单一ꎮ孙亚博等[５０]通过三维建模软件建立纬平针单位线圈模型和筒状针织物模型ꎬ利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行模拟ꎬ分析筒状针织物在纵向拉伸时的力学性能ꎬ可准确模拟出纬平针织物拉伸时的变形行为ꎬ图１３所示为筒状针织物拉伸时模拟效果ꎮ图１３㊀筒状针织物拉伸时模拟效果Ｆｉｇ.１３㊀Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｔｕｂｕｌａｒｋｎｉｔｔｅｄｆａｂｒｉｃｄｕｒｉｎｇｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ在研究纬编针织物时ꎬ有限元模型可以对纱线㊁线圈和织物之间的相互作用进行分析ꎬ提供高精度的模拟效果ꎬ可以帮助研究者更好地了解针织物在应力下的形变和应变情况ꎬ为设计优化提供依据ꎮ建立精确的有限元模型需要大量的计算资源和时间ꎬ需要对织物的细节进行详细建模ꎬ建模具有一定的难度和计算复杂性ꎮ１６２第６期宋明明等:纬编针织物真实感建模与仿真进展。

基于简化的质点弹簧模型的布料模拟

计算机工程与设计ＣｍｕｒｎｉｅｎｄｅｇｏｐｔＥｇｅｒｇｎＤｓｎｅｎｉａｉ
２１，１（００３４）
８９１
・仿真技术・
基于简化的质点弹簧模型的布料模拟
李健，崔栋梁
（西科技大学电气与信息工程学院，陕西西安７０２）于物理模型模拟布料应用最广泛的模
拟方法之一，比较有代表性的有Ｐｏｏ、ｒｎＥｅｈｒｔｒｖｔＢｅ、ｂｒａｄｅ等。Ｐｏｏ“ 立的模型是质点弹簧模型的经典代表，模型ｒｖｔ建该简单易用，法容易实现，了提高模型的性能，多研究者算为许对模型进行了改进，对弹簧的超弹性问题，ｒｖｔ提出一种针Ｐｏｏ“ 动态逆向约束形变的方法，种方法通过多次迭代，速的传这快
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任意衣物和人体的3D试穿实时仿真

任意衣物和人体的3D试穿实时仿真作者：陈燕薛原杨若瑜来源：《计算机应用》2014年第01期摘要：近年来服饰试穿模拟的研究日趋盛行，但始终较难兼顾灵活性、真实感、实时性与完整性。

因此以任意人体和任意衣物的匹配试穿为目标，设计了一种新的试穿仿真流程。

首先，采用非均匀有理B样条（NURBS）曲面自动完成可形变人体建模；然后对3DMAX模型进行质点重构并添加多类型弹簧，完成任意衣物建模；最后，采用Verlet积分完成试穿仿真，并实现了新的模型简化和三角形内点判断算法。

实验结果表明，人体和衣物建模方法保证了试穿效果的多样性，而衣服模型简化和内点判断算法可将仿真性能提高约30%，保证了实时性。

关键词：试穿仿真；可形变人体；质点弹簧模型；网格简化；实时性中图分类号： TP391.9 文献标志码： A0引言近年来，三维动画游戏或电影中对虚拟服饰的真实感要求越来越高。

