随着新一代信息技术的高速发展,全球正在出现新一轮的工业革命创新浪潮,制造业从传统的生产模式转向智能化生产方式。全成形技术一次性编织出整件产品,有效地改变传统毛衫主要依靠人工完成的生产模式,减少了生产流程、缩短了生产周期,产品廓形立体、视觉效果优美,满足高端定制。全成形毛衫因复杂的编织工艺与设计开发难度大,三维仿真软件作为智能化工具为设计师与工艺员之间提供了良好的沟通,短时间内提高产品设计性与变化性,减少打样次数。因此,开发一款针对全成形毛衫的三维仿真软件可大幅提高新产品的开发效率,促进毛衫企业的转型升级。本文从全成形毛衫编织工艺出发,以线圈为基本单元进行三维仿真。首先分析了全成形毛衫的编织原理,研究了罗纹、袖身连接、合肩缝以及领子等重点部位的编织工艺,并建立了编织工艺信息的数学模型。然后对全成形毛衫组织结构进行了研究,建立了基本组织、花式组织、连接组织以及其他常用组织的线圈网格模型以及与编织工艺数据之间的关系。所建立的线圈网格模型包含网格类型、网格点与线圈型值点,其中线圈型值点坐标根据测量实际线圈与二次贝塞尔曲线方程计算得到,并依据型值点坐标与网格高和宽的比例关系,建立型值点与网格点的线性关系。根据编织工艺与组织结构线圈网格模型之间的关系,依照服装纸样分部段计算二维衣片的网格模型。在二维网格模型的基础上,建立了简化的弹簧质点模型模拟花式组织的形变,对集圈组织、浮线组织和移圈组织进行受力分析,使用Verlet数值积分法计算周围质点的位移,通过增加额外的拉力和斥力来解决变形过程中过度拉伸和碰撞的问题。将罗纹组织宽度与相同线圈数量平针组织宽度的比值作为收缩系数,用来模拟罗纹组织形变。通过对服装造型模拟的研究发现同一件服装的二维衣片与三维服装的模型均为三角形网格,且除顶点的坐标不同其他均相同。因此在三维服装设计软件进行全成形毛衫款式设计与造型模拟,并导出二维衣片与三维服装的模型,使用空间矩阵计算每对三角形的空间变换关系。然后计算二维网格点所属的三角形,将网格点进行与所属三角形相同的空间变换,得到与三维服装模型匹配的线圈网格模型。三维线圈结构的仿真包括线圈路径生成、线圈实体生成以及线圈表面模拟三个步骤。根据线圈型值点与网格点之间的关系,计算在网格模型平面上的型值点坐标,然后在网格模型平面的法向方向增加线圈厚度得到最终三维服装模型中线圈的型值点,再根据线圈型值点和二次贝塞尔曲线插值生成纱线路径。计算路径上每个插值点的切向旋转标架,以插值点为圆心的圆形截面根据切向旋转标架沿线圈路径扫掠生成纱线实体表面。为了实现纱线表面的纹理提出了使用PBR材质对纱线进行仿真,模拟出了纱线表面的纹理与捻度,增加了纱线的真实感。分析了基于PBR材质的仿真效果与时间,得出线圈表面细分程度对仿真效果影响小,但是细分程度高时仿真时间长,基于此选择低表面细分的线圈实体进行全成形毛衫的三维仿真。根据上述研究的全成形编织工艺、线圈网格模型、三维服装网格建模方法和线圈结构的真实感仿真方法,利用Visual Studio和OpenGL联合编程开发了全成形毛衫三维仿真系统,通过可编程管线进行渲染,实现了多个款式的全成形毛衫快速仿真,验证了本文提出方法的可行性。上述四个方面均从实现全成形毛衫三维仿真展开研究,以全成形毛衫的编织工艺为切入点,全成形毛衫的三维线圈结构为研究重点,实现可快速模拟具有针织线圈结构和真实感的全成形毛衫三维仿真系统,提高了全成形毛衫产品开发的效率,为实现全成形毛衫高端定制奠定了基础。