張愛丹, 郭珍妮

(1. 浙江理工大學 紡織科學與工程學院(國際絲綢學院), 浙江 杭州 310018;2. 浙江理工大學 浙江省絲綢與時尚文化研究中心, 浙江 杭州 310018)

當前影光組織是色彩仿真提花織物表現(xiàn)圖像色漸變過渡的常用組織[1-2],通過對影光組織的加強設(shè)計,雖可滿足織物組織對圖像色的一一對應(yīng),使織物能表現(xiàn)圖像色的細膩變化[3],但提花織物呈現(xiàn)的圖像整體色調(diào)卻與原始圖像有較大差別[4],尤其在表現(xiàn)不同明度基調(diào)的灰度圖像時,呈現(xiàn)出不同程度的明度差,且這種現(xiàn)象不會因圖像分色數(shù)的增加而得到改善[5]。對于這個問題,有學者提出將研究思路轉(zhuǎn)移到圖像色的預處理上,借鑒印刷行業(yè)中的數(shù)字加網(wǎng)技術(shù),使連續(xù)調(diào)圖像離散為二色值圖像,將以油墨顯現(xiàn)的印刷網(wǎng)點作為提花織物的組織點,以表現(xiàn)提花織物圖像的明暗層次和灰度變化,為解決該問題提供了一種可行的方法[6]。

目前圖像的網(wǎng)點化處理所采用的網(wǎng)點主要是圓形、橢圓形和菱形等簡單的幾何形狀[7],因此本文在圖像色網(wǎng)點化設(shè)計思路基礎(chǔ)上,嘗試對網(wǎng)點的形狀、大小和變化路徑等進行設(shè)計,建立異形網(wǎng)點庫,使灰度圖像轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點圖像時有更多的設(shè)計選擇,增添色彩仿真提花織物的設(shè)計趣味性和新穎性。通過將采用異形網(wǎng)點庫的灰度仿真提花織物與影光組織織物進行明度差比較分析,考察異形網(wǎng)點織物圖像的灰度階調(diào)變化特點,為利用異形網(wǎng)點庫表現(xiàn)特定明度基調(diào)圖像的色調(diào)仿真提花織物提供設(shè)計依據(jù),也為色彩仿真提花的創(chuàng)新設(shè)計提供參考。

1 設(shè)計原理

網(wǎng)點是印刷制品中構(gòu)成文字、圖形和圖像的基本單元,也是表現(xiàn)圖像明暗層次與顏色變化的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過借鑒印刷行業(yè)中的圖像處理技術(shù),將連續(xù)調(diào)色階離散為二色值的網(wǎng)點,用不同網(wǎng)點面積率代表不同色階,以表現(xiàn)一幅具有灰度漸變的圖像[8]。由于織物的經(jīng)緯兩向交織與二色值網(wǎng)點有相通之處,可以將二色值網(wǎng)點轉(zhuǎn)化為織物組織點,用于提花織物的色彩仿真設(shè)計。印刷圖像的加網(wǎng)技術(shù)主要有調(diào)頻和調(diào)幅,其中調(diào)頻網(wǎng)點是通過網(wǎng)點排列的疏密變化表現(xiàn)圖像的明暗層次,調(diào)幅網(wǎng)點是通過網(wǎng)點本身的面積大小表現(xiàn)圖像的深淺變化[9]。調(diào)頻網(wǎng)點為單個像素點,調(diào)幅網(wǎng)點為多個像素點的集合體,前者不存在網(wǎng)點形狀的變化,后者卻可以有不同的形狀。此外,當調(diào)頻網(wǎng)點轉(zhuǎn)化為織物組織圖時,存在交織平衡問題,而調(diào)幅網(wǎng)點符合提花織物對交織平衡的設(shè)計要求,因此,文中的異形網(wǎng)點是基于調(diào)幅網(wǎng)點的構(gòu)成原理而進行的創(chuàng)新設(shè)計。

