无彩数码提花织物的创新设计原理和方法.pdf

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1、第2 7 卷第4 期 2 0 0 6 年4 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N O 4 A p r 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 4 0 0 0 1 - 0 5 无彩数码提花织物的创新设计原理和方法 周赳，吴文正 ( 香港理工大学纺织及制表学系香港) 摘要根据数码设计原理，数码提花织物的创新设计研究按设计方法可分为无彩和有彩两种类型。对无彩数码 提花织物的创新设计原理和方法进行深人分析提出无彩灰度的计算机色彩设计原理以及对应的数码全息组织库 的建立方

2、法。以单层结构提花织物为基础，在设计方法上将织物结构设计与织物色彩设计有效分离，在C A D 系统 中根据不同亮度值将数码图像灰度与组织库中的组织进行配对替换，实现织物结构的自动设计，该设计原理和方 法满足无彩提花织物人工智能设计的技术要求同时也是彩色提花织物组织自动生成原理和方法的基础。 关键词数码；提花织物；无彩；灰度；组织库 中圈分类号：T S 9 4 1 2 6文献标识码：A I n n o v a t i v ep r i n c i p l ea n dm e t h o do fc o l o r l e s sd i 垂t a lj a c q u a r df a b r i

3、 cd e s i g n Z H O UJ i u ，F r a n k i eN g ( b u t i t u t eo fT e x t i l e sa n dC l o t h i n g ，T h e H o n g K o n g P o l y t e c h n i cU n i v e r s h y ，H o n gK o n g ，C h i n a ) A b s t r a c tT h e s e a r c ho ni n n o v a t i v ed e s i g no fd i g i t a lj a c q u a r df a b r i c

4、sc a nh ed i v i d e di n t ot w op a i r sa c c o r d i n g t ot h ed e s i g nt h e o r y , o fd i g i t a li m a g eT h i sp a p e rm a d ea ni n d e p t ha n a l y s i so ft h ei n n o v a t i v ep r i n c i p l ea n d m e t h o do f d e s i g n o fc o l o r l e s sd i g i t a lj a c q u a r df

5、a b r i c s ，p r e s e n t e dt h ec o m p u t e rc o l o rd e s i g np r i n c i p l eo f a c h r o m a t i cc o l o ra n dt h em e t h o df o r s e R i n gu p o ft h e c o r r e s p o n d i n gh o l o g r a p h i cd i g i t a l d a t a b a s eo ff a b r i c w e a v e s S t a r t i n gf r o mt h ej

6、 a c q u a r df a b r i cw i t hs i n g l e l a y e rs t r l l e t u r e ，t h ef a b r i c s t r u c t u r ed e s i g ni ss e p a r a t e d f r o mf a b r i cc o l o re f t e e td e s i g n ，a n dt h em a t c h i n ga n ds u b s t i t u t i o no ft h eg r a yo fd i # t Mi m a g ew i t ht h a ti nt h

7、 e d a t a b a s eo ff a b r i cw e a v e sa r ec o m p l e t e da u t o m a t i c a l l yt h r o u g hC A Ds y s t e ma c c o r d i n gt od i f f e r e n tb r i g h t n e s s ， t h u sr e a l i z i n ga u t o m a t i cd e s i g n i n go ft h ef a b r i cs t r u c t u r e T h i si n n o v a t i v ep

8、 r i n c i p l ea n d m e t h o dc a nn l e e tt h e t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t so fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n td e s i g no ft h ea c h r o m a t i cj a c q u a r df a b r i ca n dp r o v i d eab a s i sf o r c r e a t i n gan e wc o n c e p to fc o l o r f u ld i g i t a lj

9、 a c q u a r dd e s i g n K e yw o r d sd i g i t a l ；j a c q u a r df a b r i c ；c o l o d e s s ；g r a y ；d a t a b a s eo ff a b r i cw e a v e s 提花织物的设计一直是采取依样仿制的设计模 式，也就是先画稿再进行仿真结构设计。数码提花 织物是计算机技术与提花技术相结合的产物，其设 计理念和设计流程完全建立在汁算机识别和处理的 数码设计技术的基础上，设计对象直接采用计算机 的图像和色彩模式。这样数码提花织物的创新设计 效果完全超越了手绘图案的表达

