CN112231924B - 基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了服装领域的基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻。本发明中，利用三维虚拟的暖体假人测量服装的热阻，本虚拟测量技术可以大大节约资金投入，且虚拟服装的测量结果与真实服装热阻值相符，满足服装热阻测量精度的要求，有利于人们的使用。
Description
技术领域
本发明涉及服装领域，具体是基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术。
背景技术
目前国内外对服装保暖性的测量研究均采用假体暖人法，在人工气候室或恒温恒湿室中进行，国内外在暖体假人的研究中，已制作了100多种实验用暖体假人，暖体假人的发展历程主经历了三个阶段，第一个阶段是1941年由美国学者Gagge及其研究团队提出的“clo”，即服装的热阻的概念，美国军需气候研究所研制出了第一代暖体假人，为单段暖体假人，用于做静态服装热阻的测试，早期的暖体假人一般都为军队服务，后来才逐渐扩展到其他领域，但目前暖体假人仍是试验军需品的重要工具，第二价段是暖体假人为分段式暖体假人，诞生于20世纪60年代，相比单段暖体假人的优点在于其每段都可以单独控制，独立加热，模拟人体一些简单的姿势，更真实地模拟人体体表的温度状态，可以进行服装的静态以及动态热阻测定，第三代暖体假人为出汗暖体假人，20世纪70年代由Goldman与Mecheels教授等联合制作的，第三代暖体假人与前两代暖体假人相比，可以更真实地模拟人体表皮的温度，测量服装的热阻更加准确。
我国暖体假人的理论研究和模型制作起步较晚，自20世纪70年代我国才开始重视暖体假人的研制，总后勤部军需装备研究所是当时最早一批研究暖体假人的单位，20世纪70年代，总后勤部军需装备研究所成功研制了恒温暖体假人，又在80年代研制了变温暖体假人，并广泛应用于各类特种服的研制；90年代起开始研究出汗暖体假人，并在2000年成功研制出出汗暖体假人测试系统，2002年中国香港理工大学的范金土教授发明了全球第一个用特种织物制作的暖体假人“Walter”，用于测量服装的热阻。
目前虽有学者利用数字模拟与数字服装研究服装的热传递及测试分布，但利用三维虚拟技术进行服装热阻的测量还未见报道。
目前的暖体假人均采用铜或铝等材料制成，造价高、且很沉重，本发明就是针对这一问题而的提出，利用三维虚拟技术来进行服装保暖性的预测或测量，大大降低服装热阻的测量成本，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，以克服现有服装热阻测量技术的高成本、耗时的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，包括以下步骤：
步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；
步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；
步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；
步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻。
作为本发明进一步的方案：所述步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：
式中：As为三角形的面积，m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，m；p＝(a+b+c)/2，m。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤d中人体总干热传递量与各三角形面之间的关系方程公式为：
式中：Rcl为服装的热阻，克罗；q为通过服装的干热传递量，W/℃；Ra为边界层空气的热阻，克罗；ts为人体平均皮肤温度，℃；ta为环境温度，℃；As为人体表面积，m2；Asi为人体第i个三角形面的面积，m2；Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗；Rai为第i个三角形面所对应的边界层空气的热阻，克罗；tsi为人体第i个的三角形面的温度，℃。
作为本发明再进一步的方案：所述当Rai＝Ra，tsi＝ts，得到公式：
式中：Rcl为服装的热阻，克罗；Ra为边界层空气的热阻，克罗；As为虚拟假人人体表面积，m2；，Asi为虚拟假人第i个三角形面的面积，m2，Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤d中每个三角形面的热阻根据服装与人体之间的距离、服装材料的热阻、及环境条件计算，服装三角形面的热阻计算公式如下：
Rclj＝∑Rfi+Rq·rq+Rair·(d-∑ri-rq)，式中：Rclj为第j个三角形面的热阻，克罗；Rfi为第i层面料的热阻，克罗；Rq为中层絮料单位厚度的热阻，克罗/cm；rq为絮料厚度，cm，Rair为静止空气单位厚度的热阻，克罗/cm；d为虚拟假人与最外层三角形面之间的距离，cm；ri为第i层面料的厚度，cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，利用三维虚拟的暖体假人测量服装的热阻，本虚拟测量技术可以大大节约资金投入，且虚拟服装的测量结果与真实服装热阻值相符，满足服装热阻测量精度的要求，有利于人们的使用。
附图说明
图1为本发明虚拟假人及虚拟服装的三角形面示意图；
图2为本发明男性虚拟假人姿态图；
图3为本发明女性虚拟假人姿态图；
图4为本发明儿童虚拟假人姿态图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻。
实施例2，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，每类型的虚拟假人分为双手和双脚张开及双手和双脚合拢两种姿态，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻。
实施例3，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，每类型的虚拟假人分为双手和双脚张开及双手和双脚合拢两种姿态，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：式中：As为三角形的面积，m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，m；p＝(a+b+c)/2，m；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻。
