虚拟精纺毛织物的悬垂性能模拟研究

周琦 张辉

摘 要：利用三维虚拟试衣软件模拟虚拟织物的悬垂性能试验，测量虚拟织物的各悬垂性指标。选取并测量具有代表性的41块精纺毛织物的悬垂性能，筛选出这些精纺毛织物悬垂系数和波纹数所在区间相近的试验数据，进行相关分析和回归分析，建立虚拟织物主要属性参数与真实精纺毛织物3个主要悬垂性指标的回归方程，并对方程进行验证，验证结果与预期结果相符。通过回归方程，可以根据真实精纺毛织物的3个悬垂性指标得到在计算机三维环境中虚拟精纺毛织物的主要属性参数值，更加真实地模拟虚拟织物的垂感。

关键词：三维模拟;虚拟织物;精纺毛织物;悬垂指标;回归分析

中图分类号：TS941.19

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2020）02-0029-06

Abstract：3D virtual apparel fitting system was applied to simulate drapability test of virtual fabrics， to test the drapability indexes of virtual fabrics.41 pieces of representative worsted fabrics were sampled for testing the drapability， and the test data of the fabrics within a similar range in terms of draping coefficient and ripple was filtered out for correlation analysis and regression analysis.The regression equation of main attribute parameters of virtual fabrics and the three main drapability indexes of real fabrics was established， and the equation was verified to be in agreement with the expected result.With the regression equation， the main attribute parameters of virtual worsted fabrics in three-dimensional computer environment can be obtained according to the three drapability indexes of real worsted fabrics， to simulate the drapability of virtual fabrics better.

Key words：3D simulation; virtual fabric; worsted wool fabric; drapability index; regression analysis

三维虚拟试衣技术是服装数字化技术发展的产物，已有多家软件供应商推出该类软件。但是通过查阅文献发现，目前针对如何提高虚拟服装的真实感方面的研究并不多[1]。由于织物的悬垂性能[2]是影响服装外观效果的重要因素之一，因此研究虚拟织物的悬垂性能有助于提高虚拟服装的真实感。在计算机三维环境中，主要以粒子网格的方式表现虚拟织物，而且虚拟织物的属性参数并没有单位，虽然个别参数的名称相似，仍然无法直接使用真实织物的属性参数值[3]。因此，研究计算机三维环境下虚拟织物的属性参数与虚拟织物悬垂性能的关系，将有助于更准确地在三维环境下模拟服装。王会威等[4]研究分析了CLO3D里织物悬垂性模拟影响因素，建立基于三维系统的织物属性参数的织物悬垂系数和悬垂波纹数的回归模型，并通过8块织物对回归方程进行验证。云畅等[5]研究虚拟织物属性参数经纬向的差异对其悬垂性能的影响，并初步建立了经纬异性虚拟织物属性参数与其悬垂指标的回归模型。韩新叶等[6]将表征虚拟织物悬垂性能的多个指标简化为2个因子，简化了其评价体系;同时将虚拟织物与真实织物的悬垂性能参数主因子分析结果进行了一致性对比。本研究在之前研究的基础上，更加全面地对三维系统中虚拟织物的各属性参数取值，选取影响服装模拟的主要悬垂性指标，并针对精纺毛织物类型的面料建立回归方程，研究结果希望能够对提高精纺毛织物虚拟服装悬垂效果有帮助，进而提高三维环境下虚拟服装的真实感，为其他三维虚拟服装模拟软件的应用提供参考。

1 实 验

1.1 实验原理

首先利用三维软件创建的虚拟织物悬垂测试仪模型，见图1。虚拟织物为直径24 cm的圆形，夹持盘直径为12 cm。将该模型导入到三维虚拟试衣软件中，调节三维系统中虚拟织物的属性参数，进行虚拟织物的悬垂性试验，见图2。待懸垂形态稳定后，利用张辉博士研发的虚拟织物悬垂性能测试软件Draping Tester求出虚拟织物的各项悬垂性指标。指标包括悬垂系数、波纹数、投影面积、平均波谷夹角、波谷夹角不匀率、平均波峰夹角、波峰夹角不匀率、平均峰宽、峰宽不匀率、平均峰高、峰高不匀率、平均谷高、谷高不匀率、方向不对称度、形状因子[7]。