同时，网购的盛行则激发了对虚拟衣物试穿的研究，并不断对其效果提出更高的要求。

事实上，基于物理的服装仿真动画技术一直受到国内外研究学者的广泛关注。

Fuhrmann 等[1]和Goldenthal等[2]利用约束和迭代求解系统控制方程代替大型平面逼近的方法来加速衣物模拟。

Stumpp等[3]在预处理中将布料网格分割为一组重叠的簇集以便仿真时将质点与之进行匹配，从而确定质点位置及偏移。

该方法在簇集规模不大时计算效率较高。

Volino等[4]则对真实布料本身的拉伸弹力进行实验测试，获取数据再进行仿真，可有效计算静态窗帘和动态动画。

Chen等[5]提出一种基于网格插值的纯几何方法，并采用能量最小化方法求解布料或服装的最终悬垂状态，该方法稳定性较好。

Feng等[6]通过捕捉两步之间衣物形变的关系提高仿真效率。

Rohmer等[7]利用几何方法模拟了服装面上褶皱，采用隐式变形器计算最终精化的变形平面。

孙守迁等[8]引入约束凸包简化和预计算外围映射体的方法提高了质点穿透判断和碰撞响应求解的速度。

一种改进的质点-弹簧织物建模与仿真

收稿日期：２０１３— ０１— ２５
基金项目：国家自然科学基金项目（６１１０３０８５）；湖北省自然科学基金项目（６１１０３０８５）；广州市科技计划项目（１２Ｃ４２０９１５６２）｝通讯作者：陈瑛，讲师，Ｅｍａｉｌ：ｔａｏｘｉａｏｔｏｎｇ＠１６３．ｃｏｎ．ｒ
运动定律．（３）基于质点一弹簧模型的粒子系
１建模
质点一弹簧模型将织物的经向与纬向分布成ｍ × 的质点矩阵，织物的质量均匀分布在质点上，质
统＿７Ｊ，模拟织物内部拉伸、剪切和弯曲等各向同性
（＋２，Ｊ）．．＿ — ：剪切弹簧
：弯曲弹簧
本文基于ＫＥＳ系统的检测结果提出改进的质
点一弹簧模型，充分考虑了结构弹簧在力学性能上
的特点，采用分段的弹性系数．与ＷＡＮＧ等提出
图１质点一弹簧模型结构图
Ｆｉｇｕｒｅ１Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｓｓ－ｓｐｒｉｎｇｍｏｄｅｌ
的“ Ｄａｔａ－ＤｒｉｖｅｎＥｌａｓｔｉｃＭｏｄｅｌｓ ” 相比，都采用了分段
４４
华南师范大学学报（自然科学版）
第４５卷
了保持质点问的初始距离，结构弹簧的作用是模拟织物经纬２个方向相邻质点的作用力，需将弹性系数设置为较大值，以阻止布料在经纬２个方向过度的拉伸形变．结构弹性系数越大，则织物相应的形变

质点弹簧

仿真
点击运行菜单，当：
m_LastTime < Time ∆t = Time - m_LastTime；
如果 ∆t大于最大步长m_MaxTimeStep，则 ∆t =m_MaxTimeStep；仿真时间 ∆t 内图像的变化情况；
m_LastTime=m_LastTime+ ∆t ；
否则仿真∆t 时间内图像的变化情况；
质点-弹簧模型
结构简单易用、算法容易实现且效率较高
有限元模型
它把形变体划分成许多个有限单元，并在各个有限单元内实现形变体几何和物理的连续特性。能准确地模拟物体变形，但是其计算过程很复杂，且其能准确模拟的变形幅度一般不到物体尺寸的1 鉴于现在对于变形效率及效果的综合要求一般采用质点-弹簧模型
能准确地模拟物体变形但是其计算过程很复杂且其能准确模拟的变形幅度一般不到物体尺寸的1鉴于现在对于变形效率及效果的综合要求一般采用质点弹簧模型质点弹簧模型介绍以布料模拟为例子质点弹簧模型将一张布料看作成一张由质点构成的网质点的位置代表布料上某一点的空间位置
质点-弹簧模型
主要内容
研究背景质点-弹簧模型介绍应用到文字变形
在质点-弹簧模型中，有三种类型的弹簧：
结构性弹簧(structural spring)：连接紧密相连的横向和纵向质点，起到固定布料结构的作用。扭曲弹簧(shear spring)：也叫剪切弹簧，连接在一个对角线上的相邻质点，起到防止布料扭曲变形的作用。拉伸性弹簧(flexion spring)：也叫弯曲弹簧，连接纵向和横向相隔一个质点的两质点，使布料在折叠时边缘圆滑。
如果有阻尼系数未知，则阻尼系数用定值阻尼系数 DEFAULT_DAMPING，则F=DEFAULT_DAMPING*V