異形網(wǎng)點與一般調(diào)幅網(wǎng)點在設(shè)計上的主要差別是形狀的獨特性以及形狀生成路徑的多樣性。所謂異形是相對于常規(guī)的圓形、橢圓形和菱形等幾何形狀網(wǎng)點而言,同時這些網(wǎng)點形狀也是印刷中常用的網(wǎng)點形狀,相對缺乏獨特性和趣味性。異形網(wǎng)點的生成路徑是指一個具有特定形狀的網(wǎng)點,從無到有,可以有多種產(chǎn)生方法。大致可以概括為3種:1)線型生成方法,包括水平線、垂直線、斜線、折線和波浪線型等,即由多個像素點構(gòu)成的網(wǎng)點形狀按行、列或斜向等進行像素點的增減;2)螺旋型生成方法,包括順時針和逆時針螺旋式增減像素點;3)按特定圖形自身的輪廓線型進行像素點的增減設(shè)計。

此外,因目前數(shù)字圖像的灰度值一般為0～255,為滿足對圖像灰度等級的一一對應(yīng)表現(xiàn),單位網(wǎng)點的總像素數(shù)在256個之內(nèi)即可。而在網(wǎng)點排列角度的選擇上,相對于0°、15°、75°等排列角,45°角的排列效果在視覺上更加均勻,沒有明顯的線性干擾[10],是表現(xiàn)灰度圖像較為理想的角度。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗方案

為考察異形網(wǎng)點提花織物的灰度仿真特性,本文首先設(shè)計異形網(wǎng)點庫,并織造成織物色卡,再將其與黑白漸變色階以及影光組織織物色卡進行明度比較分析。在此基礎(chǔ)上,為掌握網(wǎng)點形狀的變化對色彩仿真效果是否有影響及其影響程度等,本文對4種不同網(wǎng)點形狀提花織物的圖像明度進行比較研究,實驗方案與設(shè)計流程具體如圖1所示。

圖1 實驗方案與設(shè)計流程Fig. 1 Experimental scheme and design process

2.2 織物樣品設(shè)計

2.2.1 異形網(wǎng)點庫設(shè)計

異形網(wǎng)點庫的設(shè)計主要包含4個方面:網(wǎng)點形狀、排列角度、生成路徑,以及單位網(wǎng)點的大小。單位網(wǎng)點的大小用像素數(shù)量表示,決定異形網(wǎng)點庫中網(wǎng)點生成過程的步驟數(shù)的最大值,可根據(jù)色彩仿真的對象圖像的灰度色階的多少而定,也可以直接設(shè)計一個最大值網(wǎng)點庫,之后根據(jù)應(yīng)用所需從庫中選擇。本文設(shè)計了心形、樹形、葉子形和元寶形4種網(wǎng)點形狀如圖2所示,因采用45°排列所以單位網(wǎng)點外形均為正菱形,其大小為219像素。心形元寶形、樹形、葉子形的像素值分別為139、115、106和123,分別占單位網(wǎng)點的63%、53%、48%和56%。

圖2 4種異形網(wǎng)點形狀Fig. 2 Four special-shaped dot shapes. (a) Heart-shape; (b) Ingot-shape; (c) Tree-shape; (d) Leaf-shape

在生成路徑方面,本文采用按圖形自身的輪廓線型進行生成的設(shè)計方法,具體為:以白色菱形為背景,第1個黑色像素點從正菱形的中心點開始,以基本形的廓形為像素點增長的路徑,從中心點開始旋轉(zhuǎn)生成,直至將菱形單元完全填滿(如圖3所示),該設(shè)計過程采用Python編寫程序完成。

圖3 心形網(wǎng)點生成過程示意圖Fig. 3 Diagram of generation process of heart-shape dots

以上述4種為基本形狀設(shè)計異形網(wǎng)點庫,每個網(wǎng)點庫由220幅生成過程圖組成,可滿足220色階以內(nèi)灰度圖的色彩仿真表現(xiàn)。

2.2.2 色卡織物

本文選用樹形網(wǎng)點庫進行織物色卡的設(shè)計與織造。由于網(wǎng)點庫包含220個生成過程,與之對應(yīng)織物色卡也有220塊。為避免出現(xiàn)浮長過長的情況,所有網(wǎng)點圖轉(zhuǎn)化為織物組織圖時,統(tǒng)一鋪設(shè)1對32枚5飛的經(jīng)面和緯面緞紋?？紤]到試樣條件為白經(jīng)黑緯,白色區(qū)域鋪設(shè)經(jīng)面組織,黑色鋪設(shè)緯面組織。

