CN117669252A - 一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 - Google Patents
一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117669252A CN117669252A CN202311761846.2A CN202311761846A CN117669252A CN 117669252 A CN117669252 A CN 117669252A CN 202311761846 A CN202311761846 A CN 202311761846A CN 117669252 A CN117669252 A CN 117669252A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parameter
- yarn
- curve
- discrete
- curvature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 52
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 22
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 22
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 14
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 7
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 6
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims description 3
- 238000009877 rendering Methods 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 238000009941 weaving Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
- G06T11/20—Drawing from basic elements, e.g. lines or circles
- G06T11/203—Drawing of straight lines or curves
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/60—Analysis of geometric attributes
- G06T7/64—Analysis of geometric attributes of convexity or concavity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端，涉及纺织技术的计算机图形技术领域。一种基于参数曲线的织物仿真方法，其实现包括以下步骤：步骤S1：对纺织纱线建立参数曲线模型；步骤S2：曲线参数取值，将多个参数值代入参数曲线模型中得到各个离散点，建立离散点处的局部标架及曲率；步骤S3：根据各离散点处的曲率大小及局部标架，计算离散点处的纱线截面形变；步骤S4：根据纱线局部标架和各个截面处纱线截面形变构建截面外轮廓，逐一扫掠纱线路径上的所有截面外轮廓，对整个纱线进行仿真。通过该方法，体现了织物纱线在编织过程中形成的形变。
Description
技术领域
本发明涉及计算机图形学技术领域，具体涉及一种基于参数曲线的织物仿真方法。
背景技术
织物的计算机辅助设计仿真技术起源于20世纪60年代，经过几十年的不断发展，通过建立弹簧质点模型或者有限元模型模拟织物的物理性质及外观已经有了长足的进步。但是，这些模型只是对织物整体进行仿真，缺乏对织物纱线这一级别的细节进行仿真。织物由纱线通过交错、穿套等一系列加工工艺制造而成，因而纱线的外观是形成织物的整体外观的重要组成部分，逼真的纱线细节将极大增加织物仿真的效果。
以往对纱线级别的仿真均通过样条曲线等方式构建纱线的整体路径，通过圆型或其他单一图形近似为纱线截面，通过固定截面扫掠纱线的整体路径形成对纱线级别组织如针织线圈等单位的仿真。
以往织物仿真方法主要存在以下问题：
(1)无法体现纱线在编织过程中形成的形变。
