三維電子襪樣生成技術與軟件開發研究

摘要

針對襪企目前打樣周期長、與襪品賣家溝通時間長等問題，探索對三維電子襪樣的 仿真模擬技術及相關軟件開發。本人以Pierce模型為基礎，對緯編針織物單位線圈進行 建模，再對其組織結構進行分析研究，在Visual Studio環境下，使用VC++語言，借助 3dsmax工具實現了三維電子襪樣的模擬。模擬結果很好地表現了緯編針織組織在空間中 的串套關系，同時直觀展示了襪品的三維編織效果。主要完成了以下工作：

（1） 根據緯編織物成型機理和組織結構對襪品進行分析，提出三維電子襪樣概念以 及對其生成技術的規劃。

（2） 單位線圈的建立。通過對緯編針織物組織結構的分析，提取出單位線圈。對單 位線圈進行分析，確定其關鍵點，以及線圈路徑，建立線圈實體模型。

（3） 通過分析研究襪品針織組織結構，找出不同組織結構線圈串套規律，從而拼接 形成織物組織結構。

（4） 三維電子襪樣仿真模擬軟件開發。借助Visual Studio2015平臺和3D Studio Max 插件工具，完成了仿真系統的開發。該系統包括襪子設計模塊、數據庫模塊、展示模塊、 以及主界面設計。

（5） 通過實例運行操作檢驗軟件的可操作性。

通過最終實驗驗證，本文提出的三維電子襪樣生成軟件能夠有效解決襪企目前打樣 寄送耗時長的問題，對襪品的三維仿真模擬是切實可行的。

關鍵詞：工業設計；緯編針織物；三維仿真；軟件開發

 

