三維織物仿真的研究.pdf

1、織物仿真常指對柔性紡織品靜態(tài)和動態(tài)以及著裝效果和性能的計算機模擬。二維織物的材料屬性與織法結構的仿真顯示研究較為普遍，而三維織物的材料屬性與織法結構的仿真顯示研究在國內(nèi)外則剛起步。主要以有限元等迭代算法為主，該方法能達到一定的仿真效果，但計算量大是這些算法的不足。紡織學界對織物風格仿真的研究較早，計算機圖形學界對此的研究則始于上世紀八十年代中期，標志性的文獻是由 Weil Jerry提出一種懸掛的三維織物在受到一定約束時的三維效果描述。

2、目前織物真實感模型算法主要是圍繞光照處理和紋理映射，產(chǎn)生褶皺、懸垂、紋織效果等細節(jié)，這些算法一般是針對織物的某種屬性進行仿真。 本課題提出多種有效且快速算法，研究三維動態(tài)織物皺褶屬性與織法的仿真，實現(xiàn)較好的織物三維仿真顯示效果，為織物皺褶屬性在三維服裝上的動態(tài)效果顯示提供技術基礎。研究內(nèi)容包括靜態(tài)與動態(tài)兩部分，靜態(tài)部分主要從織物的三維模型以及光照模型入手，產(chǎn)生真實感效果。動態(tài)部分主要是仿真織物運動以及在風中飄動的過程。

3、在基于織物組織結構的三維模型及三維效果仿真研究方面：本研究根據(jù)織物的屬性，研究幾種三維算法，模擬織物的織法結構以及各類織物的三維仿真模型。目前研究者一般都采用Phong光照模型模擬三維物體，此模型適用于光滑表面的三維物體，而織物表面比較粗燥，把Phong光照模型應用于織物仿真需要改進。本研究提出一種光照模型的改進算法，把Phong模型與BRDF(雙向反射分布函數(shù))光照模型相結合，Phong光照模型用于模擬織物的三維幾何屬性，BRDF光照

4、模型用于模擬織物的織法結構。針對織物的特性，改進這兩種光照模型，修改一些參數(shù)，使得這兩種光照模型適用于三維織物，并找出這兩種光照模型的參數(shù)關系，實現(xiàn)了具有織物織法結構與幾何屬性的三維效果。 在毛料織物質(zhì)感微觀屬性的三維模型及三維效果仿真研究方面：研究反映毛料織物毛羽效果與織法結構的毛料織物仿真的映射合成法。毛料等織物質(zhì)感的微觀屬性集中體現(xiàn)在毛羽狀態(tài)的反映，根據(jù)毛料等表面織物的屬性，把織物光亮度的有規(guī)律性與隨機性相結合，實現(xiàn)毛料等

5、織物材質(zhì)與織法結構的同時仿真顯示。提出毛料織物仿真的映射合成法，把紗線和絨毛分開仿真，分為三個過程。首先模擬去毛紗線的幾何和光照效果，再模擬紗線上的絨毛，最后把仿真后的絨毛效果映射合成到紗線的仿真效果中，實現(xiàn)毛料織物逼真的模擬。 在基于風噪聲理論三維織物動態(tài)仿真的研究方面：研究基于織物的三維動態(tài)仿真模型及效果顯示，提出基于風噪聲的三維織物模擬方法，以l/f噪聲與Perlin噪聲為基本方程，實現(xiàn)三維織物運動過程的模擬。把1/f和P

6、erlin噪聲模型應用于織物動態(tài)模擬，由于采用了非迭代算法，顯示出較快的顯示速度。 在基于信號調(diào)制方法仿真織物動態(tài)過程的研究方面：研究實現(xiàn)不同材料織物在風中飄動時不同特性的仿真，對噪聲理論應用于織物三維動態(tài)仿真加以改進。提出織物運動過程隨機方程模擬方法，把風與織物材料對織物運動過程的影響分開考慮，分別用隨機函數(shù)的不同頻率段表示風與材料對織物運動的影響，采用振幅調(diào)制方式實現(xiàn)這些函數(shù)的結合，最終實現(xiàn)三維織物的動態(tài)仿真。隨機函數(shù)的基本

7、方程是正弦波，其振幅連續(xù)變化，可用來表示風中飄動織物不斷變化的波形，仿真風與織物材料對織物運動的作用。此算法具有風噪聲算法的快速性，同時可根據(jù)織物不同材料的皺褶屬性，仿真不同的運動效果。 在基于物理與信號模型綜合方法來模擬風中織物飄動的研究方面：研究不同的風對織物運動模擬的影響，通過把風噪聲理論建立的織物運動方程與物理方程相結合。提出用織物動態(tài)仿真的物理與信號模型相結合的方法，物理模型用于模擬織物在靜態(tài)時的受力情況，信號模型用于

8、模擬織物受到的動態(tài)力，把信號與物理模型相結合來模擬織物在風中飄動過程。從宏觀上分析織物的受力，以確定織物形狀的基本方程，最后把隨機方程與物理學模型相結合，實現(xiàn)織物在不同風作用下運動的仿真。 在基于遺傳算法三維織物運動時圖案變形的研究方面：研究圖案織物在運動時的圖案變形情況?？椢镌谶\動過程中，圖案會隨著織物三維形狀變化而發(fā)生變形。由于織物的結構具有一定的規(guī)律性，可采用迭代算法來實現(xiàn)織物運動過程中圖案的變形。提出織物圖案變形的模擬方

9、法，通過遺傳算法模擬該過程，并對遺傳算法進行改進，在變異點的定義中提出，產(chǎn)生變異的原因是因為該點受到外力作用，定義了變異點織物的變形方程。 在基于優(yōu)化的適應度函數(shù)法模擬織物仿真的研究方面：研究適合于織物仿真的優(yōu)化適應度函數(shù)方法。傳統(tǒng)的遺傳算法通過多次迭代后可以模擬織物的某種屬性，得出較好的模擬效果。但這些遺傳算法在迭代過程中，不能根據(jù)迭代效果調(diào)節(jié)適應度函數(shù)，迭代多次后方可收斂，由于受到計算機速度的影響，通常采用減少迭代次數(shù)來提高

10、計算機的模擬速度，但模擬效果就會降低。提出一種優(yōu)化適應度函數(shù)繼承算法模擬織物的運動過程，針對簡單遺傳算法在織物仿真中速度慢的缺點，對適應度函數(shù)進行改進。結合織物的特征，在迭代過程中統(tǒng)計遺傳算法的收斂性以及種群的個數(shù)，采用隨機化方法動態(tài)調(diào)整適應度函數(shù)，有效縮短遺傳算法的收斂時間，以此達到快速而有效的織物仿真效果。以一種織物的仿真為例，說明采用一般遺傳算法與改進適應度函數(shù)后，兩種算法在仿真速度與仿真效果具有明顯差別。 本課題對三維織