三維服裝CAD中數(shù)值仿真方法的研究.pdf

1、目前，三維服裝CAD已經(jīng)成為數(shù)值服裝仿真和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)課題，是多種學(xué)科交叉的一門新興的研究領(lǐng)域，它涉及流體力學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)、動(dòng)態(tài)力學(xué)、材料科學(xué)、熱生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、心理物理學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)等多學(xué)科。三維服裝CAD不僅是科學(xué)家的興趣所在，還涉及老百姓衣著根本的問(wèn)題。世界各地都有研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極投資進(jìn)行科學(xué)研究，中國(guó)是一個(gè)服裝生產(chǎn)大國(guó)，本領(lǐng)域的研究發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。本文是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“三維服裝動(dòng)

2、力模型研究”、“移動(dòng)圖形計(jì)算中的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究與應(yīng)用”，和廣東省自然科學(xué)基金“三維CAD設(shè)計(jì)中若干計(jì)算機(jī)幾何應(yīng)用基礎(chǔ)問(wèn)題研究”，廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目攻關(guān)“新一代三維服裝CAD系統(tǒng)”四個(gè)項(xiàng)目下支持下研究完成的。 本文針對(duì)三維服裝CAD中急切需要解決的4個(gè)基本問(wèn)題進(jìn)行研究，包括功能性三維服裝CAD中的數(shù)值人體模型、人體熱濕交換的數(shù)值模擬模型、織物中熱濕傳遞的二維模擬數(shù)值解、三維服裝CAD中熱濕傳遞的三維數(shù)值模擬模型。本文的創(chuàng)造性研究

3、成果主要有： (1)提出了功能性三維服裝CAD仿真模型，討論了構(gòu)造三維著裝人體模型對(duì)計(jì)算過(guò)程的影響及所遇到的技術(shù)難點(diǎn)，并以著裝狀態(tài)下服裝熱濕舒適性分析預(yù)測(cè)為例，通過(guò)模擬”人體—服裝—環(huán)境”之間的動(dòng)態(tài)熱濕交換來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)溫度與濕度的動(dòng)態(tài)分布。 (2)提出了一個(gè)人體與外界環(huán)境的熱濕交換的數(shù)值模擬模型，考慮到人體形狀對(duì)熱濕交換過(guò)程的直接影響，我們用真實(shí)人體掃描得到的三維非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格構(gòu)造了一個(gè)人體幾何模型，來(lái)模擬人體表面與外

4、界環(huán)境空氣流動(dòng)進(jìn)行的熱濕交換，該數(shù)值人體模型更接近于真實(shí)的人。利用Gaagge2-node(熱核score和皮膚skin兩點(diǎn))模型來(lái)描述皮膚表面的每一個(gè)細(xì)胞與外界環(huán)境的熱調(diào)節(jié)過(guò)程，通過(guò)模擬我們得到皮膚和外界環(huán)境的動(dòng)態(tài)的溫度和濕度分布，并應(yīng)用到我們研發(fā)的三維服裝CAD中。 (3)提出了織物動(dòng)態(tài)熱濕傳遞的二維動(dòng)態(tài)模擬模型。首先建立了三維幾何纖維模型，假設(shè)纖維是各向異性的。然后利用毛細(xì)現(xiàn)象以及質(zhì)量、能量守衡定律推導(dǎo)出新的數(shù)學(xué)模型。利用

5、時(shí)間有限差分方法來(lái)求解偏微分方程。模擬結(jié)果表明新方法相當(dāng)精確，且容易實(shí)現(xiàn)。它能描述織物中熱濕傳遞的物理機(jī)制，提供傳遞的詳細(xì)信息。 (4)提出了織物中熱濕傳遞三維動(dòng)態(tài)模擬新模型，利用多元B形式的L和w遞歸曲面創(chuàng)建一個(gè)人體模型，并修改了25點(diǎn)熱濕生理模型。我們結(jié)合這三種模型實(shí)現(xiàn)了智能三維服裝CAD系統(tǒng)，模擬結(jié)果表明模擬系統(tǒng)具有一定的理論基礎(chǔ)，其應(yīng)用范圍比較廣。 總之，本文針對(duì)三維服裝CAD中數(shù)值仿真方法的研究和應(yīng)用方面，尤其