（机械设计及理论专业论文）织物悬垂测试及三维预测系统开发.pdf

浙江理工大学学位论文版权使用授权书, l l 丫l i 1 1 l l l l l l 厂i h i l 4 i i 7 l l l l 3 1 1 6 i 2 i l l 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口。 学位论文作者签名：彳多工 日期：只口届年弓月i - i j 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：i 白韶 日期：汐( 口年弓月f2 日 织物悬垂测试及三维预测系统开发 t h e s t u d y o nt e s t i n ga n d3 - d i m e n s i o n a l f o r e c a s ts y s t e mo ff a b r i cd r a p a b i l i t y 浙江理工大学硕士学位论文 摘要 织物的悬垂性是指织物在自重作用下而下垂的性能，反映织物的悬垂程度和悬垂形态， 是织物视觉风格和美学舒适性的一个重要方面。因此，对织物悬垂性进行研究具有十分重 要的意义。 本文简要回顾了织物悬垂性研究的现状与发展方向，针对现有织物悬垂测试方法中存 在的问题，介绍了全新的基于图像处理技术的织物悬垂测试系统。之后，以织物试样为研 究对象，通过对织物悬垂性能参数与其结构和力学性能参数的关系研究及织物悬垂形态视 觉化仿真的研究，建立了织物悬垂预测系统。 本课题完成的主要工作包括：， 1 比较系统的研究了国内外关于织物悬垂性研究的现状、发展方向和相关理论。 2 本文从悬垂程度和悬垂形态两方面出发，提出了1 0 个表征织物悬垂性能的指标，利 用这些悬垂性能指标对织物悬垂形态进行了三维仿真重建，为利用织物结构、力学性能参 数来预测织物悬垂形态的研究提供了一种新方法。 3 织物悬垂性能与织物结构、力学性能有重要关系，只有通过大量实验研究才能知道 它们之间的内在联系。为了使实验结果带有广泛性和可信度，选取不同材料、不同厚度、 不同组织结构的织物，共5 0 件样本，做为研究对象。完成了对5 0 件织物试样的测试工作， 得到了相关的悬垂性能、结构和力学性能指标的数值。 4 利用主因子分析方法分析了织物的悬垂性能测试结果，将表达织物悬垂性能的多个 特征参数指标简化为少数的几个主因子，简化了织物悬垂性能的评价体系。通过多元逐步 回归，讨论了织物悬垂性能指标与织物结构、力学特性指标间的内在联系，揭示了织物悬 垂性能与织物结构、力学特性之间密切相关的特性。 5 通过对织物数字化模拟的研究，利用1 0 个表征织物悬垂性能的指标对织物悬垂形态 进行了三维仿真重建，实现了较好的三维模拟仿真效果。 6 在纺织行业中，在织物织造出来之前对织物的悬垂性进行预测，有着广泛的应用前 景和重要的学术价值。本文分析了织物的结构和力学性能参数对悬垂性能的影响，进而利 用m a t l a b 语言建立了织物悬垂性能预测系统。利用织物的结构和力学性能参数就可预 测织物的悬垂性能参数和仿真织物的悬垂形态，该项研究无论是对于纺织行业，还是对于 服装c a d 行业，都具有重要的现实意义。 关键词：织物；悬垂性“1 5 ；悬垂指标；测试；悬垂形态仿真；预测系统 i - 浙江理工大学硕士学位论文 t h es t u d yo nt e s t i n ga n d3 - d i m e n s i o n a lf o r e c a s ts y s t e mo ff a b r i c d r a p a b i l i t y a b s t r a c t t h ed r a p a b i l i t yo ff a b r i ci sak i n do fd r a p ep e r f o r m a n c ew i t ht h ee f f e c to fi t so w nw e i g h t i t s h o w st h ef a b r i cd r a p ec a p a b i l i t ya n dd r a p es h a p eo ff a b r i c s ，a n di ti sa l s oa l li m p o r t a n ta s p e c to f f a b r i cv i s u a ls t y l ea n da e s t h e t i c sc o z i n e s sa b i l i t y t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ti m p o r t a