1.2 实验方法

1.2.1 虚拟织物悬垂性能测试

参考三维虚拟试衣系统中虚拟织物的预设属性参数，通过前期的预试验及查阅相关文献，对影响虚拟织物悬垂性能的属性参数进行分段取值，见表1。如果每个参数所有取值均进行试验，试验量将达55 125次。因此，对除了对虚拟织物悬垂性影响最大的2个参数弯曲和密度以外的其他4个参数进行正交试验设计，共得到49种组合。将这49种组合与弯曲和密度排列组合取值结果再进行排列组合，共得到2 205种取值组合。按照2 205种取值结果，调节三维系统中虚拟织物的属性参数后进行虚拟织物悬垂性模拟试验，待虚拟织物悬垂形态稳定后（10 min左右），测量虚拟织物的各悬垂性指标。

1.2.1 精纺毛织物悬垂性能测试

针对精纺毛织物，选择具有代表性的41块精纺毛织物，用YG811L型织物动态悬垂性风格仪[8]在静态下测量织物，YG811L型织物动态悬垂性风格仪测量的织物静态指标，包括悬垂系数、悬垂度、投影等效圆直径、投影周长、织物两波谷之间面积的平均差率、织物波峰（或波谷）处半径的平均差率、悬垂曲线（或波纹）形态系数、悬垂波数、悬垂曲线（波纹）均匀度、波峰与波谷之间夹角的平均差率、美感系数、活泼率。由于仪器所提供的指标有限，本研究采用张辉博士研发的Draping Image Processing程序，利用YG811L型织物动态悬垂性风格仪产生的图像，补充求得41块精纺毛织物的其他悬垂性指标。

2 结果与讨论

2.1 虚拟织物悬垂指标与其属性参数的相关分析

由41块精纺毛织物悬垂性能指标试验结果得知，悬垂系数集中分布在24～53，波纹数集中分布在4.8～6。由于不同种类的织物悬垂性能存在差异，悬垂系数与波纹数集中分布的范围也不一样，为了准确地模拟精纺毛织物的悬垂性通式，从最初的2 205组虚拟织物实验数据中筛选出符合精纺毛织物悬垂系数和波纹数的实验组，共198组。利用这198组数据对虚拟织物悬垂性指标与其属性参数进行相关分析，分析结果见表2。

从表2数据可知，悬垂系数、波纹数、平均波谷夹角、平均峰高、平均谷高5个指标与虚拟织物属性参数中的弹力、剪切刚度、弯曲、曲率、弯曲刚度、密度存在相关性，显著性均小于0.05，且除了平均峰高与弯曲中度相关，其他指标均与弯曲高度相关，各悬垂性指标与弹力、剪切刚度、密度弱相关或非常弱相关，与曲率、弯曲刚度非常弱相关。由此可推断，在三维模拟软件中，弯曲是影响虚拟织物悬垂性能的重要参数。

2.2 建立虚拟织物属性参数与悬垂性指标的回归方程

分别以悬垂系数、波纹数、形状因子、平均波峰夹角、平均波谷夹角、平均峰高、平均谷高、平均峰宽为因变量，以弹力、剪切刚度、弯曲、曲率、弯曲刚度、密度为自变量进行线性回归分析[9]，回归方程见式（1）—式（8），线性回归方程修正R2见表3。由于本研究主要针对经纬相近虚拟织物的悬垂模拟实验，虚拟织物经纬参数数值相同，所以得到的悬垂形态非常接近对称，从而虚拟织物所建立的悬垂参数线性方程不考虑波峰夹角不匀率等悬垂参数。

2.3 织物悬垂系数验证试验

应用三维服装虚拟软件模拟服装时，这些悬垂性参数指标中，悬垂系数、波纹数以及平均峰高是评价服装的悬垂性主要指标。将41块精纺毛织物的悬垂系数、波纹数和平均峰高数值带入到线性方程组（式（10）—式（12））中，求得41块精纺毛织物在三维服装虚拟软件中对应的各属性参数值见表4。并将相应值输入到服装三维虚拟软件中，对每块织物（组数据）进行6次悬垂性模拟实验，求取平均值和标准差，得出虚拟织物的3项主要悬垂性描述指标，并与真实织物的相应悬垂性指标测量结果对比，见表5。

