基本信息
- 项目名称：
- 针织羊毛衫花纹设计三维建模及仿真
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 当前纬编针织物三维仿真的研究大多局限在单个的成圈组织、集圈组织、浮线和移圈组织。本文通过对成圈、浮线、集圈和移圈线圈三维模型的综合分析，采用粒子模型及弹簧质点理论和逻辑位理论方法，实现了这几种不同线圈之间的联动效应。并结合VC++和OPENGL混合编程技术，得到了所需要的针织羊毛衫花纹的三维仿真模型。使各种羊毛衫花纹效果的提前预览成为可能，对计算机仿真设计取代小样生产具有重大的现实意义。
- 详细介绍：
- 本项目从2010年8月份开始至今，我们组六名成员在指导老师的带领下，针对现阶段国内对纬编针织三维线圈模型的研究普遍存在的结构单一、变化性不强等问题，在与企业合作的基础上，经过一年的科研攻关，运用逻辑位理论和参数化设计方法，提出了对成圈、集圈、浮线和移圈这几种基本线圈多因素综合分析的新思路，实现了各种线圈之间的混合联动。研究并开发出了适用于针织羊毛衫花纹设计的三维仿真系统。具体介绍如下： 1、羊毛衫小样的观测和分析。 在羊毛衫小样上机试织前，需要先确定羊毛衫线圈的圈距、圈高，各种基本线圈之间的组合情况和纱线颜色、粗细。羊毛衫小样试织完成后，通过对小样实物进行观测，在草纸上绘出小样各种线圈轨迹的三视图。 2、羊毛衫三维线圈模型的建立。 对根据小样在草纸上绘出的线圈轨迹进行数学分析，建立各种线圈在不同情况下的数学模型。并通过建立的各种线圈模型，分析这几种线圈之间组合时的内部关系和力学性能引起的变形，进而得到线圈之间联动的一般规律，建立组合线圈的联动模型。 3、研制一套具有较强实用性的针织羊毛衫三维仿真系统。 根据建立的各种线圈的联动模型，在OPENGL三维仿真平台上用程序语言实现这几种线圈的联动效果，完成针织羊毛衫三维仿真系统。并综合考虑针织厂对羊毛衫设计时的可操作性，通过改变圈距和圈高、线条颜色和粗细等相关参数提高三维仿真的逼真度，使设计人员在设计时具有较灵活的选择，适用于各种不同花型的羊毛衫设计。 4、根据在针织羊毛衫三维仿真系统中设计的花纹上机试织，对比实物和仿真效果图。 在羊毛衫三维仿真系统里对羊毛衫花纹设计进行实际模拟，生成羊毛衫仿真图。并根据设置的参数在羊毛衫横机上试织，对比分析羊毛衫实物效果和仿真图，通过反复调试各种参数使仿真的羊毛衫效果图与实物具有相同的效果。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、目的：研制一套具有较强实用性的针织羊毛衫三维仿真系统，适用于羊毛衫花纹的设计，替代工厂羊毛衫小样的试织，缩短羊毛衫的生产周期，提高产品的市场竞争力。 2、基本思路：通过对成圈、浮线、集圈和移圈三维线圈模型的分析，结合逻辑位理论和参数化设计方法，来实现这几种不同线圈之间的联动效应。并结合VC++和OPENGL混合编程技术和粒子模型及弹簧质点理论，得到所需要的针织羊毛衫花纹的三维仿真模型。
科学性、先进性及独特之处
- 1、科学性：将计算机图形学、力学和针织工艺学理论知识有机结合来建立线圈及力学变形三维复合模型。通过理论研究和实验对比验证是可行的。 2、先进性：采用粒子模型及弹簧质点理论，结合参数化设计方法，实现各种羊毛衫线圈混合联动,提高了织物仿真度。经相关专家认定，在线圈组合三维仿真效果上处于国内同行先进水平。 3、独特之处：采用粒子模型及弹簧质点与针织工艺相结合的新构思，建立各种羊毛衫线圈联动模型。
应用价值和现实意义
- 鉴于针织羊毛衫大批生产之前需要上机试织的现状， 通过多次对各种针织羊毛衫小样的实验观测和三维仿真效果进行对比分析，研制出一套具有较强实用性的针织羊毛衫三维仿真系统，适用于羊毛衫花纹多样性的设计，可替代工厂羊毛衫小样的试织，缩短羊毛衫的生产周期，提高产品的市场竞争力。该系统的建模思路同样适用于其它纬编针织物和经编织物的三维仿真，具有较强的推广意义。
学术论文摘要
- 针对当前纬编针织物三维仿真的研究大多只考虑单一的成圈组织、集圈组织、浮线和移圈组织。通过对成圈、浮线、集圈和移圈线圈三维模型的综合分析，采用逻辑位理论方法，实现了这几种不同线圈之间的混合联动。并结合VC++和OPENGL混合编程技术，得到了所需要的针织羊毛衫花纹的三维仿真模型。为双面纬编复合组织的三维仿真研究奠定了基础，使各种羊毛衫花纹效果的提前预览成为可能，对计算机仿真设计取代小样生产具有重大的现实意义。
获奖情况