10、极限，真正体现了 提花织物所特有的艺术创新魅力。根据数码设计原 理，特别是数码色彩原理，可以将数码提花织物创新 设计研究在设计方法上归为无彩和有彩两种类型， 这里的无彩和有彩不仅仅是织物的色彩效果，更代 表数码提花织物创新设计的模式。本文对无彩数码 提花织物的创新原理和方法进行了深入剖析。 1 无彩数码提花织物的创新设计背景 1 1 传统提花织物的设计方法和主要特点 提花织物的品种很多，从织纹结构上看，主要有 单层、重纬、重经、双层4 种基本类型。从传统提花 织物的整个设计流程看，纹样和色彩的手绘设计是 整个设计流程的起点，工艺和织物结构设计的目的 在于纹样和色彩效果的复制( 见图1 ) ，受

11、手绘技术 收稿日期：2 0 0 5 0 7 0 4修回1 3 期：2 0 0 5 1 0 3 1 作者简介：周赳( 1 9 6 9 一) ，男，副教授博士生。主要研究领域为纺织产品，特别是数码纺织品的研究与开发。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【2 】纺织学报 第2 7 卷 的局限，传统提花织物的设计一直是一种被动的设 计，是一种依样仿制的艺术设计模式，其设计的最高 境界只能是仿真，而且由于显色原理的不同，这种仿 真只能是相对的仿真。 斟翌离塑图

12、鱼喾园 | 对象l l 色彩 一I 设计f 样卡o = ! 圈1 传统提花织物的主要设计流程 在提花织物设计流程中，意匠设计是设计的关 键环节，它体现了提花织物设计独有的技术和艺术 特点，但由于提花织物的意匠设计繁琐复杂，变化丰 富，都是以经验传带的方法进行继承。目前纹织 C A D 系统的应用是以辅助提花织物意匠设计为主 要目的，从而提高了提花织物设计的效率，纹织 C A D 系统的应用从本质上看已经摆脱了手绘意匠 图的制约，但其设计对象仍以手绘纹样为主，在设计 理念上没有更多的创新，无法真正体现数码技术应 用所带来的创新优势。 1 2 数码提花织物与无彩数码提花织物 数码提花技术包括以纹织

13、C A D 系统为代表的 辅助设计技术和以电子提花机与新型织机为代表的 数码生产技术，其设计、生产在全数字控制的过程中 完成，提花织物从设计数据到提花信息数据均在计 算机中处理、控制和传输，为提花织物的数码创新设 计提供了技术基础”。从本质上看，提花织物的织 纹色彩表现遵循设计色彩学中的混色原理，是织物 结构和原料色彩的完美结合，具体地说就是通过纺 织技术的物化手段对纺织材料进行审美加工的一种 美的创造，完全符合艺术设计的概念表述，只要摆脱 手绘纹样的技术局限，直接面对客观物象进行提花 工艺处理，就能够实现提花织物真正意义上的创新 设计。由于计算机提花技术原理源于提花织物的提 花信息控制原理，

14、所以利用数码技术将客观物象数 字化，并将数码图像直接进行结构设计的构想是可 行的，该方法彻底摆脱了手工描绘的限制，将提花织 物的创新设计贯穿整个设计流程，为数码提花织物 的创新设计开辟了广阔的空间。数据码提花织物设 计流程如图2 所示。 圜塑竺窿j 器署匿茹J 盏圈 J 对象i 一 图像 J 数码设计J 彩图像J 数码组织库o ：= 型 圈2 数码提花织物的创新设计流程 根据数码设计原理中的数码色彩原理，将数码 提花织物的创新设计分为无彩和有彩两种类型，用 于区分数码图像的类型和对应的设计方法。这里的 无彩不仅仅是指提花织物色彩，更代表一种结合无 彩模式数码图像设计原理的提花织物设计方法，而

15、计算机图像只是作为提花织物结构设计的模板，就 像艺术设计中造型的基础，并不代表提花织物最终 的织纹色彩效果，织物最后的色彩要由经纬纱线的 色彩决定。无彩数码提花织物的设计方法基于数码 色彩原理中的无彩色( 或称非彩色) 原理的应用，解 决的是无彩模式下计算机数码图像用于提花织物的 设计原理和方法，其核心在于解决无彩数码图像应 用于提花织物设计的2 个关键环节：数码色彩设计 和数码结构设计。无彩数码提花织物的色彩设计以 灰度色彩模式为基础；在织物结构设计上，需设计并 建立全系列数码组织库，通过将无彩图像的灰度级 别与数码组织库中的组织直接对应的方法完成其结 构设计。无彩数码提花织物在织物结构类型

16、上与传 统的单层及以单层为主的提花织物类型一致，但其 经纬色彩的组合设计可以从传统的捆绑设计中独立 出来，形成艺术创新设计的新亮点。 2 无彩数码提花织物的创新设计原理 2 1 色彩设计原理 根据设计学的色彩原理，无彩色系( a c h r o n m t i c c o l o r ) 由黑白和一系列的中性灰形成”J ，而在计算机 数码色彩原理中，对应的“无彩色”图像可以用灰度 色彩模式来表示和处理，灰度色彩模式中没有色相、 饱和度等色彩信息，只有一个亮度参数，亮度值为最 大时显示白色；亮度值为最小时显示黑色，此外所有 的彩色图像都可以通过色彩模式转换形成“无彩色 效果”，计算机对无彩图像的

17、表示是以不同的灰度级 别来实现的，灰度级别由灰度图像的位长来控制。 表l 为灰度图像位长与灰度级别的关系。 表1 灰度图像位长与灰度级别的关系 伉长位灰度级别，级 位长位灰度级别，级 1266 4 2 482 3 6 41 6 根据表1 的数据，8 位2 5 6 级灰度的“无彩色”图 像可以满足各种题材的图像表现，可以用0 2 5 5 表 示不同亮度值的灰度。在正常的视觉条件下，肉眼 可以分辨出6 4 级灰度的图像，设定6 4 2 5 6 级的灰 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remov

18、e the watermark 第4 期周赳等：无彩数码提花织物的创新设计原理和方法【3 】 度级别基本可以满足所有利用“无彩”数码图像进行 数码提花织物设计的需要。关键的问题是如何将计 算机对无彩图像的处理方法与提花织物的结构设计 相结合。至于数码提花织物的织纹色彩效果，可以 在完成结构设计后根据设计的需要进行经纬配色， 从而产生与提花织物织纹效果一致的织纹色彩。 2 2 结构设计原理 分析提花织物的结构特征，不难发现，单层结构 和以单层结构为主的提花织物与无彩图像的处理方 法有着一定的共性，那就是通过单层影光组织可以 实现提花织物类似无彩图像灰度级别的表示。传统 的单层提花织物在组织设计时

19、往往采用单组织设 计，缺少对该组织的全息组织系列的研究，以五枚缎 纹为例，常用的传统组织为五枚纬缎、五枚经缎，但 将五枚缎纹纳入数码全息组织的范畴，就可以看到 其结构变化的本质。 图3 所示的是2 种方法设计的五枚缎纹的全息 组织。产生的效果与计算机灰度图像的处理方法完 全一致，在实际应用中，全息组织的设计方法可以千 变万化，但其组织数目是不变的。这就为建立无彩 数码提花织物的数码全息组织库提供了依据，同时 也能满足计算机对数码图像灰度级别和全息组织库 中组织的智能配对。根据单层提花织物的工艺特 点，不同工艺的单层织物可选用组织循环的范围在 5 一加枚之间，按照组织的通用性和满足组织循环 是常

20、用纹针数约数的要求，5 一加枚之间的有效组 织循环为5 ，8 ，1 0 ，1 2 ，1 6 ，2 0 ，2 4 ，3 2 ，4 0 。表2 是各种 组织循环下可建立的数码全息组织的数据。根据满 足小于2 5 6 灰度级别处理的要求，可以确定每一循 环组织的全息组织数目和与之相应的组织结构设计 方法。数据如表2 中加下划线的数字所示。 图3 五枚缎纹敞码全息组织系列 表2 不同组织循环的影光组织可以产生的灰度级别 其中，当组织问的组织点增( 减) 值肘= ，灰度 级别为：一1 ；M ：N 1 2 ，灰度级别为：2 ( N 一1 ) 一1 ； 当M = N 4 ，灰度级别为：2 2 ( 一1 )

21、一1 一l ；当 肘= 1 ，灰度级别为】、r ( 一2 ) + l ；表示组织循环 数。该计算方法适用于所有规则缎纹和斜纹组织建 立相应的数码组织库，当时为1 时，建立的数码组织 库就是该组织的数码全息组织库，组织库中包含了 该组织的所有变化。 3 无彩数码提花织物的设计方法 3 1 色彩设计方法 客观物象在数字化后形成计算机图像，可以将 所有的数码图像在输入计算机后转化为灰度图像， 在经过图像处理、修正和调节后，将满意的图像归并 为符合提花织物设计要求的灰度级别，其设计过程 如图4 所示。 l 数码捎色2 5 6 级l 堕璺t 不同级别I 【垦型壅堕旦堡 藏度调整! 壅堕里堡) 图4 无彩

22、数码提花织物的色彩设计方法 图4 中数码图像可以通过摄像、扫描和格式转 换等数字化方式得到，并在各种色彩模式下创新和 处理，最后将彩色图像消色后形成2 5 6 级灰度图像， 并根据图像特点进行灰度漏整。因为没有色彩差 别，所以需要将灰度的对比加大，确保灰度级别中最 亮和最暗的灰度值为亮度值2 5 5 和0 ，这样在下一步 灰度归并时可以保证灰度图像的最佳效果。灰度归 并的原理为加大每一灰度级别的级差从而减少灰度 级别。如2 5 6 级灰度亮度级差为1 ，1 2 8 级灰度亮度 级差为2 ，6 4 级灰度亮度级差为4 ，经灰度归并的计 万方数据 PDF Watermark Remover DEM

23、O : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 】 纺织学报第2 7 卷 算机图像具有明确的灰度阶层。与传统提花织物计 算机辅助设计不同，该图像没有必要如手工意匠处 理一样对图像边缘进行修改，相反数码图像频繁的 灰度交叉细节，不仅不会影响数码结构的设计效果， 而且会减少织纹图案塌边等病疵的产生。 3 2结构设计方法 圈5 影光组织3 种过渡方向 无彩数码提花织物的结构设计不是被动地根据于设计经密大于纬密的品种。 意匠色单个设计组织，而是研究建立数码全息组织除影光组织过渡的方向外，影光组织过渡的组 库的方法，以不变的组

24、织库组织去满足不同灰度级织点增加数也非常重要，它决定了组织库中组织数 别数码图像的结构设计需要。目的大小。常用组织点增加方式依次为M = _ v 、 3 2 1 数码组织库建立的方法M = N 2 、M = N 4 、M = 1 。图6 表示八枚缎纹组 元彩数码提花织物组织库的建立借鉴影光组织织分别采用M = 8 、M = 4 、M = 2 的组织点增加方 的设计原理，不同组织循环的简单组织都可以构建式( 自上而下) 建立的组织库。 各自的全息数码组织库，但相同组织循环的组织库无彩数码提花织物的组织库根据影光组织的组 中的组织数完全相同。根据影光组织设计原理，以织点增( 减) 值肘来确定，取该

25、组织完全循环数 缎纹或斜纹原组织为基础组织，建立从经面( 纬面)时，形成的组织库组织数目最少；当肘取1 时，组织 逐步过渡到纬面( 经面) 的组织系列”1 ，过渡的方向库组织数目最大，形成该基础组织的全息组织库。 主要有斜向、横向和纵向过渡，见图5 。斜向过渡由图7 为八枚缎纹组织的全息数码组织库，组织库中 于组织结构平衡能力差而较少使用；横向过渡主要有4 9 个组织。基础组织的组织循环越大，可设计出 用于设计经密小于纬密的品种；纵向过渡主要用的全息组织库的组织数目越多。 图6 影光组织过渡的组织点增加方法 ：- ：- 0j 上- f # 宝宝耋宝宝量 聋聋聋罾蓉罾 ff # 立立盅宣耋；宝主

26、 蓦墨蓦謇謇蓦誉蛊喜罾喜 罾驽鹭嚣西西嚣高嚣 图7 八枚缎纹组织无彩数码提花织物组织库 3 2 2数码组织库的应用方法 从全息数码组织库的设计原理和设计方法可以 看出，某一类型组织的全息数码组织库包含了该组 织的所有组织变化，如图7 中的组织库包含了八枚 缎纹的所有变化，利用该组织库中的组织可以对无 彩数码图像进行结构设计，无彩数码图像中灰度的 亮度值是进行组织对应的基本参数，亮度值最大、最 小值根据经纬纱线色彩配置的不同，可以分别对应 组织库中两端的纬面、经面或经面、纬面组织，中问 的灰度则根据其亮度值的级差大小可以在组织库中 找到相应的组织，该方法完全满足数码图像灰度和 组织库组织智能配对

27、的技术要求。 从工艺角度看，数码组织库中的组织由于组织 循环相同，结构紧度相近，能自动满足结构平衡的要 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期 周赳等：无彩数码提花织物的创新设计原理和方法【5 】 求。另外，不同组织循环的组织库在结构设计时的 选用标准只与设计织物的经纬密度有关，因此，只要 建立合适的数码全息组织库，就能实现无彩数码提 花织物的智能设计，且与数码灰度图像的具体内容 无关，也就是对数码图像可以进行没有限制的创新 效果设计，且数码灰度

28、图像规格越大，织物经纬密度 越高，织物的效果越逼真。 4 结语 无彩数码提花织物创新设计研究，结合了织物 结构学、色彩学和计算机科学的基本原理，突破了传 统提花织物设计理念的影响。采用该技术设计产品 真正摆脱了人工的制约，极大地释放了纺织品设计 师的创新空间，不仅为开发新颖的单层结构提花织 物创造了条件，也为提花织物计算机智能化设计的 技术研究提供了有效的理论依据。随着数码提花织 物创新设计概念的提出和完善，必然会迎来一轮提 花织物创新设计的新潮流。l 缫 参考文献： 1 浙江丝绸工学院，苏州丝绸工学院织物组织与纹织 学( 下册) M 北京：中国纺织出版社1 9 9 73 8 7 4 0 9

29、2 李志祥电子提花技术与产品开发 M 北京：中国 纺织出版社2 0 0 0 1 7 9 2 1 4 3 宋建明色彩系列讲座 J 流行色2 0 0 0 ，( i ) ：7 4 7 7 4 周赳电子提花黑白景像织物的产品设计原理 J 纺织学报，2 0 0 2 ，2 3 ( 1 ) ：3 8 4 0 5 周赳数码提花织物的研究理论和研究框架 J 纺 织学报2 0 0 3 2 4 ( 3 ) ：1 7 1 8 + 一。+ + 。+ + + + 。+ ”+ + + + + ”+ + + “。+ 。+ ； 我刊论文荣获 第三届中国科协期刊优秀学术论文奖 由纺织学报推荐的论文“人造血管的生物力学性能表征”(

30、 作者：王璐、丁 辛、D u r a n dB e r n a r d ，刊登于纺织学报) ) 2 0 0 3 年第1 期) 荣获第三届中国科协期刊优 秀学术论文奖。 中国科协期刊优秀学术论文评选活动由中国科学技术协会主办，从2 0 0 3 年起 每年一届，每届评出1 0 0 篇优秀学术论文。旨在提高学术期刊质量鼓励科技工作 者发表高水平的学术论文，促进学科发展和人才成长。 第三届中国科协期刊优秀学术论文推荐范围为：2 0 0 0 年1 月至2 0 0 4 年1 2 月 发表在中国科协所属全国性学会、协会、研究会主办的学术期刊上的学术论文，中 英文不限。推荐参评的论文共6 0 8 篇，经过三轮评审和1 4 天的公示，评选出优秀 学术论文1 0 0 篇。2 0 0 6 年2 月2 3 日在中国科技会堂隆重举行了第三届中国科协 期刊优秀学术论文奖颁奖活动。 纺织学报每年都积极参加中国科协期刊优秀学术论文评选活动，向评委会 推荐在我刊发表的优秀学术论文，希望广大作者和读者踊跃投稿。 ：纺织学报编辑部 ! 一h l 一_ 一J 一 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark