CN112906085A - 一种针织纬编线圈三维仿真建模技术 - Google Patents

一种针织纬编线圈三维仿真建模技术 Download PDF

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Abstract

一种针织纬编线圈三维仿真建模技术，它涉及纺织行业中纬编针织物的三维建模及仿真技术领域。纬编针织物由纬编线圈在空间相互串套而成，织物线圈结构形态与织物的密度、脱散性、延伸性、弹性、强力、抗起毛起球性和勾丝性等关系密切，通过纬编针织物结构分析研究能正确预测纬编针织物外观性能、物理机械性能和热力学性能。利用计算机图形学技术并结合纬编针织物的编织工艺，进行纬编针织物三维模拟，能够模拟真实的纬编针织物，从而代替了产品反复设计、打样的过程，将织物模拟技术应用到产品生产过程中，不仅能够减少生产时间、提高生产效率，并且能够降低生产成本，缩短产品的设计和生产周期，提高企业的竞争力。

Description

一种针织纬编线圈三维仿真建模技术
技术领域
本发明涉及纺织行业中纬编针织物的三维建模及仿真技术领域，可应用于纺织行业的虚拟织布，具体涉及一种针织纬编线圈三维仿真建模技术。
背景技术
现存的纬编织物线圈模型大多是由参数方程表示，与真实线圈结合不够紧密，且直接使用曲面造型技术实现线圈三维可视化的方法比较困难，造成在针织CAD中织物外观和图案的仿真效果不够理想，使仿真成为CAD技术发展的瓶颈。
进一步研究更加准确、更加完善以及容易实现三维仿真的线圈模型对CAD技术的发展有着重要的意义。本发明首先在三维空间里分析纬编线圈结构形态特征，结合实际线圈确定了决定线圈模型形态的型值点。通过实验测量实际线圈的工艺参数，并利用所测得的实验数据计算出型值点与线圈工艺参数之间的关系。根据所得的型值点数据，采用NURBS样条曲线建立纬编针织物线圈中心线形态模型。本发明为高效、真实和准确的实现三维仿真,量化所构造的中心线几何模型。借助数值分析的方法，对线圈中心线进行曲线拟合分析，分段拟合出其函数表达式，用数学的方法对纬编线圈结构进行精准的描述，为线圈三维仿真的实现提供了必要条件。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种针织纬编线圈三维仿真建模技术，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明利用计算机图形学技术并结合纬编针织物的编织工艺，进行纬编针织物三维模拟，能够模拟真实的纬编针织物，从而代替产品反复设计、打样的过程，将织物模拟技术应用到产品生产过程中，不仅能够减少生产时间、提高生产效率，并且能够降低生产成本，缩短产品的设计和生产周期，提高企业的竞争力，有效解决了纬编针织物三维建模的问题，实现大圆机纬编织物的快速模拟生成及三维展示，为纬编织物工程设计提供便利，具有较大的市场推广价值。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：纬编针织物由纬编线圈在空间相互串套而成，织物线圈结构形态与织物的密度、脱散性、延伸性、弹性、强力、抗起毛起球性和勾丝性等关系密切，通过纬编针织物结构分析研究能正确预测纬编针织物外观性能、物理机械性能和热力学性能，目前已建立的纬编针织物线圈结构模型，是以Peirce模型为代表，对实际织物作了一些简化，其形态变形控制性差，存在形态单一的缺陷，由于NURBS样条曲线可以进行局部调整，具有较好的几何特征和很高的灵活性,能较好地模拟纱线的中心轴走向，同时用NURBS样条曲线进行线圈结构的数学建模，能使所建立的织物结构模型具有更好的广泛的适用性，针织纬编线圈三维仿真建模技术具体包含基于9个型值点的纬编线圈建模技术与基于型值点的NURBS曲线求解技术。
所述的基于9个型值点的纬编线圈建模技术，在实际应用中关键是NURBS样条曲线必须经过决定线圈结构形态的空间型值点Q(1)，Q(2)，…Q(9)(见图1、图2、图3)，线圈模型中型值点的值及相互关系必须结合纬编针织工艺及线圈形态的相应参数加以确定，所述的纬编线圈建模包含多种结构参数(如图4)，如纱线半径设为r，高度ly、sy，宽度sx，这些结构参数均可表示为半径r的函数：
sx＝2.5*r
sy＝10*r (1)
ly＝0.75*(sx+r)
可由以上参数确定线圈单元样条曲线模型上Q(i)点的坐标表示；故当确定了织物组织中各线圈结构参数值，对应的NURBS样条线圈模型的型值点的坐标值可按如下求得：
Figure BDA0002962990770000031