配对样本t检验是用来检验两个相关样本总体的均值是否存在显著差异性的常用方法。利用SPSS对41块虚拟精纺毛织物的悬垂系数、波纹数及平均峰高与41块精纺毛织物的对应悬垂性指标进行均值比较。经t检验，除5、7、8、15、16、29、33号织物外，大多数虚拟织物的悬垂系数与真实精纺毛织物的悬垂系数均无显著性差异（P<0.05）;除3、12、21、33、34及38号外，大多数虚拟织物的波纹数与真实精纺毛织物的波纹数均无显著性差异（P<0.05）。除5、10及35号外，大多数虚拟织物的平均峰高与真实精纺毛织物的平均峰高无显著性差异（P<0.05）。

由真实精纺毛织物与虚拟精纺毛织物的主要悬垂性指标的t检验结果可以看出，本研究对精纺毛织物的主要悬垂性指标模拟效果比较好，仅有7块织物的悬垂系数有显著差异，6块织物波纹数存在显著差异，3块织物平均峰高存在显著差异，大多数织物的3个悬垂性指标模拟无显著差异。多数产生显著差异的数据出现在弹力、剪切刚度、密度这3个虚拟织物的属性参数值在取值范围两端的情况下（5或95）。由于计算机是以粒子网格方式来模拟织物，必然会与真实验织物有一定的差异。同时粒子间距也是影响模拟效果的重要素因。粒子间距越小，模拟越精细，但模拟速度越慢。本研究采用的粒子间距为5 mm。当粒子间距小于5 mm时，模拟速度会非常缓慢，试验时间会成指数倍增加。

事实上，真实织物测量时悬垂系数也存在差异较大的情况，有时可高达10%。而且，在对服装进行三维模拟时，客观评价指标如悬垂系数和平均峰高的较小差异无法用肉眼看出对服装所产生的细微差异，因此，对服装进行三维模拟时悬垂性指标允许在一定范围波动。本研究通过悬垂系数、波纹数及平均峰高3个参数，利用回归方程求解计算机三维环境下的虚拟织物物理指标的方法，可以比较好地在三维服装CAD软件中模拟大多数精纺毛织物的悬垂形态，进而为在计算机三维环境下更准确地模拟精纺毛织物的服装形态提供帮助。

3 结 论

通过在三维服装CAD软件中建立虚拟织物，并调节虚拟织物在软件中6个属性参数，进行虚拟织物的垂悬性试验。对虚拟织物的属性参数与虚拟织物的悬垂系数、波纹数、形状因子、平均波峰夹角、平均波谷夹角、平均峰高、平均谷高、平均峰宽这8 个织物悬垂性指标进行线性回归分析，并得到虚拟织物属性参数弹力、剪切刚度、弯曲、密度间的回归方程。最终推导出虚拟织物的悬垂性描述指标与虚拟织物属性参数弹力、剪切刚度、弯曲、密度的线性关系，得到3个线性回归方程。针对精纺毛织物，将真实精纺毛织物的悬垂指标与虚拟精纺毛织物对应的悬垂性指标进行对比检验，虚拟精纺毛织物的悬垂性能模拟结果基本符合预期，可以为在计算机三维环境中比较真实地模拟精纺毛织物的服装提供有价值参考。

本研究中的虚拟织物粒子间距设置为5 mm，更小的粒子间距是否能够进一步提高虚拟织物垂悬性能的模拟效果，还需要在计算机运算速度有较大提升后，再进一步研究与验证。

参考文献：

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[4]王会威，张辉，郭瑞良.基于三维服装CAD系统的织物悬垂性模拟研究[J].北京服装学院学报，2015，35（3）：26-32.

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[6]韩新叶，张辉.基于CLO3D的虚拟织物悬垂性能评价主因子分析[J].纺织科技进展，2017（2）：32-34.

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