一种基于三维引擎实现模拟筒纱卷绕的运动仿真方法与流程

1.本发明是一种基于三维引擎实现的模拟仿真方法，具体而言，是一种模拟筒纱卷绕的运动仿真方法。


背景技术：

2.筒纱卷绕是由一个交流变频电动机带动滚筒转动，滚筒再通过摩擦力带动卷筒转动，同时导纱器左右来回匀速移动，使线可以均匀的缠绕在卷筒上。根据不同的滚筒速度、线的材质得到不同的卷绕结果。
3.现有技术中尚未公开能够模拟筒纱卷绕的运动仿真方法，显而易见地，一种能够模拟筒纱卷绕的运动仿真方法将在以下几个方面获得技术及产业应用的积极效果和意义：（1）通过观察多种缠绕过程及结果，进行不同参数的调试；（2）利用该模拟方法进行纺织产业人员的教学；（3）利用该模拟方法验证与本模拟方法模型结构类似的某些卷绕方法；（4）通过模拟观察的过程及结果来预测现实生产中筒纱卷绕的效果，减少实际生产中的试错成本和损耗。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种模拟筒纱卷绕的运动仿真方法，该方法基于三维引擎，同时又结合了3d模型、c#语言和数学模型多种技术手段而实现，对产业技术发展具有重要且积极的作用。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于三维引擎实现模拟筒纱卷绕的运动仿真方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：s1、搭建筒纱卷绕机的3d模型；s2、将搭建好的3d模型导入三维引擎创建的项目中； s3、3d模型基于预设的模拟逻辑脚本实施模拟筒纱卷绕的运动过程。
6.作为本发明的一个具体实施例，所述s1中，通过3d max软件搭建卷绕机的3d模型。
7.作为本发明的一个具体实施例，所述s1中，通过maya软件搭建卷绕机的3d模型。
8.作为本发明的一个具体实施例，所述s1中，所述3d模型包括卷筒、滚筒、导纱器和线，其中滚筒作为主动轮，通过摩擦力与作为随动轮的所述卷筒滚动配合，所述卷筒用以缠绕所述线。
9.作为本发明的一个具体实施例，所述s2中，所述三维引擎采用的是unity引擎。
10.作为本发明的一个具体实施例，所述s3的模拟控制包括以下具体过程：s31、启动模拟过程前，首先创建两个空位置变量v1和v2，设定卷筒左侧某一位置点为绕线起始点a，设定卷筒右侧某一位置点为绕线结束点b，将点a和点b的位置信息分别储存为变量va和vb；
创建两个浮点型变量speed1和speed2并给定其初始值，设speed1为滚筒的转动速度，该速度也即所述卷筒的转速以及所述线被缠绕的速度；设speed2为导纱器的横移速度；创建线材质material；创建浮点型变量radius并给定其初始值。
11.s32、卷筒以速度speed1开始转动，变量va中的位置信息被存入变量v1中，变量vb中的位置信息被存入变量v2中，所述线将以变量v1中所存入的点a位置为起始点被缠绕在所述卷筒上。
12.所述线在缠绕中的动态生成方法为：以储存在v1和v2中位置信息所代表的卷筒上的a点和b点为起始点和结束点，指定半径radius，计算出卷绕角α，通过起始点和结束点、半径radius和卷绕角α创建一系列位置变量；分别在起始点和结束点画一个六边形，指定材质material，根据卷绕速度speed1和横移速度speed2，将上述一系列位置变量动态绘制出点、线、面并连接成线模型，将线模型的两端与起始点和结束点的六边形对应的顶点相连接，并将生成的线模型添加碰撞体。
13.所述导纱器的横移速度speed2与滚筒的旋转速度speed1的比值决定了线在卷筒上缠绕的卷绕角α，tanα = speed2/speed1。
14.s33、导纱器以速度speed2向右横移，向变量v2中所存入的点b移动，所述变量v1和v2中位置信息所代表的卷筒上a、b两点之间的距离即为绕线起始点到结束点之间的距离。
15.s34、当线绕至变量v2中的点b时，第一圈绕线结束；此时清空变量v1和v2中的位置信息，将变量vb的位置信息存入变量v1，将变量va的位置信息存入变量v2；以变量v1中位置信息所代表卷筒上的点b为起点，变量v2中位置信息所代表卷筒上的点a为结束点，开始第二次绕线的过程。
16.所述s3的绕线过程中，当绕线圈数n大于1后，线模型开始在卷筒上叠加，线在卷筒上的厚度开始增加；此时卷筒绕线后的半径通过数学模型r = r1 r2 * n来表示，其中r为卷筒和线的整体半径，r1为卷筒半径，r2为线的半径，n为线在卷筒上的缠绕圈数。
17.所述线模型的仿真程度由线绕一圈的段数决定。即当卷筒上绕了一圈线，把这一圈线看作一个n边形，当n越大时，n边形的任意一条边的长度越短，此时n边形就越加的接近于一个圆形。据此构建一个数学模型：l = c / (360 / n)；其中l代表n边形中每一段的长度，c代表n边形的周长，n代表n边形的边数；用代码表示为：everysteplength = ciclelength / ( 360f / everystepangle )；其中everysteplength代表每一段长度，ciclelength代表n边形的周长，everystepangle代表n边形的段数。
