织物仿真CAD在纱线模拟技术方面的新进展

2015-12-18李丽丽中国纺织科学研究院

纺织科学研究 2015年8期

李丽丽(中国纺织科学研究院)

1 引言

织物仿真从纱线仿真开始，纱线模拟设计的好坏直接影响织物外观的模拟效果。在早期的织物仿真CAD系统中，由于纱线设计模块的功能单一，普通的织物模拟没有考虑到纱线本身的性质，一根单颜色的纱线仅用一块单颜色的色块来表示，导致最后模拟出来的织物效果没有立体感，严重失真。尤其是模拟单色织物，出来的效果就是一整块颜色块，没有任何织物效果。另外设计复杂的花式纱线操作很复杂，需要设计师用鼠标一个点一个点地去设计，很不方便，设计效率很低。

2 纱线模拟系统框架设计

纱线种类繁多，每根纱线表面信息也很丰富，我们要在电脑屏幕上模拟出其效果，只能选择其主要特征对它进行大致的模拟。纱线的主要特征有颜色、类型、捻度、捻向、粗细、体积重量、毛羽等。我们可以根据这些参数设计出纱线模拟的框架，设计师只要在系统中输入这些参数，便可自动模拟出对应的纱线。

2.1 纱线的细度

不同种类的纱线，因为其体积密度和特数、公支数、旦数不同而不同，其公式如下：

2.2 纱线的捻度

织物纱线捻向和捻回角示意图如图1所示。

图1 纱线捻向和捻回角

2.3 纱线的毛羽

纱线毛羽由毛羽长度、毛羽量及毛羽产生位置来决定。毛羽长度、毛羽量设计师根据实际需要可以定量来设置，毛羽产生位置系统自动设置为随机，这样生成的纱线效果也更加逼真。

2.4 纱线类型

此系统中纱线类型分为单股纱、合股纱、混色纱、段染纱、竹节纱及其他六种。前面五种是自动生成的，也可以在自动生成的基础上再点击其他，选择高级选项后自己再编辑更复杂的纱线，如圈圈纱、大肚子纱、毛圈纱、雪尼尔纱等。

2.5 纱线颜色

除了单股纱的颜色是一种颜色外，其他类型纱线的颜色数可以随便添加。每种颜色也可以在颜色调整框中选择，不仅颜色非常丰富，操作也很方便、快捷。

最后根据这些参数设计的纱线模拟系统的界面如图2所示。

图2 纱线模拟系统界面

图3 纱线颜色模型

3 纱线模拟光照模型

在早期的纱线设计系统中没有考虑到纱线的光照，一根单色纱直接用一个色块表示，没有考虑纱线本身的明暗特性，立体感很差。

当光线照射到物体表面时，会出现以下三种情形：

（1）光照射到物体表面后向空间反射，产生反射光；

（2）如果是透明体，光则穿透该物体从另一端射出，产生透射光；

（3）部分光将被物体表面吸收而转换成热。

在这三部分光中，仅反射光和透射光能产生视觉效果。反射光和透射光强弱决定物体表面的明暗程度。

对于简单光照模型，物体不透明的话，则物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。在一般情况下，将反射光看成三个分量的组合，即环境反射、漫反射和镜面反射。

图7为气流出口与垂直方向成30°雾滴运动轨迹。当气流出口方向与对自然风相逆时，在其出风口产生水平向前的气流速度，可减小雾滴向喷头下风向飘移的速度，从而增大了雾滴沉积的可能性，减小雾滴飘移量，产生的下风区域较大，涡流速度较小，进一步减少了雾滴的飘移潜能和向上卷吸潜能，从而有助于降低雾滴的飘移量。随着气流出口与垂直方向夹角的增大，辅助气流对自然风流场的影响范围迁移出雾滴运动范围之外，从而使得辅助气流减少飘移的效果降低。

漫反射光可以认为是在位置光源的照射下，光被物体表面吸收后，重新反射出来的光。漫反射光是从一点照射，向多个方向反射，均匀地散布在各个方向。

郎伯（Lambert）余弦定律总结了位置光源所发出的光线照射在一个完全漫反射物体上的反射法则。根据郎伯定律，物体漫反射出来的光强同入射光与物体表面法线之间夹角的余弦成正比。即：