由于纬编针织物的组织多样、结构复杂,且不同组织类型的线圈相互组合时因受纱线张力的作用使线圈产生形变,因此设计者很难准确地预测到织物设计的最终形态。目前的纬编针织物CAD(Computer Aided Design)系统中的仿真功能虽然能有效地解决上述部分问题,但这些软件并不能真实地模拟出纬编针织物花色组织线圈间由于纱线张力变化所导致的线圈变形,使模拟效果与真实织物之间存在较大差异,为纬编针织物的设计和生产带来困难。因此,本课题针对纬编针织物线圈的变形进行分析和模拟,将研究内容作为纬编针织物设计的三维模拟模块,应用到纬编针织物设计系统CKCAD 2.0中。首先研究了纬编针织物的结构特点和物理属性,在传统弹簧-质点模型的基础上,提出了长方体弹簧-质点模型。通过对实际纬编针织物的测量,获得了型值点坐标与长方体弹簧-质点模型的参数关系。根据这些参数关系,将纬编基本组织和花色组织的线圈型值点建立在长方体弹簧-质点模型的基础上,分别建立了纬平组织、罗纹组织、双罗纹组织、双反面组织、集圈组织、浮线组织、移圈组织、衬垫组织和单面提花组织线圈长方体弹簧-质点模型。然后,通过对花色组织与纬平组织、花色组织与花色组织组合时线圈受张力作用后型值点产生的偏移量进行测量,研究了不同花色组织的型值点偏移量。测量的花色组织包括集圈组织(单列集圈、双列集圈和三列集圈)、浮线组织(单列浮线、双列浮线和三列浮线)和移圈组织(移1针移圈、移2针移圈和移3针移圈)。随后,利用型值点与质点的线性关系,计算出了不同组织线圈质点的偏移量与线圈结构参数的比例关系,并分析了不同集圈数、浮线数和移圈数对比例关系的影响。将获得的比例关系应用到纬编组织线圈长方体弹簧-质点模型中,利用velocity-Verlet数值积分法求解弹簧-质点模型的动力学方程,计算出质点的受力及其相邻的质点的受力和位移,模拟了花色组织及其周围线圈受到纱线张力作用下所产生的线圈形态变化。针对模拟的纱线在力的作用下可能会产生的穿插问题以及线圈间错误的串套问题,本文根据织物纱线的几何结构特点,提出圆柱体包围盒碰撞检测算法。这种算法在对纱线进行碰撞检测时能紧密地包围几何对象,有效避免了其他包围盒因为重叠和空隙所导致的复杂计算和缺乏精确度的问题。为了提高线圈的立体感和纱线的真实感,本文采用3种不同的绘制方法实现了线圈三维造型的真实感渲染。分别利用Open GL图形库中的非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)曲面函数和纹理映射函数实现了具有比较光滑表面和具有纱线纹理效果的线圈造型。采用本文提出的纱线捻度模拟算法结合空间旋转函数,实现了带有纱线捻度效果的线圈造型。通过对漫反射光、环境光、镜面反射光、辐射光等光照环境下模拟效果的比较,获得了适用于纬编织物三维模拟的光源环境。最后,结合前面的模型与方法,以Visual Studio 2010和Open GL作为开发工具,实现了具有良好交互式设计界面的纬编针织物三维模拟系统。该系统能够灵活地设定织物线圈、纱线和弹性等参数,并且可以根据用户需求自由变换观察角度和绘制方式,生成具有真实力学变形效果的纬编织物图像,并在此基础上对系统运行时间进行了测试,确保系统的实时性。将模拟结果与真实织物进行对比,验证了本课题提出的方法和模型的实用性和高效性。综上所述,本文从上述四个方面围绕纬编针织物的三维模拟展开,以线圈的变形模拟为切入点,实现具有真实的花色组织线圈变形效果的纬编针织物三维模拟系统,直观、高效地帮助设计人员进行纬编产品开发,为针织服装的动态虚拟展示和个性化定制服务打下了基础。