n c et od o r e s e a r c ho nt h ed r a p a b i l i t yo ff a b r i c t h i sp a p e rg i v e sb r i e fr e v i e wo ft h eo r i e n t a t i o na n ds t a t u sq u oo ff a b r i cd r a p a b i l i t yr e s e a r c h i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h et e s t i n gm e t h o do ff a b r i cd r a p e ，an e wm e t h o db a s e d o ni m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r t h e n ，r e g a r d e df a b r i cs p e c i m e na s t h er e s e a r c hm a j o ro b j e c t , t h r o u g ht h er e s e a r c ho ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf a b r i c sd r a p e c a p a b i l i t ya n d i t ss t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，a n dt h er e s e a r c ho fv i s u a ls i m u l a t i o no f f a b r i cd r a p es h a p e ，t h e nf a b r i cd r a p a b i l i t yf o r e c a s ts y s t e mw a ss e tu p t h em a j o rw o r kt h a tt h es u b j e c th a sa c c o m p l i s h e di n c l u d e s ： 1 s u m m a r i z e dt h ec u r r e n ts t a t u s o r i e n t a t i o na n dt h e o r yw i t l lr e g a r dt ot h ef a b r i cd r a p a b i l i t y r e s e a r c hb o t hi na n da b r o a ds y s t e m i c a l l y 2 i nt h i sp a p e r , t e nd r a p i n gp a r a m e t e r s w a sp r o p o s e dt oe x p r e s sf a b r i cd r a p a b i l i t yf r o m f a b r i cd r a p i n ge x t e n ta n dd r a p i n gs h a p e b yu s i n gt h o s ed r a p i n gp a r a m e t e r s3 dd r a p i n gs h a p e w a sr e b u i l d e d t h es t u d yp r o v i d e san e wm e t h o dt or e b u i l df a b r i cd r a p i n gs h a p eb yp u l l i n gi n f a b r i cp r o p e r t i e s 3 t h e r ea r ev e r yi m p o r t a n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nf a b r i cd r a p a b i l i t ya n di t s s t r u c t u r ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt od oag r e a td e a lo fe x p e r i m e n t a lt e s t i n gt o r e v e a lt h ei n t e r r e l a t i o nb e t w e e nt h e m i no r d e rt om a k et h ee x p