Figure BDA0002962990770000032
Figure BDA0002962990770000033
Figure BDA0002962990770000034
Figure BDA0002962990770000035
由式(2)可知，当确定纱线的截面直径r,样条曲线线圈模型上各型值点的坐标可由参数sx、sy、ly和r惟一确定。
所述的基于型值点的NURBS曲线求解技术在已知线圈单元结构模型曲线具有9个数据点(如图1、图2、图3),在求解NURBS样条曲线时,将数据点Q(1)和Q(9)作为样条曲线的首末端点,其它点作为样条曲线的分段连接点,线圈模型中的9个数据点对应样条曲线定义域内的节点值，线圈模型采用的是三次样条曲线,则节点向量首末均取四重节点,求解节点ui值为:
Figure BDA0002962990770000036
其中,|Δpi-1|为向前差分矢量，Δpi＝pi-1-pi为弦线矢量。规范积累弦长参数化法如实反映数据点按弦长的分布情况，对数据点作规范化序列处理:
Figure BDA0002962990770000037
就得到一个严格递增的规范化参数序列:
Figure BDA0002962990770000038
分别对应于曲线上的矢量点Q(1),Q(2),…,Q(9)。将规范化的参数序列与其相应的矢量数据点代入三次非NURBS样条曲线的数学函数：
Figure BDA0002962990770000041
其中
Figure BDA0002962990770000042
为带权的控制顶点,将以上方程组化为矩阵形式为：
Figure BDA0002962990770000043
式(5)方程组中已知节点为9个,而未知的控制顶点Pj有11个,同时满足插值数据点与样条曲线首末端点条件：
Q(0)＝Q(1),Q(1)＝Q(9) (7)
联合方程组式(6)及两个边界条件式(7),共11个方程,即可求出线圈单元样条曲线的控制点,从而求解出线圈单元模型的NURBS样条曲线数学表达,建立线圈曲线的形态结构。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：利用计算机图形学技术并结合纬编针织物的编织工艺，进行纬编针织物三维模拟，能够模拟真实的纬编针织物，从而代替产品反复设计、打样的过程，将织物模拟技术应用到产品生产过程中，不仅能够减少生产时间、提高生产效率，并且能够降低生产成本，缩短产品的设计和生产周期，提高企业的竞争力，有效解决纬编针织物三维建模的问题，实现了大圆机纬编织物的快速生成及三维展示，为纬编织物工程设计提供便利，具有较大的市场推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的样条曲线模型正视图；
图2是本发明的NURBS样条曲线在线圈模型侧视图；
图3是本发明的NURBS样条曲线在线圈模型俯视图；
图4是本发明的纬编针织物组织结构图；
图5是本发明的纬编线圈模型示例；
图6是本发明的纬编线圈三维仿真示例。
具体实施方式
参看图1～图6所示，本具体实施方式采用的技术方案是：纬编针织物由纬编线圈在空间相互串套而成，织物线圈结构形态与织物的密度、脱散性、延伸性、弹性、强力、抗起毛起球性和勾丝性等关系密切，通过纬编针织物结构分析研究能正确预测纬编针织物外观性能、物理机械性能和热力学性能，目前已建立的纬编针织物线圈结构模型，是以Peirce模型为代表，对实际织物作了一些简化，其形态变形控制性差，存在形态单一的缺陷，由于NURBS样条曲线可以进行局部调整，具有较好的几何特征和很高的灵活性,能较好地模拟纱线的中心轴走向，同时用NURBS样条曲线进行线圈结构的数学建模，能使所建立的织物结构模型具有更好的广泛的适用性，针织纬编线圈三维仿真建模技术具体包含基于9个型值点的纬编线圈建模技术与基于型值点的NURBS曲线求解技术。
进一步的，所述的基于9个型值点的纬编线圈建模技术，在实际应用中关键是NURBS样条曲线必须经过决定线圈结构形态的空间型值点Q(1)，Q(2)，…Q(9)(见图1、图2、图3)，线圈模型中型值点的值及相互关系必须结合纬编针织工艺及线圈形态的相应参数加以确定，所述的纬编线圈建模包含多种结构参数(如图4)，如纱线半径设为r，高度ly、sy，宽度sx，这些结构参数均可表示为半径r的函数；故当确定了织物组织中各线圈结构参数值,可求得以纬编针织物工艺参数值表示的线圈单元模型NURBS样条曲线各型值点的坐标:
Figure BDA0002962990770000061
Figure BDA0002962990770000062
Figure BDA0002962990770000063
