專利名稱：一種面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)仿真研究領(lǐng)域中的功能服裝CAD技術(shù)領(lǐng)域，特別 是涉及用于功能服裝設(shè)計(jì)中熱舒適度分析的教學(xué)和展示的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前仿真環(huán)境(Simulation Environments)作為一個(gè)功能強(qiáng)大的學(xué)習(xí) 工具，在許多工程領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。這些系統(tǒng)一般基于成熟的教 學(xué)理論，應(yīng)用三維可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)，允許使用者在虛擬現(xiàn) 實(shí)環(huán)境下進(jìn)行探索，包括修改相關(guān)參數(shù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果可視化操作等。通 常這些系統(tǒng)可分為兩類，即非實(shí)時(shí)(off-line)和實(shí)時(shí)(on-line, real-time) 系統(tǒng)。非實(shí)時(shí)仿真器主要用于評(píng)價(jià)復(fù)雜的方程或模型，沒有對(duì)實(shí)際的物 理系統(tǒng)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，其用戶交互功能受到限制。實(shí)時(shí)仿真器具有 高度的交互能力和探索功能，然而它們往往是高度復(fù)雜且耗時(shí)。要克服 這兩種系統(tǒng)的不足之處，有必要研究新的仿真系統(tǒng)，既能增強(qiáng)交互功能 而又降低系統(tǒng)復(fù)雜性和時(shí)間消耗。服裝熱舒適度的研究近年來取得了較 大進(jìn)展，現(xiàn)有一個(gè)服裝熱功能虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)(PSMART)，可以對(duì)影響服 裝熱舒適性能的相關(guān)因素和過程進(jìn)行虛擬仿真分析，據(jù)此設(shè)計(jì)出理想的 熱舒適度服裝產(chǎn)品。盡管PSMART系統(tǒng)提供了良好的圖形用戶界面和三 維可視化處理，但在教學(xué)和展示等應(yīng)用方面顯得過于復(fù)雜且易用性較差。對(duì)服裝工業(yè)的教育培訓(xùn)應(yīng)用而言，大量的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和復(fù)雜的仿真數(shù)值計(jì) 算設(shè)置難以為普通學(xué)習(xí)者掌握。因此，適應(yīng)電子教學(xué)的趨勢(shì)，發(fā)展一個(gè) 針對(duì)服裝熱舒適度分析的教學(xué)工具，可以幫助學(xué)習(xí)對(duì)一個(gè)給定的服裝設(shè) 計(jì)，在不同穿著場(chǎng)景下的熱舒適度效果，人體-服裝系統(tǒng)的熱濕傳遞過程， 服裝內(nèi)部各層溫度濕度的分布情況，以及影響服裝熱舒適度的關(guān)鍵因素。 這對(duì)于服裝設(shè)計(jì)以及服裝工業(yè)的電子商務(wù)應(yīng)用，都具有重要意義。基于 本發(fā)明提出了一個(gè)半實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)架構(gòu)，用于服裝熱功能設(shè)計(jì)的教學(xué) 展示。通過對(duì)仿真參數(shù)的優(yōu)化抽取，用戶可以用一種直觀的方式進(jìn)行參 數(shù)調(diào)校，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真過程的模擬。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種半實(shí)時(shí)(Half-Live)仿真系統(tǒng)架構(gòu)下的設(shè)計(jì)面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法。半實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和可視化技術(shù)， 首先將仿真場(chǎng)景及仿真結(jié)果數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可配置主要的仿 真場(chǎng)景數(shù)據(jù)；然后據(jù)此確定相應(yīng)的實(shí)際仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的服裝 熱功能展示，通過對(duì)仿真參數(shù)的優(yōu)化抽取，用戶可以用一種直觀的方式 進(jìn)行參數(shù)調(diào)校，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真過程的模擬，有效地滿足了服裝熱功 能設(shè)計(jì)的教學(xué)和展示的要求。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下--種面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng)包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、 一個(gè)虛擬 環(huán)境設(shè)計(jì)模塊和一個(gè)系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存系統(tǒng)的各種數(shù) 據(jù)，虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊用于設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境，系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯功能。所述數(shù)據(jù)庫(kù)保存的數(shù)據(jù)包括1)所有有關(guān)人體、環(huán)境和服裝材料的 參數(shù)和變量，2)根據(jù)指定的人體、服裝和環(huán)境一起組成的仿真場(chǎng)景，3) 由一個(gè)或多個(gè)仿真場(chǎng)景形成的仿真算例，4)系統(tǒng)對(duì)人體一服裝熱濕傳遞 過程進(jìn)行仿真計(jì)算的人體和服裝的動(dòng)態(tài)熱狀態(tài)。