一种纺织面料物理特性数码属性模拟系统及测量方法与流程

本发明属于三维服装设计仿真模拟技术领域，尤其涉及在电脑上展现服装纺织面料的物理属性仿真模拟视觉效果的系统设备。

背景技术：

纺织物品是最贴近我们人身体的一种东西，我们身上的衣服都是使用纺织面料进行加工合成的。不同的纺织面料有不同的性能，而掌握每种面料的性能可以帮助我们更好的去选择面料;不同的纺织面料的应用也会有所不同，在衣服设计范围上也许会相差甚远。因此，认识和掌握面料的各种物理性能，对正确地选用材料，合理地设计服装，满意地穿着服装会大有帮助，产生事半功倍的效果。

织物的压缩性能、手感、弯曲、交织阻力、表面摩擦性能、起拱变形等物理指标都与服装成型性、服装视觉效果、服装的穿着舒适性、服装的持久形态以及纱布结构、纤维物理状态特征和指标有着重要的关系。因此测试织物压缩性能指标对于纱布的生产、工艺的制定、工艺的调整、生产效率、市场价值等都有着重要意义。

现如今，织物三维仿真技术已应用于在计算机动画、游戏、虚拟服装展示以及虚拟模特的着装，甚至高级服装设计系统；是这些领域的一项关键技术。服装设计师通过具有较好真实感的织物三维仿真模拟系统，对不同织物进行虚拟服装仿真演示，可以立即感觉或浏览织物的真正着装效果；也可使顾客直接看到自己在拟实场景中的着装效果，满足用户的个性化要求。还可以依据服装的最终着装效果来指导面料的设计与生产，为服装设计选择面料提供可靠的依据，将面料生产和服装设计有机地结合一起。

服装设计与织物是密不可分的；织物三维仿真的更深一步就是服装三维设计仿真，就是在仿真环境中将各个服装部件进行组装的模拟设计。服装三维仿真模拟离不开对面料织物纹路、 肌理、 质地、 花色、图案、色彩的真实表现。对服装织物的重要信息是通过对它们的悬垂行为仿真来体现，服装的逼真渲染是非常重要的，在此基础上实现的虚拟织物面料更加精确，有助于提高虚拟三维服装的真实感。

鉴于目前的国内的织物三维仿真系统，在展示服装设计效果时对织物的处理仿照普通物体上的花纹图案进行处理，效果比较呆板，缺乏立体感，不能很好的体现织物的特点和风格。只能采用一些已知的织物测试数据进行面料的仿真模拟设计；对于一些特殊的或者新的织物由于缺乏相应的数据，还有对织物的应力-应变的本构关系、织物质感和动感的表现等仍然没有彻底解决，无法将这类织物的具体性能和效果通过仿真技术真实地表达出来，离真实模拟织物的外观仍有距离。导致无法通过视觉外观，预见所需的织物制作成为服装的立体效果真实感，给顾客和设计师带来了很大的局限性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种在电脑上展现服装织物的各种物理属性仿真模拟视觉效果的系统设备，解决三维仿真模拟设计中对面料织物各种表面型态的仿真处理以达到模拟现实中的真实效果。

本发明的技术方案为：一种纺织面料物理特性数码属性模拟系统，包括计算机系统、织物仿真模拟软件、面料物理特性测量设备和织物扫描系统；所述织物仿真模拟软件安装在计算机系统里面，所述面料物理特性测量设备和织物扫描系统分别与计算机系统连接；所述计算机系统、面料物理特性测量设备和织物扫描系统相互间隔0.5～1米；所述的计算机系统具有数据输出端口，测量织物时的各项物理数据和扫描织物时的数据都会通过计算机系统进行运算工作。

进一步地，所述计算机系统包括电脑显示屏和系统主机，所述电脑显示屏和系统主机通过USB数据线连接；所述的织物仿真模拟软件包括一套面料物理特性测量软件、一套织物扫描软件和一套三维服装仿真模拟软件；利用织物仿真模拟软件相关性分析获得其中与悬垂特性密切相关的参数，以此作为输入的物理属性数据，再通过编辑设置参数，织物仿真模拟软件系统就可以模拟出各种布料的细节与物理性质，体现每一种面料的材质信息，精确再现虚拟服装中各种面料的力学属性，模拟不同材质织物变形效果。

