（纺织工程专业论文）基于3ds+max70软件平台织物结构和表面效果的三维模拟.pdf

基于3 d sm a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 摘要 基于3 d sm a x 7 0 软件平台织物 结构和表面效果的三维模拟 摘要 应用计算机软件对织物结构的模拟，是当前纺织领域研究的热点之一。 目前市场上三维模拟软件主要有a u t o c a d 、c r e a t o r v e g a 以及3 d sm a x 7 0 。 应用于织物结构和表面效果模拟的，目前主要是织物c a d 等软件，也是国内 应用于纺织行业的主要软件之一。如何实现对织物结构的模拟，以达到快速 实现设计的目的，也是纺织设计人员的研究热点之一。 使用计算机软件辅助织物设计并没有完全发挥出潜力。其主要原因是一 方面软件在开发之初并没有针对某个特定的行业功能进行设计；另一方面， 织物设计者对相关设计软件提供的功能缺乏深入、系统的了解，在观念上没 有利用计算机辅助织物结构设计与分析的主动性。 本文的研究重点就是应用3 d sm a x 7 0 软件，对织物结构和表面效果实现 三维模拟，着重研究简单组织及三维组织织物结构的模拟的实现。采用n u r b s 曲线，避免放样后出现尖锐拐角，用圆形模拟纱线截面。根据织物组织图， 完成对控制点的三维坐标计算，达到对曲线的空间交织，利用放样建模，从 而实现织物组织结构的模拟。三维组织织物结构模拟的实现需要对纱线层与 层之间控制，单根曲线上的控制点不再在同一平面，控制点的坐标计算亦有 所差别。对多层三维织物，利用g r o u p 键实现编组功能，通过层间的复制与 移动，达到要求的交织效果，从而实现多层织物的结构模拟。简单织物表面 效果模拟的关键是纱线的截面形态，本文采用椭圆作为纱线的截面。 通过本文的模拟实现过程，我们不难发现，3 d sm a x 7 0 软件在纺织产品 设计领域具有一定的实用意义。 关键词：3 d sm a x ：织物组织； 织物结构：三维模拟；表面效果模拟 3 d i m e n s i o n a ls i m u l a t i o no ff a b r i cs t r u c t u r ea n d a p p e a r a n c eb a s e do nt h e3 d sm a x 7 os o f t w a r e a b s t r a c t a p p “e dt h ec o m p u t e rs o r w a r et os i m u i a t i o no ff a b r i cs t n l c t u r ei so n e o ft h em o s t l ya b o u tt l l es t u d yo nc u r r e n t l yt e x t i l ea r e a t h em a i no f3 d s i m u l a t i o ns o f h v a r eo nt h em a r k e ts u c h 勰a u t o c a d ，c r e a t o r v c g aa n d 3 d sm a x t h ef a b r i cc a di sf o c u so ns i m u l a t et h es t r u c t u r e 如d 印p e a r a n c et of a b r i ca n di ti sa l s ot h em a i n 印p l i e dc o m p u t e rs o r w a r ei n d o m e s t i ct c x t i l ei n d u s t r y h o wr e a l i z c dt os i m u l a t et h es t m c t u r ea n d 印p e 盯a n c ea b o u tf a b r i c ，a c h i e v e dr e a l i z a t i o no fd e s i g ni d e aq u i c k l y ，柚di t w 髂a l s oc o n c e m e db yt e x t i l ed e s i g l l 盯s u s i n gt h ec o m p u t e rs o f t w a r et o 髂s i s tf a b r i cd e s i g nw a sn o tc o m p l e t e e x e r ti t sp o t e m i a l a n dt h em a i nc a u s e ss u c ha s ，o n es i d et h es o f t w a 佗w a s n o ta i mt os p e c i a li n d u s t r yt od e s i g na ti t se a r l i e rp l 锄，o nt h eo t h e rh a n d f a b r i cd e s i g n e r sl e 锄a b o u tc o r r e l a t i v es o m v 盯e sf u n c t i o n sw e r en o t e n o u g ha n dt h e yh a d n ti n i