纬编立体提花织物因其柔软的手感和凹凸有致的提花图案广泛用于服装、家纺等领域并受到消费者欢迎。不论从保形性、抗皱性、折皱回复性等物理机械性能,还是保温性、透湿性、透气性等热湿舒适性能,表面具有明显立体效果的纬编立体提花织物均表现出较好的服用性能。另外,织物提花精致,应用范围广,生产效率高,生产流程绿色环保,相关产品近年来迅速占领中高端市场。但是,实际织物表面的立体效应与基于平面的设计意匠图之间产生了较大差距,生产前难以预估产品最终效果。为控制产品质量,只能多次采用试织打样的方式进行生产,每款产品从设计、织造到后整理约经过5-7天。为了减少开发成本,国内多数企业以仿制型生产为主,缩短开发周期,由此产生了花型设计难、成本控制难、创新能力差和配合生产难等问题,导致产品在国际市场缺乏竞争力。纬编立体提花织物的线圈小、数量多、提花尺寸大,传统针织CAD技术模拟线圈串套及工艺的方法无法体现其表面的凹凸效果。本研究以快速模拟织物表面立体效应为出发点,实现纬编立体提花织物的计算机仿真,从一定程度上缓解现有设计及生产问题的加剧。研究成果是织物计算机仿真研究的补充与发展,同时也为解决此类立体效应织物的仿真研究提供理论参考。本文的研究工作主要包括纬编立体提花织物的设计方法、影响织物三维效果的因素分析、织物曲面模型的数据采集及模型建立、织物表面算法的研究及基于Unity3D引擎的织物仿真系统的建立,具体内容为以下五个方面:(1)提出纬编立体提花织物的图案设计方法。为了将二维织物意匠图直接转化为三维仿真图像,实现纬编立体提花织物的计算机仿真及预测,提出了主体图案设计、底板花纹设计、工艺及颜色设计等内容的立体织物图案设计方法和注意事项,包括花型回位排列方程、图案意匠图尺寸转化公式等内容,区别于普通织物的图案设计理论。梳理了纬编立体提花织物的特点、生产流程和生产设备,总结了织物的开发方式和开发流程,概括了纬编立体提花织物在设计生产阶段的问题。(2)从原料、提花方式、组织设计和后整理工艺四个方面阐述了影响纬编立体提花织物凹凸效果的因素。衬纬纱线的含量、双面提花方式、不同组织图案的配置和后整理时间、温度等因素均对织物的凹凸效果产生不同的影响。其中,衬纬纱线的含量是影响织物表面立体效果的主要因素。运用织物厚度差、曲面翘曲度等概念提出单个连接纱线圈的变化深度和影响范围是决定织物立体效果的两个重要因素,截面曲线的研究成为纬编立体提花织物模型建立的重点。(3)针对纬编立体提花织物“小线圈、大提花、立体效果强”等特点,摒弃了单个线圈建模的方式,从宏观角度建立曲面模型进行织物仿真。运用阈值取样实验对曲面数据进行采集,从三维角度对立体提花织物进行数据提取与量化。参考高程数字模型及泛克里格插值算法,通过凹陷区域曲线拟合方程建立了织物凹陷区域曲面模型,有效模拟了连接纱引起的织物规则凹陷,为织物的仿真与预测提供了较准确的数据支持。(4)从平衡仿真速度与真实感的角度出发,提出了一种适合复杂提花织物的表面模拟算法。基于粒子系统建立织物的mesh网格,在不增加模型网格的基础上,通过对下陷深度、迭代次数、影响范围等参数的确定和调整,最大限度与实际织物真实数据进行拟合,得出低细节模型信息后结合法线贴图技术表现织物的凹凸效果。实现了将三维建模、法线贴图、纹理贴图等技术整合仿真,在保证真实感的基础上节约了计算机仿真的时间。(5)完成了纬编立体提花织物计算机仿真系统的构建,运用前期的实验结果和仿真模型从三维角度实现织物的计算机仿真。基于Unity3D引擎采用快速原型法实现系统构架,完成整体文件部署、类设计及UI设计并进行展示。系统以向导式、菜单式两种方式引导用户使用,最大特点是根据二维设计意匠图实时预测多个仿真结果,通过对原料、面密度、编织工艺等参数的设置进行最终结果的预判,成品织物可进行360°三维展示。以上五个方面密切围绕纬编立体提花织物的计算机仿真展开,以实际生产问题为切入点,研究过程由表及里且相对完整,实现了纬编立体提花织物的计算机仿真,为具有立体效应的织物仿真提供参考。