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1、! 算工时、 劳动力成本等提供了极大的方便。 !“ 为服装 #$%、 #$1#819)91 1 ?上海纺织高等专科学校1服装结构和工艺设计1北京： 中国纺织 出版社， +=1 !胡伟等1#$& 系统的设计和执行方案的研究1武汉工业大学 学报， += （!） ： ?(1 (李维1%AB,C !1D $%4/.7/#4E 高级程序设计篇1北京： 机 械工业出版社， 9)1 张龙卿1%AB,C ( 数据库深入编程技术1北京： 北京希望电子出版 社， 9)9： +1 F王东等14G2 技术及其在基于 %AB,C 平台上 #$& 系统中的应 用1计算机技术与自动化， +=F （） 摘要： 从纱线的几何形
2、态出发， 以光照产生的明暗效应为基础， 建立纱线模拟的数学模型； 再结合织物的组织结构， 由浮长线产 生的纱线聚拢 /分离效应以及浮长线本身对织物外观的影响， 结合人工智能判断算法， 从整体上模拟提花织物外观。 关键词： 颜色模型亮度纱线模拟人工智能 中图分类号： .7 +)文献标识码： $ 文章编号： )9!9+ （9)?） )+3)+)(3) 提花织物模拟功能的实现， 可使原有的从设计 到试织的繁琐工作循环完全被突破， 能让设计人员 充分表达自己的设计思想， 在织物织造之前就能看 到织物的实际效果， 从而缩短产品的设计生产周期， 大幅度提高生产效率。 目前国内现有的织物模拟功能大多是将组织
3、图 通过向横、 纵两个方向的延伸来实现， 与织物的实际 外观效果仍有很大差距。事实上， 由于织物是一个 三维物体， 所以只有从三维的角度考虑并建立纱线 和织物的模型， 才能精确建立织物的空间几何形态 到二维平面各点颜色值的映射关系。从此思路出 发， 建立纱线模拟的数学模型， 并结合织物的组织结 构， 考虑纱线间的聚拢/分离效应和浮长线对模拟效 果的影响， 并结合人工智能判断算法， 使得最终的织 物模拟效果更具有真实感。 !纱线模拟算法原理 纱线模拟是整个织物模拟的基础， 它需要充分 考虑纱线的纤维种类、 颜色、 捻度、 毛羽、 直径以及光 泽效应等各因素。为方便描述因光照产生的明暗效 应， 我
4、们采用 -G7 颜色模型， 并运用 5HI 与 -G7 颜 色空间的相互转换来计算各象素点的颜色值 + ， 此 转换算法建立了 9 种颜色空间颜色值的映射关系。 如图 + 所示， 考虑入射光方向和观察方向均与 图 ! 纱线光照模型示意图 “ 方向重合， 其视觉效果应 是 # 处较 $、J 两处更亮。采 用如 下 公 式 计 算 亮 度 值： ! （“）# !)JKL （!“ $ %） 。 其中 % 为纱线直径； 自变量 “ 在 ) 到 % $9 之间取值； !)一般可选取纱线颜色的原始亮 度值， 若纱线颜色本身较暗， 则可适当增大 !)。 对于 加捻纱线， 只需循环绘制亮度不同的斜线再按照上
5、述公式进行处理即可。对于纱线毛羽的处理， 可采 用扩散算法， 即针对非边缘象素点， 用周围 F 个象素 点的颜色值来随机替换当前颜色值。对不同的纱线 纤维种类， 可采用不同的扩散次数。最后综合考虑 环境光对纱线光泽的影响， 其模拟效果如图 9 所示。 至此， 已基本实现对纱线的模拟， 为织物整体效果的 模拟奠定了基础。 %浮长效应分析与数学模型描述 为使织物模拟效果更加逼真， 必须考虑浮长线 第 9! 卷第 + 期 9)? 年 9 月 纺织学报 MKNOPQA KR .STCA 5LQOJ, UKA19!， 8K1+ VW1， “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “
6、 “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 9)? 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 图 ! 加捻纱线模拟效果图 图 “ 浮长效应示意图 的影响。浮长线的作用主 要有： 产生光照明暗效应。 如图 ! 所示， “ 处较 # 处 的反射光线更亮。浮长线 使与之交错的两侧纱线系统产生聚拢$分离效应。 为了充分考虑浮长线的
7、以上两点特性， 我们引 入浮长数组和偏移数组两个概念。假设提花织物组 织用二维 %$& 矩阵 !“#$%&()!“ #表示， 即 # 根经 线与! 根纬线交织。 其中 & 代表经组织点， % 代表纬 组 织 点。 按 照 如 下 思 路 计 算 经 浮 长 数 组 *+,-(.&()!“ #和纬浮长数组 /+,-(.&()!“ #： 计 算经 （纬） 浮长所跨越的组织点个数并赋值于经 （纬） 浮长数组中对应位置的最上 （左） 端， 即浮长线的起 始位置， 而将其它非浮长线起始处的数组元素赋 % 值。例如： !“#$%&()&%“&%$ &%&%& %&%&% &%&%& %&%& %&%&%&
8、 %&% &%&% %&%&%&% &%&%&% &%& 时， *+,-(.&()&%“&%$ &%&%& %!(% &%&%! % % %&% &(&%!(% % %&% %& ， /+,-(.&()&%“&%$ %!% %& %&% &%)% &%!% !%!% %& &%&%& %&%&%& %*% 。 类似的， 还需根据组织矩阵 !“#$%&()! + #来 计算经纱偏移数组 *011#%.&()! + #和纬纱偏移数组 /011#%.&()! + #， 其算法思路是： 对经组织点而言， 如果其左边和右边均为经 （纬） 组织点， 则近似认为 其受力是均衡的， 不产生位置上的偏移； 若其
9、左边和 右边的组织点属性不同， 则必然会因为受力不均衡 而产生位置上的偏移， 需对经偏移数组赋 , & 或 - & 值。此处所赋之 . & 值仅仅代表经组织点的偏移方 向， , & 代表右偏， - & 代表左偏。具体的偏移量由 该经组织点所对应的经纱直径决定。类似的， 对纬 组织点而言， 需判断其上方和下方的组织点情况来 对纬偏移数组赋值。 , & 代表下偏， - & 代表上偏。 此算法很好的描述了浮长线所产生的聚拢$分离 效应。 “简单织物模拟实现算法 对于简单织物 （如单经单纬组织） ， 在完成了纱 线模拟、 浮长数组与偏移数组的计算之后， 即可根据 纱线排列以及经纬密度等信息来绘制织物模
10、拟效果 图， 具体算法步骤如下： &） 根据各参数计算模拟图大 小； ） 绘制备选经线和纬线； !） 绘制经组织点： /） 根 据浮长所跨越的纬纱直径及其纬密参数计算浮长长 度； 0） 根据浮长长度截取当前经线的对应位图并处 理浮长线亮度； 1） 结合 *011#%.&()! + #的值绘制当 前经组织点； (） 绘制纬组织点： /） 根据浮长所跨越的 经纱直径及其经密参数计算浮长长度； 0） 根据浮长 长度截取当前纬线的对应位图并处理浮长线亮度； 1） 结合 /011#%.&()! + #的值绘制当前纬组织点； )） 整体亮度与毛绒效果处理并最终显示。图 ( 所示的 简单织物组织， 经纬纱均
11、采用红黄双股加捻纱线， 模 拟效果如图 ) 所示。从图 ) 中可明显看出织物的交 织效果， 立体感较强。 图 # 简单织物组织图 图 $ 简单织物模拟效果图 #复杂织物计算机模拟原理 然而， 对于复杂织物组织， 如多重、 多层织物， 则 必须根据经纬纱交织规律并结合纱线特数、 纱线种 类、 纱线排列方式和织物密度等因素加以分析判断得 出织物表层信息之后， 才能采用上节中所描述的算法 实现对织物的模拟。复杂织物纱线的重叠遮盖原理 与简单织物的基本相同， 即将判定点所在浮长线与其 相邻点所在浮线的位置和长短进行比较。因此， 对复 杂织物模拟的关键， 是要充分考虑织物组织结构并结 合各织造参数分析计
12、算得出织物的表层信息。 2%& %( 年第 & 期 纺织学报【】 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark !人工智能判断算法实现原理 为了使对织物的模拟效果更加接近织物的真实 情况， 可让织物模拟系统有一定的学习能力和推理 能力， 并能针对不同的织物组织和纱线配合情况采 用不同的分析判断方法计算出织物的表层信息。为 此， 我们引入人工智能判断算法， 其基本结构框图如 图 ! 所示， 虚框内为专家系统。其基本原理是： 首先 将织物组织、 纱线等信息通过外部输
13、入接口解释成 为专家系统中能进行内部分析处理的标准初始数 据， 然后从知识库中提取相应的知识， 在推理机中利 用推理法则进行分析处理， 其运算过程中的各对象 状态和中间结果都在数据库中保存； 最终将处理好 的数据经过外部输出接口解释成为织物表层信息， 为后面的织物模拟作好准备。 图 “ 专家系统结构框图 在专家系统内部采用人工智能判断算法， 其原 理如图 “ 所示。该算法体现在以下两个方面： 其一 是针对初始数据， 从知识库中提取相应知识， 并在推 理机中完成对织物基本类型的判别； 其二是在判别 完织物基本类型之后， 能选取不同的推理法则进行 分析、 处理以得到最终数据。系统初态时只有几条 最
14、基本的知识和推理法则， 但随着与用户交互的不 断深入， 系统能根据知识库中已有的知识自行分析、 归纳出新的知识并加以运用， 系统的学习能力、 推理 能力和智能处理能力也会随之得到显著增强。从理 论上而言， 随着系统的不断完善， 系统可以对任何类 型的织物进行分析、 判断和处理并最终提取出织物 的表层信息。 目前， 该系统已能针对较复杂的重组织织物进 行分析处理。如针对 #! 重经 $ 重纬、 经纱密度为 “% 根&(、 纬纱密度为 )* 根&( 的重组织， 按照上述 算法处理后所得的织物模拟图如图 * 所示。其模拟 效果已与真实织物十分接近。 图 # 人工智能判断算法原理图 图 $ 复杂织物模
15、拟效果图 “结束语 本文给出了一种新的提花织物计算机模拟实现 方法： 首先从纱线角度入手， 建立纱线表面光照模型 并实现了纱线模拟， 然后结合织物组织结构， 充分考 虑浮长线的影响后实现了对简单织物的模拟； 对复 杂织物组织， 又进一步结合了人工智能判断算法， 使 模拟效果更具真实感。目前， 此处理方法已经应用 到了织物模拟 +,- 软件系统当中并在不断完善。 从设计者的角度而言， 已能基本达到在试织前看到 织物实际效果的要求。此算法的实现对于缩短产品 设计周期， 提高产品竞争力都将产生积极而深远的 影响。 参考文献 #彭群生等.计算机真实感图形的算法基础.北京： 科学出版社， #/： $%* 0 $)“. %郭新生等.提高计算机对机织物模拟的真实感.纺织学报， #/! （!） ： # 0 ). )郑天勇等.计算机判断单层、 多重和多层织物的关键. 纺织学 报， #/“ （!） ： # 0 %. *1#【】纺织学报 %11$ 年第 # 期 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark