针织模拟装置和针织模拟中的纱线的扭转校正方法 【技术领域】
本发明涉及针织的模拟， 特别是涉及构成线圈的纱线的扭转的校正。背景技术 申请人开发了针织物的模拟装置 ( 专利文献 1 ： JP2005-240213A)。针织物的模拟 装置中， 模拟根据织物的设计数据制成的织物， 三维地显示人体穿着织物的状态等。 专利文 献2： USP6880367B 展示了模拟中使用的线圈的模型， 线圈由多个节点构成， 由纱线连接节 点和节点形成线圈。专利文献 3 ： JP3887404B 记载了添纱编织。添纱与针织物的模拟没有 直接关系， 是编织方法的一种， 聚拢多根纱线而编织。添纱中， 能够控制聚拢的多根纱线的 哪些出现在织物的表侧、 哪些隐藏在里侧， 因此能够控制织物的颜色。模拟添纱时， 纱线的 表侧和里侧颜色不同， 因此需要考虑纱线的表里。
与这些现有技术不同， 发明人发现针织物的模拟中存在纱线不自然地扭转的情 况。图 12(A)、 图 13(A) 中表示了纱线的扭转的例子， 扭转在纱线沿上下方向翻折的部位上 产生。 实际的织物中， 在纱线的扭转的部位上纱线的截面的朝向渐渐地旋转， 没有在一个部 位纱线的截面的朝向急剧地变化的情形， 因此不产生纱线的扭转。纱线的扭转是模拟中的 现象， 不是实际产生的现象。在仔细地检查纱线的流动的情况下， 图 13(A) 等的纱线的扭转 给人以奇怪的印象。因此需要校正不自然的纱线的扭转。此外， 作为与纱线的扭转不同的 概念， 还有纱线的扭绞。在高速地进行针织模拟时， 需要用简单的多面体表现纱线， 一般表 现不出纱线的扭绞。
专利文献 1 ： JP2005-240213A
专利文献 2 ： USP6880367B
专利文献 3 ： JP3887404B
发明内容 本发明的课题是， 校正针织物的模拟中的纱线的扭转。
本发明提供一种装置， 将根据设计数据编织的针织物以三维地显示该织物的各根 纱线的方式进行模拟， 其特征在于， 包括 ：
将所述织物的线圈上表示纱线位置的节点对每个线圈求出多个的单元 ；
对各节点配置纱线的截面的截面配置单元 ；
对于所配置的截面和截面将在截面间对应的部分互相连接的连接单元 ；
检测所述对应的部分之间的扭转的检测单元 ； 以及
在检测出扭转时将在截面间不对应的部分相互连接、 或使一方的截面旋转而将对 应的部分相互连接的扭转消除单元。
此外本发明提供一种方法， 将根据设计数据编织的针织物以三维地显示该织物的 各根纱线的方式进行模拟， 其特征在于，
将所述织物的线圈上表示纱线位置的节点对每个线圈求出多个，
对求出的节点配置纱线的截面，
对于所配置的截面和截面将在截面间对应的部分互相连接，
检测所述对应的部分之间的扭转，
在检测出扭转时将在截面间不对应的部分相互连接、 或使一方的截面旋转而将对 应的部分相互连接。
优选的是， 所述截面为多边形， 所述连接单元将多边形的相同顶点相互连接， 所述 扭转消除单元将多边形的不同顶点相互连接。
更优选的是， 还设有用于根据线圈内的纱线的方向使所述多边形旋转的旋转单 元， 并且，
所述检测单元根据所述多边形的方向急剧改变预定条件以上的情形检测出扭转。
特别优选的是， 所述织物是筒状的织物， 还设有根据线圈的法线方向变更作为所 述多边形的基准的基本多边形的方向的单元， 通过所述旋转单元根据线圈内的纱线的方向 使基本多边形旋转， 形成所述截面上的多边形。
本说明书中， 关于模拟装置的记载也直接适用于模拟中的纱线的扭转检测方法 等， 关于模拟方法的记载也适用于模拟装置。 发明的效果
