[发明专利]一种处理服装热舒适度的三维可视化方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机仿真研究领域中的功能服装CAD技术领域，尤其涉及用于功能服装设计中针对服装热舒适度的可视化的实现方法。

背景技术

在功能服装设计中，计算机仿真计算的结果是多维时序数据，数值计算产生的数据量也十分庞大。如果没有进行可视化处理，仅仅依靠图表等统计分析手段，则难以准确有效地理解数据。而对于服装热舒适度的研究，可视化处理具有重要的意义。可视化可以在虚拟的着装场景中，实现对服装热舒适度性能的虚拟展示。这对于帮助研究人员更好地理解数据，进行模型分析和调控仿真计算过程，以及教学、展示等虚拟现实应用，都具有重要意义。而目前，在服装、建筑、车船等有关人体热舒适度的研究中，还没有提出专门的可视化处理技术。大多数都是利用Matlab等商业软件包进行简单的图表可视化处理，存在着可视化方法单一、难以实现系统集成、不能实现虚拟现实应用等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种处理服装热舒适度的三维可视化方法，以实现对人体-服装热湿传递过程和服装舒适度进行虚拟现实环境的可视化展示，从而获得服装热舒适度仿真良好的可视化效果。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种处理服装热舒适度的三维可视化方法，基于两节点和多节点的人体-服装热舒适度模型，采用三维真实人体和服装表面映射、网格分割和剖切构造真实人体和服装几何模型；基于三维有限元人体热调节仿真模型，采用单元表面映射、剖切算法构造真实人体和服装几何模型，从而实现虚拟现实环境的可视化展示。

本发明所述基于两节点和多节点的人体-服装热舒适度模型的三维可视化方法，包括以下步骤：：

(1)生成三维表面人体和服装模型，所构造的模型输出定义为DXF格式的三角网络模型；

(2)模型的分割和剖切；

首先针对人体-服装热湿仿真的可视化要求中的25节点模型，将人体和服装模型分割为头、躯干、胳膊、手、大腿、脚等6个部分；分割算法如下：

设平面方程为ax+by+cz+d＝0，则平面的法向量为n(a，b，c)，平面将三维空间分割为两个半空间，即处在平面的正法向量方向的半空间A，以及处在平面的负法向量方向的半空间B；定义空间一点P(X，Y，Z)，并定义距离D＝aX+bY+cZ+d，则有：

a)若D＞0，P点处在平面的正法向量方向的半空间A；

b)若D＝0，P点处在平面上；

c)若D＜0，P点处在平面的负法向量方向的半空间B；

由距离D判定P点处在平面上、平面的正法向量一侧还是负法向量一侧；检测三维模型每个三角面片的三个定点距离值D，若D值均大于0或均小于0，则三角面片与剖切平面无交，否则有交；若某一三角面片的边与剖切平面有交，则其边上两个定点的D值有一个大于0，另一个小于0；由该边的两顶点P₁(x₁，y₁，z₁)，P₂(x₂，y₂，z₂)确定的直线方程与平面联立即可求得交点P_t(x_t，y_t，z_t)；

然后对表面模型进行剖切，保留处于剖切平面正法向量一侧半空间A中的部分，而处在负法向量一侧半空间B中的部分则被剖切掉；遍历被剖切几何模型的所有三角面片，对三角网格模型进行分割；

(3)针对不同人体属性，参数化模型，即采取参数化构造方法，根据人体体重和皮肤表面积数据，应用OPENGL中的几何变换函数，改变人体模型的高矮胖瘦体型。

本发明所述基于三维有限元人体热调节仿真模型的三维可视化方法，包括以下步骤：

(1)单元表面映射

三维有限元人体热调节仿真模型包括肌肉、骨骼、皮肤等不同有限元结构，人体有限元模型的网络模型主要包括五面体和六面体两种单元类型；采用紧凑的基于模版的数据结构，分别从点、线、面、体四个方面建立有限元模型的拓扑关系，以建立点、边以及三角形间的快速索引来进行单元表面的映射，其方法如下：

a)点表-采用离散点表作为所有点坐标数据的数据库，建立其索引便于以后的边表和三角形表中点索引的查询；

b)边表-记录剖切期间所使用过的边，以及最后存储的三角形边的信息，包括边的起点、重点、边的索引等；