基于CLO3D的織物懸垂性模擬影響因素分析

王會(huì)威，張 輝

（北京服裝學(xué)院，北京 100029）

織物懸垂性對(duì)服裝外形美觀有一定程度的影響。目前對(duì)其進(jìn)行的研究大多集中在材料的力學(xué)性能與懸垂性的關(guān)系上，并利用織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)及力學(xué)性能等指標(biāo)建立模型，利用3D圖形接口OpenGL在計(jì)算機(jī)中模擬顯示織物的懸垂形態(tài)［1-6］。隨著三維技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)與展示領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視，如何提高服裝在三維環(huán)境下模擬真實(shí)感就變得十分必要。在三維環(huán)境中，材質(zhì)參數(shù)、光照參數(shù)及材料懸垂感的準(zhǔn)確模擬直接影響著服裝的真實(shí)感；對(duì)柔性材料的模擬往往是以質(zhì)點(diǎn)、網(wǎng)格模型的方式進(jìn)行，所需設(shè)置的參數(shù)與真實(shí)織物的力學(xué)參數(shù)有很大區(qū)別。因此研究三維環(huán)境下面料的屬性參數(shù)與懸垂性能的關(guān)系，對(duì)于比較準(zhǔn)確地模擬三維虛擬服裝有很大幫助，但在這方面的研究報(bào)道還比較少。本文旨在探究三維環(huán)境下的各項(xiàng)屬性參數(shù)與懸垂系數(shù)的關(guān)系，希望為利用三維軟件模擬織物懸垂效果及更逼真地模擬服裝的懸垂形態(tài)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 選擇模擬影響因素

本研究在三維軟件CLO3D中進(jìn)行。由于CLO3D中包含多個(gè)用于設(shè)置織物特性的屬性參數(shù)，通過前期摸索，選取了與模擬織物懸垂形態(tài)有關(guān)的8個(gè)屬性參數(shù)：Stretch-weft（緯紗彈力），Stretch-warp（經(jīng)紗彈力），Shear（剪切），Bending-weft（緯向彎曲），Bendingwarp（經(jīng)向彎曲），Buckling ratio（曲 率），Buckling stiffness（彎曲剛度），Density（密度）。需要注意的是，雖然在三維系統(tǒng)中的屬性參數(shù)與真實(shí)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及力學(xué)性能的名稱有些相似，但這些指標(biāo)并不能與實(shí)際織物的參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，其數(shù)值范圍為0～99，且沒有單位，無(wú)法直接應(yīng)用面料的測(cè)量數(shù)據(jù)。

經(jīng)過前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的織物屬性參數(shù)值在過大或過小時(shí)，模擬織物將呈現(xiàn)出異于真實(shí)織物的懸垂形態(tài)。因此參考系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)織物的屬性參數(shù)取值范圍經(jīng)多次嘗試、分析，對(duì)8個(gè)參數(shù)較合理的間隔取值見表1。由于選取的參數(shù)個(gè)數(shù)較多，為了研究懸垂系數(shù)的主要影響因素，本文先不考慮模擬織物自身經(jīng)、緯向上力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)參數(shù)的異向性，統(tǒng)一經(jīng)緯向上的參數(shù)值，即令Stretch-weft與Stretch-warp、Bending-weft與Bending-warp的取值相同。最后對(duì)取值結(jié)果進(jìn)行排列組合，最終得到972個(gè)屬性參數(shù)組合。

表1 織物屬性參數(shù)的取值

1.2 建立回歸模型

利用Rhino軟件創(chuàng)建的懸垂儀模型見圖1，根據(jù)織物懸垂性測(cè)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將模擬織物圓直徑設(shè)定為24cm，夾持盤直徑設(shè)定為12cm。將懸垂儀模型導(dǎo)入CLO3D系統(tǒng)中，按照表1中的各屬性參數(shù)值進(jìn)行排列組合，依次在各個(gè)屬性參數(shù)組合下進(jìn)行織物懸垂模擬實(shí)驗(yàn)；待模擬織物懸垂形態(tài)穩(wěn)定后，利用北京服裝學(xué)院張輝博士研發(fā)的模擬織物懸垂系數(shù)測(cè)量軟件求解模擬織物的懸垂系數(shù)，最終得到972組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。織物懸垂模擬效果示意圖見圖2，利用SPSS軟件分析出對(duì)模擬織物懸垂系數(shù)影響較大的CLO3D屬性參數(shù)，并求出懸垂系數(shù)的回歸模型。