e r i m e n t a lt e s tr e s u l tw i d e l ya n d c r e d i b l y , w ec h o o s et o t a l5 0f a b r i cs a m p l e sw i t hd i f f e r e n tm a t e r i a l ，d i f f e r e n tt h i c k n e s s ，d i f f e r e n t s t r u c t u r ef o rr e s e a r c h , a n dt h e nt h et e s tv a l u ea b o u tf a b r i cd r a p a b i l i t y , f a b r i cs t r u c t u r ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r eo b t a i n e d 4 t h em e t h o do fm a i nf a c t o ra n a l y s i si sa p p l i e df o rt h ef a b r i cd r a p a b i l i t yt e s tr e s u l ti nt h e p a p e r a st h er e s u l t ，m a n yp a r a m e t e ri n d e x sf o re x p r e s s i n gf a b r i cd r a p i n ga b i l i t ya r es i m p l i f i e d i n t oo n l yaf e wm a i nf a c t o r s t h ee v a l u a t i o ns y s t e mf o rf a b r i cd r a p ew a ss i m p l i f i e d t h r o u g h t 1 浙江理t 大学硕士学位论文 a n a l y s i so fs t e p b y s t e pr e g r e s s i o nr e p e a t e d l y , t h e i n t e r n a lr e l a t i o n sf o ri n d e x si sd i s c u s s e d b e t w e e nf a b r i cd r a p ea n di t ss t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c si nt h i sp a p e r t h eh i g h i n t e r r e l a t i o ni sr e v e a l e d 5 a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hf o rf a b r i cd i g i t a li m i t a t i o n b yu s i n gt e nd r a p i n gp a r a m e t e r s3 d d r a p i n gs h a p ew a sr e b u i l d e d t h er e s u l t sp r o v et h a tt h em e t h o dt or e b u i l df a b r i cd r a p i n gs h a p e s h o w e di nt h i sp a p e ri ss u c c e s s f u l 6 i th a v ec o m p r e h e n s i v ea p p l i c a t i o np r o s p e c ta n dv e r yi m p o r t a n ta c a d e m i cv a l u e st od o r e s e a r c ho nf a b r i cd r a p a b i l i t yf o r e c a s tb e f o r ef a b r i cm a n u f a c t u r ei nt e x t i l ei n d u s t r y i nt h i sp a p e r , i n f l u e n c eo ff a b r i cs t r u c t u r ea n dm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so nf a b r i cd r a p ea r ea n a l y s e d ，a n dt h e n f a b r i cd r a p a b i l i t yf o r e c a s ts y s t e mw a ss e tu pb a s e do nm a t l a bl a n g u a g e i nt h i ss y s t e mf a b r i c d r a p i n gp a r a m e t e r sc a nb eo b t a i n e da n dd r a p i n gs h a p ec a l lb er e b u i l d e db yp u l l i n gi n f a b r i c p r o p e r t i e s t h er e s e a r c hh a v eag r e a ti m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et o t e x t i l ei n d u s t r ya n d g a r m e n tc a d k e yw o r d s ：f a b r i c ；d r a p a b i l i t y ；d r a p i n gp a r a m e t e r s ；t e s t i n g ；d r a p i n gs h a p es i m u l a t i o n ；f o r e c a s t s y s t e m i i i 浙江理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第章绪论1 1 1 课题研究的目的、意义1 1 2 织物悬垂性能研究的现状及发展方向。1 1 2 1 织物结构、力学性能与悬垂性能关系的研究l 1 2 2 织物悬垂性能评价的内容和方法2 1 2 3 织物悬垂测试方法及仪器的研究3 1 2 4 织物悬垂形态仿真模拟的研究5 1 2 5 织物悬垂性能研究的发展方向6 1 3 课题研究现状及技术路线。8 1 4 课题来源及主要工作内容9 第二章织物悬垂性能测试及其评价指标的研究j ：10 2 1 织物悬垂图像测试技术1 0 2 1 1 图像预处理1 0 2 1 2 织物悬垂图像的边缘轮廓识别1 l 2 1 3 波纹展开图1 3 2 2 织物悬垂性能指标的分类与获取1 4 2 2 1 织物悬垂程度指标14 2 2 2 织物悬垂形态指标15 2 3 织物悬垂性能测试举例1 7 2 4d 、结18 第三章实验结果分析及预测19 3 1 织物结构参数测试结果19 3 2 织物力学参数测试结果2 2 3 3 织物悬垂性能参数的因子分析2 4 3 3 1 织物悬垂测试结果2 5 3 3 2 相关性分析2 7 3 3 3 特征值和贡献率一2 8 3 3 4 因子模型2 8 3 4 预测和控制3 0 3 5 小结3 9 第四章织物悬垂形态仿真的研究4 0 4 1 织物二维悬垂形态的模拟4 0 4 1 1 利用函数模拟织物的二维悬垂形态4 0 4 1 2 基于悬垂性能指标的二维悬垂形态仿真4 3 4 1 2 1 波纹展开曲线重建算法。4 3 4 1 2 2 波纹展开图中关键点重构算法4 4 4 1 2 3 波纹曲线的插值算法4 6 4 1 3 织物悬垂形态边缘轮廓仿真及其修正算法4 7 4 2 织物悬垂形态的三维重建4 9 4 2 1 织物悬垂形态模拟的高线算法4 9 4 2 2 等高线的修正算法5 1 i v - 浙江理工大学硕士学位论文 4 2 3 织物三维悬垂形态的绘制5 3 4 3 部分织物试样三维测试过程及分析5 4 4 4 小结5 6 第五章织物悬垂预测系统开发5 7 5 1 m a t l a b 用户界面设计简介5 7 5 1 1m a t l a b 用户界面设计的原则和步骤5 7 5 1 2m a t l a b 用户界面构成5 8 5 1 3m a t l a b 用户界面设计要点5 9 5 2 织物悬垂预测系统程序流程6 0 5 3 预测系统界面设计及实现6 1 5 3 1 程序界面介绍61 5 3 2 按钮功能说明j 6 5 5 3 3 织物悬垂预测系统的应用6 6 5 4d 、结6 8 第六章结论与展望6 9 参考文献7 3 j l i 【谢7 5 附录一7 6 攻读学位期间的研究成果9 6 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 本章简要介绍了织物悬垂性研究的目的及意义，织物悬垂性的主要研究现状及发展方 向，及本课题的主要研究内容。 1 1 课题研究的目的、意义 织物悬垂性是指织物因自重而下垂的性能，反映织物的悬垂程度和悬垂形态。它是影 响织物视觉风格和美学舒适性诸多因素中最重要的因素之一。织物的悬垂性关系到织物在 使用时，能否形成优美的曲面造型和良好的贴身性。随着人们对服装美感的不断追求，以 及新型纤维面料的问世，对于织物悬垂性能的研究变得越来越重要。如何才能实现全面、 客观地评价织物的悬垂性能，已成为多年来国内外许多学者所研究的课题。 具有优良悬垂性的织物容易形成良好的悬垂效果，从而给人以美的视觉效果。织物悬 垂性能的应用在日常生活中也随处可见，女子身着飘逸的长裙、舞台上流畅的帷幕、墙上 的壁挂、飘扬的旗帜等无一例外地表达了织物独具魅力的悬垂美感。另外，宾馆、家庭中 用作窗帘的面料对悬垂性的要求也很高，以得到一种幽雅、温馨的视觉效果。对织物悬垂 性的认识及研究关系到新型面料的开发，服装加工的选料、制作等诸多方面。因此，对织 物悬垂性的研究具有重要的实际意义。 课题的研究目的是通过对织物的结构参数、力学性能参数与悬垂性能指标之间的关系 分析，试图找到织物结构、力学性能参数与织物悬垂性能指标之间的定量关系式，通过织 物的结构、力学性能参数来预测织物的悬垂性能，并对织物的悬垂形态进行视觉化仿真， 进而建立织物悬垂性能预测系统。该项研究作为服装c a d 的基础，无论是对于纺织行业， 还是对于服装c a d 行业，都具有重要的现实意义。 1 2 织物悬垂性能研究的现状及发展方向 总结前人的研究成果，我们发现，悬垂性的研究比起人们当初对悬垂性的理解和评价， 已有了今非昔比的进步和深入，其发展方向也朝着更全面、更真实地反映、模拟和评价服 装穿着效果而进行。综合各国学者对织物悬垂性的研究，目前织物悬垂性的研究和发展方 向概括起来主要有以下几个方面。 1 2 1 织物结构、力学性能与悬垂性能关系的研究 早在上世纪3 0 年代，物理学家p e r i c e 就提出了“织物的手感可以进行测量”这一思 想，即标志着利用织物物理力学特性表达织物悬垂性的研究时代的开始。早期对织物力学 特性的研究工作局限于织物变形的研究，而且主要集中于二维的情况，一般在变形研究中 总是将织物看成一个悬臂梁、弯曲环或链。 1 浙江理工大学硕士学位论文 继p e r i c e 之后，包括g r o s b e r g 2 】，l i n d b e r g 3 】 o l o f f s o n 4 ，b e b r e 5 d o b l b e r g 6 ，s k e l t o n 7 1 等许多学者在内，均对织物的弯曲和剪切性能进行了研究。这些研究主要着眼于织物的应 力与应变性能，尤其是非线性应力与应变性能。g r o s b e r g 的研究方法与p e r i c e 的方法基本 相同，但是在g r o s b e r g 的模型中考虑了织物中经纬纱间的摩擦作用，使得该模型与实际织 物更接近。l i n d b e r g 在研究了许多织物的剪切性能及平面和薄板的弯曲性能后得到的结论 是：剪切和平面弯曲这样的简单变形与织物的复杂变形间有着密切的联系。s k e l t o n 指出机 织物的剪切回复性与弯曲回复性，剪切刚度与弯曲刚度间有密切的联系。 早期的研究都局限于织物在经纬方向的平面内及平面外变形，直到c h u 3 等人开发了 基于光电投影原理的f r l 织物悬垂仪，才为研究织物置于某一物体上所形成的特殊悬垂 形态提供了基础。之后，c u s i c k 阳1 延续了c h u 的工作，c u s i c k 的研究证明了织物悬垂变形 的主要模式为织物弯曲，同时由于织物悬垂伴随有双向弯曲产生，因而不可避免的会有剪 切存在，剪切刚度与悬垂系数有着较高的相关性。值得一提的是，进入7 0 年代k a w a b a t a 等人开发出k f s f 测试系统，它全面给出了包括织物的拉伸、剪切、弯曲、压缩、表面特 性五大性质共1 6 个指标，为研究织物力学性能与悬垂性之间的关系提供了一个很好的标 准。m o r o o k a n 们等人借助k e s f 系统测得的力学量，研究了悬垂系数与力学性能的关系， 并通过多元回归分析的方法，得到了各力学指标与悬垂系数的回归方程。他们的结果表明， 在1 6 种力学指标中，弯曲刚度和重量是影响悬垂系数的决定性因素。 从以上的研究成果来看，对于织物悬垂与织物力学性能关系的研究是在不断逐步完善 的。从研究方法上考虑，主要采用回归分析的方法。考虑到织物本身材料的复杂性，一般 理论模型都作了很多假设，所以理论模型与实际织物有很大的偏差。 1 2 2 织物悬垂性能评价的内容和方法 ( 1 ) 织物悬垂性能评价的内容 织物的悬垂性是指织物的自由端在重力的作用下下垂的程度。根据织物的实际使用情 况，要求织物不仅在静态时要有良好的悬垂性，而且在运动状态下，也要有良好的悬垂性。 因此人们在研究与测定织物悬垂性时，常有静态悬垂性和动态悬垂性之分。织物的静态悬 垂性是指织物静止时，织物自重与弯曲应力达到平衡时所呈现的自然下垂形态；织物的动 态悬垂性是指悬垂曲面在运动状态下的波动性或活泼性。 对织物悬垂性能的评价，应包括织物悬垂的程度和悬垂曲面形态两方面3 。悬垂程度 主要是指织物在悬垂稳定之后其曲面下垂程度的大小；而悬垂形态主要是指悬垂曲面的三 维外观形态。 浙江理工大学硕士学位论文 织物在自然悬垂时，下垂程度愈大，织物悬垂性愈好。织物的悬垂程度主要取决于织 物的刚柔性，在刚度相同时，织物的重量起主要作用。通常用平面悬垂系数、侧面悬垂系 数、悬垂比等指标来反映织物悬垂程度的大小。 织物的悬垂形态是指织物在自重作用下形成的优美曲面造型，它能给人以视觉上的美 感。当然，优美的悬垂形态既包涵织物本身的客观物理性质( 如织物的刚柔性，剪切性能、 透气性等) ，而且与个人的主观因素有关。国内外采用表征悬垂形态的指标有多种，常用 形状系数、波纹曲线波长及波高的总均方差值、悬垂凸条数、折角数、悬垂高度、美度形 态要素及悬垂美度、美感系数、活泼率、波纹数等来描述织物的悬垂形态。 悬垂程度的大小和悬垂形态有着千丝万缕的联系。一般情况下，悬垂程度大的织物其 悬垂外观出现的波峰数目往往较大，反过来，悬垂外观出现较大数目波峰的织物其悬垂程 度也往往较大。所以说，我们在进行织物悬垂性能评价研究的过程中，应该把二者作为有 机的整体结合起来，但也应该认识二者仍然是不同的评价指标。 许多学者对织物悬垂性能的评价已经提出了很多指标体系和指标组。目前在我国，对 织物悬垂性的测定与评价，多数只测定织物的悬垂系数，用于评定织物的悬垂程度。而对 悬垂形态美感的评价，在现有的标准中尚未规定明确的测定方法和指标n 1 3 。但是，悬垂性 作为织物的一种视觉风格和美学舒适性来说，只从悬垂程度上加以评价，显然是很不全面 的。为了全面地、容观地反映织物的悬垂性能，我们认为在悬垂性测定方法和指标上都应 该加以改进，以创造出能从悬垂程度和悬垂形态两方面去评价织物悬垂性优劣的可能性。 ( 2 ) 织物悬垂性评价的方法 对织物悬垂性能的评价方法主要有：纯主观的人为评价，测试参数的客观评价和主一 客观相关互补评价。从对织物悬垂评价体系的发展来看，起初主要是以主观评定为主。纯 主观评价，方法简便，但存在不能定量描述与无法排除个人主观心理因素的缺点。纯客观 评价则是建立在按评定标准并用仪器测定出织物物理几何参数的基础上作出的。但由于目 前织物悬垂性评价指标尚不完善，标准制定又依赖于人对事物客观认识，故用纯客观评价 方法取代主观评价方法时机尚未成熟。因此采用主一客观相关的评价方法仍是当前较合理 的评价方法。 1 2 3 织物悬垂测试方法及仪器的研究 ( 1 ) 织物悬垂测试方法 关于织物悬垂测试方法，综合目前的研究成果和使用情况，由其概念出发，可分为两 大类口刳：一类称为单向悬垂法，其中根据弯曲方向的不同，又分为两种类型，即单轴双向 1 浙江理工大学硕士学位论文 弯曲和单轴单向弯曲。这种方法是针对窗帘、帷幕等织物悬垂的模仿，以及考虑类似于帐 蓬等织物的悬垂特性，分别用悬垂度和曲率半径的比评价悬垂的好坏。另类称为双轴 双向弯曲法，即通称的伞式法，如图1 1 所示。这种方法一直广泛使用于悬垂的研究和测 试中，其测试原理为一定面积的圆形织物被压在圆柱形的支持台上，从正上方照射平行光 线得到织物悬垂的投影图，以投影图面积大小反映织物悬垂程度。 图1 1 伞式法模型 ( 2 ) 国内外悬垂测试仪器研究 对于织物悬垂性能的测试主要采用织物悬垂性能测试仪。织物悬垂性能测试研究经过 几十年的发展，目前国内外已开发出多种织物悬垂性测试仪。其应用原理与方法、测试的 评价标准以及适用的纺织品也各不相同。 国外悬垂测试仪主要有：英国锡莱发展有限公司( s d l ) 研制生产的c u s i c k 织物悬垂测 试仪，法国纺织研究院( i t f ) 研制生产的织物悬垂仪( d r a p e m e t e r ) ，日本东洋精机株式会杜 研制生产的d r a p e t e s t e r ，日本大荣科学精仪制作所研制生产的y d 1 0 0 型织物悬垂性试验 仪。国内悬垂测试仪主要有：y g 8 1 1 织物悬垂测试仪，山东纺织科研院研制生产的l f y - 2 0 6 型电脑织物风格测试仪，浙江理工大学的z y f 一1 型织物悬垂性测试仪等。如图1 2 所示， 是国内外常用的两种织物悬垂测试仪。 浙江理工大学硕士学位论文 i 懒敬凳 黼髯 织蝴 织精妻曩古 竞一 冀掳蕾魔竞t ( a ) y g 8 11 织物悬垂测试仪测试原理 ( b ) c u s i c k 织物悬垂测试仪 图1 2 织物悬垂测试仪 上述仪器测量的原理大多是基于二维的悬垂性测试，而且大部分只能进行织物静态悬 垂性测试，得到的都是一些反映二维特征的指标，测试误差也较大，更不可能全面表达织 物的三维悬垂形态。目前研究的焦点就是如何来开发一个测试系统能够全面反映织物悬垂 的三维特性。 1 2 4 织物悬垂形态仿真模拟的研究 从上世纪8 0 年代中后期以来，随着计算机技术的不断进步，在计算机图形学领域内， 对于织物、服装等柔性材料的变形形态仿真模拟逐渐成为研究热点。仿真工作的的基本方 法是建立合适的织物力学结构模型，然后利用力学理论进行推导，从而预测出该织物的悬 垂效果。在过去的2 0 年中，许多数字技术已用于模拟织物的悬垂性能，包括：松弛方法、 弹性变形理论、粒子模型、变形梁单元要领和有限元方法等n 引。用于建立织物模拟仿真模 型的方法很多，这些方法主要可以分为：几何方法、物理方法及综合方法等三种n 制。下面 对这三种方法分别加以综述总结。 几何方法是计算机图形学领域的主要建模方法，其方法不考虑面料或服装的物理特 性，而是着眼于其几何外观，用几何方程来描述织物的褶皱和扭曲，采用悬链线、b 样条 插值等方法生成织物变形效果。该方法生成的图形具有逼真的织物视觉效果，但不代表具 体的特定织物。基于几何的织物仿真技术，其优点在于模拟速度快，其生成的图形具有逼 真的织物视觉效果。但由于其仅注重织物的外在表示形式，并不注重反映织物的真实属性， 生成的图形不代表某种特定的织物，不适于工程上应用。 物理方法是通过构造织物对象的结构力学模型，利用计算机图形方法生成具有某种特 定形态的仿真织物。在建立织物的力学模型时，对于织物这一特殊的材料，将其看作连续 体还是非连续体形成了两种截然不同的观点，从而产生了连续介质模型和非连续模型两种 模型。基于物理方法的织物仿真技术由于卷入了大量的偏微分方程计算和为寻找最小能量 气 而引 仿真 技术 方法 快速 一方 出现 和物 1 2 5 性能 现了 仅要 的波 兴起 服装 指标 常生 悬垂 两种 完全 浙江理1 = 大学硕士学位论文 有着完全不同的悬垂行为，从而给人们的视觉美学效果也是完全不同的，而这种在动态下 反映出来的却是织物更本质的东西。因此，要全面的掌握织物的悬垂特性，我们必须对织 物的动态悬垂性有一个比较全面而深入的认识和评价。从上世纪8 0 年代中期，国内外已 有研究者将注意力转移到了动态悬垂的研究上。 对织物动态悬垂的研究，一般是将织物试祥放置在支撑台上，通过旋转支撑台，来研 究织物的动态特征。日本曾就妇女薄褶裙的动态悬垂轮廓美与面料的力学性能的关系做过 感官评定。瑞士g e n e v a 大学的t h a l m a n n 和y a n g ，以计算机图形技术为基础，实现了计 算机的二维服装衣片样型设计、三维服装衣片的缝合以及假想模特在身体运动时服装造型 的动态模拟。l o u g h b o r o n g h 工程技术大学的a s c o n g h 和b e z ，利用有限元方法以网眼分别 定义人体和裙子，模拟了裙子在人体上悬垂并旋转的四个阶段。由t e r z o p o u l o s 和f l e i s c h e r 开发的变形模型是模拟研究织物的起皱问题以及像飘动的旗帜这样的动态条件下的相互 关系的很好的先决条件。s t y l i o s 和z h u 研究了织物的动态悬垂的测试方法n 。 国内也有很多学者对织物动态悬垂性做过初步研究。徐军n 印研究了织物在不同旋转速 度下的悬垂行为，并在理论上做了初步的探讨，提出了一个特征矢量的指标来表示织物动 态悬垂的大小。郭永平利用自行设计研制的一套基于单片机控制的步进电机调速系统来模 拟织物的动态测试环境，通过分析织物悬垂特性矢量中各分量与转速的变化曲线，进一步 证实了悬垂系数与转速的平方符合指数规律。韩延林等n 刚研制的电脑多功能动动态悬垂性 测定仪，可在慢速“6 r m i n 和较高速“2 4 r m i n 两种回转速度下，分别模拟静态和动态 悬垂特性，得到了一些表达动态悬垂的指标。 目前，对织物动态悬垂性能的理论研究和测试方法在不断的完善中，对动态悬垂的研 究仍是以大量假设为前提，所以对织物动态悬垂性的研究还有很长的路要走。 ( 2 ) 如何客观反映织物悬垂的三维特性急待解决 目前，利用各种计算机图象处理系统，在获取二维信息指标方面取得了一定的成就， 对织物悬垂性能的研究大多从自上而下的投影图入手，得到的是一些反映二维特征的指 标。但是，织物悬垂是一种三维现象，用二维特征指标无法全面表征。三维特征指标无论 是对于静态悬垂，还是动态悬垂都有着非常重要的意义。有了三维信息，才能更好地更全 面地评价织物的悬垂性能。此外，利用提取的三维信息还能够在计算机中对织物悬垂进行 三维重建。 ( 3 ) 其它方向 综上所述，从p e r i c e 提出手感可测量之概念以来，对织物悬垂特性的研究已经进行了 浙江理工大学硕士学位论文 几十年。但是，随着计算机图象处理技术的发展，许多方面还需进一步研究，如织物悬垂 三维信息的表征、利用计算机有效和逼真地模拟织物的悬垂运动过程、以及如何通过设置 织物的各种性能参数来预测织物的悬垂性能等等。因此，仍需要不断的努力，以解决这些 实际的问题。 1 3 课题研究现状及技术路线 本文的主要研究内容是织物悬垂性能的预测研究，通过对文献的研究发现，目前大多 数学者只是对织物结构或力学性能与悬垂系数之间关系进行了预测研究，采用的方法是回 归分析的方法，得出的结果主要有：( 1 ) 织物的悬垂系数与织物的单位面积重量、总抗弯 刚度密切相关，而与织物的厚度等参数相关系数不大；( 2 ) 织物厚度对其悬垂性有一定的 影响，织物厚度与织物的悬垂系数为之间为正相关，即织物越厚，悬垂系数越大，悬垂性 越差；( 3 ) 织物的悬垂系数和经向弯曲刚度之间相关关系不显著，而和纬向弯曲刚度呈显 著正相关性，也就是说织物的纬向弯曲刚度越大，织物的悬垂系数越大；( 4 ) 织物厚度、 面密度与悬垂系数关系不明显等等。由于织物不是刚性物体，它的悬垂性能受众多因素影 响，因此，需要大量的实验研究才能发现它的内在本质。 本文意在通过织物的结构和力学性能来预测织物的悬垂性能。首先以织物试样为研究 对象，通过对其结构、力学、悬垂性能参数的测试得到相关实验数据，并建立数据库。然 后，利用数学分析方法，找到影响织物悬垂性能的主要因素，尝试建立织物悬垂性能指标 与织物结构、力学性能指标之间的定量关系式。同时利用织物的悬垂性能指标，对织物的 悬垂形态进行仿真重建，进而实现对织物悬垂形态的视觉化仿真。最后利用m a t l a b 软 件建立织物悬垂性能预测系统。这样我们就可以通过设置织物的结构、力学参数来预测织 物的悬垂性能，并模拟织物的悬垂形态。从技术上我们采用如图1 4 所示的技术路线。 r 囡淑l 斟 f 图1 4 课题研究技术路线图 - 8 浙江理工大学硕士学位论文 1 4 课题来源及主要工作内容 本课题来源于国家自然科学基金织物悬垂形态的测试、评价及建模研究和省自然 科学基金织物悬垂性形态的三维评定方法及仿真研究，作为项目的后期研究工作，本 文的主要工作内容有： ( 1 ) 采用实验室自行研发的织物悬垂形态三维测试装置来测试织物悬垂的性能。主要 是采用图像处理和分析技术，将织物的悬垂图像利用图像输入设备输入计算机，然后利用 计算机图像处理技术对原始采集图像进行定位、平滑去噪等预处理，得到织物的清晰悬垂 轮廓，最后经过图像分析技术提取具有表征能力的悬垂程度与悬垂形态的悬垂参数，为织 物的结构、力学性能参数对织物悬垂性能影响的实验研究提供全面的技术支持。 ( 2 ) 通过对织物试样结构参数、力学性能参数和织物悬垂性能的测试、分析，为织物 结构参数和力学性能参数与其悬垂性能参数之间关系的研究提供全面的测试数据。 ( 3 ) 通过对织物结构参数和力学性能参数与其悬垂性能参数之间关系的研究，找到影 响织物悬垂性能的主要因素，尝试建立织物的悬垂性能参数与织物结构、力学性能参数的 定量关系式，为织物悬垂性能的预测研究提供理论基础。 ( 4 ) 完成织物悬垂形态的仿真建模工作。对于织物悬垂形态的仿真，因为要求达到的 是一个视觉效果，对于模型的精确度要求并不是很高，因此可以考虑采用织物悬垂性能指 标反求织物悬垂边缘轮廓曲线，将该曲线从二维延伸到三维，进而实现对织物悬垂形态的 视觉化仿真。 ( 5 ) 根据对织物的结构、力学性能参数与其悬垂性能参数的关系分析，选取合适的输 入参数和输出参数，运用m a t l a b 语言，依据对织物悬垂性能影响因素的研究结果，完 成织物悬垂性能预测系统的软件开发工作，初步建立织物悬垂性能预测系统。 浙江理工大学硕士学位论文 第二章织物悬垂性能测试及其评价指标的研究 应用计算机图像处理技术测试织物的悬垂性能，从采集的织物悬垂二维投影图像上提 取表征织物悬垂性能的参数，获取的织物悬垂性能参数尽可能的全面、科学，为织物悬垂 性能与其结构、力学性能的关系研究提供了有效的测试方法。 2 1 织物悬垂图像测试技术 传统的织物悬垂性测试方法，均基于伞式投影法( e r l ) ，主要通过测量三维悬垂织物 的二维平面投影轮廓，给出诸如悬垂系数、活泼率、曲面波纹数等指标，而且大部分只能 进行织物静态悬垂性测试，得到的都是一些反映织物二维特征的指标，存在测试精度不高、 重演性较差、测试标准落后等问题