本发明中， 由于在针织模拟中检测并校正纱线的扭转， 因此在对每根纱线检查纱 线的流动的情况下也能够使用， 能够进行正确的模拟。
设纱线的截面为多边形后， 用多边形表现纱线较容易， 在纱线扭转时将多边形的 不同顶点相互连接时， 在简易地模拟添纱的情况下， 也不产生纱线的表里的反转。 此外能够 根据多边形的方向在截面间急剧改变检测出纱线的扭转。
根据线圈的法线方向改变截面上的作为多边形的基准的基本多边形的方向时， 在 筒状织物的例如正面和侧面上截面的多边形的方向发生变化。然后实施着色时， 纱线的外 观变得更逼真。
附图说明
图 1 是实施例的针织模拟装置的框图。
图 2 是表示实施例中的针织模拟的算法的流程图。
图 3 是表示实施例中的线圈上的多边形顶点位置的确定算法的流程图。
图 4 是接着图 3 的流程图。
图 5 是表示实施例中的多棱柱的生成算法的流程图。
图 6 是表示实施例中的线圈的模型的图。
图 7 是表示实施例中的法线 n、 切线 t、 副法线 bn、 第四向量 f 这四个向量的关系的 图。
图 8 是表示实施例中的、 基于线圈的节点 P1 ～ P11 的位置的、 具有顶点 v1 ～ v6 的基本多边形的旋转的图。
图 9 是表示实施例中的、 线圈的法线向量和基本多边形的旋转及平行移动的图。
图 10 是表示实施例中的基本多边形的仿射变换的图。
图 11 是表示模拟中的纱线的扭转的机理的图。图 12 是是表示实施例中的纱线的扭转校正的图， (A) 表示纱线扭转的例子， (B) 表 示以使截面多边形的相同顶点彼此连接的方式使截面多边形旋转 180°而连接的例子， (C) 表示在两个截面多边形之间使相反侧的顶点彼此连接的例子。
图 13 是表示针织物的模拟结果， (A) 表示不校正纱线的扭转的现有例， (B) 表示校 正纱线的扭转的实施例。
图 14 是表示实施例中的服装的各部分上的基本多边形的方向的图。
图 15 是表示根据线圈的方向校正基本多边形的方向时的针织模拟结果的图。
图 16 是表示与线圈的方向无关地处理基本多边形的方向时的针织模拟结果的 图。
图 17 是表示对于网眼花纹的模拟中的纱线的扭转的图。
标号说明
2 针织模拟装置 4、 6 总线 8 彩色监视器
9 手动输入部 10 磁盘驱动器 11 磁盘
12 网络接 14 彩色打印机
16 针织设计部 18 数据变换部
20 前端处理器 22 通用存储器 24 程序存储器
26 存储器 28 模拟部 30 多边形顶点分配部
31 法线生成部 32 切线生成部 33 副法线生成部
34 旋转处理部 35 扭转检测部 36 多边形生成部
40 渲染部 60 节点模型 61 线框模型
62 渲染模型 111、 112 线圈 141 筒状服装
142 圆周 143、 144 线圈
A 仿射变换矩阵 t 切线向量 n 法线向量
bn 副法线向量 f 第四向量 ⊥ 直角符号 × 向量积
p 节点 a 线圈基点 v 截面多边形的顶点 具体实施方式
以下展示用于实施本发明的最佳实施例。
实施例
图 1 ～图 16 表示实施例。图 1 表示针织模拟装置 2 的构造， 4、 6 是总线， 4 是处理 输入输出数据或指令、 一般的数据等的总线， 6 是用于图像数据的总线。8 是彩色监视器， 显 示通过模拟得到的针织物的图像， 9 是手动输入部， 有键盘或记录针、 鼠标、 操纵杆、 轨迹球 等。10 是磁盘驱动器， 在与 CD-ROM 等的磁盘 11 之间输入输出数据， 针织模拟装置 2 所需的 模拟程序例如从磁盘 11 供给， 使程序存储器 24 存储。网络接口 12 在与 LAN 或因特网等之 间交换程序或模拟结果等数据， 彩色打印机 14 打印通过模拟得到的图像。
针织设计部 16 设计作为模拟的对象的针织物， 通过数据变换部 18 将针织物的设 计数据变换为可在横机上编织的编织数据。前端处理器 20 进行输入输出的管理、 向模拟部 28 等的指令的发出等， 通用存储器 22 存储各种数据。 程序存储器 24 存储模拟程序等， 存储 器 26 主要存储图像数据。模拟部 28 基于由数据变换部 18 得到的编织数据、 或由针织设计部 16 得到的设计 数据， 模拟针织物、 特别是服装的针织服装的制成的状态。模拟例如在三维空间进行， 模拟 人体模型穿着针织服装的状态， 或者模拟没有人体模型而在平台上配置针织服装的状态、 或在衣架等上悬挂的状态等。
模拟部 28 对在三维空间如何配置针织物的各线圈进行模拟。模拟的手法本身是 任意的， 例如可以通过将各线圈作为质点的模型来模拟针织物的稳定状态。或者也可以更 简单地， 对于将具有与针织物的各衣片等同的刚性或与人体模型之间的摩擦系数、 质量的 假想薄片缝合得到的假想服装， 模拟稳定状态。 而且线圈相对于薄片的的位置是已知的， 因 此若知道薄片的稳定状态则可判明各线圈的位置。线圈的位置包括线圈的基点和前端。此 外位置在三维空间中探讨。
多边形顶点分配部 30 对于针织物的各线圈分配多个多边形的顶点。然后以连接 分配的多边形的顶点的方式， 由多边形生成部 36 生成多边形。其结果是， 能够由多个多边 形表现针织线圈。 根据线圈的基点与前端的位置、 及与左右的线圈的连接关系等， 求出线圈 的各节点的位置， 对于一个线圈有多个节点。而且判明节点后， 就可判明线圈存在的面。法 线生成部 31 生成与线圈垂直的法线向量 n。 作为各节点上的线圈的切线， 考察连接问题节点的前后的节点的线， 将其作为切 线向量 t， 由切线生成部 32 生成切线向量。生成法线向量 n 和切线向量 t 后， 根据它们的向 量积由副法线生成部 33 生成副法线向量 bn。副法线生成部 33 除此以外， 还生成与切线向 量 t 和副法线向量 bn 垂直的第四向量 f。此外， 法线向量 n 和切线向量 t、 副法线向量 bn 和第四向量 f 的任一个的大小均为 1 个单位向量。
旋转处理部 34 通过切线向量 t、 副法线向量 bn、 第四向量 f 生成旋转矩阵 A， 对其 加入线圈的基点的位置坐标而生成仿射变换矩阵。 线圈的截面由称为基本多边形的多边形 表现， 其形状存储在存储器 22 等中。由旋转处理部 34 求出的仿射变换矩阵， 使基本多边形 旋转， 并且以多边形的中心存在于线圈的节点的方式使其平行移动。由此能够通过节点的 部分表现纱线的截面。表示各个节点上的纱线的截面的多边形称为截面多边形， 作为生成 截面多边形的根源的多边形称为基本多边形。
通过在各节点之间连接截面多边形， 在节点之间生成多边形。 在该连接中， 将截面 多边形的相同顶点彼此连接。扭转检测部 35 检测在相邻的节点之间副法线向量 bn 的方向 相差例如 90°以上的情形， 检测出纱线的扭转。多边形生成部 36 在没有扭转时， 在相邻的 节点之间将截面多边形的相同顶点彼此连接。检测出扭转时， 将一方的节点上的截面多边 形的顶点与另一方的节点上的截面多边形的相反侧的顶点连接。由此消除扭转。通过以上 的处理， 由多个多边形表现各线圈。
渲染部 40 对生成的多边形实施渲染。渲染中， 可以通过纹理映射来表现纱线的 手感及粗细、 绒毛、 颜色等， 该情况下， 纱线的纹理数据存储在存储器 22 等中。此外通过着 色表现来自光源的光的反射等， 加上阴影， 消去从视点看不到的多边形， 生成彩色的显示图 像。本说明书中使用的主要标号的含义在 “标号说明” 部分说明。
