具及三部分分开，使用户有比较大的灵活性，适合不同的用户群。

另外还有些其它的设计软件，但是它们还是存在许多不足对图片大小有严格限制，没有完善的光照系统，采用二维设计无法展现布料的逼真效果。

在国内，目前还没有专门针对布艺设计的工具。

因此本文针对布艺设计以及效果展示进行研究。

研究内容本文研究的内容包括布艺编辑器和布艺效果展示器的设计。

布艺编辑器将设计过程分为三个阶段底板设计单元模板设计和作品设计。

它的主要功能包括画点画线画多边形图形平移图形旋转图形缩放图形填充图形编辑复制粘贴删除等画刷和笔刷风格设计等。

制作布艺效果展示器主要研究的是三维显示方案网格模型法线映射视差映射等。

另外，本文对光照类布艺效果仿真系统的研制型进行了番研究，包括环境光和方向性光。

方向性光在低精度模型的显示上不够真实，因此采用了逐像素渲染方式进行渲染，并研究了光照模型。

论文结构本文第章为绪论，介绍布艺效果仿真系统的研究背景以及课题的研究内容。

第二章阐述了布艺效果仿真系统的特点，包括系统整体结构，布艺编辑器和布艺效果展示器的特点。

第三章阐述了布艺编辑器和布艺效果展示器的概要。

第四五章结合开发过程描述了布艺仿真系统的设计与实现。

第六七章对全文进行了总结并对布艺效果仿真系统的实际应用进行了展望，并提出了后续研究方向。

布艺效果仿真系统的研制布艺效果仿真系统的特点仿真系统的整体结构布艺效果仿真系统主要有两部分组成，布艺编辑器和布艺效果展示器见图。

布艺编辑器负责设计，通过点线多边形组合成个作品。

布艺效果展示器用于三维的显示作品，将作品置于不同的光照环境中，从不同角度观赏作品，达到真实的效果。

图系统整体结构布艺编辑器的特点本文研究的布艺编辑器是个矢量图形编辑器，底板单元模板和作品都是以矢量格式保存。

编辑器包含的基本图元有点线多边形，通过基本图元的组合扩展，可以延伸出丰富多彩的图形。

最大的特色就是多样的画笔和画刷样式，底板编辑模块布艺编辑器布艺效果仿真系统布艺效果展示器单元模板编辑模块作品编辑模块渲染器用户输入控制灯光渲染高度映射底板单元模板作品布艺效果仿真系统的研制它们通过文件进行保存，可以产生自定义的样式，有利于布料贴图以及自动产生缝份。

布艺效果展示器的特点布艺效果展示器的特点就是对布艺成品进行三维展示。

在三维空间中，布艺成品能够真实的展现出褶皱凹凸等丰富的纹理信息。

灯光效果的实现使得场景更加逼真，能使布艺成品达到真实的浏览效果。

小结本章简述了布艺效果仿真系统的整体结构，各个组成部分以及相互之间作用关系。

同时介绍了布艺编辑器和布艺效果展示器的特点。

布艺效果仿真系统的研制布艺效果仿真系统的概述布艺编辑器概述布艺编辑器是个矢量图形编辑器，对于绘制的图形可以进行任意的旋转和缩放而不失真。

布艺的设计过程分为三个阶段设计底板设计单元模板设计作品。

矢量图形矢量图形是计算机图形学中用点直线或者多边形等基于数学方程的几何图元表示图像。

矢量图形有如下特点文件小。

由于图形中保存的是线条和图块的信息，因此矢量图形文件和分辨率和图形大小无关，只与图形的复杂程度有关，简单图形所占的存储空间小。

图形大小可以无级缩放。

在图形进行缩放旋转或变形操作时，图形仍具有很高的显示和印刷质量，而且不会产生锯齿模糊效果。

可采取高分辨率印刷。

矢量图形文件可以在任何输出设备及打印机上以打印或印刷机的最高分辨率进行打印输出。

而位图格式的文件只能对每个像素进行修改，布艺编辑中不适用。

在布艺编辑器中，底板单元模板和作品都需要支持自由地修改。

因此，布艺编辑器采用矢量图形进行设计修改和保存。

底板底板是由点直线和弧线构成的图形。

底板设计是布艺设计的第步，底板上的点直线和弧线可以作为单元模板的吸附吸附功能详见参考，也可以作为单元模板中的基本图元。

底板有多种类型格类见表八角星类六八边形类同心圆类同心弧类。

格类通常有这几种四格类五格类七格类九格类斜向格布艺效果仿真系统的研制任意格。

表格类类型分类分类范例格类四格类五格类七格类九格类斜向格任意格底板的设计结果如图图底板设计结果布艺效果仿真系统的研制单元模板单元模板是在底板的基础上绘制基本图元而成的。

底板在单元模板设计中的作用就是作为辅助线网格或者重要点的参考位置，起到指导作用。

在绘制基本图元的基础上，单元模板设计的另个任务是进行填充。

填充可用颜色，也可以用自定义图片。

当使用自定义图片进行填充时，由于图片大小与基本图元大小不致，填充模式分为平铺填充和拉伸填充。

基本图元包括点线多边形。

但为了方便用户进行设计，将这些基本图元进行扩充。

最终在单元模板设计中的基本图元有点线直线圆弧多边形矩形三角形菱形正六边形等腰梯形扇形圆箭头形人字形封闭区域，见表。

表基本图元类型分类分类范例点无无线直线无圆弧椭圆弧圆弧多边形矩形正方形长方形三角形等腰直角等边菱形布艺效果仿真系统的研制续表基本图元多边形正六边形无等腰梯形扇形无圆椭切空间坐标变换矩阵。

在般的纹理映射中，每个顶点都包含对纹理坐标。

在视差映射中，将用纹理坐标对高度图进行定位查找，根据所得结果对自身进行修改，最后再进行普通的纹理查找。

在图中，纹理坐标偏移值等于点到观察矢量的距离。

由于从点到观察矢量的射线和观察矢量的交点不定在真正的几何体凹凸表面，所以视差映射只是种近视实现视差的方法。

当然，可以使用其它方法获得更精确的偏移值，但这通常需要许多额外的计算，实际上在布艺显示中，这种近视已经足够好了。

为了计算偏移，先要对切线空间下的观察矢量进行标准化。

在切线空间下，和轴都位于切线平面上轴与切线平面正交。

接下来需要对高度图中的值进行缩放和偏移。

高度图中的值在，之间，般来说，需要把这个值映射到个合适的范围内。

图视差映射算法这个算法比较大的缺点就是逼近算法效率低下，并且无法实现自阴影。

但是，在渲染单张画面的时候，相对的渲染速度还是很快的。

鉴于这个算法的凹凸效果非常逼真，对于渲染单张的布艺效果图非常实用。

灯光效果的实现在没有光照的应用程序中，要么是非常暗，因为光照程度非常低要么看起来完全是物体原本的颜色，因为光照被禁止了。

提供了个光多边形高度图实际修正观察点布艺效果仿真系统的研制照系统，使用它可以照亮世界，就像使用光源去照亮真实的世界样。

在中有两类光照模式，它们相互环境光照和方向性光照。

方向性光照就是通常认为的光，它可以放置在场景中的处。

这些光照有个坐标位置亮度和方向。

通常情况下，由于它们的亮度限制，所以并不会照亮整个场景由于有坐标位置，所以还可以实时地移动它。

方向性光照是系统的主要光照系统。

它有点光源平行光和聚光灯，它的主要光照模型是漫反射和镜面反射。

环境光环境光照降落在画面中的所有地方，均匀而无限。

在整个程序中只有个环境光照，通过调整它的属性，整个的光照都会被改变。

环境光照控制了整个场景的光照度，只需要调用函数就可以了。

但是这个函数是在顶点渲染方式进行设置的环境光照。

通常为了达到精确的光照值采用像素渲染。

可以通过下公式来描述环境光照的成分值表示光照的强度，值表示光的颜色。

只有环境光的物体呈现出单的色调，无明暗区别，因此也无立体感可言。

这就同禁用光照模型样。

因此，漫反射和镜面反射在光照模型中是必不可缺的。

漫反射在漫反射光照模型中，需要考虑到光的位置，也就是说光在空间中是有位置概念的，这也就是所谓的位置光照模型。

而在环境光照模型中，光在空间中是没有位置的，这是漫反射光照模型和环境关照模型之间的主要区别。

漫反射光照的另项特性就是光的反射与观察者的位置无关。

因此，在漫反射光照模型中个物体的表面在所有方向上的反射都是样的。

这也就是为什么漫反射光照被用于模拟布料的原因。

漫反射光照模型遵循定理，这个定理需要借助于两个向量来描述，分别是描述光位置的向量和描述物体顶点法线的向量，见图。

布艺效果仿真系统的研制图光向量和法向量当和重合时，或者说当表面与光线垂直时，漫反射达到峰值，其中角的度数越大漫反射越小。

因此，光的强度直接与成正比。

要高效地实现漫反射，可利用两个维向量点积的个性质。

如果其中光向量和法向量都是个单位的长度，则上述公式可化简为通常将漫反射光照成分与环境光照成分相加来综合这些光照，如下所示镜面反射镜面反射光照需要考虑观察者的位置，漫反射光照需要考虑光向量的位置，而环境光照则什么位置都不用考虑。

对于模拟光滑有光泽或磨光的表面，将观察者纳入考虑是很有用的。

虽然大部分布料表面是粗糙的，但也有小部分光滑的表面，如皮革等。

因此，加入镜面反射可以更好的模拟光照效果。

在镜面反射光照模型中，使用两个向量来计算镜面反射成分观察者向量和反射向量，前者描述了观察者的方向后者描述了光向量的反射方向，见图。

布艺效果仿真系统的研制图镜面反射光照的向量和的夹角为。

越与靠拢，反射光就越亮。

因此可使用来描述镜面反射，见图。

另外，还需要个指数来表示光泽属性。

图镜面反射指数因此，可以通过用来描述镜面反射。

为了实现镜面反射模型，可利用点积的性质如果其中两个向量都是个单位的长度，则可以用来代替。

因此，镜面反射便可描述为。

反射向量的计算公式为结合环境光照漫反射和镜面反射后的光照公式如下