基本信息
- 項目名稱：
- 針織羊毛衫花紋設計三維建模及仿真
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 當前緯編針織物三維仿真的研究大多局限在單個的成圈組織、集圈組織、浮線和移圈組織。本文通過對成圈、浮線、集圈和移圈線圈三維模型的綜合分析，采用粒子模型及彈簧質(zhì)點理論和邏輯位理論方法，實現(xiàn)了這幾種不同線圈之間的聯(lián)動效應。并結(jié)合VC++和OPENGL混合編程技術(shù)，得到了所需要的針織羊毛衫花紋的三維仿真模型。使各種羊毛衫花紋效果的提前預覽成為可能，對計算機仿真設計取代小樣生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義。
- 詳細介紹：
- 本項目從2010年8月份開始至今，我們組六名成員在指導老師的帶領下，針對現(xiàn)階段國內(nèi)對緯編針織三維線圈模型的研究普遍存在的結(jié)構(gòu)單一、變化性不強等問題，在與企業(yè)合作的基礎上，經(jīng)過一年的科研攻關(guān)，運用邏輯位理論和參數(shù)化設計方法，提出了對成圈、集圈、浮線和移圈這幾種基本線圈多因素綜合分析的新思路，實現(xiàn)了各種線圈之間的混合聯(lián)動。研究并開發(fā)出了適用于針織羊毛衫花紋設計的三維仿真系統(tǒng)。具體介紹如下： 1、羊毛衫小樣的觀測和分析。 在羊毛衫小樣上機試織前，需要先確定羊毛衫線圈的圈距、圈高，各種基本線圈之間的組合情況和紗線顏色、粗細。羊毛衫小樣試織完成后，通過對小樣實物進行觀測，在草紙上繪出小樣各種線圈軌跡的三視圖。 2、羊毛衫三維線圈模型的建立。 對根據(jù)小樣在草紙上繪出的線圈軌跡進行數(shù)學分析，建立各種線圈在不同情況下的數(shù)學模型。并通過建立的各種線圈模型，分析這幾種線圈之間組合時的內(nèi)部關(guān)系和力學性能引起的變形，進而得到線圈之間聯(lián)動的一般規(guī)律，建立組合線圈的聯(lián)動模型。 3、研制一套具有較強實用性的針織羊毛衫三維仿真系統(tǒng)。 根據(jù)建立的各種線圈的聯(lián)動模型，在OPENGL三維仿真平臺上用程序語言實現(xiàn)這幾種線圈的聯(lián)動效果，完成針織羊毛衫三維仿真系統(tǒng)。并綜合考慮針織廠對羊毛衫設計時的可操作性，通過改變?nèi)嗪腿Ω摺⒕€條顏色和粗細等相關(guān)參數(shù)提高三維仿真的逼真度，使設計人員在設計時具有較靈活的選擇，適用于各種不同花型的羊毛衫設計。 4、根據(jù)在針織羊毛衫三維仿真系統(tǒng)中設計的花紋上機試織，對比實物和仿真效果圖。 在羊毛衫三維仿真系統(tǒng)里對羊毛衫花紋設計進行實際模擬，生成羊毛衫仿真圖。并根據(jù)設置的參數(shù)在羊毛衫橫機上試織，對比分析羊毛衫實物效果和仿真圖，通過反復調(diào)試各種參數(shù)使仿真的羊毛衫效果圖與實物具有相同的效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 1、目的：研制一套具有較強實用性的針織羊毛衫三維仿真系統(tǒng)，適用于羊毛衫花紋的設計，替代工廠羊毛衫小樣的試織，縮短羊毛衫的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的市場競爭力。 2、基本思路：通過對成圈、浮線、集圈和移圈三維線圈模型的分析，結(jié)合邏輯位理論和參數(shù)化設計方法，來實現(xiàn)這幾種不同線圈之間的聯(lián)動效應。并結(jié)合VC++和OPENGL混合編程技術(shù)和粒子模型及彈簧質(zhì)點理論，得到所需要的針織羊毛衫花紋的三維仿真模型。
科學性、先進性及獨特之處
- 1、科學性：將計算機圖形學、力學和針織工藝學理論知識有機結(jié)合來建立線圈及力學變形三維復合模型。通過理論研究和實驗對比驗證是可行的。 2、先進性：采用粒子模型及彈簧質(zhì)點理論，結(jié)合參數(shù)化設計方法，實現(xiàn)各種羊毛衫線圈混合聯(lián)動,提高了織物仿真度。經(jīng)相關(guān)專家認定，在線圈組合三維仿真效果上處于國內(nèi)同行先進水平。 3、獨特之處：采用粒子模型及彈簧質(zhì)點與針織工藝相結(jié)合的新構(gòu)思，建立各種羊毛衫線圈聯(lián)動模型。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 鑒于針織羊毛衫大批生產(chǎn)之前需要上機試織的現(xiàn)狀， 通過多次對各種針織羊毛衫小樣的實驗觀測和三維仿真效果進行對比分析，研制出一套具有較強實用性的針織羊毛衫三維仿真系統(tǒng)，適用于羊毛衫花紋多樣性的設計，可替代工廠羊毛衫小樣的試織，縮短羊毛衫的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的市場競爭力。該系統(tǒng)的建模思路同樣適用于其它緯編針織物和經(jīng)編織物的三維仿真，具有較強的推廣意義。
