织物变形效果模拟及虚拟服装展示系统的研究

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1、-_自I●：，I＼、学位论文的主要创新点lIll[IIII1111II111III＼1773365本文的研究是以织物变形效果模拟为中心的，通过引入虚拟现实技术，实现了一种新型有效的三维服装展示方案。在深入研究以往织物变形模拟技术的基础上，采用基于面料力学性能的物理仿真方法，借助神经网络实现面料力学性能与仿真模型控制参数之间的非线性映射，从而模拟出不同材质织物的动静态悬垂效果。在此基础上，遵循服装工艺学原理，以斜裙和塔裙为例，对虚拟服装缝制过程中的关键问题进行研究和探讨，同时开发出软件系统，对所提出的理论进行有效性

2、检验，得到了较为满意的结果。与以往研究相比，本文的创新点主要体现在以下三个方面：一、在规则形状织物变形效果的动态实时仿真方面，论文首次提出基于自适应网格的刚性杆模型，简化经典的弹簧一质点模型，用刚性杆代替结构弹簧，用松弛法解决剪切弹簧的超弹性形变问题，并首次提出使用改进的Verlet算法求解系统运动微分方程，实验数据表明该模型较好地满足了仿真系统对实时性和真实感的双重要求。二、基于面料力学性能模拟出不同织物的三维悬垂效果。论文首次将神经网络引入到织物三维悬垂效果模拟的研究中，在力学性能与悬垂性相关分析基础上优选网

3、络输入参数并建立三层BP网络，实现了织物力学性能与仿真模型控制参数间的非线性映射。实验证明，由川端风格测试系统提供的织物力学性能可以作为计算机模拟不同种类织物悬垂效果的重要依据，在此基础上实现的虚拟服装更具有针对性，实用价值更高。三、提出并实现了基于服装工艺学的虚拟服装缝制系统。论文改变以往系统中常用的前、后两片式纸样结构，依照服装纸样设计原理，首次以斜裙、塔裙为例，对虚拟缝制过程中的关键技术进行了研究和探讨。其中，针对缝合力的设计与实现、衣片参考点的几何约束、缝合边的等长及缩褶缝合体现了系统将计算机仿真技术与服

4、装工艺相结合的特色。摘要基于物理模型的织物变形效果模拟及虚拟服装展示技术是近年来计算机图形学和纺织工程领域的研究热点之一，作为三维服装CAD系统的核心部分，它将有效克服传统二维CAD从前期设计到后期造型存在的直观性差的缺点。此外，在电子商务领域，虚拟服装展示技术对服装类商品网络销售的促进作用日益彰显。借助网络，设计师与顾客可以对服装的款式、花色及尺寸信息进行实时交互，这些功能无疑大大提高了顾客的购买信心。今后该项技术还将拥有更加广阔的应用前景，例如：基于互联网的服装量身定制、虚拟服装发布会、影视后期制作等。课题的

5、最终目标是构建一个能预测服装造型效果的三维服装仿真环境，本文对其中织物变形效果模拟及虚拟服装展示技术进行了研究，具体包括规则形状织物变形效果模拟的实时性解决方案、基于面料力学性能的三维悬垂模拟、构建虚拟场景的技术要素、虚拟服装缝制过程中的关键问题。首先，针对传统基于物理模型的织物模拟所存在的仿真效率低，无法达到实时性的问题，本文采用基于刚性杆模型的织物变形效果实时仿真解决方案。用基于自适应网格的刚性杆模型代替经典的弹簧．质点模型，用刚性杆代替结构弹簧，用松弛法解决剪切弹簧的超弹性形变问题，并使用改进的Verlet

6、算法求解系统运动微分方程，实验数据表明该模型较好地满足了仿真系统对实时性和真实感的双重要求。其次，为了实现对不同材质织物的变形效果模拟，本文首次将神经网络引入到织物三维悬垂效果模拟的研究中。第一步，采用统计学中的相关分析方法，对川端风格测试系统(KES)提供的17种力学性能参数与悬垂系数等8个常用的悬垂性评价指标之间进行相关性分析，优选出拉伸比功、拉伸功回复率、弯曲刚度、平方米重等7个参数作为表征织物悬垂性能的重要力学指标，即神经网络的输入部分。第二步，建立三层BP网络，优选传递函数和训练函数，在此基础上实现了织

7、物力学性能与仿真模型控制参数之间的非线性映射。第三步，将神经网络的输出，即预测的控制参数代入织物变形效果仿真系统，将系统模拟出的效果图与实际拍摄效果进行对比。实验证明，基于KES测试系统的织物力学性能参数可以作为计算机模拟不同种类织物悬垂效果的重要依据，在此基础上实现的虚拟服装更具有针对性，实用价值更高。第三，从计算机图形学角度探讨了构建虚拟场景的关键要素，着重分析了增强系统真实感及实用性的有效手段。结合OpenGL技术，阐述了在虚拟现实系统中实现纹理映射、明暗处理及交互性操作的具体过程。第四，论文提出并实现了基

8、于服装工艺学的虚拟服装缝制系统。改变以往系统中常用的前、后两片式纸样结构，依照服装工艺学中的纸样设计原理，以斜裙、塔裙为例，对虚拟服装缝制过程中的关键技术进行了研究和探讨。其中，对二维衣片网格剖分及优化、缝合力的设计与实现、衣片参考点的几何约束、缝合边的等长及缩褶缝合均体现了系统将计算机仿真技术与服装工艺相结合的特色。第五，采用面向对象的系统设计方法，借助OpenGL，在