(2)基于物理的纱线形变仿真则需要对纱线各处进行碰撞检测及受力分析，而组成织物的纱线量巨大，为实现良好的仿真效果就必须建立精细的离散模型，这将极大提升仿真的计算量，导致物理仿真过程非常耗时。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于参数曲线的织物仿真方法，。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：
一种基于参数曲线的织物仿真方法，其实现包括以下步骤：
步骤S1：对纺织纱线建立参数曲线模型；
步骤S2：曲线参数取值，将多个参数值代入参数曲线模型中得到各个离散点，建立离散点处的局部标架及曲率；
步骤S3：根据各离散点处的曲率及局部标架，计算离散点处的织物截面形变；
步骤S4：根据纱线局部标架和各个截面处的截面形变构建截面外轮廓，逐一扫掠织物路径上的所有截面外轮廓，对整个纱线进行仿真。
作为一种优选技术方案，一种基于参数曲线的织物仿真方法，其实现包括以下步骤：
步骤S1:采用3次贝塞尔曲线对织物分段进行模拟，将每个分段的参数曲线连接起来建立织物的参数曲线模型：
步骤S2：照固定的步长将曲线参数取值，将取得的参数值带入参数曲线中，得到每个分段参数曲线的若干各离散点位置，带入贝塞尔曲线的frenet标架计算公式，得到局部标架及曲率值；
步骤S3：使用S曲线函数计算局部标架压缩系数Sc及拉伸系数St，得到离散点处的纱线截面形变；
步骤S4：扫掠织物路径上的所有截面并生成织物仿真效果。
作为一种优选技术方案，上述步骤S1的实现过程如下所述：在纺织纱线中心线中采样出间隔点，将所述间隔点作为参数曲线的控制点，将控制点分段，分别建立每一段纱线的参数曲线，将每个分段的参数曲线连接起来，形成纺织纱线的完整的参数曲线模型。
作为一种优选技术方案，上述步骤S2的实现过程如下所述：在每个纱线分段内，将离散的参数值代入参数曲线获得纱线的离散点位置，通过参数曲线得到离散点处的曲率及局部标架。
作为一种优选技术方案，上述步骤S3的实现过程如下所述：根据曲率大小及局部标架，得到纱线截面沿局部标架不同方向上的曲率k、压缩系数Sc及拉伸系数St，得到纱线在离散点处的截面包围矩形由正方形变为边X为R·Sc·N′、边Y为R·St·B′的矩形。
作为一种优选技术方案，上述步骤S4的实现过程如下所述：在离散点处根据围绕局部标架原点计算若干个旋转角θ，结合纱线截面的边X、边Y，得到截面处形变后的外轮廓点相对离散点位置Q(θ，X，Y)，根据离散点处的位置Pu得到纱线在该离散点处截面的表面点位置Ou，θ，将所有截面的所有外轮廓点通过图形学方法渲染，得到形变纱线的仿真效果。
作为一种优选技术方案，每一段纱线的参数曲线由下述公式表示：
其中，pk为选取的控制点，Bk，n(u)为各控制点的计算系数。
作为一种优选技术方案，建立纱线参数曲线模型后，调整分段参数曲线之间连接处的控制点位置使分段参数曲线之间满足以下一种或多种连续条件：
条件T1:P(un)＝P(un′)
其中，P(un)表示第n段曲线的终点位置，P(un′)表示第n+1段曲线的起始位置；
条件T2：P′(un)＝P′(un′)
其中，P′(un)表示第n段曲线的终点位置处的切线，P′(un′)表示第n+1段曲线的起始位置的切线向量；
条件T3：P″(un)＝P″(un′)
其中，P″(un)表示第n段曲线的终点位置处的曲率半径向量，P"(un′)表示第n+1段曲线的起始位置的曲率半径向量。
作为一种优选技术方案，在每个纱线分段内，将离散的参数值代入参数曲线获得纱线的离散点位置的实现方法如下：逐一在分段参数曲线中，按照固定的步长将曲线参数u在(0，1]范围内取值，将取得的参数值带入参数曲线模型中，得到每个分段参数曲线的若干各离散点位置；
通过参数曲线得到离散点处的曲率及局部标架的实现方法如下：通过每一段纱线的参数曲线得到上述若干离散点处的Frenet标架；
其中，通过对参数曲线P(u)求参数u求导数，可得到参数曲线在离散点处的切线向量T：T＝dP(u)/du；
通过对切线向量T求参数u的导数，得到参数曲线在离散点处的主法线向量N：N＝dT/du；
主法线向量所指的方向即为曲率半径方向，而该离散点处的曲率大小k＝|N|，副法线向量B：B＝T×N。
对以上向量进行归一化计算，构建单位切向量T′、单位主法向量N′、单位副法向量B′，即构成离散点处的局部frenet标架；
作为一种优选技术方案，根据曲率大小及局部标架，得到纱线截面沿局部标架不同方向的压缩系数Sc及拉伸系数St方法如下：
给定曲率方向上的收缩系数Sc：
Sc＝f(k) Sc∈[S0，1]
其中，f(k)是曲率k的单调递减函数，当曲率k值增大，压缩系数逐渐逼近最小压缩值S0；
绕率方向上的拉伸系数St：