进一步地，所述面料物理特性测量设备包括密度测量仪器、测量钢尺、弯曲测量仪、拉力器和拉力控制器，所述密度测量仪器、测量钢尺、弯曲测量仪、拉力器分别通过USB数据线连接计算机系统，所述拉力控制器通过红外信号接收转变为电信号，通过其内部处理器解码解调出的指令控制拉力器；

进一步地，所述面料物理特性测量设备中的密度测量仪器测量出服装面料的厚度、重量和密度参数；所述测量钢尺测量出纺织面料的垂直对角线长度参数；所述弯曲测量仪测量出纺织面料的弯曲强度参数；所述拉力器和拉力控制器的共同作用测量出纺织面料的拉伸强度参数；全面测量得到纺织面料各种物理属性数据，通过计算机的织物仿真模拟软件计算出数值结果。

进一步地，所述织物扫描系统包括织物三维扫描仪和织物风格仪，所述织物三维扫描仪和织物风格仪分别通过USB数据线连接计算机系统；所述织物扫描系统测试织物的压缩性、弯曲性、延伸性和稳定性，用测得数据结合织物仿真模拟软件来评定和反映织物的各项风格指标，达到织物风格测定数字化，通过数据分析，客观反映织物产品的优劣，预测高档服饰的穿着、使用效果以及舒适性、可靠性、耐久性和视觉、感觉效果，为高档织物用材设计、面料选用提供科学数据依据。

一种纺织面料物理特性数码属性模拟系统测量方法，包括以下步骤：

S1、先准备要测试的纺织面料，确认纺织面料的丝缕方向，包括经向、纬向和对角方向；

S2、利用密度测量仪器（1）测量纺织面料的厚度、重量和密度参数；

S3、利用测量钢尺（2）测量出纺织面料的垂直对角线长度参数；

S4、利用弯曲测量仪（3）测试出纺织面料的弯曲强度参数；

S5、利用拉力器（4）和拉力控制器（7）的共同作用测试出纺织面料的拉伸强度参数；

S6、将步骤S1～步骤S4测得的纺织面料物理数据进行记录、计算和保存；

S7、把纺织面料放到三维扫描仪（8）里，扫描织物的纹理图案，并把纹理图案保存到计算机系统；

S8、利用织物风格仪（9）测试纺织面料的压缩性、弯曲性、延伸性和稳定性，保存数据；

S9、分别将步骤S5和步骤S6的数据导入计算机系统中的织物仿真模拟软件，进行数据分析、模拟评估，在织物仿真模拟软件中的3D界面可以看见该纺织面料的各项物理属性的模拟渲染效果，以及模拟走秀效果

本发明的有益效果是：

（1）纺织面料物理特性数码属性模拟系统通过改进,优化了计算流程,提高了运算效率,增强CAD设计软件系统的面料模拟效果。同时,比较了布料模拟中的具体性能,并具有较高的模拟仿真效果。

（2）采用了织物仿真模拟系统，通过简单的编辑设置参数，计算机软件系统就可以模拟出各种布料的细节与物理性质；这样可以较好地体现每一种面料的材质信息。在此基础上实现的虚拟织物面料更加精确，有助于提高虚拟三维服装的真实感。

（3）虚拟模拟服装织物的物理属性，相对于服装设计而言，均可真实表现真实纹理质感，具有极高的还原度；也可模拟微风、碰触、转身等物理反馈，具有真实物理引擎、服装律动，厚度质感模拟特效；其飘逸感、厚实感也能真实展现。

（4）在计算机上更换面料、颜色和印花变得更加简单，可以快捷地虚拟展现该服装面料物理属性的真实视觉效果，成功的解决了现在市面上的三维服装模拟软件模拟服装面料各种物理属性失真和不足的技术难题，可以展示逼真的各种时装、职业装、内衣、刺绣立体等的设计效果。

（5）可以在短时间内呈现更多风格款式，配合各种款式更改要求，不仅可以节省布料，劳动力及运输费用，还可以降低确认样衣过程中往来样品修改制作的次数及过度开发，以有效减少的资源浪费，为企业节省成本。

（6）使用面料物理特性测量设备测量纺织面料的各种物理属性，可以简单快捷地测量出所需参数结果，相比于以往使用庞大的测量设备和繁琐的测量方法，无论是设备还是技术都有明显不同的提升，设备资金投入少并且工作时间缩短，工作效率大大地提高。

（7）采用织物扫描设备配合先进的计算机仿真技术，在计算机上对模拟好的服装，使其面料质地、颜色、图案更加逼真，真实展现织物的表面立体效果。

（8）显示不同编制结构的三维模拟布料，在模拟出三维织物的基础上,还可以添加材质和光照效果, 设置经度和纬度上纱线的颜色可以得到三维质感织物, 即布料不仅通过光照和材质纹理显示, 还通过几何纹理的渲染, 使其三维质感织物模拟真实感效果得到明显增强。

（9）使用本发明测量方法模拟的服装效果看起来很有质感, 更接近于现实生活，体现了服装基于纤维级别的外观细节；而在现有服装仿真过程中, 通过图像纹理虽然可以模拟服装上的纹路效果, 但是模型放大后, 纹理会产生失真, 而我们在纤维级别模拟织物, 局部放大后并不会失真。

（10）通过本发明测量方法建立仿真布料对应的拉伸效果,能较好地反映实际织物的物理性能；利用纤维粒子模拟的纱线组织构造织物, 在织物外观模拟上便于控制, 可以通过改变粒子颜色以及组织方式实现几何纹理的效果, 体现出织物纤维级别的表面细节, 因此质感服装模拟效果更具真实感。

附图说明

图1为本发明的纺织面料物理特性数码属性模拟系统的示意图。

图2为本发明的纺织面料物理特性数码属性模拟系统的测量方法流程图。

附图标记：密度测量仪器1、测量钢尺2、弯曲测量仪3、拉力器4、电脑显示屏5、系统主机6、拉力控制器7、织物扫描仪8、织物风格仪9。

具体实施方式

如图1所示，本发明的纺织面料物理特性数码属性模拟系统，包括纺织面料物理特性数码属性模拟系统，包括计算机系统、织物仿真模拟软件、面料物理特性测量设备和织物扫描系统；织物仿真模拟软件安装在计算机系统里面，面料物理特性测量设备和织物扫描系统分别与计算机系统连接；计算机系统、面料物理特性测量设备和织物扫描系统相互间隔0.5～1米；所述的计算机系统具有数据输出端口，测量织物时的各项物理数据和扫描织物时的数据都会通过计算机系统进行运算工作。

进一步地，计算机系统包括电脑显示屏5和系统主机6，电脑显示屏5和系统主机6通过USB数据线连接；织物仿真模拟软件包括一套面料物理特性测量软件、一套织物扫描软件和一套三维服装仿真模拟软件；面料物理特性测量设备包括密度测量仪器1、测量钢尺2、弯曲测量仪3、拉力器4和拉力控制器7，密度测量仪器1、测量钢尺2、弯曲测量仪3、拉力器4分别通过USB数据线连接计算机系统，所述拉力控制器7通过红外信号接收转变为电信号，通过其内部处理器解码解调出的指令控制拉力器4；织物扫描系统包括织物三维扫描仪8和织物风格仪9，织物三维扫描仪8和织物风格仪9分别通过USB数据线连接计算机系统。

