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)值服裝仿真和計算機輔助設計的熱點課題，是多種學科交叉的一門新興的研究領域，它涉及流體力學、計算機輔助幾何設計、數(shù)學、動態(tài)力學、材料科學、熱生理學、運動生理學、心理物理學、神經(jīng)心理學等多學科。三維服裝CAD不僅是科學家的興趣所在，還涉及老百姓衣著根本的問題。世界各地都有研究機構和企業(yè)都在積極投資進行科學研究，中國是一個服裝生產(chǎn)大國，本領域的研究發(fā)展促進了科學技術的進步。本文是在國家自然科學基金項目“三維服裝動

2、力模型研究”、“移動圖形計算中的若干關鍵問題研究與應用”，和廣東省自然科學基金“三維CAD設計中若干計算機幾何應用基礎問題研究”，廣東省科技計劃項目攻關“新一代三維服裝CAD系統(tǒng)”四個項目下支持下研究完成的。 本文針對三維服裝CAD中急切需要解決的4個基本問題進行研究，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，討論了構造三維著裝人體模型對計算過程的影響及所遇到的技術難點，并以著裝狀態(tài)下服裝熱濕舒適性分析預測為例，通過模擬”人體—服裝—環(huán)境”之間的動態(tài)熱濕交換來預測系統(tǒng)內(nèi)相關溫度與濕度的動態(tài)分布。 (2)提出了一個人體與外界環(huán)境的熱濕交換的數(shù)值模擬模型，考慮到人體形狀對熱濕交換過程的直接影響，我們用真實人體掃描得到的三維非結構化網(wǎng)格構造了一個人體幾何模型，來模擬人體表面與外

4、界環(huán)境空氣流動進行的熱濕交換，該數(shù)值人體模型更接近于真實的人。利用Gaagge2-node(熱核score和皮膚skin兩點)模型來描述皮膚表面的每一個細胞與外界環(huán)境的熱調節(jié)過程，通過模擬我們得到皮膚和外界環(huán)境的動態(tài)的溫度和濕度分布，并應用到我們研發(fā)的三維服裝CAD中。 (3)提出了織物動態(tài)熱濕傳遞的二維動態(tài)模擬模型。首先建立了三維幾何纖維模型，假設纖維是各向異性的。然后利用毛細現(xiàn)象以及質量、能量守衡定律推導出新的數(shù)學模型。利用

5、時間有限差分方法來求解偏微分方程。模擬結果表明新方法相當精確，且容易實現(xiàn)。它能描述織物中熱濕傳遞的物理機制，提供傳遞的詳細信息。 (4)提出了織物中熱濕傳遞三維動態(tài)模擬新模型，利用多元B形式的L和w遞歸曲面創(chuàng)建一個人體模型，并修改了25點熱濕生理模型。我們結合這三種模型實現(xiàn)了智能三維服裝CAD系統(tǒng)，模擬結果表明模擬系統(tǒng)具有一定的理論基礎，其應用范圍比較廣。 總之，本文針對三維服裝CAD中數(shù)值仿真方法的研究和應用方面，尤其