图 2 ～图 5 中表示实施例中的模拟算法。 这些说明中参照图 1 的硬件构成、 图6～ 图 16 中的具体例子的说明。通过针织设计部 16 及数据变换部 18， 生成服装等的针织物的 编织数据。此外与此另行地从磁盘驱动器 10、 网络接口 12 等输入纱线的模型。纱线的模型
包括粗细及纹理、 颜色、 绒毛等。也可以使纱线的模型与基本多边形是不同的要素， 例如使 基本多边形的大小根据纱线模型中的纱线的粗细而变化。接着确定模拟的条件， 例如确定 将针织服装平置、 还是在衣架等上悬挂、 还是使人体模型穿着等。然后通过模拟部 28 模拟 服装的状态。由此确定线圈的基点和前端位置。
确定用于表现线圈的多边形的顶点位置。根据顶点位置生成多边形， 利用通过节 点将表面由多边形覆盖的柱状物、 即多棱柱彼此连接而成的结构， 来表现线圈。 然后确定视 点， 进行渲染而生成显示图像， 并从彩色监视器 8、 彩色打印机 14 输出。
图 3、 图 4 中表示多边形顶点位置的确定。在模拟出服装的状态的时刻， 各线圈的 基点和前端位置被确定。 然后根据从基点朝向前端的向量、 包含周围的线圈的面等， 将存储 器 22 等中存储的线圈的模型调出。该模型中记载了与基点和前端相对的节点的位置， 将其 配置在包含线圈的面上。如以上所述处理而产生线圈的节点。纱线的截面由基本多边形表 现， 在纱线相对于服装整体共用的情况下， 对全部线圈产生共同的基本多边形即可。 此外也 可以对每个线圈产生基本多边形， 但实用上对每个使用的纱线产生基本多边形。
基本多边形的产生通过多边形顶点分配部 30 进行。由法线生成部 31 生成线圈的 法线向量 n。其大小为 1， 法线向量 n 例如存在于每个线圈上。但是也可以更近似地， 通过 是筒状服装的圆周上的哪个位置的线圈来确定法线向量 n 的方向。该情况下， 上下相连的 线圈例如具有共同的法线向量 n。 确定每个线圈的节点的切线向量 t。接着使用法线向量 n 和切线向量 t， 通过向量 积 t×n 或 n×t， 生成每个节点的副法线向量 bn。副法线向量 bn 相对于切线向量 t 和法线 向量 n 成直角， 但切线向量 t 和法线向量 n 未必成直角。因此生成对副法线向量 bn 和切线 向量 t 的任一个均成直角的第四向量 f。第四向量 f 例如由向量积 t×bn、 或 bn×t 生成。
生成以切线向量 t 的各成分为第 1 列的成分、 以副法线向量 bn 的成分为第 2 列的 成分、 以第四向量 f 的成分为第 3 列的成分的旋转矩阵 A。通过使其作用于基本多边形的 各顶点， 使基本多边形旋转， 得到截面多边形。使得到的截面多边形的中心向节点平行移 动。在通过节点使纱线的粗细变化的情况下， 对每个节点改变截面多边形的大小。对每个 线圈考察基本多边形， 以位置向量 vi0 表现相对于基本多边形中心的顶点位置， i 表示顶点 序号， 0 表示是基本多边形。对位置向量 vi0 乘以旋转矩阵 A， 加上第 j 个节点的位置向量， 由此能够确定第 j 个节点上的第 i 个顶点的位置向量。由此求出多边形的各顶点的位置向 量。
图 5 中表示多棱柱的生成算法。在相邻的节点之间利用多边形连接截面多边形， 评价截面多边形的方向之差。方向之差的评价中， 使用各截面多边形上的副法线向量的内 积， 将其值区分为正或 0、 负。内积的值为负， 意味着副法线向量的方向偏离大于 90°。此 时， 产生显著的扭转。