學術(shù)論文摘要
- 針對當前緯編針織物三維仿真的研究大多只考慮單一的成圈組織、集圈組織、浮線和移圈組織。通過對成圈、浮線、集圈和移圈線圈三維模型的綜合分析，采用邏輯位理論方法，實現(xiàn)了這幾種不同線圈之間的混合聯(lián)動。并結(jié)合VC++和OPENGL混合編程技術(shù)，得到了所需要的針織羊毛衫花紋的三維仿真模型。為雙面緯編復合組織的三維仿真研究奠定了基礎，使各種羊毛衫花紋效果的提前預覽成為可能，對計算機仿真設計取代小樣生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義。
獲獎情況
- 作品獲2011年第八屆湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外科技學術(shù)作品競賽二等獎。 《針織羊毛衫花紋設計三維建模及仿真》2011年8-9月，在國家級中文核心期刊《針織工業(yè)》公開發(fā)表； 《three-dimensional Dynamic Simulation of weft knitted Fabric》2011年4月21日-22日，在第三屆三維織物及其應用國際學術(shù)會議上發(fā)表。
鑒定結(jié)果
- 該作品通過綜合分析羊毛衫基本線圈的三維模型，實現(xiàn)了各種線圈之間的混合聯(lián)動，成功地研制出了一套羊毛衫三維仿真系統(tǒng)?？梢匀〈S小樣的試織，在線圈組合三維仿真效果上處于國內(nèi)同行先進水平。
參考文獻
- [1] 王元瑾.計算機輔助羊毛衫設計[D]. 上海:東華大學, 2001. [2] 劉夙，龍海如.緯平針織物的計算機三維模擬[J]. 紡織學報，2007. [3] 史曉麗，耿兆豐. 針織三維效果仿真的研究及實現(xiàn)[J]. 東華大學學報:自然科學版, 2003, 29(3):47-50. [4] 汪育桑，馮勛偉. 基于幾何模型的緯編提花織物結(jié)構(gòu)計算機輔助設計[J]. 中國紡織大學報, 2000. [5] 張麗哲，蔣高明. 經(jīng)編組織仿真中的線圈偏移[N]. 紡織學報，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, 方園. NURBS樣條曲線緯編針織物線圈結(jié)構(gòu)的建模分析[J]. 浙江理工大學學報，2007,24(3).
同類課題研究水平概述
- 目前，隨著數(shù)字計算機的高速發(fā)展，無論在科學研究還是技術(shù)開發(fā)和工業(yè)設計中，計算機仿真技術(shù)都顯示出強大的威力，已成為人們研究復雜系統(tǒng)時不可缺少的一種手段，其成效十分顯著。 在計算機上實現(xiàn)針織物的仿真關(guān)鍵在于針織物模型的建立。在國外，英國的Chamberlain在1926年首次提出了由圓弧和直線組成的二維線圈模型，pierce在1947年基于紗線中心軸是直線和圓弧的假設，建立了空心的空間圓柱和圓弧柱的三維線圈模型，此外還有Leaf和Glaskin、Munden、kawabata等的線圈模型。然而，無論是什么樣的仿真模型，都是以系統(tǒng)數(shù)學建模為基礎，在一定假設條件下進行的信息處理過程，進而在仿真基礎上進行實驗研究。 在國內(nèi)，2000年，史曉麗等人在Pierce 模型的基礎上,圈柱用圓柱代替,圈弧用圓弧代替,建立了三維的線圈模型,并通過光照、消隱等方法實現(xiàn)了針織線圈的模擬。汪育桑和馮勛偉通過對構(gòu)成緯編提花針織物的基本線圈單元進行幾何結(jié)構(gòu)分析, 建立幾何模型, 開發(fā)了一套緯編提花針織物計算機輔助設計系統(tǒng)。張克和等人運用有限元法對針織物建模進行系統(tǒng)分析,模擬出了平針、羅紋、雙反面組織的三維效果。2007年，蒙冉菊等人運用NURBS 樣條曲線進行緯編針織物線圈單元模型的數(shù)學建模, 通過實驗驗證了NURBS 樣條曲線線圈單元模型具有更好的適用性, 使緯編針織物建模結(jié)果更為準確合理。龍海如等人在Pierce 線圈模型的基礎上,根據(jù)針織物空間幾何結(jié)構(gòu)的特點,建立了由幾段用參數(shù)方程表示的空間圓弧和曲線連接組成三維幾何線圈模型。并在OPENGL平臺上成功模擬出了緯平針織物的正反面效果。 由于羊毛衫花紋的設計不僅僅局限在單個的成圈、集圈、提花和移圈組織，而是這幾種線圈之間的相互配合。所以羊毛衫花紋的設計需要建立成圈、集圈、浮線和移圈組織之間的聯(lián)動模型。在計算機仿真環(huán)境中將三維線圈模型參數(shù)圖像化，將會極大地方便針織羊毛衫的設計與生產(chǎn)，并可替代原有的小樣生產(chǎn)，大大提高企業(yè)對市場的快捷反應能力，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。
