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1、基于三维图形的布面仿真技术研究 李永红1 赵 利3 吕志华4 曾平2 ) ( 陕西长岭纺织机电科技有限公司,宝鸡,7 2 1 0 0 6 ) ( 西安电子科技大学) 摘 要:依据所测条于的不匀数据预测布面效果,是近年来国际纺织电子技术发展的项重要的研究课题。这一课题的研究涉及 到计算机图形学、物理学、数学和纺织工艺学等学科。所提出的基于三维图形的布面仿真技术不仅将布面的模拟效果提高到个 新的高度,而且能使布面呈现更加自然的光泽。 关键词:布面仿真真三维技术光照模型 中图分类号:T s1 0 2 3 3文献标识码:A 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 4 ) 0 6 0
2、0 6 7 0 2 条干均匀度指标如c y 值、纱疵、波谱图等是评 价纱线质量的重要性能指标,并被各国的纺织业认 可,然而,这些指标并不能完全反映将来布面的质量 情况。为了建立纱线与布面更为全面的联系,国际 上的一些著名纺织电子企业推出了布面仿真软件, 这些软件的纱线模型大多以纱线色彩的灰度变化为 基础,用二维图形模拟实现立体效果,通常与实际的 布面效果存在一定的差异。近年来,计算机图形学 发展迅速,真三维技术已被广泛应用,并能很好的模 拟实际物体的效果,基于这一考虑,本文提出基于三 维图形的布面仿真技术。 解为直径变化的圆,圆的直径变化信息可以从相应 的测试仪器中获得,如果将每个圆进行等分,
3、就可以 实现对纱线表面的切割,从而获得切割顶点的坐标 计算公式:z = z + z ( z 为相应仪器采样每个数据纱 线的长度值) ;,= D 2 s i n 口( D 为纱线的直径,口为 分割圆的角度变化) ;彳= D 2 c o s 口。 得到各切割顶点后,可以利用顶点的编号,建立 面表、边表和顶点表,从而获得纱线的基本三维轮廓 图,如图l ,对于竖向排列的纱线,也可用同样的方 法绘制。 表5 最大圈距、最大圈高与取向度 物则呈明显的线圈纵行歪斜,这主要由于芳纶纱线 较大的初始模量和较高的摩擦系数,使得成圈时纱 线回退造成的。 2 由于芳纶原料本身较高的强力和较高的纱 线强力利用系数,使得
4、芳纶针织物的纵、横向拉伸的 拉伸强力较玻璃纤维的高得多。 3 芳纶针织物和玻璃纤维针织物在拉伸时纵 向最大取向度基本相同,但芳纶针织物的横向最大 取向度比玻璃纤维的高。 参考文献 l龙海如玻璃纤维横机针织物编织工艺探讨针织工业,2 0 0 l ( 6 0 ) :3 7 3 9 2I 删K we ta 1 K n i t t a b i l i t yo fH i g h - m o d u l u sY 姗s JT e x t i l eI n s t ,1 9 9 4 ( 2 ) :1 7 3 一1 9 0 3 天津纺织工学院主编针织学( 第一分册纬编) 北京:纺织工业 出版杜。1 9 :3
5、 5 4 8 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 8 】 纺织学报2 0 0 4 年第6 期 体表面时,可能被物体吸收、反射或透射,从物体表 面反射出来的光线其强度取决于光源的位置、光强、 物体的材质、表面法线和视点的位置。平常观察布 面的效果,人们一般采用平行光,也可采用特别的光 线或几种光线的组合。纱线通常具有较强的漫反射 性能、较低的镜面反射和透射性能,这些均可以通过 计算机图形学的方法定义光源和纱线的材质。由于 各个纱线小面法线方向的不同
6、( 如图2 ) ,光线照射 会产生不同的明暗色调。根据L a - I l b e r t 漫反射模型 和P h o n g 镜面反射模型,某点处的光亮度为 ,= 矗。,。+ ,七d ,f ( L ) + 7 r 矗;J z ( 日) “ 式中,。为某点处入射光的光亮度,南。为物体表面 的漫反射率,。为入射光的环境光强,矗。为物体表 面的漫反射系数,后,为物体表面镜面反射率,n 为 镜面高光指数,为物体表面反射点的法向量,L 为 被照亮点至光源的单位向量,日为被照亮点指向光 源和指向视点2 个向量之和的单位向量,厂为光线 的衰减系数,与光源到物体小面的距离d i s t a n c e 有 关,
7、计算公式为: ,= l ( C o + C l d i s t a n c e + C 2 d i s t a n c e d i 8 t a n c e ) 其中,C o 、c 。、C 2 为常数。 图2 纱线表面小面及法线 通过光照模型的计算,就可以确定纱线小面各顶 点的光亮值即色彩值,在计算机中,一般为R G B 表示 方法,而对于整个纱线的填充可以采用带光滑处理的 G o u 砌d 明暗填充,这种方法通过在表面上将光强度 值进行线性差值来绘制纱线小面,每个小面的光亮度 值沿着公共边与其它小面的值相连接,这样就消除了 平面绘制中的光强度不连续的现象。 3 布面的生成 与经纱相交时需考虑的
8、一个问题是可见面的判断, 计算机图形学中著名的z b u f f e r 算法便是解决该问 题的关键,即纱线深度信息来自于规格化坐标的z 值,如果不同面片上的点被投射到屏幕上的同一点, 只有离视点最近的点才是该点的最终属性,对观察 者可见。z - b u f f e r 的算法描述如下: 设置颜色缓冲区背景色 z b u f f e r 置为最大z 值,一般为后剪切面z 值; f o r ( 各个多边形) 扫描转换该多边形; f o r ( 多边形投影至屏幕上的每一个象素 ( x ,v ) ) 计算多边形在该象素处的深度值z ; i f ( z 小于z b u & r 在( x ,y ) 处的
9、值) 将多边形在( x ,y ) 处的颜色值写入颜 色缓冲区( x ,y ) 处; z - b u e r 在( x ,y ) 处的值置为z ; 为实现z _ b u f f e r 算法,需要设置颜色缓冲区和深 度缓冲区,同时对经纱和纬纱的小面顶点的z 坐标 根据经纱间距和纬纱间距作周期性变化,实现经纬 穿越和布面色泽的变化。 4 结束语 综上所述,本文提出的基于三维图形的布面仿 真技术在纱线和布面间建立了更为形象的联系,与 二维的布面仿真系统相比,更加符合人类观察事物 的基本原理,具有一定的先进性,对于从纱线预测未 来织物效果有着重要的意义。 参考文献 l孙家广等计算机图形学( 第三版) 北京:清华大学出版社, 1 9 9 8 :3 9 3 4 0 5 2D o n a l dH e 一等著,蔡士杰等译计算机图形学北京:电子工业 出版社,1 9 9 8 :3 8 7 4 3 7 3向世明v i s u a lc + + 数字图象与图形处理北京:电子工业出版 利用纱线产生的布面最常见的是机织物,纬纱 社,2 0 0 1 :4 8 9 5 8 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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