Figure BDA0002962990770000064
Figure BDA0002962990770000065
进一步地，所述的基于型值点的NURBS曲线求解技术在已知线圈单元结构模型曲线具有9个数据点(如图1、图2、图3),在求解NURBS样条曲线时,将数据点Q(1)和Q(9)作为样条曲线的首末端点,其它点作为样条曲线的分段连接点,线圈模型中的9个数据点对应样条曲线定义域内的节点值，线圈模型采用的是三次样条曲线,则节点向量首末均取四重节点,求解节点ui值为:
Figure BDA0002962990770000066
其中,|Δpi-1|为向前差分矢量,Δpi＝pi-1-pi为弦线矢量。规范积累弦长参数化法如实反映了数据点按弦长的分布情况,对数据点作规范化序列处理:
Figure BDA0002962990770000067
就得到一个严格递增的规范化参数序列:
Figure BDA0002962990770000068
分别对应于曲线上的矢量点Q(1),Q(2),…,Q(9)。将规范化的参数序列与其相应的矢量数据点代入三次非NURBS样条曲线的数学函数：
Figure BDA0002962990770000071
其中
Figure BDA0002962990770000072
为带权的控制顶点,将以上方程组化为矩阵形式为：
Figure BDA0002962990770000073
式(12)方程组中已知节点为9个,而未知的控制顶点Pj有11个,同时满足插值数据点与样条曲线首末端点条件：
Q(0)＝Q(1),Q(1)＝Q(9) (13)
联合方程组式(12)及两个边界条件式(13),共11个方程,即可求出线圈单元样条曲线的控制点,从而求解出线圈单元模型的NURBS样条曲线数学表达,建立线圈曲线的形态结构。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：利用计算机图形学技术并结合纬编针织物的编织工艺，进行纬编针织物三维模拟，能够模拟真实的纬编针织物，从而代替了产品反复设计、打样的过程，将织物模拟技术应用到产品生产过程中，不仅能够减少生产时间、提高生产效率，并且能够降低生产成本，缩短产品的设计和生产周期，提高企业的竞争力，有效解决了纬编针织物三维建模的问题，实现大圆机纬编织物的快速模拟生成及三维展示，为纬编织物工程设计提供便利，具有较大的市场推广价值。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种针织纬编线圈三维仿真建模技术，其特征在于：纬编针织物由纬编线圈在空间相互串套而成，织物线圈结构形态与织物的密度、脱散性、延伸性、弹性、强力、抗起毛起球性和勾丝性等关系密切，通过纬编针织物结构分析研究能正确预测纬编针织物外观性能、物理机械性能和热力学性能，目前已建立的纬编针织物线圈结构模型，是以Peirce模型为代表，对实际织物作了一些简化，其形态变形控制性差，存在形态单一的缺陷，由于NURBS样条曲线可以进行局部调整，具有较好的几何特征和灵活性,能真实地模拟纱线的中心轴走向，同时用NURBS样条曲线进行线圈结构的数学建模，能使所建立的织物结构模型具有广泛的适用性，针织纬编线圈三维仿真建模技术具体包含基于9个型值点的纬编线圈建模技术与基于型值点的NURBS曲线求解技术。
2.根据权利要求1所述的一种针织纬编线圈三维仿真建模技术，其特征在于：所述的基于9个型值点的纬编线圈建模技术，在实际应用中关键是NURBS样条曲线必须经过决定线圈结构形态的空间型值点Q(1)，Q(2)，…Q(9)(见图1、图2、图3)，线圈模型中型值点及相互关系必须结合纬编针织工艺及线圈形态的相应参数加以确定，所述的纬编线圈建模包含多种结构参数(如图4)，如纱线半径设为r，高度ly、sy，宽度sx，这些结构参数均可表示为半径r的函数：
sx＝2.5*r
sy＝10*r
ly＝0.75*(sx+r)
故当确定了织物组织中各线圈结构参数值，对应的NURBS样条线圈模型的型值点的坐值可求得。
3.根据权利要求1所述的一种针织纬编线圈三维仿真建模技术，其特征在于：所述的基于型值点的NURBS曲线求解技术在已知线圈单元结构模型曲线具有9个数据点(如图1、图2、图3),在求解NURBS样条曲线时,将数据点Q(1)和Q(9)作为样条曲线的首末端点,其它点作为样条曲线的分段连接点,线圈模型中的9个数据点对应样条曲线定义域内的节点值，线圈模型采用的是三次样条曲线,则节点向量首末均取四重节点。
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