计算机辅助织物创新设计与制作系统的研究与实现

摘要

织物面料的设计是纺织产品设计工作的核心内容，织物CAD/CAM系统已经在织物的设计与生产中得到了广泛的应用，但随着人民生活水平的提高，市场上对织物面料生产提出了“批量小、质量高、交货快”等新要求，因此对织物CAD/CAM系统也提出了更高的创新设计要求。 创新设计技术，主要包括产品创新设计、降低成本设计、快速设计、仿真与虚拟设计、智能设计、广义优化设计等设计技术。织物设计快速响应对织物CAD系统提出了新的要求，包括图案创新设计、织物性能设计、纱线及织物外观模拟、应用效果展示等等。 本文就是基于创新设计技术的理论与内容，结合织物设计快速响应的目标与要求，在若干织物创新设计的关键技术方面进行研究与探索，并以此为基础实现了一个织物创新设计系统——TOP2004系统。论文的具体内容如下： 简单地介绍与回顾了当前织物CAD系统的现状，分析了现有的织物CAD系统的优点和所存在不足，根据创新设计方法的基本原理及其主要内容，结合织物设计快速响应的要求，提出了织物创新设计中的若干关键技术。 介绍了织物组织的参数化设计方法，对多种不同类型的织物组织提出各自的数学模型，对织物组织自动化生成的算法进行了系统分析；研究了像景织物的创新设计技术，在系统中增加了针对像景织物的设计工具与方法。提出基于基原色分色与专色分色相结合的分色方法，提高像景织物的色彩表现力；并对像景织物的边缘轮廓进行特殊处理，使得像景织物的最终效果更加的形象逼真，色彩饱满。 研究了织物图案的自动描稿技术，介绍了图案自动描稿的功能要求，提出自动描稿功能模块的划分，着重提出并实现了一种基于MSEL的图案自动描稿算法。MSEL的边缘检测算法，有很好的边缘连续性，边界单象素点宽度，以及较小的错误率，所以具有较好的实用性。 研究了织物表面外观模拟技术，提出了一种简易的基于三亮度色纱模型的织物表面外观模拟方法。在该模型中，纱线的颜色、以及纱线的捻纹、明暗变化，是用三种不同亮度的颜色来体现的，模拟效果图打印稿能够满足人们的肉眼要求，而且模拟速度快，计算量不大。从而提高了系统效率，增强了织物CAD系统的实用性能。另外，本文还尝试以三维的方式去模拟织物纱线，考虑纱线在织物中的排列与走向，最终生成外观模拟效果图。这种方法更能够体现织物中的纱线交织结构。 研究了织物场景模拟的相关原理，并提出了一个基于网格模型的面料二维场景模拟方法。相对于三维模型的纹理映射，该方法在实现上相对比较简单，算法效率高，而且得到的效果逼真，具有广泛的应用前景。 设计并实现了一个织物创新设计系统TOP2004。该系统中包括了图案数据库子系统、图案创作及色彩处理子系统、织物组织设计处理子系统、织物工艺设计处理子系统、织物输出处理子系统、织物表面外观模拟子系统及织物场景模拟子系统，并成功地验证了前述的若干关键技术，在纺织行业中得到了推广应用，取得了巨大的经济效益和社会效益。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1织物设计系统概况

1.1.1织物的概念

1.1.2织物CAD系统介绍

1.1.3现有的织物CAD系统回顾

1.2创新设计方法概述

1.2.1创新设计技术概述

1.2.2现状及国内外发展趋势

1.2.3主要研究内容

1.3 织物设计快速响应(QUICK RESPONSE)

1.3.1面料快速反应

1.3.2涉及面料QR的纺织品CAD等计算机辅且技术

1.3.3存在的问题和发展要求

1.4 织物创新设计中的关键技术

1.5 研究目的和主要内容

1.6本文的组织结构

2织物设计的新工艺与新方法

2.1组织设计方法

2.1.1织物组织类别的重新划分

2.1.2单系统织物组织的数学模型

2.1.3重组织和层组织的数学模型

2.2像景织物设计方法探索

2.2.1像景织物概述

2.2.2像景织物设计原理

2.2.3 黑白像景图象分色

2.2.4 彩色像景图象分色

2.2.5 自定基原色分色方法

2.2.6图案边缘轮廓增强方法

2.2.7 专色分色与四色分色相结合

2.2.8 色块区域增强工艺处理

2.3 小结

3图案自动描稿技术研究

3.1图案CAD/CAM系统

3.1.1图案创新设计的一些关键技术

3.2 图案的自动描稿技术

3.2.1自动描稿任务的提出

3.2.2功能概述

3.2.3颜色量化技术

3.2.4边缘检测技术

3.2.5边缘矢量化Douglas-Peucker算法

3.2.6 SEL/MSEL算法介绍

3.2.7一个基于MSEL的图案自动描稿算法

3.3小结

4织物表面外观模拟方法研究

4.1织物表面外观模拟现状

4.1.1研究现状

4.1.2织物外观模拟的总体构思

4.1.3机织物的参数化仿真

4.2 一种简易的织物表面外观模拟方法

4.2.1方法概述

4.2.2纱线模型

4.2.3基于Perlin函数的毛羽纹理生成

4.2.4纱线的交织与覆盖

4.2.5实例与小结

4.3织物的三维模拟技术

4.3.1设计思路

4.3.2设计步骤

4.3.3效果展示

4.4小结

5织物场景模拟研究

5.1场景模拟的提出

5.2三维模拟方法

5.2.1建立场景三维模型

5.2.2纹理映射

5.2.3绘制计算过程

5.3基于网格模型的面料二维场景模拟方法

5.3.1原理概述

5.3.2伪曲面网格划分

5.3.3纹理映射

5.3.4基于场景图象的绘制

5.3.5结论与分析

5.4小结

6织物创新设计系统TOP2004的设计与实现

6.1研制背景

6.2 TOP2004系统分析与设计

6.2.1图案数据库子系统

6.2.2图案创作及色彩处理子系统

6.2.3织物组织设计处理子系统

6.2.4.织物工艺设计处理子系统

6.2.5织物输出处理子系统

6.2.6织物表面外观模拟子系统

6.2.7织物场景模拟子系统

6.3 小结

7总结和展望

7.1主要研究内容及创新

7.2未来工作展望

附录彩色插图

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及参加科研的情况

致谢