实施例4，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，每类型的虚拟假人分为双手和双脚张开及双手和双脚合拢两种姿态，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：式中：As为三角形的面积，m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，m；p＝(a+b+c)/2，m；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻，步骤d中人体总干热传递量与各三角形面之间的关系方程公式为：式中：Rcl为服装的热阻，克罗；q为通过服装的干热传递量，W/℃；Ra为边界层空气的热阻，克罗；ts为人体平均皮肤温度，℃；ta为环境温度，℃；As为人体表面积，m2；Asi为人体第i个三角形面的面积，m2；Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗；Rai为第i个三角形面所对应的边界层空气的热阻，克罗；tsi为人体第i个的三角形面的温度，℃。
实施例5，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，每类型的虚拟假人分为双手和双脚张开及双手和双脚合拢两种姿态，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：式中：As为三角形的面积，m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，m；p＝(a+b+c)/2，m；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻，步骤d中人体总干热传递量与各三角形面之间的关系方程公式为：式中：Rcl为服装的热阻，克罗；q为通过服装的干热传递量，W/℃；Ra为边界层空气的热阻，克罗；ts为人体平均皮肤温度，℃；ta为环境温度，℃；As为人体表面积，m2；Asi为人体第i个三角形面的面积，m2；Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗；Rai为第i个三角形面所对应的边界层空气的热阻，克罗；tsi为人体第i个的三角形面的温度，℃，当Rai＝Ra，tsi＝ts，得到公式：
式中：Rcl为服装的热阻，克罗；Ra为边界层空气的热阻，克罗；As为虚拟假人人体表面积，m2；，Asi为虚拟假人第i个三角形面的面积，m2，Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗。
实施例6，创建了男、女、儿童3类虚拟假人，每类型的虚拟假人分为双手和双脚张开及双手和双脚合拢两种姿态，用于测量不同类型的服装热阻，包括以下步骤：步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该软件，并进行参数的设置；步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度；步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：式中：As为三角形的面积，m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，m；p＝(a+b+c)/2，m；步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻，步骤d中人体总干热传递量与各三角形面之间的关系方程公式为：式中：Rcl为服装的热阻，克罗；q为通过服装的干热传递量，W/℃；Ra为边界层空气的热阻，克罗；ts为人体平均皮肤温度，℃；ta为环境温度，℃；As为人体表面积，m2；Asi为人体第i个三角形面的面积，m2；Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗；Rai为第i个三角形面所对应的边界层空气的热阻，克罗；tsi为人体第i个的三角形面的温度，℃，当Rai＝Ra，tsi＝ts，得到公式：式中：Rcl为服装的热阻，克罗；Ra为边界层空气的热阻，克罗；As为虚拟假人人体表面积，m2，，Asi为虚拟假人第i个三角形面的面积，m2，Rcli为第i个三角形面的热阻，克罗；步骤d中每个三角形面的热阻根据服装与人体之间的距离、服装材料的热阻、及环境条件计算，服装三角形面的热阻计算公式如下：Rclj＝∑Rfi+Rq·rq+Rair·(d-∑ri-rq)，式中：Rclj为第j个三角形面的热阻，克罗；Rfi为第i层面料的热阻，克罗；Rq为中层絮料单位厚度的热阻，克罗/cm；rq为絮料厚度，cm，Rair为静止空气单位厚度的热阻，克罗/cm；d为虚拟假人与最外层三角形面之间的距离，cm；ri为第i层面料的厚度，cm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：在计算机三维环境下，虚拟假人及虚拟服装都是由三角形面构成；
步骤b：在三维服装CAD系统中完成服装的虚拟缝制和模拟，并将模特及虚拟服装导出为OBJ或ZIP格式的文件，再将导出的文件导入该三维服装CAD系统，并进行参数的设置；
步骤c：计算虚拟服装各三角形面的面积；
步骤d：服装热阻计算方法采用面积加权法，首先计算虚拟服装的每一个三角形面所对应区域的热阻，再以面积加权的方式计算整体虚拟服装的热阻；
所述步骤c中计算三角形三个边的长度a、b、c，然后利用三角形的三边长度来计算三角形的面积，计算公式如下：
式中：As为三角形的面积，单位为m2；a、b、c分别为三角形的三边长度，单位为m；p＝(a+b+c)/2，单位为m。
2.根据权利要求1所述的基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，其特征在于：所述步骤b中参数设置包括服装面料的热阻或厚度、环境温度、有无絮料、絮料类型、絮料热阻或絮料厚度。
3.根据权利要求1所述的基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，其特征在于：所述步骤d中服装热阻的计算公式为：
式中：Rcl为服装的热阻，单位为克罗；q为通过服装的干热传递量，单位为W/℃；Ra为边界层空气的热阻，单位为克罗；ts为人体平均皮肤温度，单位为℃；ta为环境温度，单位为℃；As为人体表面积，单位为m2；Asi为人体第i个三角形面的面积，单位为m2；Rcli为第i个三角形面的热阻，单位为克罗；Rai为第i个三角形面所对应的边界层空气的热阻，单位为克罗；tsi为人体第i个的三角形面的温度，单位为℃。
4.根据权利要求3所述的基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，其特征在于：当Rai＝Ra，tsi＝ts，得到公式：
式中：Rcl为服装的热阻，单位为克罗；Ra为边界层空气的热阻，单位为克罗；As为虚拟假人人体表面积，单位为m2；Asi为虚拟假人第i个三角形面的面积，单位为m2，Rcli为第i个三角形面的热阻，单位为克罗。
5.根据权利要求1所述的基于三维虚拟技术的服装热阻测试技术，其特征在于：所述步骤d中每个三角形面的热阻根据服装与人体之间的距离、服装材料的热阻、及环境条件计算，服装三角形面的热阻计算公式如下：
Rclj＝ΣRfi+Rq•rq+Rair•(d-Σri-rq)，式中：Rclj为第j个三角形面的热阻，单位为克罗；Rfi为第i层面料的热阻，单位为克罗；Rq为中层絮料单位厚度的热阻，单位为克罗/cm；rq为絮料厚度，单位为cm，Rair为静止空气单位厚度的热阻，单位为克罗/cm；d为虚拟假人与最外层三角形面之间的距离，单位为cm；ri为第i层面料的厚度，单位为cm。
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