St＝g(k) St∈[1，S1]
g(k)是曲率k的单调递增函数，当曲率k值增大，拉伸系数逐渐逼近最大拉伸系数S1；
根据frenet标架、纱线半径R、压缩系数Sc及拉伸系数St，得到纱线在离散点处的截面包围矩形由正方形变为X边为R·Sc·N′、Y边为R·St·B′的矩形。
作为一种优选技术方案，逐一扫掠纱线路径上的所有截面外轮廓，完成对整个纱线进行仿真的方法如下：
在离散点处根据纱线截面的X边、Y边，及离散点处的位置Pu可以得到纱线在该离散点处截面的表面点位置Ou，θ：
Qu，θ＝Pu+Q(θ，X，Y)
θ为围绕局部标架原点的旋转角，Q(θ，X，Y)为通过局部标架的X边、Y边及旋转角θ得到离散点处的纱线截面外轮廓相对离散点的位置，Pu为离散点的位置；
通过将所有纱线截面外轮廓点进行扫掠绘制，实现纱线形变的仿真。
现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明中，纱线在组成织物时会受到摩擦、碰撞等因素的影响，形成纱线间接触的部分被相互挤压、拉伸等形变，采用单一截面仿真纱线组织就无法体现纱线在编织过程中形成的形变。本申请中，通过在参数曲线模型上得到多个离散点，基于多个离散点获得多个离散点的纱线截面变形，多个截面仿真体现纱线在编织过程中形成的形变；
本发明中，在无需受力分析的前提下可快速获得各类形变纱线的仿真效果。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，其中：
图1为本发明方法实现流程图；
图2为本发明中纺织纱线的参数曲线表示示意图；
图3为本发明中局部frenet标架示意图；
图4为本发明中纺织纱线截面形变计算曲线函数示意图；图4(a)为压缩系数的函数曲线图，图4(b)为拉伸系数的函数曲线图；
图5为本发明中纺织纱线截面外轮廓点位置示意图；
图6为本发明中纺织纱线线圈仿真对比示意图；图6是采用固定圆形截面而未使用参数曲线计算纱线形变时的仿真效果；
图7为本发明中纺织纱线线圈仿真对比示意图；图7中显示的是采用了本发明给出的方法得到的纱线形变后的仿真效果。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
实施例
如图1所示，一种基于参数曲线的织物仿真方法，包括：
步骤S1：对纺织纱线建立参数曲线模型；
步骤S2：曲线参数取值，将多个参数值代入参数曲线模型中得到各个离散点，建立离散点处的局部标架及曲率；
步骤S3：根据各离散点处的曲率大小及局部标架，计算离散点处的纱线截面形变；
步骤S4：根据纱线局部标架和各个截面处纱线截面形变构建截面外轮廓，逐一扫掠纱线路径上的所有截面外轮廓，对整个纱线进行仿真。
纱线在组成织物时会受到摩擦、碰撞等因素的影响，形成纱线间接触的部分被相互挤压、拉伸等形变，采用单一截面仿真纱线组织就无法体现纱线在编织过程中形成的形变。本申请中，通过在参数曲线模型上得到多个离散点，基于多个离散点获得多个离散点的纱线截面变形，多个截面仿真体现纱线在编织过程中形成的形变。
在一些实施例中，本发明在无需受力分析的前提下可快速获得各类形变纱线的仿真效果。一种基于参数曲线的织物仿真方法，包括：
纱线的参数曲线建立阶段，采用3次贝塞尔曲线对纱线组织进行模拟：
首先在纱线中心线采样出控制点，将控制点分段，并分别用3次贝塞尔曲线进行建模；在连接各分段曲线时，依次按照C0连续、C1连续、C2连续的要求对分段曲线中的控制点进行调整；
离散曲线阶段：按照固定的步长将曲线参数u在[0，1)围内取值，将取得的参数值带入参数曲线模型中，得到每个分段参数曲线的若干各离散点位置，带入贝塞尔曲线的frenet标架计算公式，得到局部标架及曲率值；
计算局部标架压缩系数Sc及拉伸系数St阶段：使用S曲线函数；
扫掠纱线路径上的所有截面并生成纱线仿真效果阶段，采用体渲染方式，得到形变后的纱线仿真效果。
在一些实施例中，对纺织纱线建立曲线模型包括：
在纺织纱线中心线中采样出间隔点，将这些间隔点作为参数曲线的控制点，将控制点分段，分别建立每一段纱线的参数曲线，将每个分段的参数曲线连接起来，形成对织物纱线完整的参数曲线模型。
参数曲线：
其中，pk为选取的控制点，Bk，n(u)为各控制点的计算系数，n为贝塞尔曲线次数，为控制点数量减1，k表示控制点的索引，取值范围为[0,n]，计算系数表示对于n次贝塞尔曲线，第k个控制点对参数曲线上某个点位置的贡献值。
同时为满足相应的C2连续条件，保证后续标架的正确生成，需要将分段参数曲线之间连接处及附近的控制点进行调整；
为保证分段参数曲线之间的C0连续，需要调整分段参数曲线之间连接处的控制点位置使分段参数曲线之间满足：
