泡绉织物特殊外观真实感模拟方法的研究

摘要

长期以来，织物CAD技术一直是计算机在纺织领域中的一个重要应用与研究方向。随着织物CAD技术研究的不断深入，织物模拟技术已成为该领域中的又一个重要的研发方向。织物外观模拟则是织物CAD系统开发的一个重要组成部分。由于国内至今未曾公开有过专门性的泡绉织物相关方面的仿真研究，而该类织物特别是泡泡纱织物，其外观复杂多变、产品市场非常具有前景，因此，对该类织物进行计算机模拟方法研究具有重要的理论与现实意义。本文就是以这种大的背景为依托而提出泡绉织物计算机模拟方法研究这一课题。
　　 本文研究的研究方法及成果有：
　　 1.提出了一种改进的简洁、高效的普通织物外观模拟算法。在织物外观仿真中，本文通过优化纱线模型，并利用计算机图形学中的多边形深度缓存算法，结合织物中纱线的反射特性，以及浮长线对织物外观的影响，建立了基于浮长线的屈曲模型，最后结合图像技术，模拟出的织物具有较强的真实感。
　　 2.提出了一种改进的阴影恢复重建算法，使其更有利用排除屈曲对起泡模型的影响。先利用传统的SFS算法对泡泡纱局部样本图进行表面重建，然后再对得到的数据进一步分析：利用区域峰值抽样并结合B样条曲面拟合函数，得到最终的起泡表面曲面模型。
　　 3.提出了一种适用于泡泡纱织物特殊外观的模拟方法。首先对典型的球面及半球面映射算法进行分析及实验，然后引出适用于起泡模型的不规则曲面的映射算法，接着考虑泡泡纱起泡变形的因素，提出一种适用于起泡模型自由变形的轴变算法，最后得到整体的泡泡纱织物模拟方法。
　　 4.提出了一种基于起泡模型变形的绉织物模拟方法。首先对绉织物表面特征进行图像处理及分析，并且利用泡泡纱织物的建模及模拟方法对绉织物表面形态进行重建和模拟，得到绉织物模拟的一般方法，接着分析绉织物的特殊性并结合起泡模型及其自由变形的思想，通过起泡模型的定向变形方法，得到改进的基于起泡模型变形的绉织物模拟新思路。
　　 本文的创新点在于给出了用改进的阴影恢复重建算法对起泡及起绉区域进行分析及建模；提出了一种适用于泡泡纱织物特殊外观的模拟方法及一种基于起泡模型变形的绉织物模拟方法。
　　 通过实验验证，说明本文提出的泡绉织物这类特殊织物的模拟方法是可行且有效的。相信对该模拟方法进一步的研究完善并应用到现有的纺织CAD，具有重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外纺织CAD发展现状

1.2.2 国内纺织CAD发展现状

1.3 现有织物模拟方法

1.3.1 基于纱线设计的织物外观模拟法

1.3.2 基于织物的几何结构和光照模型的织物外观模拟法

1.3.3 纹理合成

1.3.4 基于BRDF算法的模拟方法

1.4 论文的结构

第二章 普通平面织物模拟方法的研究

2.1 织物组织结构介绍

2.1.1 平纹组织

2.1.2 斜纹组织

2.1.3 缎纹组织

2.2 颜色空间相关概念

2.2.1 RGB颜色模型

2.2.2 HLS颜色模型

2.2.3 两种颜色空间的相互转换

2.3 光照模型

2.3.1 Lembert漫反射模型

2.3.2 Phong镜面反射模型

2.3.3 光照模型的建立

2.4 纱线模型

2.5 织物交织模型优化

2.6 模拟算法描述

2.7 实验结果

第三章 泡泡纱织物样本分析及建模

3.1 泡泡纱概述

3.1.1 泡泡纱成泡机理

3.1.2 影响泡泡纱成泡质量的因素

3.2 实物数据采集装置

3.3 图像预处理

3.3.1 图像灰度化

3.3.2 图像平滑

3.4 基于SFS算法的织物表面形态分析

3.4.1 算法介绍

3.4.2 边界条件

3.4.3 算法验证

3.5 起泡表面形态重建算法的研究

3.5.1 基于SFS实验结果的进一步分析

3.5.2 起泡表面形态重建的曲面拟合算法

3.5.3 实验及结论

第四章 泡泡纱织物模拟方法的实现

4.1 纹理映射技术

4.2 曲面映射

4.2.1 球面的纹理映射

4.2.2 半球面纹理映射算法

4.2.3 不规则曲面的纹理映射方法

4.3 起泡模型自由变形

4.4 泡泡纱织物整体模拟方法

第五章 绉织物模拟方法的初步研究

5.1 绉织物概述

5.2 绉织物表面特征分析

5.3 绉织物模拟的一般方法

5.4 基于起泡模型变形的绉织物模拟方法

5.4.1 起泡模型的定向变形

5.4.2 绉织物模拟方法总结及实验结果

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间的研究成果