1緒論 1

1.1研究背景與意義 1

1.2國內外研究現狀 2

1.1緯編成型技術 2

2. 2緯編針織物組織結構 3

1.2.3緯編針織物幾何模型 3

1.2.4緯編CAD研究現狀 5

[1]2. 5織物毛絨感的模擬 6

1.3研究內容及論文組織結構 7

1.3.1研究內容 7

3. 2組織結構 7

2襪樣模擬仿真技術及系統規劃 11

1襪樣模擬仿真技術 11

2.1. 1襪品成形機理 11

[2]1. 2襪品針織組織結構分析 12

1. 3 三維電子襪樣概述 13

2.1.4電子襪樣生成技術及步驟 14

2.2仿真系統規劃 15

2. 1仿真系統目標 15

2. 2系統架構設計 16

3本章總結 16

3緯編針織組織結構仿真 19

1單位線圈幾何模型 19

1. 1單位線圈幾何模型 19

3.1.2線圈相關數值計算 21

2線圈實體的生成 22

3.3不同組織結構單位線圈表示 22

3. 1緯平針組織 22

[3]3. 2雙反面組織 23

3.3. 3羅紋組織 24

4本章總結 24

電子襪樣模擬仿真實現 27

4.1襪樣織法素材的建模 27

i

4.2三維襪樣的生成 28

[4]3渲染效果 30

4本章總結 30

電子襪樣仿真軟件系統 31

[5]1系統開發 31

5.1. 1 系統開發環境 31

1. 2系統界面的設計 31

5.2仿真模塊的實現 33

5. 3展示模塊的實現 33

5.4本章總結 37

6總結與展望 39

6.1全文總結 39

2不足與展望 39

致謝 41

參考文獻 43

攻讀學位期間主要研究成果 47

1緒論

1.1硏究背景與意義

襪子是我們日常必不可少的服飾用品之一，它雖然出鏡率不高，卻是有著保暖護腳 和裝飾搭配雙重屬性的一個服飾單品。襪品行業經過多年的發展，在我國已經有了相當 大的規模。全球最大的襪子生產基地就是在中國的一個小鎮——浙江省諸暨市大唐鎮， 在這里一直有著“大唐襪機響，天下一雙襪”的說法［1］。大唐鎮的發展可以說是襪品行業 興衰變化的一個縮影，40年前，大唐鎮的人們“以襪起家”，那時候幾乎家家戶戶都開始 生產襪子，這里的年輕人可以說是聽著襪機的轟鳴聲長大的。最開始，大家也只是“提籃 叫賣”，拎著自家生產的襪子沿街販賣。后來家庭作坊開始興起，再后來這些家庭作坊演 變成了許多大大小小的襪企，大唐鎮的襪業就這樣一步步地發展并形成規模。2004年， 這個小鎮迎來了它的襪業發展“鼎盛期”。這一年，大唐鎮的襪子年產量達到了 90億雙， 并以這個成績取代了美國襪子名鎮佩恩堡，摘得了“國際襪都”的桂冠［2］。但是，這種良好 的發展態勢，大唐鎮并未能一直保持下去，在“鼎盛期”之后，大唐鎮的襪業發展經歷了“萎 縮期”，如今又迎來了它的“瓶頸期”。大唐襪業的發展走的一直是傳統產業發展道路，再 加上很多襪企是由家庭手工作坊演變而來，過去幾十年，襪品產量得到提高，但是并未 提高核心競爭力。行業目前形成了產量“低小散”的產業格局，這一模式使得大唐襪業難 以壯大，同時，低廉勞動力、低端產品、低價競爭的“三低”傳統路徑也在嚴重制約著襪 業的發展DI。與此同時，勞動力緊缺、生產技術不足等問題日益突出。襪企急需轉型升 級，生產模式智能化，生產格局先進化成為襪企生存發展的必然趨勢。

目前，大唐鎮的襪企多是OEM模式的生產盈利形式。OEM是Original Equipment Manufacture的縮寫，意思是“原始設備制造商”，俗稱代工生產［4］。改革開放初期，大量 跨國公司在我國投資，吸引這些跨國公司在華投資的因素有勞動力紅利、自然資源廉價、 招商政策優厚，經濟環境活躍，而這些因素也促成了 OEM企業的發展。這些企業短時 間是獲得了不菲的利潤，但其實，他們拿到的只是價值鏈低價值增值部分，高價值增值 部分則始終掌握在跨國企業手中。近年來，全球經濟低迷，我國勞動力紅利開始大幅下 降，原材料價格不斷上漲，環境成本也逐漸變得高昂，這些變化使得跨國公司轉而將目 光放在生產成本更低的國家和地區，這些地區開始成為他們新的制造基地。這樣一來， 很多OEM企業開始丟失掉大量訂單，整個代工行業都遭受了致命打擊。要想繼續生存 下去，這些襪企必須開始轉型升級，尋求新的生存發展機會I5】。

危機帶來改變，在襪品代工生產低迷的當下，浙江永新集團積極響應政府政策，在 推動自身企業發展的同時，也推動了大唐襪業的轉型升級，而“三維電子襪樣生成技術與 軟件開發研究”這一課題也是永新集團打造“智匯園區”的其中一環。大唐襪業目前的盈利

主要通過電商渠道，電商將所需襪品實物寄送到生產企業手中，生產方會有一些有經驗 的師傅繪制襪品的BMP圖片，之后進行打樣，將樣品郵寄給電商，再得到相應的反饋。 這一過程耗時較長，也不能及時得到反饋對襪品打樣進行調整。而本課題的研究，是通 過實物反求電子模型，三維電子襪樣的生成可以讓買家更快更方便地看到襪樣，節省了 來回寄送的時間成本，縮短了打樣時間，提高了生產效率。同時，這一課題研究對其他 緯編織物的三維仿真以及生成軟件開發具有參考和借鑒意義。

1.2國內外研究現狀

本課題的研究涉及到緯編織物的成形技術與組織結構、三維幾何模型的建立、相關 CAD軟件開發等領域。

1.2. 1緯編成型技術

襪子屬于緯編針織物，緯編成形技術的成形方式可以分為3類，分別為：增加或減 少參與編織的針數，改變織物結構或不同組織結構組合，改變線圈長度。其中，襪機采 用的是改變線圈長度的方式。

鉤針是完成襪子編織工作的主要工具，鉤針的結構示意圖如圖1-1所示［6］。襪機工 作時，鉤針先是被被抬高到一定的高度，這樣她就可以勾住紗線，之后它在向下運動， 使得紗線可以脫離鉤針。通過鉤針上下的往復運動，紗線就會形成一個套一個的線圈， 從而編織成襪子［7］,如圖1-2所示。因此，電子襪樣的仿真需要以線圈為最小單元，將 線圈當作一個像素點進行拼接，從而得到一個完整的襪樣。

 

 

圖1-1鉤針 來源：引用文獻［6］

Fig.1-1 Crochet

2

 

 

圖1-2線圈來源：引用文獻[7]

Fig.1-2 Coil structure

 

1.2.2緯編針織物組織結構

緯編針織物的組織結構按照不同的區分標準有著多種種類。根據線圈脫圈時的不同 方向，可以分成正面線圈和反面線圈。根據正反面線圈在針織物表面的不同分布，又可 以分成單面針織物和雙面針織物。而根據正反面線圈在針織物中所占的比例，緯編基本 組織也可以分成緯平針組織、羅紋組織、雙反面組織和雙羅紋組織這四種［8］。緯平針組 織由連續的線圈單元相互串套而成，其正面外觀主要是線圈的圈柱，反面主要是線圈的 圈??；羅紋組織是由一定比例分配正面線圈縱行和反面線圈縱行織造而成；雙羅紋組織 是將兩個羅紋組織相互交叉復合而成；雙反面組織與雙羅紋組織相對應，是由正面線圈 橫列和反面線圈橫列相互交替織造而成，這些基本組織如圖1-3所示。

其中，緯平針組織是單面緯編針織物的基本組織，其織成物輕薄，用紗量少，因而 廣泛應用于襪筒等筒狀針織物的生產中DI。

 

圖1-3常用緯編織物組織結構來源：引用文獻［8］

Fig.1-3 Common weft fabric tissue structure

 

1.2.3緯編針織物幾何模型

在對緯編織物進行仿真時，必須建立織物的幾何模型。緯編針織物幾何模型最初只 是二維平面的幾何模型，經過多年發展，現如今已經有了三維立體模型，建模手段和方 法也更加多樣化。緯編織物的幾何模型通常是由線圈單元陣列得到，最早研究出的緯編 針織物紗線模型是Pierce線圈模型，該模型以直線段模擬圈柱連接半圓形的圈弧作為線 圈的幾何模型［i°］,如圖1-4所示。Pierce線圈模型，忽略了織物厚度，同時對紗線軌跡 也做了簡單處理，是一種理想化的二維模型。雖然Pierce模型存在著不可忽略的缺點， 但它為后續緯編織物的幾何建模奠定了基礎。

 

緯編織物幾何模型的建立，國外研究者起步比較早，他們做了大量的研究。很早以 前，研究人員就為平紋針織物創建了許多幾何模型，例如Chamberlain ［11］， Peirce ［12］， Leaf and Glaskin ［13］，Leaf［14］，Munden ［15］，Postle［16］，Demiroz ［17 ］和 Kurbak［18, 19］o 其中， Kurbak模型是將線圈作為一個單元，將該單元中的紗線根據形態不同分為8段，模擬了 各類緯編組織的立體效果［2°］。Dokuz Eylul大學在Kurbak平紋針織模型的基礎上開啟了 一個研究項目，該形目通過修改Kurbak的平紋針織物線圈模型，給出了可壓縮紗線平紋 針織物的螺旋型模型。該項目所提出的模型不僅適用于經典紡織品的螺旋性，而且還適 用于對小直徑管狀工業紡織品的建模I21-25】。

我國對于緯編針織物線圈模型和組織結構的研究起步較晚，而最近十年是此項研究 的活躍時期。國內針對線圈模型的研究有兩種模式:分段函數法和樣條曲線法。其中，東 華大學劉夙、龍海如等人的研究是分段函數法中比較典型的。在Peirce線圈模型的理論 基礎上，根據紡織品紗線的空間和幾何結構的不同特點，對紡織品紗線的各個部分用正弦 函數進行表示，模擬出紡織品的彎曲效果［26］。武漢紡織大學的陳明珍、五邑大學孫鋒等人 通過從生產實際中取樣，使用分段多項式的方法建立了棉針織物平針線圈的平面幾何模 型［27］。東華大學的汪育桑,馮勛偉等人通過對一個構成經緯編制的提花針織物三維基本線 圈單位組成圈（平針）、集圈和浮線的三維基本形狀進行了幾何結構的分析,采用圓切直線 方法，建立了一個形成全線圈、集點和浮線的三維基本形狀的幾何學模型［28］。中原電子工 學院趙華菲,劉哲等研究者首先設計構建了基于Peirce的分段線圈幾何計算模型,采用控 制關鍵點的方法，對線圈整體進行進行描述以及分段用數學公式來描述。他們用這個辦 法模擬出了羊毛衫線圈組織結構的三維模型，采用VB6.0編程對該算法進行驗證，確定 了該算法的有效性，并對其效果進行了分析I29】。

樣條曲線是一段光滑曲線，曲線上有著多個控制節點，改變節點就可以改變曲線形 狀和走勢。Bezier曲線、三次插值曲線、非均勻有理B樣條（Nurbs）曲線都屬于樣 條曲線的一種，國內外研究人員在對針織物進行三維模擬時，也曾多次利用這些曲線對 針織物組織結構進行模擬，均取得了不錯的模擬效果。浙江理工大學在這一方面的研究 較多，也取得了一些成果。張克和、方圓等人通過運用有限元法對緯編針織物進行了系 統的分析，同時進行了三維建模，得到了緯編組織密度極限值的計算方法，并最終模擬 出了三種緯編織物組織結構（平針組織、羅紋組織、雙反面組織）的三維模型I30】。蒙冉 菊等人對緯編針織物組織結構相關參數和線圈排列變化關系進行了一系列的分析，在此 研究基礎上，他們運用Nurbs樣條曲線對緯編針織物單位線圈模型進行了數學模擬建模， 并對得到的模型進行了相關實驗驗證DU。王輝等人在Peirce模型的基礎上，運用B樣條 曲線對緯編針織物單位線圈進行了形態的控制和幾何模型的優化，并對優化后的線圈模 型進行了實驗驗證分析，證明了該線圈模型的實用性和精確性I32】。王少俊等人通過對緯 編針織物基本結構非線性特征的分析，利用電鏡對針織物進行組織結構研究，運用Nurbs 樣條曲線建立了結構可控的緯編針織物線圈模型，在單個緯編針織物模型的基礎上，借 助OpenGL工具對線圈組織結構進行了模擬仿真閔】。

綜合國內外研究現狀來看，使用分段函數法對線圈進行建模雖然能夠模擬出一定的 三維效果，但線圈單元中紗線的分段位置和數目很難統一量化，且分段函數優化困難， 難以建立通用的織物幾何模型。而樣條曲線法通過對紗線軌跡作一般數學描述，可以使 幾何模型更加準確流暢，很好的體現出織物的串套關系和三維立體效果。因此在后續的 襪品幾何模擬中，充分利用樣條曲線法是本研究進行電子襪樣線圈幾何模型建立的關鍵。

1.2.4緯編CAD研究現狀

CAD是Computer Aided Design （計算機輔助設計）的簡稱，針織物的仿真和圖案 效果的模擬是紡織計算機輔助設計中的重要組成部分之一。目前，國外應用較為廣泛的 緯編CAD軟件是德國STOLL公司開發的M1 plus花型準備系統以及日本SHIMA SEIKI公司開發的SDS花型準備系統El。

M1 plus花型準備系統可以按照“工藝”和“設計”方式進行織物花型的程序設計。 系統通過工藝視圖、標志視圖、織物視圖繪制所需要的織物組織花型、生成上機文件以 及織物仿真等功能。其仿真功能通過貼圖實現，仿真速度快，但受限于二維仿真的本質， 仿真效果缺乏真實感。SDS花型準備系統可以進行款式設計、面料設計、圖案設計、 紙樣設計、編織工藝設計、紗線設計、織物模擬、三維虛擬試衣等功能［35】。SDS花型設 計系統通過掃描設備導入紗線紋理，對織物進行模擬。模擬效果真實，但由于巨大的計 算量，使得系統需要較高配置的硬件設備，且模擬速度較慢［36】。