P(un)＝P(un′)
其中P(un)表示第n段曲线的终点位置，P(un′)表示第n+1段曲线的起始位置。
为保证分段参数曲线之间的C0连续，需要调整分段参数曲线之间连接处附近的控制点位置使分段参数曲线之间满足：
P′(un)＝P(un′)
其中P′(un)表示第n段曲线的终点位置处的切线，P′(un)表示第n+1段曲线的起始位置的切线向量。
为保证分段参数曲线之间的C0连续，需要调整分段参数曲线之间连接处附近的控制点位置使分段参数曲线之间满足：
P″(un)＝P″(un′)
其中P″(un)表示第n段曲线的终点位置处的曲率半径向量，P″(un′)表示第n+1段曲线的起始位置的曲率半径向量。
进一步的，在一些应用场景中，对纺织纱线建模包括：
将纱线看成贝塞尔曲线的近似，如图2所示，在纱线的中心线上采样若干点作为纱线曲线的控制点，其中将每四个控制点分为一组，如此四个控制点范围内可以生成一个三次贝塞尔曲线段，贝塞尔曲线的表达式为：
其中Bk，n(u)作为贝塞尔曲线的混合函数，是一个Bernstein多项式：
Bk，n(u)＝C(n，k)uk(1-u)n-k
而C(n，k)是二项式系数：
此时分段曲线的计算表达式为：
P(u)＝B0，3·P0+B1，3·P1+B2，3·P2+B3，3·P3
其中P0、P1、P2、P3分别为分段曲线上的四个控制点，B0，3、B1，3、B2，3、B3，3分别为四个控制点在整个参数曲线上的混合函数，分别为：
B0，3＝(1-u)3
B1，3＝3u(1-u)2
B2，3＝3u2(1-u)
B0，3＝u3 将所有分段曲线连接起来就组成了整个编织纱线的参数曲线的建模。
调整控制点，确保参数曲线的C2连续性，需要对每个分段连接处附近的控制点进行调整，如图3所示，通过调整分段曲线0-1-2-3和分段曲线0′-1′-2′-3′连接点处附近的控制点位置，保证两端曲线的C2连续。在曲线端点处贝塞尔曲线的切线可以表示为p′u，则图中3点处的切线可表示为P′3：
P′3＝3(P3-P2)；
而0′处的切线可表示为P′0″：
P′0″＝3(P1′-P0′)；
而P3等于P0″因此需要调整p2和P1″的位置，使得确保C1连续。
图中3点处的二阶导数可以表示为P″3：
P″3＝6(P1-2P2+P3)；
图中0′点处的二阶导数可以表示为P″0′：
P″0′＝6(P0′-2P1′+P2′)；
因此调整P1、P2和P1′、P2′的位置使得P″3＝P″0″,使得曲线在连接处保持C2连续。
在一些实施例中，在每个纱线分段内根据离散的参数值获得纱线的离散点位置，通过参数曲线得到离散点处的曲率及frenet标架的单位切向量T′、单位主法向量N′、单位副法向量B′。
具体的，当选择的间隔点固定后，根据分段内所取参数u的取值可以计算出分段内的离散点位置及标架：逐一在分段参数曲线中，按照固定的步长将曲线参数u在(0，1]范围内取值，将取得的参数值带入参数曲线模型中，得到每个分段参数曲线的若干各离散点位置；
通过参数曲线得到上述若干离散点处的frenet标架。Frenet标架需要确定参数曲线的切向量、主法向量及副法向量。
其中通过对参数曲线P(u)求参数u求导数，可得到参数曲线在离散点处的切线向量T：
T＝dP(u)/du通过对切线向量T求参数u的导数，得到参数曲线在离散点处的主法线向量N：
N＝dT/du
主法线向量所指的方向即为曲率半径方向，而该离散点处的曲率大小k＝|N|；副法线向量B垂直于切向量及主法线向量，可以通过切线向量T与主法线向量N叉乘得到：
B＝T×N。
对以上向量进行归一化计算，构建单位切向量T′、单位主法向量N′、单位副法向量B′，即构成离散点处的局部frenet标架：
在一些具体应用场景中，参数曲线离散化即离散点处的局部标架表示，如图3所示，具体过程如下：
步骤一：处理完整条曲线连接点附近的控制点后，在每条分段曲线内对参数u在[0，1)范围内取值，产生若干个离散点，通过将每条分段曲线内的离散点组合起来，完成整个编织纱线的参数曲线的离散化过程。
步骤二：参数曲线各离散点的一阶导数P′u即切线T可以表示为，可以直接通过对参数曲线混合函数B0，3、B1，3、B2，3、B3，3分别对参数u求导后乘以控制点得到，混合函数对参数求导可以表达为：
B′0，3＝-3(1-u)2
B′1，3＝3(1-u)2-6u(1-u)
B′2，3＝6u(1-u)-3u2
B′3，3＝3u2
则各离散点处的一阶导数P′u即切线T可以表示为：
P′u＝B′0，3·P0+B′1，3·P1+B′2，3·P2+B′3，3·P3
此时参数曲线的离散点处frenet标架的单位切向量T′可以表示为：
