三维编织物的计算机仿真系统研制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第4期纺织学报Vo1．25．No．42004年8月JoumalofTextileResearchAug．，2004三维编织物的计算机仿真系统研制王君泽曹红蓓(南通工学院，南通，226007)摘要：介绍三维编织物计算机仿真系统的结构和主要功能。以四步法矩形三维编织物为例，研究实现三维编织物计算机动画仿真的方法。给出了各种编织结构和编织工艺的三维编织物计算机仿真实例。关键词：三维编织物计算机仿真四步法编织纺织复合材料动画中图分类号：TS105．4文献标识码：A文章编号

2、：0253．9721(2004)04．0106．02三维整体编织技术已成为制造复合材料预制件圈的一种主要技术，广泛应用于航天、航空、化工、交通、医疗等领域。而作为三维整体编织首要任务的工艺设计则是一项较为复杂的工作，它涉及到成千上万根纤维束的运动和交织情况。利用计算机仿真技术模拟三维编织物的编织工艺过程，对优化工艺过程、缩短设计周期、提高设计质量有着十分重要的意义。国内外学者在三维编织物的计算机仿真方面已经做了许多工作，文献[1，2]介绍了矩形截面和矩形组合截面三维编织物的计算机模拟纱线运动的方法，但模拟仅局限于矩形截

3、面编织物的二维平面运图1系统结构动；文献[3～5]介绍了构造矩形截面三维编织物立2行2列、纱线每一步只移动一个纱线位置的矩形体模型的方法，较好地表达了三维编织物的空间交截面编织物为例，说明四步法编织工艺的原理及计织情况，但显示的仅是三维的静态图像。针对三维算机模拟方法。在基本阵列外再布置附加行、列，在编织物计算机仿真技术的发展现状，开发了三维编附加行列中，纱线间隔一个位置排列，如图2(a)所织物计算机仿真系统。该系统不仅可模拟矩形或矩示附加行列中只有一根纱线。图2(b～e)分别为四形组合截面的三维编织物的编织工艺过程，

4、而且可步法编织运动中纱线的位置，四步形成一个循环。模拟管状三维编织物的编织工艺过程；不仅可模拟一个循环后，所有的纱线都回到原来有一根纱线所四步法编织工艺，而且可模拟二步法编织工艺。系占领的位置。这样不断循环，再加上打紧和织物输统利用计算机三维动画技术，动态地模拟各种结构出运动，就可完成编织过程。的编织物、不同编织工艺的编织过程，为三维编织物的设计、制造提供了一个有力的仿真平台。姆鸯擗谁黪1系统结构系统采用层次化、模块化、结构化的设计方法，(a)一原始排列；(b)一第一步；(c)一第二步各编织物设计模块和动画仿真模块之间

5、依靠数据文(d)一第三步；(e)一第四步件传递信息，系统结构见图1。本文以四步法矩形图2四步法编织过程的纱线运动示意图截面三维编织物的计算机仿真为例。取编织物基本阵列的行方向为轴方向，列方2实现方法及实例向为Y轴方向，取坐标为编织运动循环数，也可2．1三维编织物几何数据的确定理解为编织物高度方向坐标。对于2×2矩形编四步法就是纱线在一个运动循环中分为四步。江苏省高校自然科学研究项目(01KJB130001)；南通工学院自然科学首先，纱线按所要求的织物横截面形状排列成行与基金项目(院自2OO205)。列，形成基本阵列。为

6、简洁起见，图2以基本阵列为维普资讯http://www.cqvip.com2004年第4期纺织学报【107】织物，经过4个运动循环(16步)后，所有纱线都回到原来的位置。根据纱线在’，坐标面内的运动轨迹，再考虑每个运动循环后每根纱线沿三维编织的高度方向(z方向)移动一个节距h，就可确定每根纱线在空间的形状和位置的有关数据。2．2三维编织物动画仿真的实现根据上述编织物纱线空间形状和位置数据的确■定方法，用VB6．0开发了三维编织物空间形状和位●置数据的设计计算程序，通过VB设计的系统界面，交互地输入三维编织物动画仿真的有

7、关已知参数，程序根据已知参数计算出纱线的空间形状和位置数图5工字型编织物的4个视图据，并将这些数据写入数据文件。再以3DSMAX为无较大间隙。这说明所建立的仿真模型与三维编织三维动画仿真平台，用3DSMAXScript语言作为动物的实际几何结构相一致。画仿真的编程工具，实现了三维编织物的计算机动按照与2×2矩形编织物计算机画仿真。动画仿真相似的方法，还实现了其它3DSMAX是功能强大的三维动画设计软件，它织物结构和编织方法的三维编织物的除了一般的交互操作方式外，还提供了编程开发工计算机动画仿真。图5是工字形截面具，3D

8、SMAXScript语言就是其中之一。为了实现三维编织物的动画仿真。图6是3×纱线的三维动态仿真，首先根据输入的纱线直径以18管状编织物的动画仿真。圆形截面的三维实体模型模拟纱线，再借助3DS3结束语MAXScript语言的文件操作语句，读取上述数据文件中纱线的空间形状和位置的有关数据，调用3DS三维编织物的计算机动画仿真真MAX