國內企業開發的CAD仿真軟件有:浙江恒強科技股份有限公司開發的橫編CAD系

統［37］，該系統具有良好的兼容性，但仿真效果缺乏真實感。香港的智能嚇數軟件，該軟 件具有工藝計算、款式設計以及上機控制等功能，并且還能簡單模擬織物效果圖。

國內從事織物CAD仿真系統研究的主要還是高校的教學、科研人員，其中江南大 學對這一方面做的研究較多。江南大學金蘭名在對織物三維效果的影響因素進行分析的 前提下，建立了一個針織物仿真模擬系統，該系統基于Unity3D引擎，實現了對緯編立 體提花織物的計算機仿真"I。江南大學沙莎在對緯編針織物的結構特點和物理屬性等因 素進行研究后，在傳統彈簧-質點模型的基礎上，提出了長方體彈簧-質點模型。之后， 研究者結合提出的新模型，開發了可以實現緯編針織物三維模擬的系統。用戶可以在該 系統上對織物線圈、紗線和彈性等參數進行設定，并且可以根據個人需求自由變換模型 的觀察角度和繪制方式，同時，該系統可以生成具有真實力學變形效果的緯編針織物效 果圖I39】。天津工業大學李英琳等人根據針織物線圈幾何模型特點，應用三維幾何造型 技術以及真實感渲染技術，設計開發了緯編針織物的三維仿真系統。該系統可以對織物 組織結構參數、紗線各項參數進行設定，同時用戶可以交互式地對針織物花色圖案以及 組織結構進行設計仿真，還可以從各個角度觀察織物的組織結構特點四。

1.2.5織物毛絨感的模擬

毛絨類物體的模擬主要是圖形學領域的學者在研究，他們很早就對毛絨類物體與其 它宏觀物體在建模和渲染方面存在的不同進行了研究。這方面的研究文獻主要集中在對 頭發、毛皮等物體的模擬上，其成果也是較多應用在影視創作、游戲動畫領域。對于毛 絨效果的模擬，存在兩種常用的方法，一種是顯式方法，另一種是隱式方法。顯式方法 是通過使用多面體、圓柱體、Nurbs曲面等明確的幾何體來描述單根毛絨，這種方法建 立的毛絨之間相互獨立，并且可以通過改變幾何體的位置就可以很容易地形成毛絨動態 效果HU,這種方法常用于對頭發束或者較粗的動物毛皮進行模擬。隱式方法是通過體素 對毛絨進行模擬，在毛絨體內將不同密度的體素放置在不同區域，通過對體素進行光照 下的渲染或使用模糊處理形成具有明暗效果的毛絨物體。

在針織物的仿真模擬方面，國內的相關研究主要集中在對紗線表面毛羽的模擬方法 進行討論。浙江理工大學史永高提出了在紗線附近生成3個控制點，用這3個點插值生 產的樣條曲線來描述毛羽的方法I42】。吳周鏡提出的方法是在針織物線圈的紗線附近生成 4個控制點，用B樣條生成逼近曲線來表示毛羽［43］。于斌成等人的方法是通過類正太分 布來生成隨機控制點，從而模擬出毛羽效果［44］。

江南大學張愛軍提出的方法是通過毛絨段的截面切片和軸向切片的生成來表示毛 羽，使用逐層渲染方法模擬經編毛絨織物表面的毛絨結構，建立了用分形噪聲模擬織物 毛絨方向隨機感的方法I45】。經編和緯編都屬于針織工藝，都是將紗線彎成相互串套的線 圈而形成織物I46】。不同之處在于，經編工藝是紗線沿縱向成圈，而緯編工藝則是沿橫向 成圈［47］。雖然成圈走向不同，但模擬經編毛絨織物表面毛絨結構的研究依然可以為緯編 織物毛絨的仿真提供一些思路和方法。

1.3硏究內容及論文組織結構

1.3.1研究內容

本課題的目標是改變目前襪業行業在襪企和電商之間“繪制襪品BMP圖一實物打 樣一郵寄一修改BMP圖一再實物打樣”的反復環節，通過相關技術研究并開發相應軟 件，提升襪企對電商需求的快速反應能力和技術水平。主要研究內容包括緯編織物線圈 結構仿真與數據庫的建立、織物的不同組織結構之間的線圈拼接方法、襪樣的真實感仿 真和軟件開發四個方面。

（1） 線圈結構仿真。線圈結構仿真包括線圈幾何模型定義、線圈路徑生成和線圈實 體生成。根據緯編織物線圈紗線的路徑特征，在路徑上選取關鍵點即型值點作為成圈組 織控制點，依據控制點與樣條曲線的關系畫出曲線，得到紗線路徑。在獲得紗線路徑后， 可通過放樣、掃掠、蒙皮等方法創建出紗線實體，進一步得到線圈的紗線仿真模型。

（2） 拼接方法的研究。在完成線圈模型的建立后，怎樣將線圈作為一個單元拼接排 列得到完整的襪樣也是本文的研究內容之一。襪子并不是一個規則的圓筒狀物體，一個 襪子可能存在多種織法。因此，相同織法、不同織法之間怎樣進行順暢的拼接就是三維 襪樣仿真需要考慮的問題。同時，腳后跟與襪頭部分在實際生產過程中都是通過先減針 后加針來實現，反應到仿真過程中就是線圈數量的增加減少，在拼接時怎樣實現增減針 數的效果，也是本文后續研究需要解決的問題。

（3） 織物真實感的模擬。借助3dsmax軟件，建立不同的光照模型，通過改變環境 光、漫反射光、鏡面光等參數，找出何種情況下，線圈的模擬效果與實物較為接近，以 此來構建緯編織物的三維模型。同時，紗線表面本身是帶有毛絨效果的，借助Vray Fur 給線圈加上毛絨特效，最終實現線圈的真實感渲染。

（4） 軟件開發。根據前面的研究結果，借助Visual Studio平臺和3dsmax軟件，完 成仿真系統的開發。系統包括襪子設計模塊、數據庫模塊、展示模塊、以及主界面設計。

1.3.2組織結構

本文主要研究襪樣的仿真模擬和相關軟件的開發，如：對襪品不同組織結構進行分 析，找出不同織法線圈拼接的規律，建立相關織法素材。同時，運用織法文件裁剪出襪 樣，形成最終襪樣。本文的主要內容及組織結構如下：

第1章緒論

主要介紹了緯編針織模擬仿真基本研究概況。首先闡述了本文研究的背景和意義， 分別從緯編針織物成形技術、緯編針織物組織結構、緯編針織物幾何模型、緯編CAD 研究現狀以及針織物毛絨感的模擬等五個方面，對課題研究及應用現狀進行了較為詳細 的分析和總結，同時也介紹了本文研究的主要內容以及論文的組織邏輯結構。

第2章襪樣模擬仿真技術規劃與系統規劃

在課題前期的襪樣仿真模擬與軟件的基礎上，詳細地對襪樣模擬仿真技術和系統開

發進行了規劃，這一規劃是對后續課題進展有著指導作用的。

第3章緯編針織組織結構仿真

對常見襪品織法進行分析，找出各織法線圈的拼接規律，完成織法結構的拼接，為 后續襪樣模擬提供素材。

第4章電子襪樣模擬仿真實現

在織法結構模擬生成的基礎上，使用織法輪廓線對各織法素材進行裁剪，形成襪樣 二維模擬，再將二維組織包覆到三維腳模上，生成襪樣的三維模擬展示。

第5章電子襪樣仿真技術開發

在前文模擬仿真的基礎上，進行模擬系統的開發。本章節介紹了系統各模塊的實現 過程、核心代碼以及控件類型。

第6章總結與展望

對本文研究內容進行了總結，對后續研究提出了建議。

如圖1-5所示為本文的論文組織結構。

 

三維電子襪樣生成技術與軟件開發研究

第一章緒論

•本文研究背景與意義

•國內外研究現狀

•主要內容及論文組織結構

第二章襪樣模擬仿真系統規劃與系統規劃

•襪樣模擬仿真技術規劃

•仿真系統規劃

•本章/j\結

第三章緯編針織組織結構仿真

•單位線圈幾何模型

•線圈實體生成

•不同組織結構單位線圈表示

•本章總結

第四章電子襪樣模擬仿真實現

•模擬技術

•襪樣三維模擬 •本章總結

第五章電子襪樣仿真系統研究

•系統開發 •仿真模塊

•展示模塊

•本章總結

第六章總結與展望

?全文總結

•不足與展望

圖1-5論文結構

Fig.1-5 The structure of chapters for the paper

2襪樣模擬仿真技術及系統規劃

2. 1襪樣模擬仿真技術

2.1.1襪品成形機理

襪品屬于緯編針織物，針織是利用鉤針將紗線彎曲成圈，并相互串套連接形成織物 的工藝過程。完成針織過程的主要工具就是鉤針，如圖2-1所示為鉤針的結構示意圖。 鉤針由針鉤、針舌、針踵、針舌銷組成。編織過程中，針舌會隨著針筒的運動而運動， 針踵因為受到三角作用的原因，會在針槽中做上下往復運動，運動過程中，當針鉤被抬 高到一定高度時，它就可以勾住紗線，同時，針舌配合針鉤進行上下往復運動，從而形 成層層相套的鏈圈。

 

圖2-1鉤針 來源：引用文獻[7]

Fig.2-1 Crochet

鉤針在進行編織的過程中，主要會有以下三種狀態，分別稱為集圈、成圈和退圈，如圖 2-2所示。首先我們介紹集圈狀態，該過程發生在成圈之后、退圈之前。當鉤針處于這一 狀態時，針舌上纏繞著編織形成的線圈。接下來就是進行退圈，這一步驟發生在集圈之后, 成圈之前。在這個狀態時，鉤針會運動到最高的位置，以便于讓鉤針上纏繞的線圈可以向下 退至針舌下面，同時鉤針也會再次鉤住紗線，為下一圈的編織工作做好準備。最后介紹的是 成圈過程，這個過程是在退圈之后，集圈之前。退圈時，鉤針會鉤好紗線，然后鉤針會帶著 紗線運動的到最低點，這時候針舌就會上翻，這樣就能夠將上一個已經處于退圈狀態的線 圈全部脫出，這時剛鉤下來的線圈就會跟上一個退圈的線圈形成鏈圈，如圖2-3所示。

 

 

圖2-2鉤針編程過程狀態 來源：引用文獻[7]

 

Fig.2-2 Crochet programming process

 

 

圖2-3鏈圈來源；引用文獻[7]

Fig.2-3 Chain circle

2.1.2襪品針織組織結構分析

襪子的針織組織結構不同，它的線圈形態、線圈寬度和長度以及線圈之間遮擋關系 就有所不同。因此，為了模擬襪品的編織效果，我們需要對襪品的針織組織結構進行分 析。常見的用于襪品的組織結構有緯平針組織、羅紋組織和網眼組織，如表2-1所示。 從表中我們可以看到，花型文件的顏色也并不代表襪品最終的顏色，而是用來區分不同 區域的，區域內最終顏色是由織機添加的紗線顏色決定的。

線圈結構組織是緯編針織物的最小組織結構單元，電子襪樣可以看作是由一個個線 圈組成。通過線圈的拼接和線圈之間的前后遮擋關系可以反應出來三維電子襪樣的編織

12

效果，線圈形態的改變可以區分不同織法，線圈顏色的變化可以反應出襪樣的花型樣式。

表2-1幾種常見的襪子織法結構

Tab.2-1 Several common socks weave tissue structures

 

 

 

2.1.3三維電子襪樣概述

一只襪子可以看成是由五部分組成的，從上到下依次是：羅口 A、上筒B、襪跟C、 下筒D和襪頭E，如圖2-4所示。其中，襪筒部分是由單位線圈整圈串套而成，一般也 會有花型和織法上的的變化，因此，這一部分的三維模擬是三維電子襪樣模擬的重點。 而襪跟和襪頭部分通常沒有花型，只有織法和顏色上的改變。

襪企的襪品設計通常是設計用于襪機生產的花型文件圖，該花型文件是二維的襪樣 展開圖，不反應襪品的實際形狀，也不能展示出織物的毛絨效果。目前，電商從襪企進 貨是需要襪企先將實物打樣出來，再寄送到電商手中，效果滿意即可進行生產，不符合 要求情況下，就需要再次進行打樣寄送。而三維電子襪樣是可以反應襪品的實際形狀、 花型顏色、織法信息以及編織效果的，從而大大縮短打樣時間，節省打樣成本。如圖2-5

 

 

所示，是一只襪品的實物圖片，而圖2-6是三維電子襪樣需要達到的效果。

圖2-4襪子組成

Fi g. 2-4 Sock compos ition

圖2-5襪子實物圖片

Fig.2-5 Socks

圖2-6三維電子襪樣

Fig.2-6 3D electronic sock effect

2.1.4電子襪樣生成技術及步驟

三維電子襪樣的生成首先需要對襪品的針織組織結構進行分析，提取單位線圈，建 立線圈模型。分析不同針織組織結構線圈的拼接規律，然后以單位線圈模型拼接形成不 同織法素材。對成品襪品掃描可以襪品織法的輪廓分區矢量圖，根據輪廓圖對織法素材 進行裁剪，拼接形成襪樣的二維展開圖，再去包覆到腳模上，我們就可以得到三維的電 子襪樣。如圖2-7所示，是三維電子襪樣的模擬流程圖。

 

 

 

圖2-7三維電子襪樣生成流程

Fig.2-7 3D electronic sock generation process

2. 2仿真系統規劃

2.2. 1仿真系統目標

針織組織結構模擬和襪品三維模擬是本課題系統設計的前提，襪樣模擬仿真系統以 建模渲染技術為核心，結合系統界面的設計展示出襪品的3D效果?；ヂ摼W時代下，搶占 市場的一大因素就是快，該系統需要可以實現設計師根據客戶需求迅速完成襪品實物的 模擬，以此節省打樣時間，搶占市場先機，如圖2-8所示。

 

2. 2. 2系統架構設計

在襪品仿真模擬系統中，共分為五大模塊，分別是基礎層、數據層、支撐層、實現 層和展現層。描述了該系統中所需要的基礎設施、后臺數據、實現方式以及展現方式等, 如圖2-9所示。

基礎層主要包括計算機網絡系統、存儲設備、服務器、安全設備等硬件設備，這些 設備是安裝軟件的必備條件。

數據層主要包括（1）織法素材庫，包含襪品各種織法的素材模型，是后續織法模擬 的基礎；（2）襪品圖庫，包含襪品的成品圖片和已經模擬好的二維襪樣；（3）襪品三 維動態庫，包含模擬成品的相關數據。

支撐層包括工藝分析、織法模擬、效果渲染、襪品設計、用戶管理和數據管理，這 些是支撐軟件系統的技術支持。

實現層主要是襪樣模擬的實現過程分析。

展現層分為工程師和普通用戶兩種模式。其中工程師模式是襪樣模擬仿真的模塊， 普通用戶是查看已有襪品信息的模塊。

2. 3本章總結

通過對襪品織法結構的分析，確定了襪樣生成技術和步驟，同時也對模擬系統進行 了初步規劃和架構設計。

展現層

三維電子襪樣模擬仿真軟件

基礎層

安全設備

存儲

網絡系統

圖2-9系統架構設計

Fig.2-9 System architecture design

3緯編針織組織結構仿真

3. 1單位線圈幾何模型

3.1. 1單位線圈幾何模型

通過第二章對針織物成形機理的了解，我們知道了緯編織物組織結構是由許多個單 位線圈連續串套而成的鏈圈，如圖3-1所示。不同組織結構之間的差異來自于線圈串套 規律不同。以緯平針組織為例，同一行的線圈不存在Y坐標的變化，只是X方向的平移。 而同一列線圈不僅涉及Y坐標的變化，還應有Z坐標的變化來反應單位線圈之間的前后 遮擋關系。目前，對緯編針織物的單位線圈進行模擬的研究中,比較具有一定代表性且被研 究者采納使用的線圈模型就是pierce線圈模型，該線圈仿真模型主要核心點在于假設織 物處于完全松弛狀態時，用一個圓柱體來連接半圓環所顯示的針編弧與沉降弧，同時又假 設紗線的寬度不會發生變化，其截面是圓形。在這種模型中，整個線圈的長度及其線圈高、 寬、圓柱長均可以通過紗線的直徑來計算出來。

 

圖3-1鏈圈

Fig.3-1 Chain circle

 

本文以pierce模型為基礎，將線圈看作是由一個半圓、兩條直線和兩個1/4圓構成 的幾何模型。其中，半圓和1/4圓的半徑我們用R表示。以單位線圈中心線為Y軸，以 線圈最頂端為X軸，建立坐標系，如圖3-2所示。建立坐標系以后，單位線圈上個關 鍵點坐標如表3-1所示。