步骤三：参数曲线各离散点处的二阶导数P″u即主法线N，可以直接通过对参数曲线混合函数B′0，3、B′1，3、B′2，3、B′0，3分别对参数u求导后乘以控制点得到，混合函数对参数二次求导可以表达为：
B″0，3＝6(1-u)
B″1，3＝-12(1-u)+6u
B″2，3＝6(1-u)-12u
B″3，3＝6u
则各离散点处的二阶导数P″u即主法向量N可以表示为：
P″u＝B″0，3·P0+B″1，3·P1+B″2，3·P2+B″3，3·P3
此时参数曲线的离散点处的曲率k可以表示为：
k＝|N|
而单位主法向量N′可以表示为：
步骤四：参数曲线离散点处的单位副法向量B′通过切向量T和主法向量N叉乘后归一化表示：
B＝T×N
在一些实施例中，根据曲率大小及局部标架，得到纱线截面沿局部标架不同方向的压缩系数Sc及拉伸系数St方法如下：由于纱线因摩擦、碰撞等受力因素影响呈弯曲状态，其弯曲的曲率方向朝向弯曲中心，纱线在弯曲后往往沿主法线方向即曲率半径方向压缩，而在副法线方向上进行拉伸。基于这一规律，给定曲率方向上的收缩系数Sc：
Sc＝f(k) St∈[S0，1]
其中f(k)是曲率k的单调递减函数，当曲率k值增大，压缩系数逐渐逼近最小压缩值S0。
绕率方向上的拉伸系数St：
St＝g(k) St∈[1，S1]
g(k)是曲率k的单调递增函数，当曲率k值增大，拉伸系数逐渐逼近最大拉伸系数S1。根据frenet标架、纱线半径R、压缩系数Sc及拉伸系数St，可以得到纱线在离散点处的截面包围矩形由正方形变为X边为R·Sc·N′、Y边为R·St·B′的矩形。
在一些具体应用场景中，根据曲率大小计算纱线截面沿主法线方向的压缩系数Sc，沿副法线方向的拉伸系数St的方法如下：
步骤一：采用S曲线函数计算，函数曲线如图4所示，其中压缩系数Sc可以表达为：
)
其中S0为最大压缩值，k为离散点处的曲率，k0为曲率变化参考值。
步骤二：拉伸系数St可以表达为：
其中S1为最大拉伸值。
根据frenet标架、纱线半径R、压缩系数Sc及拉伸系数St，可以得到纱线在离散点处的截面包围矩形为X边为R·Sc·N′、Y边为R·St·B′的矩形。
在一些实施例中，逐一扫掠纱线路径上的所有截面外轮廓，完成对整个纱线进行仿真的方法如下：在离散点处根据纱线截面的X边、Y边，及离散点处的位置pu可以得到纱线在该离散点处截面的表面点位置ou,θ：
Ou，θ＝Pu+Q(θ，X，Y)
θ为围绕局部标架原点的旋转角，Q(θ,X,Y)为通过局部标架的X边、Y边及旋转角θ得到离散点处的纱线截面外轮廓相对离散点的位置，Pu为离散点的位置。通过将所有纱线截面外轮廓点进行扫掠绘制，实现纱线形变的仿真。
在一些具体应用场景中，扫掠纱线路径上的所有截面并生成纱线仿真效果的方法如下：
步骤一：根据纱线的中心线路径、每个离散点处的局部标架及包围矩形，可以生成一个近似椭圆的截面曲线，该截面曲线可以近似看成纱线在离散点处的横截面形状，通过在包围矩形中点处将2π角度均匀分割成n份，则可以对应生成n个截面顶点。如图5所示，截面顶点的位置为Q(θ，X，Y)，可由以下表达式给出：
Q(θ，X，Y)＝(Xcos(θ)，Ysin(θ))
其中Xcos(θ)为截面外轮廓点相对于离散点在主法线方向上的坐标，Ysin(θ)为截面外轮廓点相对于离散点在副法线方向上的坐标。得到截面处形变后的外轮廓点位置Q(θ，X，Y)，根据离散点处的位置Pu可以得到纱线在该离散点处截面的表面点位置Ou，θ:
Ou，θ＝Pu+Q(θ，X，Y)
步骤二：通过OpenGL图形库，将各个纱线截面外轮廓点逐一绘制成连续的三角形带，形成纱线的外表面，完成纱线形变的仿真。
如图6～7所示，采用一个微观的弯曲纱线结构进行仿真，模拟在纱线经穿套后由于摩擦、碰撞等原因形成整体弯曲曲线；其中图6是采用固定圆形截面而未使用参数曲线计算纱线形变时的仿真效果，图7中显示的是采用了本发明给出的方法得到的纱线形变后的仿真效果。通过实验对比可以看出，在不使用本发明方法对纺织纱线进行仿真时，纱线各处截面均为固定圆形，纱线整体弯曲但是纱线本身没有形变，同真实织物中的纱线形态差别明显，同时在纱线穿套的组织形态中，纱线相接触的部位容易产生重叠、干涉现象，而使用本发明给出的仿真方法后，可以较逼真的展示出纱线经弯折后在截面内主法线方向上产生的压缩形变，同真实织物中的纱线形态更加相符。由于不需要对纱线各处进行受力分析和计算，本发明给出的仿真方法所消耗的时间同传统纱线仿真方法基本相同，达到了快速、准确反映纱线形变特征的效果。
本发明实施例还提供一种基于参数曲线的织物仿真系统，包括：
织物控制点采样模块，用于在纺织纱线中心线中采样出参数曲线的控制点；
参数连续性控制模块，用于读取控制点并将控制点代入每一段参数曲线，并根据连续性控制条件调整控制点位置，得到满足连续性条件的额若干段参数曲线；