為比較分析異形網(wǎng)點的灰度仿真特點,本文同時設(shè)計織造了6組采用影光組織庫的織物色卡作為對比樣品。6組影光組織庫的基本組織均為16枚緞紋,飛數(shù)分別為3、5和7;每種飛數(shù)基本組織采用經(jīng)向加強和緯向加強各設(shè)計1組影光組織庫;每次增加8個經(jīng)組織點,影光組織庫均為29級。由于影光組織庫的織物顯色特性,主要由基本組織及其組織點的加強方向所決定[11],其數(shù)量的多少不會從總體上改變該影光組織庫的顯色性能,因此本文織造織物色卡的影光組織庫均采用29級。

2.2.3 提花織物

由于色卡所反映的織物色是一種特殊狀態(tài)下顯色效果,不能完全等同應(yīng)用于一幅圖像中的顯色效果,因此本文同時采用4種異形網(wǎng)點庫和2組影光組織庫,對同一幅灰度圖像進行提花織物設(shè)計與織造,最后產(chǎn)生6幅提花織物樣品,織物實物效果如圖4所示,圖中微觀圖部分采用AO1017歐美科數(shù)碼電子顯微鏡采集,放大倍數(shù)為15倍。

圖4 6種提花織物實物圖Fig. 4 Six figured jacquard fabrics. (a) Tree-shape dot; (b) Leaf-shape dot; (c) Heart-shape dot; (d) Ingot-shape dot; (e) Weft enhanced shaded-weave; (f) Warp enhanced shaded-weave

4種異形網(wǎng)點結(jié)構(gòu)提花織物中,樹形和葉子形提花織物采用黑緯表現(xiàn)網(wǎng)點色,白經(jīng)表現(xiàn)背景色;與之相反,心形和元寶形提花織物采用白經(jīng)表現(xiàn)網(wǎng)點色,黑緯表現(xiàn)背景色。2種影光組織提花織物的影光組織庫以16枚5飛緞紋為基本組織,經(jīng)向加強和緯向加強各1組,每次增加4個組織點,組織庫均為57級。

色卡織物和提花織物樣品,均由1組白經(jīng)和1組黑緯交織而成,經(jīng)、緯組合均為:23.3 dtex×2桑蠶絲;經(jīng)、緯密均為1 100根/(10 cm)?？椢飿悠酚烧憬陝?chuàng)紡織有限公司織造。

2.3 織物樣品明度數(shù)據(jù)采集

色卡織物樣品的明度值(L)由美國X-rite愛色麗Color i7手持分光測色儀進行數(shù)據(jù)采集,其中異形網(wǎng)點織物色卡1組220塊,每塊大小為3.5 cm×3.5 cm;影光組織織物色卡6組,每組29塊,共計174塊,每塊大小為3.5 cm × 4.5 cm。數(shù)據(jù)采集條件為:顏色空間CIELAB,測量孔徑為6 mm。每塊織物樣品測3次,取平均值。

4幅異形網(wǎng)點提花織物和2幅影光組織提花織物,經(jīng)Canon E568掃描儀采樣獲得數(shù)字圖像,掃描分辨率為300 dpi,彩色模式。將掃描圖像在PS軟件中進行修剪調(diào)整,使6幅織物圖像與原圖像具有相同的長寬像素值,并將其色彩模式轉(zhuǎn)換為灰度模式。之后將每幅織物圖像均分為9等份,分別計算每份的平均灰度值。

3 結(jié)果與討論

3.1 色卡織物明度比較分析

將經(jīng)測色儀采集的7組織物色卡明度值數(shù)據(jù),按組進行平均值計算,結(jié)果如表1所示。將明度值為0的黑色到明度值為100的白色的漸變色階,歸納為29級,再計算其明度均值為50,以此作為評價織物色卡灰度仿真性能的參考值。220級樹形網(wǎng)點織物色卡根據(jù)測色數(shù)據(jù)也歸納為29級,使其與影光組織織物色卡數(shù)量對應(yīng)。

表1 7組織物色卡明度均值Tab. 1 Lightness mean values of 7 groups of fabric color cards

從表1可知,與黑白色階的明度均值最接近的是16枚3飛緯向加強影光組織織物色卡組的明度均值,二者相差0.76;其次是樹形網(wǎng)點織物色卡組,二者差值為1。其余5組影光組織織物色卡組的明度均值,都較樹形網(wǎng)點組的差一些。其中3組緯向加強織物色卡組的明度均值低于50,說明織物色卡組整體偏暗;3組經(jīng)向加強的織物色卡組都高于50,說明織物色卡整體偏亮。

將7組織物色卡的測色數(shù)據(jù)與29級黑白漸變色階的明度值繪制成曲線如圖5所示?？芍?3組經(jīng)向加強織物色卡的明度值曲線極為接近,且整體明度值明顯高于其余各組。3組緯向加強織物色卡組中有2組下凹趨勢明顯,其余1組與樹形網(wǎng)點織物色卡組接近,居于7組中間,與黑白漸變色階的線性特征吻合度相對更好。

圖5 織物樣品組與圖像色階的明度值曲線圖Fig. 5 Lightness curves of fabric samples and grayscale

為更準確地表征7組織物色卡的明度值與黑白漸變色階的理論明度值之間的接近度。在各組數(shù)據(jù)都滿足正態(tài)性檢驗的前提下,分別將7組織物色長與黑白漸變色階的理論明度值進行單因素方差分析,結(jié)果如表2所示。

表2 織物色卡與黑白漸變色階明度值擬合度Tab. 2 Fitting degrees of lightness values between fabric color cards and grayscale

概率P值越高,表示2組數(shù)據(jù)的擬合度越高。從表2可知,16枚3飛緯向加強影光組織織物色卡組擬合度最高,其次是樹形網(wǎng)點織物色卡組。2組16枚7飛影光組織織物色卡與黑白漸變色階的明度值擬合度最差;其次是2組16枚5飛影光組織織物色卡。16枚5飛和16枚7飛各自2種不同加強方向的織物色卡組的P值都較為相近,而16枚3飛經(jīng)、緯兩向加強的影光組織織物色卡組之間差距顯著。

從上述比較分析表明,樹形網(wǎng)點織物色卡組對黑白漸變色階的灰度仿真表現(xiàn),雖較16枚3飛緯向加強織物色卡組略差一點,但總體而言,相對于采用影光組織的織物色卡具有更穩(wěn)定的呈色性能,且灰度仿真的整體效果也較為理想。

3.2 提花織物圖像明度比較分析

由于織物圖像明暗變化復雜,為能更合理地比較不同網(wǎng)點形狀和影光組織提花織物對原圖像的灰度仿真效果,本文先將原圖像和6幅織物圖像按3行3列均分為9個圖區(qū),再按圖區(qū)進行明度均值計算,結(jié)果如圖6所示。

圖6 原圖像與6種織物圖像分圖區(qū)明度均值曲線圖Fig. 6 Curves of mean regional lightness of original image and six jacquard fabric images

從圖6可知,原圖像第1、2、5圖區(qū)的明度均值明顯高于所有織物圖像的相應(yīng)區(qū)域,說明織物圖像對高明度圖區(qū)的表現(xiàn)有所欠缺。這是由于本文提花織物是由1組白經(jīng)和1組黑緯交織而成,織物圖像亮色區(qū)域始終存在黑緯組織點,從而影響織物顯色的純凈度。6幅織物中緯向加強影光組織織物的9個圖區(qū)明度均值都最低,而經(jīng)向加強織物則各圖區(qū)明度均值總體最高,2種不同加強方向影光組織織物圖像明度差異明顯;4幅異形網(wǎng)點提花織物的情況,則居于前二者之間,這說明異形網(wǎng)點結(jié)構(gòu)提花織物整體具有更穩(wěn)定的灰度仿真性能。