t i a t i v e st ou s i n gt h es o f w a r et oa s s i s t i n gf a b r i c s t m c t u r ed e s i g na n d 柚a l y s i s t h ek e y s t o n eo ft h i sp a p e ri su s i n gt h es o f t w a r eo f3 d s 嗄a x 7 ot o s i m u l a t i o nt h e 白b r i cs t n i c t u r e s 粕da p p e a m n c e s ，a n de m p h a s e st or e a l i z i n g 3 ds i m u i a t i o nt h e f a b r i cs t r u c t u r ea b o u ts i m p l ew e a v e s 柚d3 dw e a v e s a d o p t e dm en u r b sc u r v et om o d e l i n g ，a n da v o i d e dt h es p i c u l a tcc o m e f t oe m e r g e n c e ，觚du s e dt h ec i r c j et a k et h ep l a c eo ft h ey a m ss e c t i o n t h r o u g ht h ef a b r i cp a t t e md r a f ta n dc a l c u l a t e dt h er e f 色r e n c ep o i n t s 3 - a x i a l p a r a m e t e r sm e nh a v ed r a w nt h es p a c ei n t e r l a c i n g c u r v e s a n dh a v e a c c o m p i i s h e dt h es i m u i a t i o no ff a b r i cs t m c t u r e sb yl o r i n go fm o d c l i n g t h es i m u l a t i o no f3 df a b r i cs t r u c t u r e sn e e dt oa d b u s t i n gt h ed i s t a n c eo f b e t w e e nt h el a y e r s ，t h er e f e r e n c ep o i n t sw e f en o ti nt h es a m ep l a n ew i t ht h e s e p a r a t e c u r v ea n dt h em e t h o do fa c c o u n t i n g3 - a x i a lp a r a m e t e f sh a v e c h a n g e d u s i n gt h e 向n c t i o no f 口o u pt oe d i t e dt h ec u r v e si n t oaw h o l ef o r m u l t i l a y e rf a b r i c s ， a i l dw i t ht h ec o p ya n dm o v i n gt oc o m p l e t i n gt h e i n t e r l a c i n g ，a n dr e a l i z e dt h es i m u l a t i o no fm u l t 订a y e rf a b r i cs t f l l c t u r ea tl a s t i nt h es i m u i a t i o no fs i m p l ef a b r i c sa p p e a r 柚c e ，m es h 印eo fy a m ss e c t i o n i ss oi m p o n a n ta n dw es e l e c t e dt l l ee l l i p s ei np a p e l f r o mt h ep r o c e s so fs i m u l a t i o ni nt h ep 印e r w eo b v i o u s l yf i n dt h a tt h e s o r w a r eo f3 d sm a x 7 0h a sa ni m p o r t a n ts i g n i f i c a t i o ni nt h ea r e ao f f a b r i cd e s i g n s k e y w o r d s ：3 d sm a x ；f a b “ct i s s u e ；f a b r i cs t n l c t u r e ；3 - d i m e n s i o n a l s i m u l a t i o n ；a p p e a r a n c ee a e c ts i m u l a t i o n w r i t t e nb yx uj i a y i n g s u p e n ，i s e db yp r o f g up i n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为 获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人承担本声明的法律责任。 研究生签名：许眷蓑 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学 论文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段 保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保 密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊 登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大 学学位办办理。 研究生签名：叠丝整日期：迎：盐 - r 导师签名：f z 坞零日期：迎2 ：( ：k y ， i 基于3 d sm a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第一章前言 第一章前言 1 1 引言 随着计算机技术的迅猛发展和纺织行业的自身发展需求，计算机新技术 不断融进纺织行业，涉及机织、针织、印染、刺绣、服装等各个领域，范围 也从普通的产品设计c a d 扩展到原料优化搭配、产品工艺设计、产品性能预 测、三维仿真模拟、生产管理及营销等各个环节“1 。纺织c a d 的出现已经从 根本上改变了纺织品设计与生产的面貌。纺织行业产品种类很多，无单一通 用的c a d 系统，现在行业中应用比较广泛的是机织物设计c a d 和服装c a d ”1 。 机织物设计c a d 技术主要用于色织物的产品设计，其主要作用是根据色织物 的组织和色纱排列自动生成织物模拟图案，以代替产品投产前打小样的工 作。机织物c a d 使设计人员可以简单、方便地改变织物的组织、纱线排列， 随心所欲地对织物模拟图上各种色彩的经纬纱线进行调色”1 。 目前机织物c a d 基本上包含下列功能：组织设计和图案的编辑；组织图、 穿综图和纹板图自动生成：纱线设计，对织物纱线的粗细、色泽、捻向、捻 度等进行设计和修改；工艺设计，根据生产要求输入所选的参数，系统自动 计算出总经根数、宽幅等上机参数；模拟织物的正反面的外观，将所设计的 织物正反面的外观效果在显示器上显示或者打印，让设计者查看织物的实际 效果，织物外观模拟是机织物c a d 系统的重要功能之一“。目前国内大多数 的c a d 系统已可以采用多种方法模拟织物经起毛、起绒、起皱等整理后效果， 尽量表现出织物的手感和纹理质地效果。 尽管目前的c a d 系统功能已经比较齐全嘲，能够帮助设计者完善设计方 案，但是在织物结构和外观的模拟上，大部分c a d 系统模拟织物外观和结构 只是在作图区垂直方向铺上经纱，再根据纬纱密度沿水平方向铺上纬纱，经 纬交错的地方根据组织点的属性判定是显示经纱还是纬纱。这类织物模拟图 实质上只是模拟织物的配色模纹效果与纱线粗细、密度的叠加效果，对于经 纬纱同色的织物模拟出来的效果成网格状或者矩形的色块。之所以不能做到 对织物外观的真实模拟原因有以下两个方面： 基于3 d sm a x 70 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第一章前言 ( 1 ) 认为织物是一个二维的平面，模拟图像时只是在组织图的基础上给 各个组织点赋予了颜色的属性，事实上任何织物都是一个三维的物体，不管 这个织物有多轻薄。更不用说多重组织，多层组织和起毛组织的织物了。 ( 2 ) 忽略了织物中经纬纱线屈曲交织的结构形态，故不能真正解决织物 外观三维结构的模拟问题。织物结构是指织物中经、纬纱相互交织的情况， 织物结构通常有组织结构和几何结构两种。组织结构是指织物中经、纬纱相 互交错和彼此沉浮的规律；几何结构是指织物中经、纬纱的空间关系，包括 经、纬纱的屈曲波高、几何密度和经、纬线直径等。组织与结构极大的影响 织物的性能和外观。经纬纱在织物中是有屈曲的，当屈曲波高的不同，织物 的外观效应也会发生改变，而目前一些c a d 系统所模拟的织物组织图，是无 法显示这种变化的“1 。 目前应用于三维建模的3 d sm a x 软件以其强大的三维绘图优势，在建筑 装潢、产品造型设计、广告设计、影视特效及电脑游戏等诸多领域均有深入 涉足。但其在纺织领域的应用，目前尚无相关文章刊出，本文利用3 d sm a x 建模中的n u r b s 曲线进行放样建模，能够很好地实现对织物组织结构的模拟， 能使纺织产品设计人员快速实现设计构思，更加具体地描述了织物的组织结 构，使人一看，直观明了“1 。 1 2 国内外研究状况 在二维机织物c a d 的研究方面，国内外的水平相差无几，但是在三维的 机织物c a d 方面特别是在织物外观的三维模拟方面，国内研究开发的时间 比较晚，研究水平远远落后国外。法国和德国一些c a d 系统”1 ，模拟出单层 和多层组织织物，能非常逼真的模拟出三维效果图，如图1 1 所示 对织物结构的三维模拟国外的研究有： h y l i n 和a n e w t o n 利用b 样条曲线构建纱线的纵向形态，用圆形构建 纱线的横截面进行织物模拟，并得到了不同密度、不同卷曲波高的平纹、斜 纹、缎纹等织物模拟效果“1 。 t i a ny il i a o 采用c a g d 技术( 计算机辅助几何设计c o m p u t e ra i d e d g e o m e t r i cd e s i g n ) ，将纱线看成三维实心固体，用正弦方程构建纱线的纵 2 基于3 d sm a x 70 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第一章前言 向形态，分别采用圆型、椭圆型、跑道型作为纱线的横截面进行织物的三维 模拟呻。 图1 1 应用卧t3 dw e a v e 模拟的三维效果图 y j i a n g 等构建织物组织的几何模型，进行了织物三维立体模拟1 。 随着近些年来对织物结构研究的不断深入，国内学者也利用织物的几何 结构对织物结构和表面效果的真实感模拟方面进行了如下尝试： 郑天勇等通过对机织物结构的分析“”，发现织物组织的浮长线对机织物 结构、外观和图案有至关重要的影响：浮长线对纱线的拉拢、分离作用使纱 线在织物中凸起或下沉可把同一浮长线覆盖下的另一个系统的纱线集束在 一起甚至重叠，或者将处在不同浮长线内另一个系统的纱线分割开甚至形成 孔洞，同时浮长越长，则该浮长处纱线在垂直方向上的凹凸程度越大“”。浮 长线作用导致纱线上各组织点的最终位置的x 、y 、z 坐标相对于初始位置有 一定的偏移，计算出这个偏移量，结合p i e r c e 模型得到纱线上各个组织点 的坐标，以算出的各个组织点位置为控制点按照几何造型上常用的3 次b 样 条曲线构造纱线的屈曲方程，椭圆方程构造纱线截面“。其实现效果如图卜2 和卜3 。 诸葛振荣采用v c + + 6 0 编程，运用o p e n g l 图形函数，根据纬纱一般要 比经纱粗，在视觉效果上纬纱的弯曲度要比经纱小，所以假设纬纱没有弯曲， 只有经纱围绕纬纱上下波动“”。组织的不同导致纬纱分层，判断在同一层的 基于3 d sm a x 7o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 第一章前言 纬纱，在显示时可按纱线在同轴线同一水平面上进行计算，不同层次的纬线 之间应留有相当的空隙，以便观察纱线的交织关系。根据p e i r c e 理论，建 立几何模型，用一个个圆柱体套接起来的方式表示经、纬纱线，模拟组织的 三维效果，如图卜4 。 瞿畅、王君泽、高强等以织物的几何结构和织物交织时产生的力的作用 为基础“，用三次b 样条曲线描绘纱线的屈曲形态，建立了织物的空间几何 模型，并在此基础上利用计算机三维实体造型技术，实现了织物结构的三维 计算机图形显示，如图卜5 为织物外观的真实感模拟显示探索了新的实现思 路与方法。 张瑞云、黄新林、李汝勤根据织物结构的p e i r c e 模型应用织物组织知 识“”，探讨织物三维结构中纱线的空间位置，以此建立真实的织物三维结构模 型。借助于v i s u a lc + + 与o p e n g l 开发工具，把织物的光照和材质因素引入织 物三维结构模型中，实现计算机织物三维模拟，如图卜6 。 朱华健、张森林利用已有的二维的织物模拟图形“”，通过贴图方法将已 经模拟好的平面织物作为纹理贴在曲面上，从而达到织物的立体效果。利用 n u r b s 曲面，构造织物在褶皱卷曲状态下的形态，如图卜7 。 王跃存、李晓慧、刘丽杰提出纹理映射及其算法“”，根据织物纹理进行 图形绘制的方法，该方法的使用在机织物c a d 模拟织物外观效果时收到较好 的效果。 郭兴峰、黄故、王瑞等以经、纬纱为直线啪1 ，捆绑纱为正弦和直线组合 的曲线，建立了三维正交机织物的几何结构模型。根据捆绑纱所限定纱线的 截面积，建立了以织物结构参数为未知量的非线性方程组，使用数值计算方 法求出了非线性方程组的近似解。确定了捆绑纱曲线模型中的待定量。制织 了纬纱捆绑和经纱捆绑两种玻璃纤维三维正交机织布。并与不饱和聚酯树脂 复合。然后观察复合材料中捆绑纱的形态。发现捆绑纱的测试曲线与模型曲 线具有很好的一致性。进一步比较捆绑纱织缩率的测试值与计算值、纤维体 积含量的测试值与计算值，表明建立的织物结构几何模型。能够较为真实地 反映三维正交机织物的实际结构。 4 基于3 d sm a x 7 o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第一章前言 图卜2 网目组织三维模拟效果图卜3 芦席组织的三维模拟效果 图卜4 改变纱线大小的模拟图卜5 平纹织物三维模拟结构图 图卜6 三维织物效果图图卜7 加捻模拟效果图 综上所述，目前在织物结构和外观模拟的研究中，大多采用圆形或者 椭圆形描述截面状态，正余弦函数或者b 样条曲线来模拟纱线屈曲状态。在 软件的应用上，近些年来逐步采用v c 编程环境下结合图形函数库来实现图 形的绘制，最终实现对织物结构和外观的三维模拟。其实现过程和实现效果 都不是很好，而3 d s | l a x 软件可以省去很多繁重的编程工作，为设计者提供 了一个较高的平台，并可以很好的完成对织物结构和简单外观的模拟。故本 论文以该软件为平台，对织物的结构和外观模拟进行研究。 基于3 d sm a x 7 o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第一章前言 1 3 论文研究内容 论文以3 d sm a x 7 o 为平台，利用n u r b s 建模理论，用圆形截面代替纱 线截面，很好的实现了对织物结构的三维模拟以及简单组织的表面效果模 拟，具体研究内容如下： 用n u r b s 曲线上的控制点表示织物中经纬纱的交叉点，根据织物组织图 及纱线的空间屈曲交织状态，完成对曲线控制点三维坐标的计算，完成交织， 利用圆形截面放样。实现对简单组织织物结构的三维模拟。 在空间三维组织织物结构的模拟中，同一曲线上的控制点不再完全在同 一个平面上，故坐标点的计算较简单组织的结构模拟有差别，利用软件的编 组功能，实现对多层织物的模拟 在简单组织织物的外观模拟过程中，根据织物表面形态，以椭圆拟合纱 线直径，实现组织效果模拟。 1 4 论文的目的和意义 利用本软件实现的织物结构模拟图，对纺织初学者了解织物结构有着很 直观的视觉效果，三维织物的内部屈曲交织情况更是一目了然。同时该软件 也为纺织产品设计者提供了展示其设计思想的一种手段与其他相关程序开 发实现织物的外观模拟相比，省去了很多繁琐的数学建模和程序设计，其在 纺织领域的应用不失为该软件的一个新的应用方向。 1 5 章节安排 第一章前言综述织物c a d 的国内外研究现状、已有成果和现存问题 以及本论文在织物结构和表面模拟方面的研究目的和意义； 第二章介绍3 d sm a x 7 0 的应用及基本操作； 第三章介绍3 d sm a x 7 o 的建模理论，利用n u r b s 曲线建模理论，以 圆形截面代替纱线截面，通过放样，实现对简单组织织物的结构模拟； 第四章完成多层织物纱线空间交织定位的交织，实现对多层组织织物 结构的三维模拟； 6 基于3 d sm a x 70 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 第一章前言 第五章对平纹织物外观效果的模拟： 第六章总结与展望，概括论文完成的工作、不足之处及进一步的研究 内容。 7 基于3 d sm a x 7 ，o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章3 d sm a x 7 o 软件简介 第二章3 d sm a x 7 0 软件简介 2 13 d sm a x 软件的发展和应用 2 1 13 d sm a x 的发展 计算机图形学自诞生以来已有3 0 余年的发展历史了。”。早期的三维动画 大型软件是针对高端用户基于图形，工作站而设计的。随着科学技术的进步， p c 机的硬件和性能也不断提高，曾经让人觉得高不可攀的三维软件也纷纷转 移阵地，向p c 机发展。在d o s 时代，美国a u t o d e s k 公司推出的3 d s 几乎独霸p c 机的三维动画和三维设计领域；- i n d o w s 操作系统出现以后，m i c r o s o f t 公司 顺应潮流，在1 9 9 5 年及时推出了基于再i n d o w sn t 平台的s o f t i a g e 3 d 3 。o 版本， 一时之间激发了三维动画市场的激烈竞争，各大公司纷纷推出应用于 w i n d o w s 操作系统的三维软件。1 9 9 6 年，k i n e t i x 不甘落后，改进了3 d s 的操 作界面、工具功能和组织结构，推出了3 d s 的w i n d o w sn t 版本3 d sm a x l o 。 它比起以前的版本在各方面都有了极大的改善和提高，并迅速普及开来。 1 9 9 8 年，m a y a 、 l i a s 、h o u d i n i 等大型的三维动画软件也先后面世。自此， 相关的类似软件层出不穷，三维动画软件出现了百花齐放的繁荣局面。 2 1 23 d sm a x 是一款大众化的三维动画软件 3 d sm a x 作为一款中型的三维动画软件“”，它对计算机硬件要求较低，基 本配置为c p u ：3 0 0 m h z 以上的i n t e l 或 m d 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0 或w i n d o w s x p ；显卡为一般显卡( 6 4 m b 显存) ：内存为5 1 2 m b 最佳；硬盘要求是5 0 0 m b 以上 的自由存储空间；显示器要求能支持1 0 2 4 7 6 8 的显示精度：上述条件要求并 不高，因此，多数的3 d 爱好者和中、小设计公司有能力配置必要的设备；以 前熟悉3 d s 的爱好者较多，对于它的升级版本3 d sm a x 自然能很快适应、上手； 功能较强大( 自3 d s 眦x 7 o 面世以后，它的性能已经接近了高端软件了) ，集 场景管理、用户界面、建模属性，材质属性、灯光、摄像、渲染属性、动画 基于3 d s m a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章3 d s m a x 7 0 软件简介 属性等几大功能于体：精确度高、操作方便快捷等特点为广大设计工作者 和3 d 爱好者所接受，成为普通的电脑设计工作者常用的必备软件之一 2 1 33 d s m a x 软件应用领域 ( 1 ) 建筑装潢设计和展示设计 这是3 d sm a x 应用最广泛的一个方面，通常与c a d 、p h o t o s h o p 、l i g h t s c p e 联合使用，设计师能根据精确的数据和一定的条件来模拟、预览建筑物内外 的装饰效果和虚拟场景，如图2 一l 中的( a ) 、( b ) ，并能使用摄像功能在其 问实现漫游，多角度地动画展示。还能根据计算机建立的虚拟立体模型从不 同的角度输出几近逼真的效果图，且修改方便快捷，大大节约了设计成本， 丰富了表现手段，是现代家装设计公司必备的常用软件之一。 ( 2 ) 产品工业造型设计 这是一种科学技术和艺术相结合的设计门类，设计师可根据产品的功 能、机械、构造、材料等多方面的条件用3 d sm a x 、c a d 等软件建立三维立体 模型，利用编辑灯光、材质、灯光、摄像、渲染输出等功能。渲染出设计方 案的结构图与效果图，利用动画功能来分析产品的工作情况，从而全方位地 展示设计师的产品设计方案，如手机、电脑、数码相机等造型设计，如图2 1 中的( c ) 、( d ) 、( e ) 和( f ) 。 ( 3 ) 包装设计和商业广告设计 通过3 d s 斟a x ，我们可以制作出产品的包装效果图，充分展现产品包装 的盒形设计，容器造型设计、图案、色彩、材质等。在商业广告方面，它可 以制作一些视觉效果强烈、绚丽、离奇的特效来令人有种耳目一新的感觉， 以增加广告设计作品的表现力，如图2 1 中的( g ) 、( h ) ，( i ) 和( j ) 。 ( 4 ) 影视特效及电脑游戏角色设计 3 d s 姒x 虽然是一款中小型的三维动画软件，但因其插件众多，其渲染 效果和动画效果还是不错的，常用来制作商业广告短片，甚至一些影视大片 中还用它来制作电脑影视特效，如指环王中的特效就使用过m a x 技术。 而在电脑游戏中，游戏玩家对游戏的画面和反应速度要求很高，既要求画面 逼真，又要求游戏运行速度流畅；许多三维动画设计软件都能做出绚丽、逼 真的画面效果 9 基于3 d s m a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章3 d s m a x 7 0 软件简介 图2 一l3 d sm a x 7 0 软件设计的作品效果图 基于3 d s m a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 第二章3 d s m a x 7 0 软件简介 但因其建模、渲染过于复杂精细，在游戏运行速度上却往往令人难以达到满 意的效果。m x 独特的多边形建模功能和贴图功能恰好能将两者的要求都能 满足，是以深受游戏制作行业的喜爱，暴雪公司的魔兽争霸就采用了此 类软件制作，如图2 一l 中的( k ) 、( 1 ) 、( m ) 和( n ) 。 ( 5 ) 其他行业的特殊用途 由于3 d s 妣x 有优秀的建模、动画功能，所以，交警部门常用它来模拟、 分析交通事故，如图2 1 中的( o ) ；军事上也曾用它来模拟演习战争场面和 进行弹道分析等 2 23 d sm x 7 o 软件的安装及基本操作 2 ，2 ，13 d sm a x 7 0 安装 插入3 d sl l a x 7 o 安装盘，出现a u t o d e s k 软件许可协议，如图2 2 ，点击接 受， 图2 2 安装协议 图2 3 安装序列号 在下一对话框中输入安装序列号( 图2 3 ) ，选择s t a n da 1 0 n e 安装类型， 点击下一步，完成安装。这时在桌面生成快捷图标。第一次运行软 件，需要在线注册序列号，在安装盘的c r a c k 文件夹中，双击 d 出一对n 7 e e 此完成安装。 ，在线获取注册序列号 至 基于3 d sm a x 70 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章3 d sm a x 70 软件简介 2 2 23 d sm a x 7 0 基本操作 在启动3 d s 姒x 7 o 之后，可看到其工作界面。如图2 4 图2 4 3 d sm a x 7 o 工作界面 其操作界面主要有菜单栏、工具栏、视图区、命令面板、信息提示区 以及动画控制区等，菜单栏是标准的胃i n d o 霄s 菜单栏， 包括“文件”、。编辑”、“工具”、“组”、“视图”、“创建”、“修 改器”等，共1 5 个菜单， 每个菜单都对应着相应功能。其中“组”键，“g r o u p ”将选中的对 象组合成一个组，“u n g r o u p ”将已经成组的对象恢复成原来的独立对象， “o p e n ”将成组的对象打开，以便对每个对象进行编辑，“c l o s e ”在使用 “o p e n ”命令并编辑对象以后，使用此命令将组还原，“a t t a c h ”将选中的 对象添加到指定的组中，。d e t a ch 将组中的对象分离出来，。e x p l o d e ”将 基于3 d s m a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章，d s m a x 7 0 软件简介 组完全分解，如果组中包含子组，子组同样也会被分解，“a s s e m b l y ”和 “g r o u p ”命令相同的是使用该命令进行组合的对象都可以看作为个对象 进行位移操作和修改命令，不同的是它由一个父对象进行控制，一般使用 “a s s e m b l y ”命令创建折臂类的对象。“视图”菜单主要 用于对视图工作区进行操作，与三维对象无关大多数菜单命令都能从用户 界面中找到相应的图标；工具栏位于主菜单栏下方， 3 d sm a x 7 0 中使用频率最高的工具都在这里，包括选择与操作类、选择集锁 定、坐标类、着色类、连接关系工具按钮和诸如帮组、对齐、阵列复制等工 具按钮。将光标移到图标之间，光标变为手形，拖动可左右移动工具栏，工 具栏具有很大的灵活性，可以将其拖动到任何位置，亦可设置要显示的工具 栏：视图区在默认的情况下是标准的4 视图显示模式，其中包括“项视图”、 “前视图”、“左视图”和“透视图”( 编辑图形的整体效果) ，每个视图 的左上角都有英文标识。4 个不同方向的视图，通过这些视图可以将三维模 型的正面、侧面、顶面及透视效果同时显示出来，这样可以很方便地做各种 调整，同时，工作视图区布局可以改变，选择菜单栏的“c u s t o m i z e ” ，在其下拉菜单中选定“v i e w p o r tc o n f i g u r a t i o n ”， 基于3 d sm a x 7o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 第二章3 d sm a x 70 软件简介 弹出图2 5 的布局选项卡，可以选择视图分布的各种模式，单击“o k 图2 5 布局选项卡 键，即可完成视图分布模式的选定。命令面板在3 d sm a x 7 0 中扮演着非常重要的角色，在这里可以调用很多在菜单栏中也找不到的命 令，这里共有6 个选项卡，分别是“创建”、“修改”、 “层级”、。运动”、“显示”和“实用工具”，其中“创建”面板中，可 创建各种图形、实体和粒子系统，外加灯光、摄影机等，是创建图形的主要 绘制工具：“修改”面板中，能编辑各种对象的参数，对己绘制图形的不同 层级进行编辑；“层次”面板中，可控制层次连接的对象，也可以设置反向 动力学参数等；“运动”面板中，可控制对象的运动轨迹；“显示”面板中， 可控制视图中对象的显示方式和显示状态；“工具”面板中，可调用3 d s 啊x 7 的一般实用程序及外挂公用程序。信息提示区 的上半部分为当前鼠标的坐标点位 置，包括x 、y 、和z 三个坐标值，信息提示区的下半部分为当前所选择工具 或者命令的状态与提示；动画控制区 4 提 基于3 d sm a x 70 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第二章3 d sm a x 7o 软件简介 供了各种播放动画的按钮( 包括播放、快进、快遇等) 和设置时间( 帧数) 的按钮，这里具备了一个小型播放器的所有功能。 基于3 d sm a x 7 o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第三章简单组织结构的三维模拟 第三章简单组织结构的三维模拟 应用3 d s m a x 7 0 软件对织物组织结构的实现，目前在国内尚未有相关文章 刊登出来，该软件在建筑、汽车、影视等方面应用的比较多。3 d sm a x 7 o 建 模方式主要有以下几种：网格建模，样条曲线建模，面片建模，n u r b s 建模。 3 13 d sm a x 7 0 建模理论 3 1 1 网格建模方法及其特点 网格建模包括标准几何体建模、扩展几何体建模、b 0 0 1 e a n ( 布尔运算) 和多边形建模，它们适合制作不同的模型。标准几何体和扩展几何体建模适 合较少细节的，或看起来较坚硬的模型；b 0 0 1 e a n ( 布尔运算) 建模适合制 作那些外形不规则的模型；多边形建模适合复杂模型的制作，如汽车、人物 等2 ”。 3 1 2 样条曲线建模方法及其特点 样条曲线建模又被称为2 d 曲线建模，它通过对曲线物体进行各种编辑 修改，再应用针对曲线的各种编辑命令。样条曲线建模包括基本曲线建模、 曲线放样建模、2 ds h a p e r 拉伸建模和2 ds h a p e r 旋转建模“。基本曲线建 模利用曲线的可渲染功能制作模型；曲线放样建模适合从一种剖面图形向另 一种剖面图形过渡的模型；2 ds h a p e r 拉伸建模适合两端形状完全相同的模 型；2 ds h a p e r 旋转建模适合以一个点或轴为圆心，四周距离相等、形状相 同的模型。 3 1 3 面片建模方法及其特点 面片建模包括面片、s u r f a c et 0 0 l 和c r o s ss e c t i o n 。面片建模是基于 样条曲线的原理进行建模，可以生成连续的有机表面，所以能够很容易地模 拟光滑表面。由于面片采用了蔓延的工作方式，所以它的可延伸性是非常强 1 6 基于3 d sm a x 7 0 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟 第三章筒单组织结构的三维模拟 的，可以从一个面片到另一个面片自动平滑。面片的b e z i e r 控制手柄使控 制面片的工作变得简单自如，所以十分有利于面部动画的制作，利用面片中 的三角形面片可以很方便地制作局部细节。 3 1 4n u 阴s 建模方法及其特点 n u r b s 建模是3 d 模型制作中功能非常强大的一种，其全名是 n o n u n i f o r 珊r a t i o n a lb s p l i n e s ( 非均匀有理b 样条曲线) 。n u r b s 建模方 法在建模和编辑上都非常灵活，尤其是在工业模型设计中，经常使用n u r b s 建模方法制作那些表面精细的模型”。 我们知道，对织物组织结构的模拟，关键是对经纬线的模拟，在3 d s m a x 7 0 中我们可以通过n u r b s 曲线放样实现对纱线的模拟，之所以用n u r b s 曲线，是因为这样放样后不会出现尖锐拐角，一般曲线在交织点有尖锐拐角。 利用n u r b s 曲线放样建模，主要涉及到两部分，放样路径的绘制，和放样截 面的绘制。本课题中对织物结构模拟的绘制，截面采用圆形。 3 23 d sm x 了0 放样模型 3 2 1 创建放样模型的基本要素 应用曲线放样建模必须具备两个要素。第一要素是用于放样建模的p a t h ( 路径) ，p a t h 主要是用于定义放样模型的高度，p a t h 本身可以是一条开放 的曲线，也可以是一条封闭的曲线，并且这条曲线不能有交点。第二个要素 是用于放样建模的s h a p e ( 截面) 曲线，s h a p e 也同样可以是开放的曲线或 是封闭的曲线，曲线上不能有交点。另外，在一个放样模型的路径上可以放 置一个或多个不同形状的s h a p e 曲线。 3 2 2 放样模型建立的基本步骤 ( 1 ) 在顶视图中创建两根样条曲线，一根是圆形曲线，它将被作为放 样模型的s h a p e ，另一根是任意的折线，它将被作为放样模型的p a t h 。单击 该线使它处于被选择状态，显示为白色，如图3 1 所示。 基于，d sm a x 7 - o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第三章简单组织结构咝摸拟 图3 1 a 任意创建折线图3 1 b 折线放样效果 ( 2 ) 圆形曲线s h a p e 的创建，单击，在其控制面板 中单击c i r c l e ，在任一视图中拖动鼠标，即可创建一个圆，作为放样的s h a p e ， 圆的半径可以在 图3 2 ： 参数面板中修改，创建好的圆形如 图3 2 圆形线 ( 3 ) 单击，再点击，选择c o 叩o u n d0 b j e c t s 命令，并在其命令面板中 选择按钮，然后在设置面扳中单击按钮，将光标指 向场景中的圆形曲线，单击后放样模型就制作完成了，效果如图3 3 所示。 i b 基于3 d sm a x 7o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第三章简单组织结构的三维模拟 图3 3 放样操作流程 一般放样有两种形式，另外一种是先点击圆形曲线，再在l o f t 的设置 面板中单击按钮，从而亦能达到放样的目的，但该方法对放样 后图形的控制不好把握。 ( 4 ) 选择f 订eis a v e 命令将文件保存，其格式有两种，分另i j 是衄x 和c h r 两种格式，可根据需要相应选择。另外，该放样模型可以渲染，渲染 后的保存格式有j p g 、b m p 、a v i 、c i n 、p n g 等多种格式，渲染后的效果如图 3 1 b 所示。 3 3 平纹组织结构的模拟 3 3 1 平纹组织结构图模拟的实现 通过上面对放样的基本介绍，我们不难发现，用一般线条放样的模型在 拐点处会出现尖锐的拐角而用n u r b s 曲线进行放样建模，效果比较理想。 上图改用n u 髓s 曲线进行放样，其效果如图3 4 ，曲线放样效果。 图3 4n u r b s 曲线放样效果 1 9 基于3 d sm a x 7o 软件平台织物结构和表面效果的三维模拟第三章简单组织结构的三维模拟 故本文采用n u r b s 曲线放样建模，实现对平纹组织的结构模拟。 3 3 2 关于n u r b s 曲线 非均匀有理b 样条( n u r b s ) 曲线作为最新出现的一种曲线描述形式，它继 承了b 样条曲线节点插入、修改、分割以及控制点调整的优点。”，同时还可 以通过修改权因子来改变曲线的形状。更重要的是，对标准的解析式和自由 曲线提供了统一的数学描述这样不仅有利于工程数据库的管理、开发和应 用，而且当对n u r b s 函数取特殊值时，便可得到有理b 样条、有理和非有理 b e z i e r 等曲线。n u r b s 曲线的调整方法主要有修改权因子、节点的插入、控 制点的修改与升阶以及曲线分割等方面姗。 3 3 3n u r b s 曲线绘制 启动3 d sm a x 7 o 软件，点击，再点击，在其下拉菜单中 选择n u r b sc u r v e s 。在视图中创建n u r b s 曲线，可在任 意视图中进行创建一般征p e r s f e c t i v e 视图中进行创建，此时可点击界面 左下角 ，可将p e r s f e c t i v e 视图放大到整个桌面，这样可以更方便绘制曲 线的交织。现以平纹为例，具体绘制步骤及方法如下： ( 1 ) 在p e r s f e c t i v e 视图中创建n u r b s 曲线，绘制n u r b s 曲线时要特别注 意控制好曲线上的控制点，通过坐标设定确保其在一条直线上，另外，这里 的控制点就是纱线结构的交织点，所以同一条线上的控制点间的距离，以及 线与线问控制点的距离都应事先计算好，纱线的粗细( 在这里就是截面圆的 直径) ，例如设计四根经四根纬的平纹交织，n u r b s 曲线至少有四个控制点( 本 例采用六个) ，在创建好一条有六个控制点的n u r b s 曲线后，选择