参数曲线模型生成模块，将满足连续性条件的参数曲线连接起来生成织物整体的参数曲线模型；
参数曲线离散点获取模块，在设定阈值内对曲线参数取离散的参数值，并将参数值代入参数曲线获得离散点位置；
离散点截面外轮廓生成模块，基于离散点位置获得离散点处的局部标架及曲率；根据各离散点处的曲率及局部标架，生成离散点处的纱线截面形变外轮廓；
织物仿真图生成模块，基于各离散点处的纱线截面形变外轮廓，扫掠路径上的所有截面形变外轮廓，生成织物仿真图。
本发明实施例还提供一种基于参数曲线的织物仿真终端，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如前所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。
Claims (12)
1.一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，其实现包括以下步骤：
步骤S1：对织物建立参数曲线模型；
步骤S2：曲线参数取值，将多个参数值代入参数曲线模型中得到各个离散点，建立离散点处的局部标架及曲率；
步骤S3：根据各离散点处的曲率及局部标架，计算离散点处的织物截面形变；
步骤S4：根据纱线局部标架和各个截面处的截面形变构建截面外轮廓，逐一扫掠织物路径上的所有截面外轮廓，对整个纱线进行仿真。
2.根据权利要求1所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，上述步骤S1的实现过程如下所述：在纺织纱线中采样出间隔点，将所述间隔点作为参数曲线的控制点，将控制点分段，分别建立每一段纱线的参数曲线，将每个分段的参数曲线连接起来，形成纺织纱线的完整的参数曲线模型。
3.根据权利要求2所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，上述步骤S2的实现过程如下所述：在每个纱线分段内，将离散的参数值代入参数曲线获得纱线的离散点位置，通过参数曲线得到离散点处的曲率及局部标架。
4.根据权利要求3所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，上述步骤S3的实现过程如下所述：根据曲率大小及局部标架，得到纱线截面沿局部标架不同方向上的曲率k、压缩系数Sc及拉伸系数St，得到纱线在离散点处的截面包围矩形由正方形变为边X为R·Sc·N′、边Y为R·St·B′的矩形。
5.根据权利要求4所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，上述步骤S4的实现过程如下所述：在离散点处根据围绕局部标架原点计算若干个旋转角θ，结合纱线截面的边X、边Y，得到截面处形变后的外轮廓点相对离散点位置Q(θ，X，Y)，根据离散点处的位置Pu得到纱线在该离散点处截面的表面点位置Ou，θ，将所有截面的所有外轮廓点通过图形学方法渲染，得到形变纱线的仿真效果。
6.根据权利要求2所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，每一段纱线的参数曲线由下述公式表示：
其中，pk为选取的控制点，Bk，n(u)为各控制点的计算系数。
7.根据权利要求6所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，建立织物参数曲线后，调整分段参数曲线之间连接处的控制点位置使分段参数曲线之间满足以下一种或多种连续条件：
条件T1：P(un)＝P(un′)
其中，P(un)表示第n段曲线的终点位置，P(un′)表示第n+1段曲线的起始位置；
条件T2：P′(un)＝P(un′)
其中，P′(un)表示第n段曲线的终点位置处的切线，P′(un′)表示第n+1段曲线的起始位置的切线向量；
条件T3：P″(un)＝P″(un′)
其中，P″(un)表示第n段曲线的终点位置处的曲率半径向量，P″(un′)表示第n+1段曲线的起始位置的曲率半径向量。
8.根据权利要求6所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，
在每个纱线分段内，将离散的参数值代入参数曲线获得纱线的离散点位置的实现方法如下：逐一在分段参数曲线中，按照固定的步长将曲线参数μ在(0，1]范围内取值，将取得的参数值带入参数曲线模型中，得到每个分段参数曲线的若干各离散点位置；
通过参数曲线得到离散点处的曲率及局部标架的实现方法如下：通过每一段纱线的参数曲线得到上述若干离散点处的Frenet标架；
其中，通过对参数曲线P(u)求参数μ求导数，可得到参数曲线在离散点处的切线向量T：T＝dP(u)/du；
通过对切线向量T求参数μ的导数，得到参数曲线在离散点处的主法线向量N：N＝dT/du；
主法线向量所指的方向即为曲率半径方向，而该离散点处的曲率大小k＝|N|，副法线向量B：B＝T×N；
对以上向量进行归一化计算，构建单位切向量T′、单位主法向量N′、单位副法向量B′，即构成离散点处的局部frenet标架；
9.根据权利要求6所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，根据曲率大小及局部标架，得到纱线截面沿局部标架不同方向的压缩系数Sc及拉伸系数St方法如下：
给定曲率方向上的收缩系数Sc：
Sc＝f(k) Sc∈[S0，1]
其中，f(k)是曲率k的单调递减函数，当曲率k值增大，压缩系数逐渐逼近最小压缩值S0；
绕率方向上的拉伸系数St：
St＝g(k) St∈[1，S1]
g(k)是曲率k的单调递增函数，当曲率k值增大，拉伸系数逐渐逼近最大拉伸系数S1；
根据frenet标架、纱线半径R、压缩系数Sc及拉伸系数St，得到纱线在离散点处的截面包围矩形由正方形变为X边为R·Sc·N′、Y边为R·St·B′的矩形。
10.根据权利要求6所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法，其特征在于，逐一扫掠纱线路径上的所有截面外轮廓，完成对整个纱线进行仿真的方法如下：
在离散点处根据纱线截面的X边、Y边，及离散点处的位置Pμ可以得到纱线在该离散点处截面的表面点位置Ou，θ：
Ou，θ＝Pu+Q(θ，X，Y)
θ为围绕局部标架原点的旋转角，Q(θX，Y)为通过局部标架的X边、Y边及旋转角θ得到离散点处的纱线截面外轮廓相对离散点的位置，Pu为离散点的位置；
通过将所有纱线截面外轮廓点进行扫掠绘制，实现纱线形变的仿真。
11.一种基于参数曲线的织物仿真系统，其特征在于，包括：
织物控制点采样模块，用于在纺织纱线中心线中采样出参数曲线的控制点；
参数连续性控制模块，用于读取控制点并将控制点代入每一段参数曲线，并根据连续性控制条件调整控制点位置，得到满足连续性条件的额若干段参数曲线；
参数曲线模型生成模块，将满足连续性条件的参数曲线连接起来生成织物整体的参数曲线模型；
参数曲线离散点获取模块，在设定阈值内对曲线参数取离散的参数值，并将参数值代入参数曲线获得离散点位置；
离散点截面外轮廓生成模块，基于离散点位置获得离散点处的局部标架及曲率；根据各离散点处的曲率及局部标架，生成离散点处的纱线截面形变外轮廓；
织物仿真图生成模块，基于各离散点处的纱线截面形变外轮廓，扫掠路径上的所有截面形变外轮廓，生成织物仿真图。
12.一种基于参数曲线的织物仿真终端，其特征在于，所述终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如前所权利要求1～10任一项所述的一种基于参数曲线的织物仿真方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311761846.2A CN117669252A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311761846.2A CN117669252A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117669252A true CN117669252A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=90071323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311761846.2A Pending CN117669252A (zh) | 2023-12-20 | 2023-12-20 | 一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117669252A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118194663A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-06-14 | 成都织弦科技有限责任公司 | 一种基于位置动力学的针织物模拟仿真方法 |
-
2023
- 2023-12-20 CN CN202311761846.2A patent/CN117669252A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118194663A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-06-14 | 成都织弦科技有限责任公司 | 一种基于位置动力学的针织物模拟仿真方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN117669252A (zh) | 一种基于参数曲线的织物仿真方法、系统及终端 | |
| Zehnder et al. | Designing structurally-sound ornamental curve networks | |
| KR101245157B1 (ko) | 루프 시뮬레이션 장치와 그 방법 및 그 프로그램 | |
| US9542767B2 (en) | Animation engine for blending computer animation data | |
| JP6120792B2 (ja) | ニットデザインシステムとニットデザイン方法 | |
| CN112221145B (zh) | 游戏脸模生成方法及装置、存储介质及电子设备 | |
| Jiang et al. | Flat knitting loop deformation simulation based on interlacing point model | |
| US11410355B2 (en) | Method and apparatus for creating digital clothing | |
| US11853659B2 (en) | Procedural model of fiber and yarn deformation | |
| US7493245B2 (en) | Method and apparatus for simulating image of twisted yarn | |
| CN111295695B (zh) | 三维网格数据简化方法及装置 | |
| US8982157B2 (en) | Collision free construction of animated feathers | |
| Chen et al. | Efficient registration for human surfaces via isometric regularization on embedded deformation | |
| US10325038B2 (en) | Method of simulating shaping a textile strip on a mold presenting a surface of revolution | |
| Cha et al. | Tanglement resolution in clothing simulation with explicit convergence | |
| WO2020000606A1 (zh) | 纤维定向的预测方法及装置 | |
| US6871166B1 (en) | Knitwear modeling | |
| WO2004090213A1 (ja) | ニットデザイン方法および装置 | |
| EP4231247A1 (en) | Modeling true seams in virtual garment applications | |
| US9117312B2 (en) | System and method for preventing pinches and tangles in animated cloth | |
| JPH08246219A (ja) | ３次元形状モデルからの衣類の型紙作成方法 | |
| CN118036303A (zh) | 一种花式纬编针织物的纱线级仿真方法和系统 | |
| US20240346733A1 (en) | Graph simulation for facial micro features with dynamic animation | |
| Igarashi et al. | Designing plush toys with a computer | |
| CN118247514B (zh) | 一种用于提花机的图案自动识别方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |