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织物设计与三维实体着装模拟系统研究

张瑞云  
【摘要】: 本论文针对纺织品服装设计,运用纺织品设计理论、三维人体服装建模理论,结合数学矩阵运算、计算机图形学、数字图象处理等技术手段,构建了织物设计与三维实体着装模拟这一集成系统的框架结构,对织物组织的自动生成、织物外观仿真、三维人体服装的构造和曲面拟合、织物对三维服装的纹理映射等技术问题和算法,进行了较深入的研究和探讨。 对于集成设计系统中最基本的一项内容——织物组织自动生成的算法进行了系统分析。对单系统织物组织类别,首先根据数学描绘的需要进行了重新划分,分为规则组织、准规则组织和非规则组织,接着分别建立了各种类别组织的数学模型,并对组织自动生成的参数和组织构成条件进行了归纳和总结;对于多系统组织的重组织和层组织,结合不同系统纱线按排列比的分组法和矩阵的Kronecker叉积运算建立了组织结构矩阵自动生成的数学模型,并对多系统组织构成条件的数学模型进行了分析。 织物外观仿真是一项难度较高的技术。我们在论文中对几种典型的织物外观仿真方法进行了探索和实现。对不同纱支色号、经纬密度、各种组织结构均配备好的织物外观进行了真实尺寸的仿真,探讨了纱线尺寸和织物密度与分辨率的匹配问题,实现了机织物的参数化仿真;通过对纱线的扫描获取,内存数据处理,再按织物密度所计算的纱线轴线定位的方法嵌入到织物中,实现了真实效果纱线在织物中的嵌入仿真;通过讨论织物中经纬纱的绒毛长度、绒毛方向、绒毛密度、绒毛控制点等参数的设置,采用低阶的Bezier曲线拟合绒毛,实现了织物起毛效果的仿真;采用底纹抖动矩阵结合Kronecker叉积对花型织物图象进行有规律变亮度处理,模拟了体现织物结构的底纹;通过对织物内纱线的截面形态、空间弯曲形态和相对位置关系的分析,模拟纱线在织物中真实的拓扑结构,再通过设定光照参数仿真了织物的三维外观。 对于三维人体和服装的建模与曲面拟合,设计了基于人体采集数据的人体数据库,建立了人体的对象层、特征层与几何层三层特征模型,并结合三层特征模型建立了人体类的继承关系。采用NURBS曲面拟合方法对几何层的人体曲面网格数据进行了拟合。论文还介绍了以 偏离值作用于人体数据的服装造型点的生成方法。对于三维模型描绘 的光照处理,从光照模型原理、颜色模式、表面原材料属性等方面进 行了讨论。 针对于织物三维着装效果的展示,论文介绍了纹理映射技术的原 理,研究了织物纹理对服装曲面的纹理映射关系和纹理光照模型,并 对涉及三维着装图形显示的图形变换和纹理细化技术进行了探讨。 针对内容庞大的集成设计系统,论文采用面向对象方法进行了系 统的分析与设计,识别了系统的各主要的对象模型以及对象间的关系, 通过动态模型和功能模型对整个系统的状态流和数据流进行了规划。


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