[发明专利]一种三维“人体-服装”接触力学仿真分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及到计算机图形学领域，具体而言，涉及到一种三维“人体-服装” 接触力学仿真分析系统。

背景技术

限于计算机技术特别是硬件的发展，直到1986年，第一个织物变形的三维计 算机模拟程序才被开发出来，在此之前，纺织学界的研究工作主要集中在诸如非 线性连续体薄板理论、有限元方法在织物力学研究中的应用，弯曲、剪切、自重 等在织物悬垂及屈曲中的不同影响方式等等。特别是有限元方法适用于以织物力 学分析和模拟为主的仿真研究。

目前图形仿真的建模方法主要可以分为三大类：几何方法、物理方法及综合 方法。几何方法不考虑面料或服装的物理特性，采用悬链线、B样条插值等方法。 生成的图形具有类织物的形态，但是不代表某种特定的织物，图形的生成速度快。 物理方法是通过构造织物对象的结构力学模型，利用计算机图形方法生成具有某 种特定形态的仿真织物。根据力学结构和求解方法的不同，可将其划分为力法和 能量法。综合方法是几何算法与物理建模的综合运用。

织物与服装二维模拟及仿真技术本身涉及到纺织材料结构力学、计算机图形 学、计算力学等多方面的交叉研究内容，随着建模方式的基本完善，目前的研究 重点集中在算法的精化(如改进求解方法提高速度)以及与三维人体建模结合，研 究虚拟穿着和数字化服装定制方向，应该说，从目前的技术水平过渡到具有应用 价值的三维服装CAD/CAM系统、虚拟试穿系统，还需完成二维服装造型的真实性 评价，三维造型与二维版型间的相互转换，交互式服装设计接口，人体测量与三 维成型等一系列研制开发工作。

计算机技术的概念创新与市场拓展是紧密相关的，对我国的服装工业及计算 机技术的发展，织物与服装三维模拟及仿真技术都具有广泛的研究价值和应用前 景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不同，提出了一种简单、高效、效果真 实的三维“人体-服装”接触力学仿真分析系统。

为了实现发明目的，采用的技术方案如下：

三维“人体-服装”接触力学仿真分析系统，包括有以下模块：

3DCAD服装缝合系统模块、有限元模型构建模块、有限元仿真求解模块、系 统后处理模块。

所述3DCAD服装缝合系统模块完成从二维衣片到三维服装的缝合仿真和服 装的三维造型设计。

所述有限元模型构建模块包括几何模型建立模块和网格剖分模块，根据 3DCAD服装缝合系统模块提供的三维初始服装及相关的缝合信息的基础上进行 三维有限元离散模型的重构。

所述有限元仿真求解模块主要生成使用APDL语言描述的宏命令文件，然后 自动调用ANSYS，转入ANSYS模块处理。

所述系统后处理模块提取ANSYS模块的结果信息，对人模进行受力以及位移 的图形化表示，把人模指定点处受力和位移数据显示出来，以便对人体进行压力 舒适性分析。

本发明的各个模块所实现的功能具体如下：

所述3DCAD服装缝合系统模块是三维“人体-服装”接触力学仿真分析系统 中的一个重要系统，提供有限元分析中的几何模型的基本信息。它采用基于弹簧 质点模型的服装缝合系统，主要完成从二维衣片到三维服装的缝合仿真和服装的 三维造型设计。

所述有限元模型构建模块利用3DCAD服装缝合系统模块提供的三维初始服 装及相关的缝合信息，对织物及人体定义单元类型和材料属性，生成三维服装几 何模型，并通过分别对三维人体和服装进行网格剖分形成有限元离散模型。本发 明对人体和服装采用实体建模方法，通过点、线、面等先建立几何模型。在弹簧 质点模型中，二维衣片和三维服装均被离散表达为由规则三角形网格组成的弹簧 质点系统。人模由软件Poser4.0产生后经过简化而得到，人体采用线框建模方 法建立几何模型。本发明运用四结点壳单元定义人体和服装的单元类型，采用线 弹性正交各向异性材料模型定义服装材料，采用各向同性线弹性材料模型定义人 体材料。然后分别对人体和服装进行网格剖分操作，将三维人体服装集合模型转 化为由节点和单元构成的有限元离散模型。