高 帥

（天津工業(yè)大學(xué),天津 300160）

計(jì)算機(jī)應(yīng)用

賈卡經(jīng)編針織物的分析與應(yīng)用

高 帥

（天津工業(yè)大學(xué),天津 300160）

針對(duì)織物分析中賈卡效應(yīng)層次分割費(fèi)時(shí)繁瑣的問(wèn)題 ,將圖像分割技術(shù)應(yīng)用于賈卡花型設(shè)計(jì)。文章敘述了閾值分割及仿真方法和實(shí)際應(yīng)用,介紹了賈卡針織物分析設(shè)計(jì)流程。該方法對(duì)由兩種組織區(qū)域組成的賈卡針織物特別適用,可以快速、準(zhǔn)確得到織物花型圖,使花型設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化,提高設(shè)計(jì)效率和精度。

經(jīng)編;賈卡針織物;閾值分割;仿真方法;織物分析;花型設(shè)計(jì)

賈卡經(jīng)編針織物花紋圖案多變、花型豐滿、層次分明、質(zhì)地穩(wěn)定,它的風(fēng)格在經(jīng)編產(chǎn)品中獨(dú)樹(shù)一幟,受到人們廣泛青睞,產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝飾、高檔婦女內(nèi)衣面料、花邊輔料等,有很好的開(kāi)發(fā)前景。如何快速得到花型圖是加快花型設(shè)計(jì)速度的關(guān)鍵。針對(duì)此問(wèn)題,將圖像分割技術(shù)應(yīng)用于賈卡花型設(shè)計(jì)。用于高檔內(nèi)衣的大量賈卡提花織物由兩種組織區(qū)域組成,閾值分割算法處理這類織物非常有效,可以快速、準(zhǔn)確地得到織物花型圖,大大簡(jiǎn)化花型設(shè)計(jì)過(guò)程。

1 閾值分割

閾值分割法是基于圖像的灰度進(jìn)行分割的,是最經(jīng)典也是十分重要的一種并行區(qū)域分割算法。其基本思想是在圖像的灰度取值范圍內(nèi)確定一個(gè)閾值,將組成圖像的所有像素的灰度值與閾值進(jìn)行比較,比較的結(jié)果將圖像的全部像素分為目標(biāo)和背景兩類。閾值分割簡(jiǎn)單方便,對(duì)目標(biāo)和背景對(duì)比明顯的圖像分割效果顯著。

閾值分割法的基本原理如下：設(shè)原始圖像為Z（i,j）,以一定的準(zhǔn)則在 Z（i,j）中找出灰度值 T作為分割閾值,將圖像分為目標(biāo)和背景兩部分,分割后的二值圖像為 G（i,j）。

閾值分割的關(guān)鍵是確定一個(gè)合適的閾值。假如閾值選得過(guò)高就會(huì)將背景誤認(rèn)為是目標(biāo);相反閾值選得過(guò)低則會(huì)將目標(biāo)誤認(rèn)為背景,使信息丟失。本文的分割是基于迭代閾值法[3],可以通過(guò)程序自動(dòng)搜尋出比較合適的閾值。

2 賈卡經(jīng)編針織物分析設(shè)計(jì)流程

掃描織物 →閾值分割 →生成意匠圖→換色→顏色定義 →織物仿真

2.1 掃描織物圖像得到灰度圖

掃描織物時(shí),使用 180dpi的分辨率,直接得到灰度圖。下機(jī)后紗線內(nèi)應(yīng)力回復(fù)產(chǎn)生形變,分析過(guò)程中的人為牽扯,導(dǎo)致線圈的縱橫向并不絕對(duì)垂直,使花型產(chǎn)生了歪斜。在用掃描儀獲取數(shù)字圖像時(shí),應(yīng)盡量將織物擺正,對(duì)于不可回復(fù)的牽扯形變,應(yīng)通過(guò)圖像處理軟件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)矯正,使得一個(gè)花紋循環(huán)上下左右接合良好。

2.2 生成意匠圖

閾值分割得到織物的花型圖后,在 W KCAD系統(tǒng)中輸入花高、花寬、縱密、橫密等基本工藝參數(shù)就能將花型圖直接、快速轉(zhuǎn)成意匠圖,意匠圖由意匠格組成,一個(gè)意匠格沿縱向代表兩個(gè)橫列,沿橫向代表相鄰兩根織針之間的距離。意匠圖的規(guī)格是根據(jù)織物的成品密度來(lái)確定的,因此意匠花型與掃描織物是保持恒定比例的。

2.3 換色

對(duì)賈卡織物進(jìn)行分析,依據(jù)組織結(jié)構(gòu)使用相應(yīng)的賈卡基本色替換原始意匠圖中的顏色,即可得到賈卡花型意匠圖。本文成圈型賈卡織物采用3針技術(shù),厚的部分采用的是全部紅色,薄的部分采用的是全部綠色。使用賈卡換色工具在賈卡選色區(qū)選擇相應(yīng)的顏色對(duì)原始意匠圖中的顏色進(jìn)行替換,得到織物花型意匠圖。

2.4 對(duì)賈卡顏色進(jìn)行定義

對(duì)花型意匠圖上的各個(gè)顏色進(jìn)行定義,即對(duì)綠、紅、白等顏色指定實(shí)際的控制信息,即賈卡偏移信息,見(jiàn)表1。

表1 賈卡顏色信息表

賈卡顏色定義完畢后,所得到的由基本色構(gòu)成的賈卡意匠圖表述了厚、薄、網(wǎng)孔等顏色效應(yīng),便可以進(jìn)行賈卡織物仿真。

2.5 賈卡針織物仿真

在得到賈卡織物的意匠圖后,需對(duì)墊紗數(shù)碼、原料、穿經(jīng)等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并適當(dāng)調(diào)節(jié)紗線張力,即可獲得織物的仿真圖。由于賈卡導(dǎo)紗針在進(jìn)行偶數(shù)橫列的偏移時(shí)其效應(yīng)總是滯后一個(gè)縱行,必須令拉舍爾技術(shù)參數(shù) RT=1,才能使實(shí)際織物花型與設(shè)計(jì)效應(yīng)相一致。

3 賈卡經(jīng)編針織物的應(yīng)用

3.1 浮紋型賈卡經(jīng)編針織物

浮紋型賈卡經(jīng)編針織物有別于一般的經(jīng)編針織物,其底布精致輕透,浮紋花紋散落鑲嵌在底布之上,立體感強(qiáng)且浮紋花紋區(qū)域之間無(wú)多余的紗線相連接。這是由于浮紋型賈卡經(jīng)編機(jī)的配置有別于一般的經(jīng)編機(jī),它有兩把賈卡梳櫛,一把壓紗型賈卡梳櫛JB1.1和一把襯緯型賈卡梳櫛 ,并配有單紗選擇裝置 EFS。JB1.1與 EFS都是半機(jī)號(hào)配置,兩者組合成為滿機(jī)號(hào),相互協(xié)調(diào)配合,既可以橫向偏移,又可以在縱向上控制浮紋紗線進(jìn)入和退出編織。JB1.1配置在偶數(shù)行,以壓紗形式墊紗,形成浮紋花紋;襯緯型賈卡梳櫛含有兩把分離的以半機(jī)號(hào)配置的賈卡梳櫛,兩者交錯(cuò)排列組合成為滿機(jī)號(hào),以襯緯形式同向墊紗,形成變化的花式底布。地梳以成圈形成編鏈,也可配置地梳以襯緯編織氨綸,還可配置花梳形成花邊的牙邊。

該類織物用途十分廣泛,主要用于網(wǎng)眼窗簾、臺(tái)布,有牙邊或無(wú)牙邊的花邊,非彈性或彈性花邊,以及女性內(nèi)衣和外衣面料等。

3.2 成圈型賈卡經(jīng)編針織物

目前,成圈型賈卡選針技術(shù)主要有兩針、三針及四針技術(shù)之分,不同選針技術(shù)的應(yīng)用將形成織物中不同的賈卡組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而產(chǎn)生不同的賈卡花型風(fēng)格。

3.2.1 兩針技術(shù)

兩針技術(shù)是成圈賈卡經(jīng)編針織物所特有的一種選針技術(shù),在其他類型的賈卡經(jīng)編提花中沒(méi)有應(yīng)用,兩針技術(shù)的基本墊紗為編鏈組織1-0/0-1//。

兩針技術(shù)不是用來(lái)形成織物的厚薄網(wǎng)孔效應(yīng),而是利用與地組織的同向或反向墊紗紗線在織物表面的顯露關(guān)系來(lái)隱現(xiàn)賈卡花型 ,形成織物花紋。利用這種方法所形成的花紋效應(yīng)較為平坦。

3.2.2 三針技術(shù)

三針技術(shù)是成圈型賈卡經(jīng)編針織物中應(yīng)用最多的一種選針技術(shù) ,三針技術(shù)的基本墊紗為1×1經(jīng)平組織1-0/1-2//。

利用三針技術(shù)所形成的賈卡花型效應(yīng)較為全面,可以為厚組織效應(yīng)、薄組織效應(yīng),甚至在一些地組織的配合下還可以形成網(wǎng)眼或小網(wǎng)眼效應(yīng)。

3.2.3 四針技術(shù)

四針技術(shù)也是成圈型賈卡經(jīng)編針織物中應(yīng)用較多的一種選針技術(shù),四針技術(shù)的基本墊紗為2×1經(jīng)平組織1-0/2-3//。

四針技術(shù)同樣可以形成為凹凸與平坦效應(yīng),而且其厚組織效應(yīng)較三針技術(shù)更為明顯,賈卡花型效應(yīng)的立體感更強(qiáng)。四針技術(shù)可以形成的三種基本效應(yīng)層依次為“厚、次厚、薄”。

4 仿真方法

4.1 確立經(jīng)編線圈結(jié)構(gòu)模型

對(duì)經(jīng)編針織物線圈結(jié)構(gòu)的模擬,前人曾提出不同的模型。P.Grosberg結(jié)構(gòu)模型將線圈看成一個(gè)彈性體,根據(jù)織物組織相互作用的關(guān)系,將前后梳櫛的紗線消耗量用不同的公式來(lái)表示。機(jī)上狀態(tài)線圈結(jié)構(gòu)模型主要反映機(jī)上狀態(tài)織物測(cè)量和紗線消耗量之間的關(guān)系。目的是在于找出織物參數(shù)和織物尺寸之間的一些關(guān)系,用于工廠中產(chǎn)量計(jì)算和預(yù)測(cè)織物性能等。

通過(guò)上述分析可知,早期用的線圈結(jié)構(gòu)幾何模型是對(duì)線圈結(jié)構(gòu)的二維描述,主要是用于計(jì)算線圈長(zhǎng)度、送經(jīng)量,以及由此來(lái)計(jì)算產(chǎn)量等。并且以往的模型由于采用過(guò)于簡(jiǎn)化的幾何假定,使結(jié)果誤差太大,不能直接應(yīng)用于工程實(shí)際;P.Grossberg先生提出的將線圈主干作為一彈性桿進(jìn)行數(shù)學(xué)力學(xué)分析,得到線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)間的幾何數(shù)量關(guān)系,修正的彈性桿模型同時(shí)考慮了線圈的傾斜和延展線的彎曲,但是由于計(jì)算方法太過(guò)復(fù)雜,結(jié)果與實(shí)際有一定誤差;另外還有用試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法研究經(jīng)編針織線圈結(jié)構(gòu)幾何學(xué)的實(shí)踐,同樣也存在較大的誤差。

從線圈受力和幾何抱合出發(fā),建立合理的線圈結(jié)構(gòu)模型,利用計(jì)算機(jī)這一工具來(lái)描繪復(fù)雜的線圈將是研究賈卡經(jīng)編針織物結(jié)構(gòu)和仿真的基礎(chǔ)。線圈結(jié)構(gòu)的描述可以分為二維和三維兩種。

對(duì)于二維線圈,可以采用一種比較簡(jiǎn)單的方法來(lái)模擬每一根紗線。從視覺(jué)效果來(lái)講,紗線的最基本外觀是細(xì)長(zhǎng)的圓柱體,假設(shè)紗線平放,其投影到二維平面,就是一個(gè)長(zhǎng)方形。紗線的捻度紋理是由數(shù)根單絲的螺旋纏繞而成。在二維圖像中,采用近似的顏色漸變的一組平行直線來(lái)體現(xiàn)這種紋理。

如果考慮三維線圈,要考慮線圈的空間構(gòu)成,可以考慮使用一定的曲線 （面）來(lái)表示。將紗線假定為規(guī)則的圓形截面的柱體,使用參數(shù)u（對(duì)于中心軸坐標(biāo)）和v（對(duì)于截面坐標(biāo)）來(lái)分別表示曲線 （面）的參數(shù),這樣就能夠描述線圈的三維結(jié)構(gòu)。由于建立三維結(jié)構(gòu)需要很大的計(jì)算量,在織物仿真時(shí),人們的要求是即時(shí)可見(jiàn),因此我們的設(shè)想是對(duì)于不同類型的紗線,可以首先建立模擬仿真的紗線數(shù)據(jù)庫(kù),然后在織物模擬時(shí)加以調(diào)用。

4.2 確立賈卡經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)模型

賈卡經(jīng)編針織物的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,首先其基本的織物結(jié)構(gòu)就包括了襯緯、成圈和壓紗等幾種方式,其次在基本組織的基礎(chǔ)之上,還受到賈卡提花機(jī)構(gòu)的作用,形成各種層次效應(yīng)豐富的變化組織襯緯型、成圈型、壓紗型賈卡的基本結(jié)構(gòu)。

賈卡經(jīng)編針織物理論與實(shí)際形態(tài)的差異主要體現(xiàn)在賈卡組織的變形上。由于織物的底布受變化的賈卡紗線拉力的作用,因此織物在網(wǎng)孔組織處要發(fā)生變形,尤其在多列網(wǎng)眼處,變形最為明顯。由于網(wǎng)眼的形成方法、網(wǎng)眼的長(zhǎng)短不同,因此其形態(tài)結(jié)構(gòu)各異。鑒于此,可以考慮從物理和數(shù)學(xué)兩個(gè)角度采用有限元法對(duì)賈卡組織結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行求解處理。賈卡織物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)利用有限元分析方法,可以將復(fù)雜問(wèn)題分解為較簡(jiǎn)單的問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成,對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的近似解,然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件,從而得到問(wèn)題的解。有限元不僅計(jì)算精度高,而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。

根據(jù)設(shè)想,可以使用有限元方法,將織物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成由多個(gè)線段組成的 FEM模型,為了能夠有效地顯示紗線結(jié)構(gòu)真實(shí)彎曲和變形情況,必須使用足夠多的線段,然后通過(guò)復(fù)制在計(jì)算機(jī)上顯示完整的針織物。實(shí)際上,每根紗線的彎曲和變形主要取決于紗線的張力,而影響張力的因素不光包括紗線的機(jī)械和力學(xué)性能,更重要還決定于織物的組織結(jié)構(gòu),必須通過(guò)大量的測(cè)試來(lái)研究賈卡經(jīng)編針織物復(fù)雜的變形過(guò)程,確定各種參數(shù)對(duì)于紗線張力的影響效果。

5 結(jié)語(yǔ)

賈卡經(jīng)編織物的分析與應(yīng)用的發(fā)展與成熟一定會(huì)使賈卡經(jīng)編織物在紡織產(chǎn)業(yè)及其他領(lǐng)域發(fā)揮出更大的作用與貢獻(xiàn)。

[1] 蔣高明.現(xiàn)代經(jīng)編產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝[M]北京：中國(guó)紡織出版社,2002.

[2] 陳惠蘭,馮勛偉.經(jīng)編針織物幾何結(jié)構(gòu)研究的進(jìn)展[J].上海紡織科技,1996,（6）：37—40.

[3] 叢紅蓮.RSJ4/1賈卡機(jī)花型設(shè)計(jì)方法探討[J].上海紡織科技,2003,（3）：29—31.

[4] 殷海明.紋織 CAD中的組織分割和面料模擬[D].杭州：浙江大學(xué),2005.

[5] 何斌.Visual C++數(shù)字圖像處理[M].北京：人民郵電出版社,2002.

[6] 肖仕麗 ,謝梅娣 ,洪冬英.針織提花襪品快速輔助分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J].紡織科技進(jìn)展 ,2006,（4）：59.

Analysisand Application of Jacquard Warp-kn itted Fabric

GAO Shuai
（Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300160,China）

Acco rding to time-consuming and overlabo rate p roblem s of level segementation of jacquard knitted fabric,the pattern segementation technique w as app lied to jacquard pattern design.The threshold segementation and simulation methods and their app lications w ere elaborated.The methods are app licable to jacquard knitted fabric composed of two kinds of stitch region,so as to get pattern fastly and accurately to simp lify pattern design p rocess and enhance design efficiency and accuracy.

w arp knitted;Jacquard knitted fabric;threshold segmentation;sim ulation method;fabric analysis;pattern design

TS184.1+11

B

1009-3028（2010）02-0034-04

2010-01-19

高 帥（1988—）,男,天津人,學(xué)士。