基于简化的质点-弹簧模型织物变形仿真研究

（．ｎａｇＮｒａＵｉｒｔ，ｏｐｔｄｃｔｎＤｐｒｅｔ，ｎａｇＣｉ５００１ＡｙｎｏｍｌｎｅｓｙＣｍｕｅＥｕａｏｅａｔｎＡｙｎｈｎ４５０；ｖｉｒｉｍａ
２Ａｙｎｎｔｕｅｏｅｈｏｏｙ，ｃｍｐｔｒｄｐｒｍｅｔＡｎａｇ，Ｃｉａ４５０．ｎａｇＩｓｉｔｆｃｎｌｇｔＴｏｕｅｅａｔｎ，ｙｎｈｎ５００）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｉｕａｉｎｏｈｅｍｏｉｎｏｌｔｓａｍｐｒａｔｐｒｎｉｕｌａｍａｉｎ．ＴｈｅｃｍｐａｉｎａｏｔｒＳｍｌｔｏｆｔｔｏｆｃｏｈｉｎｉｏｔｎａｔｉｖｒａｎｉｔｏｔｏｕｔｔｏｌｃｓｓａｅ
ｍｄｌｏｅｃｔ－ｂｅｔｏｃｐｉｅｅｕｒｍｎｃｓｅｌｔｅａｄｓｂｉｌｈｄｆａｏ，ｉｐ－ｏｅｆｔｌｈｏｊ．Ｔｏｅｔｔｑｉｅｔｓｈａｒａ—ｉｎａｉｔｃｔｅｒｔｎｔｓａｒｈｏｃｗｈｈｒｅｓｕｍｔｌｙｏｏｉｈｍ
ｉｔｇａｉｎｍｅｏ．Ｅｐｒｎａｅｕ￣ｓｏｈｔｔｅｍｏｅｓｇｏｎｓｂｌｙａｄｒａｉ，ａｄｅｙｔｍｐｅｎｅｒｔｔｄｏｈｘｅｍｅｔｒｓｌｈｗｔａｄｌｉｏｄｉｔｉｔｅｔｉｌｈａｉｎｌｍｅｎａｏｉｌ－ｓ
第２卷第５８期
文章编号：０６９４（０１０ — ４６０１０ — ３８２１）５００ — ４

基于质点—弹簧模型的布模拟方法

维普资讯
嘉兴学院学掇
革ｌ４卷第３期
角形网格容易被用来描述任意形状的物体，所以在我们的系统中，采用三角形网格来描述布１质点一弹簧模型
文献标识码：Ａ．
文章躏号：１７ —３７（０２０－０５一（４６１０９２０）３０７Ｏ）
０序言
布的计算机模拟是计算机图形学中的一个重要研究课题。在许多领域中，如计算机动画，电
视广告，虚拟现实和工程仿真，布的计算机模拟都有广泛的应用。其中，晟有意义的是三维服装ＣＤ。在三维服装ＣＡＡＤ中，们可以用计算机设计三维服装，将服装穿在虚拟的人体模特身上，我
并且生成人体运动时的服装动画效果。这样，人们就可以在真正的服装被制造出来之前知道被设
计的服装会是什么样子，从而减步了服装设计的时间和成本。
由于布是易变形的物体，们很难用一个简单又快速的函数来描述布的形状。我近一二十年来，研究人员已经提出了许多布的模型。我们可将这些模型分成三类：（）几何模型布的形状完１全用数学函数描述。虽然该模型有较快的速度，只能描述一些简单的形状。２物理模型。。但（）；布的形状用微分方程来描述。模型结合布的物理属性，质量、该如硬度和弹性等布的材料属性，运用力学理论建立起微分方程。该模型可以反映布的真实形状，但运算的速度比较慢。（）混台模３型闽：结合几何模型、物理模型。其速度和逼真度介于上述两种模型之间。本文提出了一种基于质点一弹簧模型的布模拟方法。该模型是一种基于物理的模型。在质点

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。

物理模型论文范文3篇

物理模型论⽂范⽂3篇物理模型物理教学论⽂⼀、物理模型的定义和教学意义物理模型是指在进⾏物理科研或教学的过程，采⽤适当的⽅法对抽象的物理理论做简化处理，⽤⼀种能反应物质(现象)本质的理想化结构去描述实际的物质(现象)，这种理想化结构我们称之为“理想模型”[1]。

因此，在⾼中物理的教学过程中，通过“物理模型”的建⽴，来帮助学⽣对物理知识产⽣更深刻的理解，不仅⾮常有利于更好学习物理这⼀门学科，还更有利于培养其创造性思维，对于物理教师来讲，也是提⾼物理教学质量不可多的的⽅法。

⼆、⾼中物理模型的建⽴⽅法(⼀)围绕教学⽬标，精炼物理模型建⽴物理模型最终是为教学⽬标服务的，⽽不是⽤来供学⽣观赏的⼀般艺术品。

所以⾼中物理模型务必做到精炼，尽管⼀些旁枝末节的部分可能在客观上也是研究和学习对象本⾝的⼀部分，但之于本教学⽬标，并不能够起到促使学⽣认识物理现象本质的作⽤，物理教师应该在建⽴物理模型的时候删去这些不必要的环节，以更简单明了的形式，集中突出教学⽬标要求的知识范围即可。