圖1 懸垂儀模型

圖2 織物懸垂形態(tài)模擬效果圖

1.3 測(cè)試方法

紡織品懸垂性測(cè)定根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 23329-2009進(jìn)行，懸垂系數(shù)越小，織物的懸垂性越好。懸垂系數(shù)計(jì)算方法如下：

式中D——為懸垂系數(shù)（%）；As——試樣懸垂后的投影面積（cm2）；A0——未懸垂試樣的初始面積（cm2）；Ad——夾持盤面積（cm2）。

2 結(jié)果與討論

2.1 模擬織物懸垂系數(shù)與屬性參數(shù)的相關(guān)性

為了分析影響模擬織物懸垂系數(shù)的主要因素，首先利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析。相關(guān)系數(shù)是描述兩者間線性關(guān)系強(qiáng)弱程度和方向的統(tǒng)計(jì)量，取值在1和-1之間，絕對(duì)值越大說明兩者關(guān)系越密切。懸垂系數(shù)與6個(gè)屬性參數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果見表2。

表2 懸垂系數(shù)與6個(gè)屬性參數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果

從表2可知，懸垂系數(shù)與Stretch、Shear、Bending和Density 4個(gè)屬性參數(shù)存在線性關(guān)系，并且相關(guān)系數(shù)為0的假設(shè)檢驗(yàn)成立的概率均小于0.001。模擬織物的懸垂系數(shù)與Stretch、Shear為弱相關(guān)，與Density呈中度相關(guān)，與Bending為高度相關(guān)。模擬織物的懸垂系數(shù)與Buckling Ratio、Buckling Stiffness兩個(gè)變量不相關(guān)。

2.2 模擬織物懸垂系數(shù)的回歸方程

多元回歸分析是根據(jù)多個(gè)自變量的最優(yōu)組合建立回歸方程來預(yù)測(cè)因變量的分析方法。將模擬織物的懸垂系數(shù)作為因變量，以Bending為X1、Density為X2、Shear為X3、Stretch為X4作為自變量，建立線性回歸模型。回歸分析結(jié)果見表3。

表3 回歸分析結(jié)果

由表3可知，常量及4個(gè)面料屬性參數(shù)的偏回歸系數(shù)為0的假設(shè)檢驗(yàn)的顯著性水平值均小于0.001，得到多元線性回歸方程為：

回歸方程（2）中各自變量之間沒有出現(xiàn)共線性問題，回歸方程的修正R2值為0.944，大于0.8，表明擬合程度好；自變量Bending及Density對(duì)懸垂系數(shù)的影響較大。

2.3 主要參數(shù)對(duì)模擬織物懸垂系數(shù)的影響

在模擬織物懸垂系數(shù)的回歸方程（2）中，最重要的兩個(gè)自變量分別為Bending和Density，為研究?jī)烧邔?duì)懸垂系數(shù)的共同影響，在一定范圍內(nèi)改變Bending和Density兩者的數(shù)值，觀察并記錄懸垂系數(shù)的變化。其他屬性參數(shù)取中間值，即Stretch取值35、Shear取值30、Buckling ratio和Buckling stiffness均取值45。此時(shí)，懸垂系數(shù)與這兩個(gè)主要屬性參數(shù)的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 Bending和Density共同作用下的懸垂系數(shù)曲線圖

由圖3可看出，Bending和Density對(duì)仿真織物懸垂系數(shù)的影響顯現(xiàn)出一定的規(guī)律性：不考慮Density的影響，Bending越大，懸垂系數(shù)越大；不考慮Bending的影響，Density越大，懸垂系數(shù)越小。Bending值處于25～35之間時(shí)，隨著Density的增大，懸垂系數(shù)的增大趨勢(shì)逐漸減小；Bending值處于35～45之間時(shí)，隨著Density的增大，懸垂系數(shù)的增大趨勢(shì)趨于走平。

3 結(jié)語(yǔ)

在計(jì)算機(jī)三維系統(tǒng)中，利用三維軟件CLO3D建立的基于模擬織物屬性參數(shù)的懸垂系數(shù)回歸方程，Bending和Density兩個(gè)面料屬性參數(shù)對(duì)模擬織物的懸垂系數(shù)影響最大；且模擬織物的懸垂系數(shù)隨著Bending的增大而增大，隨著Density的增大而減小。

本文模擬對(duì)象為經(jīng)、緯同性材料，其研究結(jié)果適用于經(jīng)、緯向性能比較相近的織物，如針織物、毛皮、經(jīng)、緯紗支密度相近的機(jī)織物。對(duì)于經(jīng)、緯差異較大的織物模擬，以及在此研究基礎(chǔ)上對(duì)虛擬服裝的三維模擬將在后續(xù)研究中進(jìn)行。

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