另外,4種不同形狀網(wǎng)點提花織物中,心形網(wǎng)點織物相對其它3種,各區(qū)域明度均值總體略高,織物圖像整體相對更顯明亮。這可以解釋為心形網(wǎng)點形狀不僅造型飽滿,且水平和垂直2個方向的組織點連續(xù)較為均衡,更重要的是在4種形狀中,一個完整的心形由139個像素點構(gòu)成,元寶形則由115個像素點構(gòu)成,在二者形狀都由白經(jīng)表現(xiàn)的情況下,前者所表現(xiàn)的織物圖像明度高于后者,說明網(wǎng)點形狀的像素點數(shù)量對顯色效果也有一定的影響。

為進一步掌握提花織物圖像與原圖像之間整體明度差的量化數(shù)據(jù),本文先將各織物9個圖區(qū)的明度值分別與原圖像對應(yīng)圖區(qū)的明度值一一進行明度差計算,再對9個圖區(qū)明度差進行均值統(tǒng)計,結(jié)果如表3所示。

表3 提花織物圖像與原圖像的分圖區(qū)明度差值Tab. 3 Regional lightness differences between jacquard fabric images and original image

由表3可知,心形網(wǎng)點提花織物圖像與原圖像的明度差均值最小,說明其在6幅提花織物中具有最佳的仿真表現(xiàn);其次是16枚5飛經(jīng)向加強提花織物;其余3種網(wǎng)點明度差均值從小到大依次為元寶形、樹形和葉子形;效果最差的是緯向加強影光組織織物。

不同形狀的異形網(wǎng)點織物,其灰度仿真效果在基本接近的前提下略有差異。根據(jù)實驗結(jié)果,這種細微差異的影響因素大致可以確定為網(wǎng)點形狀的飽滿程度,即網(wǎng)點形狀的像素數(shù)量,像素點多的相對于較少的更能反映形狀所對應(yīng)的紗線色,但這種影響只是小范圍內(nèi)的細微調(diào)節(jié)。另外,由于本文實驗沒有設(shè)計像素數(shù)量相同但形狀不同的網(wǎng)點結(jié)構(gòu),暫時無法明確形狀的長寬比,以及外輪廓線的曲折程度等對灰度仿真效果是否存在影響,有待后續(xù)進一步的研究討論。

4 結(jié)束語

異形網(wǎng)點結(jié)構(gòu)提花織物設(shè)計采用連續(xù)調(diào)圖像離散后的黑白二色值圖像,由于圖像只有圖與底2種顏色,在最大限度上降低了對織物組織的設(shè)計需求,從而有效避免了織物組織對圖像色表現(xiàn)上的偏色問題。本文實驗結(jié)果表明,在相同的織造條件下,采用經(jīng)、緯兩向加強影光組織設(shè)計的提花織物對原圖像明度基調(diào)的再現(xiàn)上具有明顯的差異,而基于異形網(wǎng)點的提花織物則不存在類似的影響因素,表現(xiàn)出更穩(wěn)定的灰度仿真性能。此外,異形網(wǎng)點為圖像的二色值化設(shè)計提供開闊的創(chuàng)意空間,主要體現(xiàn)為以下2點:

1)網(wǎng)點形狀可自由設(shè)計,在確?；叶确抡嫘Ч那疤嵯?使提花織物圖像具有更突出的新穎性,滿足色彩仿真提花織物產(chǎn)品的個性化創(chuàng)意設(shè)計需求;

2)利用網(wǎng)點形狀的像素數(shù)量變化,以及網(wǎng)點形狀與紗線色的配合設(shè)計,實現(xiàn)對提花織物圖像灰度效果的細化調(diào)節(jié),為灰度仿真提花織物提供多樣化設(shè)計途徑。

總之,異形網(wǎng)點庫的設(shè)計,一方面是對常規(guī)網(wǎng)點形狀的突破,利用圖像處理技術(shù)為色彩仿真提花織物設(shè)計開拓新的設(shè)計路徑;另一方面,異形網(wǎng)點在提花織物色彩仿真中的應(yīng)用研究,為非色彩仿真的創(chuàng)意提花面料的設(shè)計開發(fā)提供方法和設(shè)計參考。