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三维羊毛衫衣片花型设计系统研制 　　本文介绍了一个羊毛衫的衣片花型设计系统，借助于该系统，可快速设计出复杂的花型，并实时浏览三维羊毛衫衣片花型的逼真效果。 　　This paper described a design system of sweater pattern which can help designer to design various complex patterns and view real-time effects of 3D pattern of sweater. 　　 　　随着人们审美需求的不断提高，羊毛衫花型设计在整个羊毛衫产业中的作用日显突出。计算机图形、图像处理技术的发展，使得羊毛衫在织造之前即可查看其花型设计效果。如李晴、胡洛燕等人提出了多种高效绘制意匠图进行花型设计的方法；汪秀琛则通过建立二维线圈模型把意匠图图案转化为线圈模型图案，使花型显示的真实性有了明显改善；E#12539;Grolle从三维空间模型出发，研究了针织物的拓扑结构和纱线的细观特征，根据针织物组织的结构规律性，提出了一种针织物仿真的有效渲染方法；A#12539;Kurbak在3 DSMAX平台上建立了双反面组织的线圈模型；A#12539;A#12539;A#12539;Jeddi利用超声驰豫法，在考虑纱线膨胀变形的前提下，建立了罗纹组织的二维和三维线圈模型；K#12539;F#12539;Choi在几何线圈模型的基础上，建立了平针组织的力学模型；F#12539;Durup#305;nara利用质点弹簧模型逼真模拟了针织物衣片或成衣的物理特性和穿着效果，但模拟数据量庞大，对计算机硬件要求极高，在一般羊毛衫生产企业难以推广。 　　综观已有的研究成果，羊毛衫花型设计软件主要集中在二维花型图案的模拟显示和织物组织三维线圈模型的建立上，而基于三维线圈模型的羊毛衫衣片花型模拟研究则较少，其研究成果又因仿真的实时性问题难以投入实际生产中应用。 　　针对上述问题，本文拟开发出适宜在一般企业推广普及的三维羊毛衫衣片花型设计系统。该系统不仅能实现意匠图图案设计和二维花型的模拟显示，且能实现不同花型不同组织三维衣片的仿真模拟，使得设计人员在试织前即可了解衣片花型的感官效果，直观讨论所存在的问题，并即时修改，这样可有效缩短花型设计周期，提高设计效率。 　　1 二维花型设计模块 　　1.1 意匠图图案交互设计 　　1.1.1 意匠图方格的填充 　　系统的二维花型设计可通过对意匠图方格填充或对导入图片进行网格划分的方法实现。 　　设计花型时可对意匠图方格进行填充，在系统设计界面（图 1）中，每个方格代表一个线圈。系统默认的意匠图方格宽和高为 60 个像素单位，设计图案的宽和高为 300 个像素，用户也可以根据自己的需求交互输入参数，设定要绘制图案的宽和高以及意匠图方格的尺寸。 　　图 1 所示为交互设计“十”字花型意匠图，其主要步骤为先选择好要填充的纱线颜色，然后填充方格。用户可通过设定R（Red）、G（Green）、B（Blue）三原色色彩数值来确定花型颜色和背景色。意匠方格填充时有 3 种方式可供选择：一是鼠标单击方格逐个填充；二是对鼠标走过的轨迹进行快速填充；三是矩形区域填充，一次可以填充多个方格。任意选择其中一种方式，用户均可方便地设计出自己所要的图案。 　　1.1.2 线圈模型生成 　　虽然传统的意匠方格表示的羊毛衫花型也能在一定程度上满足生产需求，但由于实际的羊毛衫由一个个线圈编织而成，用意匠方格表示羊毛衫花型图案真实感不太理想。为了较好地模拟羊毛衫花型设计效果，系统可采用线圈模型对设计好的图案进行模拟显示。二维线圈模型如图 2（a）所示，W、H分别表示意匠方格的宽和高。为了提高模拟效果的实时性，采用了简化的线圈模型，线圈的针编弧和沉降弧都用圆弧表示，针编弧与沉降弧之间用相切直线连接， r是针编弧和沉降弧的半径。单元方格内纱线的轨迹可用如下数学方法描述： 　　意匠图方格的中心对应每个线圈模型的中心。在程序实现时，通过获取每个意匠方格的中心坐标和颜色，即可生成基于二维线圈模型的花型图案（图 3）。此时，羊毛衫花型显示效果比用意匠方格表示时有了明显改善。 　　1.2 由导入图像生成二维花型 　　对于复杂的羊毛衫花型，如果仍由用户交互填充意匠图方格来绘制图案，不仅效率低下，而且还很容易导致花型失真。为此，系统提供了从外部导入花型图片（bmp、jpg等格式）直接转化为线圈模型图案的功能。其方法是先将导入的图片进行网格划分，网格的宽、高可根据经验进行设置，如图 4（a）所示；然后提取每个网格的中心坐标和颜色，生成相应的二维线圈模型图案。图 4（b）是通过外部导入如图 4（a）所示的树叶图片转化成用线圈模型组成的图