[發(fā)明專利]基于改進(jìn)彈簧?質(zhì)點模型的花色組織變形模擬方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610986401.8
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN106649985A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣高明;沙莎;叢洪蓮;張愛軍;張燕婷
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京中譽(yù)威圣知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11279
• 代理人: 張靜軒

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于織物計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于改進(jìn)彈簧-質(zhì)點模型的花色組織變形模擬方法。

背景技術(shù)：

基于物理模型的針織物模擬一直是針織CAD和計算機(jī)圖形學(xué)中的一個熱點研究內(nèi)容。它需要交叉運用計算機(jī)圖形學(xué)、彈性力學(xué)、針織學(xué)等領(lǐng)域的知識，專注于實時地、高效地、真實地生成緯編針織物運動和變形的實際效果，在針織物設(shè)計生產(chǎn)、虛擬試衣、電影游戲等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

申請?zhí)枮?01510109211.3的專利公開了基于球B樣條的緯編針織物的仿真方法，屬于計算機(jī)圖形學(xué)與針織學(xué)的交叉領(lǐng)域，對基于球B樣條構(gòu)建的緯編針織物進(jìn)行仿真。通過定義一系列的控制點、控制點所在的控制半徑以及控制點相聯(lián)系的B樣條曲線來實現(xiàn)緯編針織物的單純幾何形態(tài)仿真。

申請?zhí)枮?01510251426.9的專利公開了一種基于混合包圍盒的動態(tài)織物仿真方法，屬于計算機(jī)與力學(xué)的交叉領(lǐng)域。所述方法包括：運用基于三角形面片的彈簧質(zhì)點模型對服裝建模，并進(jìn)行碰撞檢測與響應(yīng)，實現(xiàn)了效果逼真的實時織物動態(tài)模擬。

緯編花色組織模擬過程中，主要涉及到織物的有效物理模型構(gòu)建，紗線的真實感模擬，紗線的碰撞檢測等。對于織物物理模擬，首先遇到的問題為物理模型的建立，傳統(tǒng)的織物物理模型建模方法有連續(xù)介質(zhì)模型、粒子系統(tǒng)和傳統(tǒng)的彈簧-質(zhì)點模型，其中彈簧-質(zhì)點模型以其高效便捷性廣泛應(yīng)用于緯編織物物理建模。

在實際模擬系統(tǒng)開發(fā)中如何更真實高效實時地處理緯編花色組織變形問題是緯編針織物變形模擬的關(guān)鍵問題。需要解決的難點在于如何巧妙并合理的減少模擬運算過程，降低計算難度。目前使用比較廣泛的方法是使用傳統(tǒng)的彈簧-質(zhì)點模型與線圈型值點建立關(guān)聯(lián)，當(dāng)質(zhì)點發(fā)生位移，相對應(yīng)的型值點也隨之發(fā)生位移，產(chǎn)生線圈形態(tài)的變化。這種方法只能近似的模擬線圈的變形，因為緯編針織物編織中存在針床間的相互運動，立體效果極為明顯，因此這種平面的物理模型并不能真實地模擬出線圈真實的立體效果和線圈變形效果。例如，Meissner等引入彈簧-質(zhì)點模型，用模型中的質(zhì)點控制線圈的型值點，根據(jù)能量守恒定律，通過動力學(xué)計算獲得質(zhì)點的位移和速度，但模擬效果缺乏真實感；Yuksel等將織物網(wǎng)格化，在網(wǎng)格中填入用直線連接的多邊形組織，通過放松彈簧和平滑多邊形線圈的方式，模擬出了多種緯編織物線圈形態(tài)，模擬效果逼真，但模擬時間長，實時性差。有限元模型將織物看作連續(xù)的介質(zhì)，因此在表達(dá)緯編花色組織變形細(xì)節(jié)方面，效果并不生動。綜上所述，目前用于模擬緯編花色組織變形的模型和方法存在效果欠缺真實、模擬速度達(dá)不到實時性等問題。

公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于改進(jìn)彈簧-質(zhì)點模型的花色組織變形模擬方法，對基于NURBS曲線構(gòu)造的緯編花色組織進(jìn)行變形模擬，同時通過線圈的參數(shù)化處理來方便用戶進(jìn)行交互操作，在真實地展示緯編針織物線圈變形效果的同時實現(xiàn)實時性，從而克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)彈簧-質(zhì)點模型的花色組織變形模擬方法，其步驟為：

(1)建立緯編花色組織的長方體彈簧-質(zhì)點模型：將彈簧-質(zhì)點模型立體化，生成長方體立體模型，各質(zhì)點均勻分布在空間的網(wǎng)格上，長方體的每條邊作為結(jié)構(gòu)彈簧，對角線作為剪切彈簧；

(2)花色組織線圈變形的模擬：根據(jù)真實的花色組織偏移量分析，模擬花色組織線圈的變形，將織物以線圈為基本單元，建立線圈與物理模型的聯(lián)動關(guān)系；

(3)花色組織線圈偏移量的分析：分析花色組織線圈偏移量的回歸方程，通過對花色組織織物線圈進(jìn)行測量，得到線圈偏移量與線圈型值點間的關(guān)系；

(4)任意方向拉力下的緯編針織物模擬效果：在長方體彈簧-質(zhì)點模型上創(chuàng)建線圈型值點，型值點坐標(biāo)與質(zhì)點坐標(biāo)建立關(guān)聯(lián)，使花色組織線圈型值點的偏移量與質(zhì)點位移量成比例；

(5)紗線的股線捻度模擬：以NURBS曲線為結(jié)合中心，生成圓柱，再通過分別平移圓柱，形成相互平行的單紗效果；通過圓的極坐標(biāo)方程原理，旋轉(zhuǎn)互相平行的圓柱，形成紗線的股線捻度效果。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，基于NURBS曲線的緯編花色組織幾何建模及其模擬，在相互穿套線圈的型值點間建立長方體彈簧-質(zhì)點模型，通過彈簧力的傳播，獲得能夠?qū)崟r性展現(xiàn)織物變形效果的動畫。