基于CLO3D的織物懸垂性模擬影響因素分析

王會威，張 輝

（北京服裝學院，北京 100029）

織物懸垂性對服裝外形美觀有一定程度的影響。目前對其進行的研究大多集中在材料的力學性能與懸垂性的關系上，并利用織物的結構參數及力學性能等指標建立模型，利用3D圖形接口OpenGL在計算機中模擬顯示織物的懸垂形態［1-6］。隨著三維技術在服裝設計與展示領域的應用越來越受到重視，如何提高服裝在三維環境下模擬真實感就變得十分必要。在三維環境中，材質參數、光照參數及材料懸垂感的準確模擬直接影響著服裝的真實感；對柔性材料的模擬往往是以質點、網格模型的方式進行，所需設置的參數與真實織物的力學參數有很大區別。因此研究三維環境下面料的屬性參數與懸垂性能的關系，對于比較準確地模擬三維虛擬服裝有很大幫助，但在這方面的研究報道還比較少。本文旨在探究三維環境下的各項屬性參數與懸垂系數的關系，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提供參考。

1 實驗方法

1.1 選擇模擬影響因素

本研究在三維軟件CLO3D中進行。由于CLO3D中包含多個用于設置織物特性的屬性參數，通過前期摸索，選取了與模擬織物懸垂形態有關的8個屬性參數：Stretch-weft（緯紗彈力），Stretch-warp（經紗彈力），Shear（剪切），Bending-weft（緯向彎曲），Bendingwarp（經向彎曲），Buckling ratio（曲 率），Buckling stiffness（彎曲剛度），Density（密度）。需要注意的是，雖然在三維系統中的屬性參數與真實織物結構參數及力學性能的名稱有些相似，但這些指標并不能與實際織物的參數一一對應，其數值范圍為0～99，且沒有單位，無法直接應用面料的測量數據。

經過前期的預實驗發現，系統的織物屬性參數值在過大或過小時，模擬織物將呈現出異于真實織物的懸垂形態。因此參考系統內預設織物的屬性參數取值范圍經多次嘗試、分析，對8個參數較合理的間隔取值見表1。由于選取的參數個數較多，為了研究懸垂系數的主要影響因素，本文先不考慮模擬織物自身經、緯向上力學性能及結構參數的異向性，統一經緯向上的參數值，即令Stretch-weft與Stretch-warp、Bending-weft與Bending-warp的取值相同。最后對取值結果進行排列組合，最終得到972個屬性參數組合。

表1 織物屬性參數的取值

1.2 建立回歸模型

利用Rhino軟件創建的懸垂儀模型見圖1，根據織物懸垂性測量的國家標準，將模擬織物圓直徑設定為24cm，夾持盤直徑設定為12cm。將懸垂儀模型導入CLO3D系統中，按照表1中的各屬性參數值進行排列組合，依次在各個屬性參數組合下進行織物懸垂模擬實驗；待模擬織物懸垂形態穩定后，利用北京服裝學院張輝博士研發的模擬織物懸垂系數測量軟件求解模擬織物的懸垂系數，最終得到972組實驗數據?？椢飸掖鼓M效果示意圖見圖2，利用SPSS軟件分析出對模擬織物懸垂系數影響較大的CLO3D屬性參數，并求出懸垂系數的回歸模型。

圖1 懸垂儀模型

圖2 織物懸垂形態模擬效果圖

1.3 測試方法

紡織品懸垂性測定根據國家標準GB／T 23329-2009進行，懸垂系數越小，織物的懸垂性越好。懸垂系數計算方法如下：

式中D——為懸垂系數（%）；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 結果與討論

2.1 模擬織物懸垂系數與屬性參數的相關性

為了分析影響模擬織物懸垂系數的主要因素，首先利用統計分析軟件SPSS對實驗結果進行相關分析。相關系數是描述兩者間線性關系強弱程度和方向的統計量，取值在1和-1之間，絕對值越大說明兩者關系越密切。懸垂系數與6個屬性參數的相關分析結果見表2。

表2 懸垂系數與6個屬性參數的相關分析結果

從表2可知，懸垂系數與Stretch、Shear、Bending和Density 4個屬性參數存在線性關系，并且相關系數為0的假設檢驗成立的概率均小于0.001。模擬織物的懸垂系數與Stretch、Shear為弱相關，與Density呈中度相關，與Bending為高度相關。模擬織物的懸垂系數與Buckling Ratio、Buckling Stiffness兩個變量不相關。

2.2 模擬織物懸垂系數的回歸方程

多元回歸分析是根據多個自變量的最優組合建立回歸方程來預測因變量的分析方法。將模擬織物的懸垂系數作為因變量，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?；貧w分析結果見表3。

表3 回歸分析結果

由表3可知，常量及4個面料屬性參數的偏回歸系數為0的假設檢驗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對懸垂系數的影響較大。

2.3 主要參數對模擬織物懸垂系數的影響

在模擬織物懸垂系數的回歸方程（2）中，最重要的兩個自變量分別為Bending和Density，為研究兩者對懸垂系數的共同影響，在一定范圍內改變Bending和Density兩者的數值，觀察并記錄懸垂系數的變化。其他屬性參數取中間值，即Stretch取值35、Shear取值30、Buckling ratio和Buckling stiffness均取值45。此時，懸垂系數與這兩個主要屬性參數的關系曲線如圖3所示。

圖3 Bending和Density共同作用下的懸垂系數曲線圖

由圖3可看出，Bending和Density對仿真織物懸垂系數的影響顯現出一定的規律性：不考慮Density的影響，Bending越大，懸垂系數越大；不考慮Bending的影響，Density越大，懸垂系數越小。Bending值處于25～35之間時，隨著Density的增大，懸垂系數的增大趨勢逐漸減小；Bending值處于35～45之間時，隨著Density的增大，懸垂系數的增大趨勢趨于走平。

3 結語

在計算機三維系統中，利用三維軟件CLO3D建立的基于模擬織物屬性參數的懸垂系數回歸方程，Bending和Density兩個面料屬性參數對模擬織物的懸垂系數影響最大；且模擬織物的懸垂系數隨著Bending的增大而增大，隨著Density的增大而減小。

本文模擬對象為經、緯同性材料，其研究結果適用于經、緯向性能比較相近的織物，如針織物、毛皮、經、緯紗支密度相近的機織物。對于經、緯差異較大的織物模擬，以及在此研究基礎上對虛擬服裝的三維模擬將在后續研究中進行。

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