截面多边形的方向， 除副法线向量以外还能够由切线向量表现， 也可以基于它们 评价方向之差。通过副法线向量的方向之差例如大于 90°、 或为 90°以上等， 在节点之间 将 180°相反侧的顶点相互连接。例如在图 5 的右侧表示截面多边形的方向偏离 180°的 例子。 此处将相同顶点相互连接而生成多边形时， 产生扭转。 若取代之将 180°相反侧的顶 点相互连接， 则如图 5 的右下所示， 不产生扭转。此处基本多边形为六边形， 但也可以是四 边形、 五边形、 或八边形等。
图 6 中表示线圈的三种模型。在左侧的节点模型 60 中线圈由多个节点表现， 线圈 的纱线通过这些节点。线框模型 61 中， 对各节点分配截面多边形， 以连接截面多边形的顶 点和顶点的方式生成多边形。图 6 中表示了四边形的多边形， 但在数据处理上三角形的多 边形较有利。图 6 中截面多边形的大小根据部位而变化， 这是由于， 考虑到模拟中线圈上下 相连的状况， 在线圈接触的部分上使纱线比其他部分更细地显示。右侧的渲染模型 62 中， 对于多边形实施纹理映射， 进行着色或加影， 并已经消去隐蔽面。
图 7 表示实施例中使用的 4 个向量的关系。这些向量的大小都是 1， 法线向量 n 表 示线圈的方向， 切线向量 t 表示各节点上的纱线的方向， 副法线向量 bn 表示截面多边形的 方向。法线向量 n 未必与切线向量 t 是直角， 因此生成第四向量 f。
如图 8 所示， 各线圈例如由 10 个左右的多个节点 P1 ～ P11 构成， 确定从线圈的基 点 a 向线圈前端的向量后， 就确定了各节点的位置。然后对于各节点配置截面多边形。基 本多边形中， 例如顶点 v1 朝向线圈的内侧， 边 v5-v6 与法线向量 n 正交。然后根据线圈内 的纱线的方向通过旋转矩阵 A 使该基本多边形旋转。表示了几个顶点上的切线向量 t 及副 法线向量 bn。
图 9 中重复表示与图 8 相同的概念。基本多边形通过仿射变换向各节点移动而成 为截面多边形， 截面多边形的中心位于线圈的节点。与连接前后的节点之间的向量平行地 确定各节点上的切线向量 t。 确定法线向量 n 和切线向量 t 后， 通过向量积就确定了副法线 向量 bn。 图 10 中表示旋转矩阵 A 的例子， 对其加上各节点的位置向量后的矩阵是仿射变换 矩阵。而且对每个线圈确定法线向量 n 的方向后， 与之对应地就确定了基本多边形的方向。 然后利用旋转矩阵 A 使基本多边形旋转， 利用节点的位置向量 Pj 使其平行移动， 由此确定 第 j 个节点的第 i 个多边形的顶点的位置。
图 11 中表示生成纱线的扭转的例子。通常的线圈中纱线与左右的线圈连接。在 与此相对纱线与上下的线圈连接的部位易于产生扭转。图 11 的线圈 111、 112 上下相连， 这 些线圈的边界的连接纱的部分上产生纱线的扭转。 这能够根据副法线向量的方向在相邻的 节点之间相反而检测出。若能够假定在线圈 111、 112 上法线向量 n 的方向基本相等， 则副 法线向量的方向彼此相反时， 切线向量的方向也基本相反。
图 12 中表示纱线的扭转和对其的处理。线圈的配置与图 11 一样， 若忽视副法线 向量 bn 的方向而将截面多边形的相同顶点相互连接， 就产生扭转。该状况如 (A) 所示。如 (B) 所示使下一个线圈 112 上的截面多边形全部旋转 180°， 并与线圈 111 的最后的节点连 接时， 能够消除扭转。在纱线的纹理上没有方向性的情况下， 这样即可。但是在模拟添纱等 中聚拢多根纱线而作为一根纱线进行编织的情况下， 在纱线的纹理上具有方向性， 需要在 纱线的表里使颜色不同。 可知， 图 12 中在纱线的表侧和里侧改变表现， 在 (B) 中在线圈 111 和线圈 112 上表里反转。 因此在添纱的情况下， 仅使下一个节点的截面多边形旋转 180°不 能解决问题。
(C) 中在检测出扭转时， 在节点之间， 在与相反侧的顶点之间进行连接。 其结果是， 能够消除扭转， 并且纱线的表里的关系也不会变得异常。 在实际的织物中， 在模拟上产生扭 转时， 考虑为纱线的方向渐渐旋转。 实施例中在一个阶段消除了扭转， 但也可以例如检测出 扭转时， 在节点之间将截面多边形的每偏离 60°的顶点相互连接， 通过 3 次的连接以 180°
的量消除扭转。
实施例中将副法线向量或切线向量的方向偏离大于 90°的情形作为扭转， 但也可 以将例如偏离 60°左右、 偏离 120°左右、 偏离 180°左右的任一种情形都作为扭转， 在偏 离 60°左右的情况下， 在与偏离 60°的顶点之间连接即可， 在偏离 120°左右的情况下， 在 与偏离 120°的顶点之间连接即可。在偏离 180°左右的情况下， 与相反侧的顶点连接即 可。该情况下， 向哪一侧偏离的检测是必要的， 因此， 根据向量积等求出下一个节点上的副 法线向量相对于原来的节点上的副法线向量向哪一侧旋转即可。
图 13 的 (A) 表示未校正扭转的模拟结果， (B) 表示根据实施例校正扭转后的模拟 结果。 (A) 中， 在圆形中标记的部位是扭转部分， 对每个线圈检查纱线的流动时， 可由人眼识 别出。然后在 (B) 中消除了这种不自然的扭转。因此能够进行详细地研究纱线的流动时的 正确的模拟。
图 14 表示基本多边形的方向。例如相对于六边形的基本多边形， 以顶点 v1 朝向 线圈的内侧的方式确定方向。其结果是， 基本多边形的一边与线圈的表面平行。例如取出 筒状的服装 141 的圆周 142 后， 在正面部和侧面部上线圈 143、 144 的法线向量的方向成直 角。然后与此对应确定基本多边形的方向。基本多边形的方向之差在进行着色时显现。例 如如图 14 的点划线所示来自光源的光照射时， 光的反射方向在线圈 143、 144 上不同。因此 正面的线圈 143 和侧面的线圈 144 不同而可见。由此能够通过着色完的图像逼真地表现线 圈的方向。
图 15 表示根据线圈的法线向量改变了基本多边形的方向的例子， 图 16 表示使基 本多边形的方向相对于服装整体共同的例子。每一个都是着色完的图像， 图 15 中能够逼真 地表现侧面的线圈， 与之相对， 图 16 中侧面的线圈的质感发生变化， 缺少精细度。
实施例中， 以线圈上下相连的情况 ( 图 12、 图 13) 为例对纱线的扭转进行了说明， 但纱线的扭转在除此以外的情况下也产生。图 17 中， 表示在网眼花纹的模拟中产生的纱线 的扭转。网眼花纹中线圈的移圈使用较多。如图 17 所示， 在左右的线圈上针编弧前后重叠 时， 在线圈的基部上容易产生扭转。此外在线圈的基部向左右开放的情况下也容易产生扭 转。这些扭转是模拟上的扭转， 不是实际的针织物中产生的扭转。实施例中， 这种情况下也 检测纱线的扭转， 能够显示没有扭转的模拟结果。
实施例中可得到以下的效果。
1) 由于校正了纱线的扭转， 因此在逐一检查纱条的情况下也能够进行实用的模 拟。
2) 将截面多边形的不同顶点彼此连接而消除扭转后， 在添纱的模拟等之类的纱线 沿着截面方向变化的情况下， 也能够进行正确的模拟。
3) 通过使基本多边形的方向与线圈的方向一致而变化， 能够逼真地表现筒状织物 的侧面的线圈。