所述虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊使用三維真實(shí)幾何模型來構(gòu)造虛擬場(chǎng)景，同 時(shí)采用二維動(dòng)畫技術(shù)作為補(bǔ)充，主要有以下幾個(gè)部分1)選擇人體和服 裝模型，模擬著裝人體，2)用幾何模型來表示人體和服裝的重要參數(shù) 體重、表面積、人體皮膚服裝覆蓋率以及服裝類型等，3)對(duì)環(huán)境條件的 可視化方面，構(gòu)造一個(gè)虛擬氣候室，包括用墻壁顏色表示空氣溫度，光 照表示輻射溫度， 一個(gè)虛擬的溫度計(jì)反映相對(duì)濕度，以及一個(gè)波動(dòng)的含 窗簾紋理曲面表示風(fēng)速大小，4)采用二維動(dòng)畫和橫斷面顯示等可視化方 法反映著裝人體的熱狀態(tài)；5)對(duì)熱舒適度仿真的時(shí)域數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng) 的時(shí)域數(shù)據(jù)探索功能首先利用windows系統(tǒng)里面時(shí)鐘控件的時(shí)鐘事件，計(jì)算實(shí)時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人體一服裝間的動(dòng)態(tài)熱濕傳遞過程的實(shí)時(shí)模擬，然 后采用自適應(yīng)分析算法，對(duì)待分析的狀態(tài)參數(shù)，預(yù)先設(shè)置一個(gè)激活值， 將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)與其比較，最后僅顯示那些大于激活值的數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬速度的靈活控制。所述的系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊的系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯功能包括以下步驟1)對(duì)于給定的人體和服裝，設(shè)置仿真場(chǎng)景的主要參數(shù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中得到計(jì)算結(jié)果，2)查表估算服裝的熱阻值(Clo)，計(jì)算人體熱舒適度；3)對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果，直觀得到模擬人體的熱舒適度狀態(tài)，通過分析不同場(chǎng)景下 的熱舒適度性能表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服裝熱功能仿真模型相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量用圖標(biāo)等圖形符合輸入，變量包括人體的體重、 身體表面積；服裝的層數(shù)、覆蓋率、各層的結(jié)構(gòu)(包括厚度、密度、纖 維構(gòu)成比例、是否含有放水膜及變相材料等)；穿著場(chǎng)景設(shè)置包括人體活 動(dòng)程度、時(shí)間和環(huán)境條件(空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速及輻射溫度)。本發(fā)明的有益效果1. 本發(fā)明采用圖標(biāo)和圖形符號(hào)輸入主要的熱舒適度仿真變量， 解決了其他舒適度模型所包含的物理生理參數(shù)復(fù)雜多樣，專 用性強(qiáng)不便非研究人員使用的問題，增強(qiáng)了系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)效果。2. 本發(fā)明采用可自動(dòng)配置的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄仿真算例，解決了仿真 計(jì)算場(chǎng)景和邊界條件設(shè)置要求對(duì)模型有深入了解，否則不能 正確計(jì)算的問題。因此大多數(shù)有意義的仿真場(chǎng)景都可以進(jìn)行 預(yù)先設(shè)計(jì)和計(jì)算，即使無(wú)法找到精確的匹配算例，也總可以 找到極為相近的算例，并且不會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)這一目標(biāo)。系 統(tǒng)提供的自定義功能，也可將目前不存在的算例收集起來， 供系統(tǒng)維護(hù)者補(bǔ)充氣仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。3. 本發(fā)明提供了三維和動(dòng)畫的可視化效果。使用者可以在虛擬 環(huán)境中學(xué)習(xí)服裝熱舒適度理論知識(shí)，理解影響服裝熱舒適度 性能的重要參數(shù)，提供了使用者對(duì)服裝熱功能和舒適度直觀 而深刻的理解。這對(duì)服裝工業(yè)的學(xué)生和初始設(shè)計(jì)人員具有重 要的意義。


圖1為展示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為半實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖；圖3為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)模塊中主要設(shè)計(jì)變量選擇結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明-本發(fā)明的基于半實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng) 總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)模塊、虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊、系 統(tǒng)總體架構(gòu)模塊。系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖如圖2所示，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1) 首先輸入特定的人體和服裝，根據(jù)該人體和服裝的基本屬性，設(shè) 置仿真場(chǎng)景的主要參數(shù)，比如人體的體重、身體表面積；服裝的層數(shù)、 覆蓋率、服裝各層的結(jié)構(gòu)(包括厚度、密度、纖維構(gòu)成比例、是否含有 放水膜及變相材料等)，然后通過數(shù)據(jù)庫(kù)匹配，得到相應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。2) 查表估算服裝的熱阻值(Clo)，按靜態(tài)熱環(huán)境計(jì)算人體的PMV 舒適度值。即釆用Fanger提出的PMV (Predicted Mean Vote)模型，一 種靜態(tài)穩(wěn)定環(huán)境下的舒適度評(píng)價(jià)模型，來計(jì)算PMV舒適度值。即通過 步驟l中的人體活動(dòng)水平(代謝率)和服裝類型(服裝熱阻值)，通過測(cè) 量環(huán)境變量包括空氣溫度、濕度、平均輻射溫度及流速，計(jì)算最佳舒適 度。按照ISO7730標(biāo)準(zhǔn)中的定義計(jì)算PMV:<formula>formula see original document page 9</formula> 式中M為人體能量代謝率，W為人體所做的機(jī)械功，H為空氣濕 度，Ec為平均輻射溫度，Cres為空氣溫度，Eres為空氣流速。3) 對(duì)1)中得到的仿真計(jì)算結(jié)果，即人體、服裝的熱濕狀態(tài)參數(shù)進(jìn) 行虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的可視化，然后根據(jù)2)中的舒適度值，直觀地模擬顯示 人體地?zé)崾孢m度狀態(tài)?？梢酝ㄟ^顏色來表示不同地舒適度。如紅色表 示熱，黃色表示暖，藍(lán)色表示冷等。4) 通過分析特定服裝在不同穿著場(chǎng)景下的熱舒適度性能表現(xiàn)，不同 服裝構(gòu)造的熱舒適度性能，以及不同計(jì)算模型的仿真結(jié)果比較，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)服裝熱功能仿真模型、服裝熱舒適度性能、服裝熱功能產(chǎn)品虛擬設(shè) 計(jì)等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)?；谏鲜龅臄?shù)據(jù)庫(kù)建立要求如下1) 基本參數(shù)的選擇為實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)環(huán)境，僅從熱舒適度的 數(shù)值仿真模型的很多變量中選取重要的和較為直觀的變量。這些主要的 變量可以使用圖標(biāo)等圖形符合輸入，以增強(qiáng)系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)效果。選取 的變量如圖3所示。重要的變量包括人體的體重、身體表面積；服裝 的層數(shù)、覆蓋率、各層的結(jié)構(gòu)(包括厚度、密度、纖維構(gòu)成比例、是否 含有放水膜及變相材料等)；穿著場(chǎng)景設(shè)置包括人體活動(dòng)程度、時(shí)間和環(huán) 境條件(空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速及輻射溫度)。2) 根據(jù)1)中的重要變量，結(jié)合人體、熱環(huán)境、運(yùn)動(dòng)程度及時(shí)間等 著裝仿真場(chǎng)景計(jì)算仿真結(jié)果，即人體、服裝的物理生理等方面的熱濕狀 態(tài)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。要盡可能保證能夠模擬所有的典型仿真場(chǎng)景。 即使無(wú)法找到精確匹配的仿真算例，也總可以找到極為接近的算例，并且不會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)這-一目標(biāo)。同時(shí)可以將不前不存在的算例收集到數(shù) 據(jù)庫(kù)，補(bǔ)充仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。。虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)可以遵循以下方法1) 人體和服裝模型可以由Poser 5.0軟件導(dǎo)出，模擬著裝人體。2) 人體和服裝的重要參數(shù)如體重、表面積、人體皮膚服裝覆蓋率以 及服裝類型等，都采用幾何模型來表示。如果選取的人體表面網(wǎng)格模型 包含近35， 000個(gè)三角面片，及可以顯示極為真實(shí)的人體模型。3) 在對(duì)環(huán)境條件的可視化方面，構(gòu)造一個(gè)虛擬氣候室，包括用墻壁 顏色表示空氣溫度，光照表示輻射溫度， 一個(gè)虛擬的溫度計(jì)反映相對(duì)濕 度，以及一個(gè)波動(dòng)的含窗簾紋理曲面來表示風(fēng)速大小。4) 采用Poser系統(tǒng)的二維動(dòng)畫和橫斷面顯示等可視化方法展現(xiàn)人體 的熱狀態(tài)。S卩對(duì)反映著裝人體熱狀態(tài)的參數(shù)，如人體熱舒適度、皮 膚溫度、出汗率、新陳代謝率、血流量，以及服裝各層的穩(wěn)定和濕度分 布等這些多數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行可視化。5) 針對(duì)熱舒適度仿真的時(shí)域數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)的時(shí)域探索功能。首 先，為實(shí)現(xiàn)真實(shí)感的虛擬環(huán)境，對(duì)實(shí)現(xiàn)人體一服裝間的動(dòng)態(tài)熱濕傳遞過 程進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬。為在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘控制，利用windows系 統(tǒng)里面的時(shí)鐘控制事件，計(jì)算實(shí)時(shí)時(shí)間。此外采用自適應(yīng)分析算法，使 得系統(tǒng)可以自動(dòng)顯示快速變化的時(shí)間區(qū)域等這些特殊數(shù)據(jù)區(qū)間。即對(duì) 分析的狀態(tài)參數(shù)，預(yù)先設(shè)置一個(gè)激活值，將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)與其比較， 然后僅顯示那些大于激活值的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng)，它包括一個(gè)可自定義的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、一個(gè)虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊和一個(gè)系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于保存系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)；虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊用于設(shè)計(jì)虛擬環(huán)境；系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯功能，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫(kù)保存的數(shù)據(jù)包括1)所有有關(guān)人體、環(huán)境和服裝材料的參數(shù)和變量，2)根據(jù)指定的人體、服裝和環(huán)境一起組成的仿真場(chǎng)景，3)由一個(gè)或多個(gè)仿真場(chǎng)景形成的仿真算例，4)系統(tǒng)對(duì)人體一服裝熱濕傳遞過程進(jìn)行仿真計(jì)算的人體和服裝的動(dòng)態(tài)熱狀態(tài)；所述虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊使用三維真實(shí)幾何模型來構(gòu)造虛擬場(chǎng)景，同時(shí)采用二維動(dòng)畫技術(shù)作為補(bǔ)充，主要有以下幾個(gè)部分1)選擇人體和服裝模型，模擬著裝人體，2)用幾何模型來表示人體和服裝的重要參數(shù)體重、表面積、人體皮膚服裝覆蓋率以及服裝類型等，3)對(duì)環(huán)境條件的可視化方面，構(gòu)造一個(gè)虛擬氣候室，包括用墻壁顏色表示空氣溫度，光照表示輻射溫度，一個(gè)虛擬的溫度計(jì)反映相對(duì)濕度，以及一個(gè)波動(dòng)的含窗簾紋理曲面表示風(fēng)速大小，4)采用二維動(dòng)畫和橫斷面顯示等可視化方法反映著裝人體的熱狀態(tài)；5)對(duì)熱舒適度仿真的時(shí)域數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)探索功能首先利用windows系統(tǒng)里面時(shí)鐘控件的時(shí)鐘事件，計(jì)算實(shí)時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)人體-服裝間的動(dòng)態(tài)熱濕傳遞過程的實(shí)時(shí)模擬，然后采用自適應(yīng)分析算法，對(duì)待分析的狀態(tài)參數(shù)，預(yù)先設(shè)置一個(gè)激活值，將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)與其比較，最后僅顯示那些大于激活值的數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬速度的靈活控制；所述的系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊的系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯功能包括以下步驟1)對(duì)于給定的人體和服裝，設(shè)置仿真場(chǎng)景的主要參數(shù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中得到計(jì)算結(jié)果，2)查表估算服裝的熱阻值(Clo)，計(jì)算人體熱舒適度；3)對(duì)仿真計(jì)算結(jié)果，直觀得到模擬人體的熱舒適度狀態(tài)，通過分析不同場(chǎng)景下的熱舒適度性能表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服裝熱功能仿真模型相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量用圖標(biāo)等圖形符合輸入，變量包括人體的 體重、身體表面積；服裝的層數(shù)、覆蓋率、各層的結(jié)構(gòu)(包括厚度、密 度、纖維構(gòu)成比例、是否含有放水膜及變相材料等)；穿著場(chǎng)景設(shè)置包括 人體活動(dòng)程度、時(shí)間和環(huán)境條件(空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速及輻射溫 度)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向教學(xué)的服裝熱舒適度展示系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)仿真研究領(lǐng)域中的功能服裝CAD技術(shù)領(lǐng)域。它包括一個(gè)可自定義的數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、一個(gè)虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊和一個(gè)系統(tǒng)總體架構(gòu)模塊，首先虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)模塊使用三維真實(shí)幾何模型來構(gòu)造虛擬場(chǎng)景，同時(shí)采用二維動(dòng)畫技術(shù)作為補(bǔ)充；然后將仿真場(chǎng)景及仿真結(jié)果數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶可配置主要的仿真場(chǎng)景數(shù)據(jù)；最后據(jù)此確定相應(yīng)的實(shí)際仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的服裝熱功能展示?；诒景l(fā)明提出了一個(gè)半實(shí)時(shí)的仿真系統(tǒng)架構(gòu)，用于服裝熱功能設(shè)計(jì)的教學(xué)展示，通過對(duì)仿真參數(shù)的優(yōu)化抽取，用戶可以用一種直觀的方式進(jìn)行參數(shù)調(diào)校，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真過程的模擬。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101226565SQ20081002587
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者侯文邦, 穎 曹, 羅笑南 申請(qǐng)人:中山大學(xué)