长期以来,织物CAD技术一直是计算机在纺织领域中的一个重要应用与研究方向,织物CAD作为高新技术的手段为纺织品的设计和生产提供了很大的方便。织物的外观模拟在设计阶段就能预测外观效果,起到代替试织小样的作用,大大提高了新产品、新品种开发的效率,因此织物CAD的研究具有很大的实用价值和广阔的应用前景。而纱线及其织物外观模拟则是织物CAD系统的一个重要组成部分。本文对国内外织物CAD系统的现状和现有的纱线及织物仿真模拟的方法进行了细致分析。在分析了花式线的物理几何结构和成纱原理的基础上,建立了几种常见花式纱线的数学模型。通过建立纱线表面的光照模型模拟生成了加捻纱线在光线照射下的逼真效果,并将有关分形理论应用于模拟纱线随机毛羽和织物随机褶皱的外观效果中。首先,本文从花式纱线的物理几何结构入手,根据其织造原理和工艺参数,建立纱线外观的数学模型,并进一步建立纱线表面的光照模型和起毛起绒算法,主要模拟了单纱、加捻纱以及圈圈纱、结子纱、波形纱、雪尼尔纱四种花式纱线的外观的真实感效果。同时,对花式纱线嵌于织物中的效果也进行了模拟。第二,本文研究了分形生长理论的基本模型--扩散有限凝聚(DLA)模型,分析并实现了DLA模型的计算机模拟方法,并对模型演变进行了讨论,得到了形式多样的凝聚效果。结合DLA模型和纱线模拟相关技术和结论,用双侧线性DLA算法生成纱线毛羽模版,并与基础纱线进行纹理合成,对纱线毛羽效果进行了较为真实的模拟。第三,本文还分析了RMD算法模拟分形布朗运动的原理,并实现了一维RMD算法生成分形曲线和二维RMD算法生成分形曲面。并将一维RMD算法用于生成纱线毛羽。本文还提出了离散化梯度搜索纹理映射算法,对RMD曲面模板和织物效果进行合成,用来模拟织物表面随机褶皱屈曲的效果。实验结果表明,RMD算法对生成随机凹凸纹理曲面有比较理想的效果,亦可用于其他随机纹理生成的研究。本文的创新点在于将分形理论中的DLA模型和RMD算法运用到对花式纱线的毛羽效果的模拟当中,用这种方法能够较为逼真的反映出花式纱线不规则、随机多变且局部自相似的毛羽特征,并首次提出了“离散化梯度搜索纹理映射算法”来对不规则随机曲面进行纹理映射,并得到比较理想的织物随机褶皱的模拟效果。本文的研究方法和结论为纱线及织物真实感模拟开辟了新的思路。实验表明,本文提出的花式线及其织物的模拟方法是可行且有效的,该模拟方法进一步的研究完善并应用到纺织CAD中,具有重要的现实意义。