这样做的理由就在于，过于花俏的物理模型容易使学⽣的注意⼒偏移教学的主要⽬标，物理模型也就失去了本来意义。

(⼆)围绕本质理论，发掘模型作⽤物理是⼀门基础的⾃然学科，所以从物理模型的定义来说，⾼中物理教学的终极⽬标是要帮助学⽣通过各种物理的现象去认识其本质，充分发掘物理模型的作⽤，让学⽣透彻理解事物或现象之间的关联因素和发⽣发展规律，加深对物理本质理论的理解，⽽不是仅仅停留在模型教学的表⾯现象。

从这个意义层⾯来看，物理的模型教育如果不围绕本质理论，就可能会仅仅落个课堂上的三分钟热闹，⽽对学⽣的物理学习⼏乎帮助很⼩。

(三)围绕物理规律，避免失败模型根据⾼中物理教学内容的不同，教师在建⽴物理模型的时候，应当做到有所侧重。

⽐如某些物理模型，正如⽅法⼀所介绍的那样，应当突出体现事物或现象的主要因素；⼜⽐如某些物理模型，主要是针对某些常见且相对容易理解的物理现象，所以建⽴的物理模型也只需适当的模拟描述即可。

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。

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。

三维服装仿真中的数值解法研究与应用

ｔｉｏｎｏｆｔｅｘｔｉｌｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｅｘｔｉｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈａｓｅｎｏｒｍｏｕｓｃｈａｌｌｅｎｇｅ．ＴｈｉｓＰａｐｅｒｕｓｅｈｅｔ
ｃｌｏｔｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭｏｄｉｉｅｆｄＭａｓｓ—Ｓｐｉｎｒｇｍｏｄｅ１；ｓｅｌｆ—ａｄａｐｔｉｖｅＲｕｎｇｅ—Ｋｕｔｔａｍｅｔｈｏｄ；ｆｉｘｅｄｄｉｒｅｃｉｏｔｎｈｕｌ１．
检测的真实性与执行效率之间的问题。通过实验证明了自适应Ｒｕｎｇｅ —Ｋｕｔｔａ方法和ＦＤＨ方法的优越性，真正
实现了对柔性织物的实时动态仿真。
关键词：改进的弹簧一质点模型；自适应Ｒｕｎｇｅ— Ｋｕｔｔａ法；ＦＤＨ中图分类号：０２４２．１文献标识码：Ａ文章编号：１０００— ２３２４（２０１３）０３— ０４５６一Ｏ５
ＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＯＦＮＵ ⅣＩＥＲＩＣＡＬＳｏＬＵＴＩｏＮＩＮ３ＤＦＬＥＸＩＢＬＥＣＬｏＴＨ
ＺＨＡＮＧＺｏｎｇ—ｇｕｏ，ＷＡＮＧＣａｎ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｍｅｒｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎａｎ，２５０１０３，Ｃｈｉｎａ）

基于同步建模技术的服装3D建模与2D纸样转换技术

基于同步建模技术的服装3D建模与2D纸样转换技术周莉;Richard Kennon【摘要】Based on a set of experiments on three-dimensional scanning of naked and dressed mannequin and by using reverse engineering software, a research chain of converting clothing patterns from 3D modeling to 2D templates was developed, offering an innovative research method to the study on the parameter relationship between human body and garment clearance.%文章通过一组净体和着装3D扫描实验，基于同步建模技术理论，结合逆向工程软件，在3D着装人体模型和2D纸样转换间形成一个完整的研究链条，为解决人体和服装空间的参数关系研究提供了一个新的思路。

【期刊名称】《纺织导报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P138-140)【关键词】三维扫描;点云图;逆向工程;3D建模;转换技术【作者】周莉;Richard Kennon【作者单位】西南大学纺织服装学院;The University of Manchester【正文语种】中文【中图分类】TS941.26目前，基于同步建模技术的服装3D建模与2D纸样的转换技术，将是服装CAD技术发展和应用的核心竞争力，建模过程中对服装松量的控制和表现是其重点，也是其技术难点。

同步建模技术的核心在于尺寸约束和拓扑关系的求解，从而有效地实现对模型的设计变更，真正实现参数化设计。

通过对净体和着装人体与服装的三维扫描得到点云数据图，提取所研究部位的切面曲线，在逆向软件中进行模型的同步建立和参数化处理，利用DCTT工具直接产生2D服装纸样。