- 作品获2011年第八届湖北省“挑战杯”大学生课外科技学术作品竞赛二等奖。 《针织羊毛衫花纹设计三维建模及仿真》2011年8-9月，在国家级中文核心期刊《针织工业》公开发表； 《three-dimensional Dynamic Simulation of weft knitted Fabric》2011年4月21日-22日，在第三届三维织物及其应用国际学术会议上发表。
鉴定结果
- 该作品通过综合分析羊毛衫基本线圈的三维模型，实现了各种线圈之间的混合联动，成功地研制出了一套羊毛衫三维仿真系统。可以取代工厂小样的试织，在线圈组合三维仿真效果上处于国内同行先进水平。
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, 2001. [2] 刘夙，龙海如.纬平针织物的计算机三维模拟[J]. 纺织学报，2007. [3] 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, 2003, 29(3):47-50. [4] 汪育桑，冯勋伟. 基于几何模型的纬编提花织物结构计算机辅助设计[J]. 中国纺织大学报, 2000. [5] 张丽哲，蒋高明. 经编组织仿真中的线圈偏移[N]. 纺织学报，2010. [6] K.F.Choi, T.Y.Lo. An Energy Model of Plain Knitted Fabric[J]. Textile Research Journal, 2003. [7] Kurbak, A., Plain Knitted Fabric Dimensions (Part I), Textile. Asia, March, 33, 36, 41–44 (1998). [8] Savvas G. Vassiliadis. Mechanical simulation of the plain weft knitted fabrics[J]. International of Clothing Science and Technology, 2007. [9] Arif Kurbak, Ozgur Ekmen. A Geometrical Model for Widthwise Curlings of Plain Knitted fabrics[J]. Textile Research Journal, 2008. [10] 蒙冉菊, 方园. NURBS样条曲线纬编针织物线圈结构的建模分析[J]. 浙江理工大学学报，2007,24(3).
同类课题研究水平概述
- 目前，随着数字计算机的高速发展，无论在科学研究还是技术开发和工业设计中，计算机仿真技术都显示出强大的威力，已成为人们研究复杂系统时不可缺少的一种手段，其成效十分显著。 在计算机上实现针织物的仿真关键在于针织物模型的建立。在国外，英国的Chamberlain在1926年首次提出了由圆弧和直线组成的二维线圈模型，pierce在1947年基于纱线中心轴是直线和圆弧的假设，建立了空心的空间圆柱和圆弧柱的三维线圈模型，此外还有Leaf和Glaskin、Munden、kawabata等的线圈模型。然而，无论是什么样的仿真模型，都是以系统数学建模为基础，在一定假设条件下进行的信息处理过程，进而在仿真基础上进行实验研究。 在国内，2000年，史晓丽等人在Pierce 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。汪育桑和冯勋伟通过对构成纬编提花针织物的基本线圈单元进行几何结构分析, 建立几何模型, 开发了一套纬编提花针织物计算机辅助设计系统。张克和等人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。2007年，蒙冉菊等人运用NURBS 样条曲线进行纬编针织物线圈单元模型的数学建模, 通过实验验证了NURBS 样条曲线线圈单元模型具有更好的适用性, 使纬编针织物建模结果更为准确合理。龙海如等人在Pierce 线圈模型的基础上,根据针织物空间几何结构的特点,建立了由几段用参数方程表示的空间圆弧和曲线连接组成三维几何线圈模型。并在OPENGL平台上成功模拟出了纬平针织物的正反面效果。 由于羊毛衫花纹的设计不仅仅局限在单个的成圈、集圈、提花和移圈组织，而是这几种线圈之间的相互配合。所以羊毛衫花纹的设计需要建立成圈、集圈、浮线和移圈组织之间的联动模型。在计算机仿真环境中将三维线圈模型参数图像化，将会极大地方便针织羊毛衫的设计与生产，并可替代原有的小样生产，大大提高企业对市场的快捷反应能力，为企业带来巨大的经济效益。