如图2所示，本发明的纺织面料物理特性数码属性模拟系统的测量方法包括以下步骤：

S1、先准备要测试的纺织面料，确认纺织面料的丝缕方向，包括经向、纬向和对角方向；为了测量准确的数值，优选纺织面料的尺寸为200mm×200mm；

S2、利用密度测量仪器1测量纺织面料的厚度、重量和密度参数；

S3、利用测量钢尺2测量出纺织面料的垂直对角线长度参数；

S4、利用弯曲测量仪3测试出纺织面料的弯曲强度参数；

S5、利用拉力器4和拉力控制器）的共同作用测试出纺织面料的拉伸强度参数；

S6、将步骤S1～步骤S4测得的纺织面料物理数据进行记录、计算和保存；

S7、把纺织面料放到三维扫描仪8里，扫描织物的纹理图案，并把纹理图案保存到计算机系统；

S8、利用织物风格仪9测试纺织面料的压缩性、弯曲性、延伸性和稳定性，保存数据；

S9、分别将步骤S5和步骤S6的数据导入计算机系统中的织物仿真模拟软件，进行数据分析、模拟评估等，在织物仿真模拟软件中的3D界面可以看见该纺织面料的各项物理属性的模拟渲染效果，以及模拟走秀效果。

本发明所用的织物仿真模拟软件采用先进的计算机仿真技术，在计算机上真实展现织物的表面立体效果。主要有布料模拟、商标模拟、领带模拟、经编模拟、毛巾模拟等；支持大小提花织物、绒织物的模拟。可自由设置模拟条件，操作简单；可直接对图案上任何一种颜色块单独进行效果模拟；可方便的改变纱线颜色、粗细、种类等纱线特性；可在画笔工具中直接设计表面组织规律；不要求懂得纹织工艺，即可根据想法进行模拟操作。并且速度快捷：单一颜色块模拟即操作即完成；整幅模拟一般也在10秒内即可完成。支持花式纱线，纱线编辑功能可将实际花式纱线录入为纱线模型，也可在纱模上添加段染效果。织物仿真模拟软件支持BMP文件的纱模（单色纱、混色纱、股线、泡泡纱、节节纱、大胆纱和印花纱等）。可方便的进行配色效果管理。可在表经排列表中输入扦经顺序。直接在模拟完的图形进行套印设置，模拟提花印花结合的织物效果。支持毛巾织物、踏踏米、席草等织物模拟。支持打印、保存等模拟效果输出方式还支持模拟起泡效果及压褶效果。可以用模拟效果检查纹版正确性；节省试样原材料损耗；进行快速的试样，配色效果。作为三维仿真模拟设计软件的辅助工具，在摄像扫描完成的bmp位图花型图案上，变换纱线颜色和种类，变换表面组织规律，可以快速模拟布面仿真效果。

本发明的纺织面料物理特性数码属性模拟系统通过改进,优化了计算流程,提高了运算效率,增强CAD设计软件系统的面料模拟效果。同时，比较了布料模拟中的具体性能，并具有较高的模拟仿真效果；模拟棉、麻、牛仔、丝绸、毛衣、皮革等面料特征及真实纹理质感，具有极高的还原度，还可以模拟微风、碰触、转身等物理反馈，真实物理引擎、服装律动、厚度质感模拟特效、飘逸感、厚实感真实展现。且市场上的多数只能做男装的西装，而且用的还是传统的人体数据，而本发明既可以用人体数据，又可以直接用人体模型上设计服装，而且可以用到女装、童装、婚纱等，虚拟与现实的算法是一致的，做出来的服装更合身。

织物仿真模拟软件灵活有效地结合了面料物理特性测量设备和织物扫描系统，借鉴服装和计算机的专业知识，根据虚拟三维服装模型的设计原理和方法，采用虚拟现实技术，使用编程技术，对三维模型进行了交互操作，在计算机上得到参数化的服装织物模型；并转为通用的X3D显示格式和DirectX显示格式；还可以设置出各种织物的多种属性：拉伸/剪切/弯曲刚度、阻尼、密度，厚度等；控制这些参数可以模拟出各种服装材料，使得虚拟服装可与真实服装相媲美，完美再现服装款式与色彩的视觉展示效果。作为辅助设计的服装CAD系统，其设计的指导原则是采取交互式工作方式，为设计师提供灵活而有效的设计工具，可以帮助设计师启发设计灵感，激发创造力和想象力，进行新颖的服装款式设计。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或简单替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。