18.所述线模型的仿真程度可以通过改变everystepangle的值进行控制调整。
19.本发明的一种基于三维引擎实现模拟筒纱卷绕的运动仿真方法，该方法基于三维引擎，同时又结合了3d模型、c#代码和数学模型多种技术手段而实现。该模拟仿真方法可以应用于纺织产业人员的教学，验证与本模拟方法模型结构类似的某些卷绕方法，同时还可以通过上述观察的过程及结果来预测实际生产中筒纱卷绕的效果，减少实际生产中的试错成本和损耗。
附图说明
20.图1为实施例一的基于三维引擎实现模拟筒纱卷绕的运动仿真方法流框图；图2为实施例一中的筒纱卷绕机3d模型结构示意图。
具体实施方式
21.以下将通过实施例的方式对本发明的具体技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.一种基于三维引擎实现模拟筒纱卷绕的运动仿真方法，包括以下步骤：s1、通过3d max或maya软件搭建筒纱卷绕机的3d模型，所述3d模型包括一个由电机驱动的滚筒1，所述滚筒1的一侧设置有导纱器2，所述滚筒1的另一侧设置有与其滚动配合的卷筒3，线4经由导纱器2进入所述滚筒1和卷筒3之间并缠绕在卷筒3上。
23.s2、打开unity引擎创建3d project，将搭建完成的3d模型导入创建的3d project中。
24.s3、采用c#语言编写模拟方法的逻辑脚本，以控制3d模型模拟筒纱卷绕的运动；具体包括：s31、启动模拟过程前，首先创建两个空位置变量v1和v2，设定卷筒左侧某一位置点为绕线起始点a，设定卷筒右侧某一位置点为绕线结束点b，将点a和点b的位置信息分别储存为变量va和vb；创建两个浮点型变量speed1和speed2并给定其初始值，设speed1为滚筒的转动速度，该速度也即所述卷筒的转速以及所述线被缠绕的速度；设speed2为导纱器的横移速度；创建线材质material；创建浮点型变量radius并给定其初始值。
25.s32、卷筒以速度speed1开始转动，变量va中的位置信息被存入变量v1中，变量vb中的位置信息被存入变量v2中，所述线将以变量v1中所存入的点a位置为起始点被缠绕在所述卷筒上。
26.所述线在缠绕中的动态生成方法为：以储存在v1和v2中位置信息所代表的卷筒上的a点和b点为起始点和结束点，指定半径radius，计算出卷绕角α，通过起始点和结束点、半径radius和卷绕角α创建一系列位置变量；分别在起始点和结束点画一个六边形，指定材质material，根据卷绕速度speed1和横移速度speed2，将上述一系列位置变量动态绘制出点、线、面并连接成线模型，将线模型的两端与起始点和结束点的六边形对应的顶点相连接，并将生成的线模型添加碰撞体。
27.所述导纱器的横移速度speed2与滚筒的旋转速度speed1的比值决定了线在卷筒上缠绕的卷绕角α，tanα = speed2/speed1。
28.s33、导纱器以速度speed2向右横移，向变量v2中所存入的点b移动，所述变量v1和v2中位置信息所代表的卷筒上a、b两点之间的距离即为绕线起始点到结束点之间的距离。
29.s34、当线绕至变量v2中的点b时，第一圈绕线结束；此时清空变量v1和v2中的位置信息，将变量vb的位置信息存入变量v1，将变量va的位置信息存入变量v2；以变量v1中位置信息所代表卷筒上的点b为起点，变量v2中位置信息所代表卷筒上的点a为结束点，开始第二次绕线的过程。
30.所述s3的绕线过程中，当绕线圈数n大于1后，线模型开始在卷筒上叠加，线在卷筒上的厚度开始增加；此时卷筒绕线后的半径通过数学模型r = r1 r2 * n来表示，其中r为卷筒和线的整体半径，r1为卷筒半径，r2为线的半径，n为线在卷筒上的缠绕圈数。
31.所述线模型的仿真程度由线绕一圈的段数决定。即当卷筒上绕了一圈线，把这一圈线看作一个n边形，当n越大时，n边形的任意一条边的长度越短，此时n边形就越加的接近于一个圆形。据此构建一个数学模型：l = c / (360 / n)；其中l代表n边形中每一段的长度，c代表n边形的周长，n代表n边形的边数；用代码表示为：everysteplength = ciclelength / ( 360f / everystepangle )；其中everysteplength代表每一段长度，ciclelength代表n边形的周长，everystepangle代表n边形的段数。
32.所述线模型的仿真程度可以通过改变everystepangle的值进行控制调整。
33.本发明的控制逻辑为：首先在卷筒上确定两点并将它们的位置信息分别赋给位置变量v1和v2；以变量v1中位置信息所代表的卷筒上的点a为起始点到以变量v2中位置信息所代表的卷筒上的点b为结束点为绕线一次；当绕线绕到v2中位置信息所代表的卷筒上的点b时，清空v1和v2中的位置信息，若上次将va的位置信息赋予v1、vb的位置信息赋予v2,则本次将va的信息赋予v2、将vb的信息赋予v1,导纱器始终向着v2的方向进行横移。
34.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。