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《天津工业大学》 2002年
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真实感机织物三维效果模拟显示的研究

王跃存  
【摘要】: 根据市场需求做出快速反应对于今天的纺织行业来说非常重要,而织物CAD系统的应用为企业快速设计和开发产品提供了有利工具。目前,国内的织物CAD系统主要是根据织物的组织、纱线的结构以及花纹图案对织物外观进行模拟,由于没有充分考虑织物的实际使用状况,模拟显示的织物外观效果缺乏真实感,所以真实感织物三维效果的模拟显示是亟待研究的问题。 真实感图形是一种计算机图形生成技术,它首先在计算机中构造出几何模型,然后根据给定的光照条件,计算景物表面的光亮度,使观察者产生身临其境,如见其物的视觉效果。本课题认真分析了影响织物真实感的各种因素,对真实感机织物三维效果图的绘制机理进行了深入探讨,并在此基础上开发了一套机织物设计与三维效果模拟显示系统。 本课题认为:除了织物的使用环境及光照条件等外部因素外,织物特有的花纹、织纹、褶皱、悬垂、光泽等是影响织物效果模拟图是否逼真的重要因素。然而随着观察织物距离的不同,占主导地位的影响因素也不同。近距离观察时,由织物组织引起的织纹以及细小的花纹是主要影响因素,如果是实际生活环境中的一般观察距离(>50cm),织物的褶皱、悬垂、光泽以及稍大一点的花纹是影响视觉效果的主要因素。 同一块织物在不同的场合可能有不同的效果,所以织物的使用环境对获得真实感也起着非常重要的作用,因此本课题从织物的使用环境开始模拟,将织物放置到实际的使用环境,绘制出的三维效果图更加真实、自然。 目前,对织物花纹进行模拟的研究较多,其中织物三维效果展示基本上是先由CAD系统生成织物的2D纹理图片,然后再将图片“粘贴”到三维物体上。本课题则编制了一个机织物通用纹理函数,绘制织物纹理时,不再通过图片作为中介方式传递织物信息,而是将所设计织物的组织、规格、工艺等作为入口参数提供给纹理函数,通过纹理函数的调用获得织物的纹理。该方法的优点是变换织物品种、调整或修改织物参数非常灵活方便,而且节省了大量纹理图片占用的存储空间,同时可以获得任意精度的织物纹理。 织物表面具有“织纹”而且随机分布着许多“褶皱”,本课题对这些织纹和褶皱进行了深入分析,采用向量扰动算法模拟织物表面的织纹和褶皱,并研究了织纹及褶皱的叠加及其计算方法,使显示的织物更具真实感。 由于光线跟踪算法可以很好地模拟织物表面的反射、透射以及阴影等整体光照效果,所以,本课题将光线跟踪技术运用于绘制和显示织物,通过场景的几何造型、布景、取景、光照计算以及纹理、阴影、反走样等技术的综合运用,获得了较好的视觉效果。
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TS106

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