纺织导报-分形在数字喷墨印花图案设计中的应用.pdf

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1、章提出了将分形图案引入数字喷墨印花图案设计的思路。对分形图案与传统艺术图案之间的区别 夕。加以探讨，并结合数字喷墨印花对图案要求的特点。分析了分形图案在数字喷墨印花图案设计中 的可行性和优越性，以及如何在软件和应用中得以实现。 I nt h i sp a p e r , f r a c t a lp a t t e r n sw e r ei n t r o d u c e di n t od i g i t a li n k - j e tp r i n t i n g T h ed i f f e r e n c e sw e r ed i s c u s s e db e t w e e

2、 n f r a c t a lp a t t e r n sa n dt r a d i t i o n a lp a t t e r n s B a s e do nt h er e q u i r e m e n t sf o rd i g i t a li n k - j e tp r i n t i n g t h ef e a s i b i l i t ya n d t h ea d v a n t a g e so ff r a c t a lp a t t e r n sw e r ea n a l y z e da sw e l la si t sr e a l i z a

3、 t i o n si ns o f t w a r ea n da p p l i c a t i o n s 分形在数字喷墨印花图案设计中的应用 A p p l i c a t i o no fF r a c t a l I nt h eP a t t e r nD e s i g n0 fD i g i t a n k j e tP r i n t i n g 印花图案在数字喷墨印花过程中具有极其重要的地 位。喷墨印花机使用的是数字化图案，这也是与圆网、平网 印花等传统印花方式的根本区别所在。随着计算机技术的 发展，数字化图像的来源越来越丰富，使喷墨印花技术在开 放式的设计和产品的应用中

4、显示出比传统印花更加突出的 优势。 现有的数字喷墨印花设备、墨水，印染技术等都逐渐 发展成熟，但花型设计的构思和创作，还完全依赖于艺术 设计人员。目前数字喷墨印花图案设计人员主要有两类：一 类是纺织工程类专业人员，一类是艺术设计类人员。工科专 业的设计人员对纺织材料、织物的组织结构、染料性能等有 较深刻的认识，但纺织花型的艺术设计能力较差。利用数学 及分形理论通过计算机自动生成纺织花型图案，能够生成 许多令设计人员难以想象的艺术图形，既弥补工科纺织技术 人员的设计弱点，也为艺术专业设计人员提供新的创意，并 可极大地丰富数字喷墨印花纺织品的花色品种，缩短花型 设计的周期，满足人们对服饰、软装潢材

5、料个性化的需求。 1 分形及分形图案 1 1 分形的基本概念 分形( f r a e t a l ) 最早是在2 0 世纪7 0 年代由美国数学家曼 德尔布罗特( B B M a n d e l b r o t ) 提出的。分形”一词译于英 文f r a c t a l ，由拉丁语f r a c t u s 一词创造而成，词本身具有“破 作者简介：唐颖，女，1 9 8 3 年生，在读博士，研究方向为纺织新 技术与服装设计。 作者单位：唐 颖。江南大学生态纺织教育部重点实验室；房宽 峻，青岛大学化学化工与环境学院。 1 1 2 文唐颖房宽峻 碎”、“不规则”等含义，用来描述那些表面看上去杂乱无

6、章、变幻莫测而实质上潜在有某种内在规律性的几何图形 或形状。 分形是一个具有以下性质的集合F ：( 1 ) F 具有精细的 结构，即有任意小比例的细节，( 2 ) F 是不规则的，以至于它 的整体与局部都不能用传统的数学语言来描述；( 3 ) F 具有 某种自相似的形式，可能是近似的或者是统计意义的；( 4 ) F 在某种形式下的分形维数大于它的拓扑维数；( 5 ) F 以非 常简单的方法定义，可能由迭代产生。 1 2 分形图案的特点 根据生成的方式，分形图案主要分为两类：一种是几 何分形，它不断重复同一种花样图案；另一种是随机分形。 利用分形的方法得到的图案区别于传统的手绘图案，可以 做到无

7、限精细。分形图案的特点是： ( 1 ) 有科学内涵，作品有内在的数学结构； ( 2 ) 一般采用计算机数值计算； ( 3 ) 画面具有多重自相似结构的丰富层次； ( 4 ) 有超现实主义艺术流派的特点，对人的视觉具有 巨大的震撼力。 1 3 分形图案对比传统艺术图案的优越表现 传统艺术图案采用欧氏几何方法，通过运用美学原理 基金项目： ( 1 ) 国家自然抖学基金( 嘎目批准号：2 0 4 7 4 0 2 5 ) ； ( 2 ) 教育部新世纪优秀人才支持计划( 批准号：N C E T - - 0 4 - 0 4 9 5 ) ( 3 ) 江苏省自然科学基金( 嘎目编号：B K 2 0 0 7 0

8、 2 1 ) ； ( 4 ) 围謇科技支撑计划f 课题蝙号：2 0 0 7 B A E 4 0 8 0 1 ) ； ( 5 ) 江南大学创新团队发辰计划 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 和构图规则，对由基本几何元素( 点，线，面) 构成的纹样进 行条理性反复、变换或位置的交叉组合、j j l E y q 、布局和色彩 变化，从而产生各种造型图案。

9、分形图案可以体现出传统美学的标准，如平衡、和谐， 对称等。但是，分形图案绝不是传统艺术图案的翻版，它是 对传统艺术图案的发展、突破和超越。它的优越性主要体现 在4 个方面： ( 1 ) 最具特色的是对称的突破，分形图案的对称不是 左右对称，也不是上下对称或中心对称，而是一种局部和更 大的局部，或者是局部和整体的对称； ( 2 ) 传统艺术图案强调用简单的几何形状来模仿自然 界的事物，而分形图案中更多的是分叉、缠绕、突出、不规整 的边缘和丰富的变换，它给人们一种更接近自然的美感，这 种美感是传统的形式美所无法给予的； ( 3 ) 分形图案色彩层次丰富，突破了传统图案的套色 限制，能充分发挥人的想

10、像力，改变人的视觉感受和拓展人 的思维空间； ( 4 ) 分形图案借助计算机采用人机交互的形式来进行 创作，因此其作品有很大的随机性和任意性，但又往往出人 意料的新颖别致、奇特和多变，令人耳目一新，具有强烈的 时代感。 2 分形在数字喷墨印花图案设计中应用的可行 性 2 1数字喷墨印花图案的特点及对图案原稿的要求 数字喷墨印花机使用的是数字化图案，对图案的花回， 套色数和色彩等没有限制。尽管数字喷墨印花技术能够印 制所有的图案，但是要获得好的印花效果，要求图案原稿必 须具备下列的条件。 ( 1 ) 高清晰度。清晰度是记录图案原稿色调、颜色、质 感、立体感，透视感等的基础，图案原稿只有具备高清晰

11、度 才能通过数字化等加工过程，将原稿的效果真实再现于所 印制的织物之上。 ( 2 ) 动态密度大。所谓动态密度，简单地说就是人们 所能观察到的图案中最浅的颜色和最深的颜色之间的密度 差值。 ( 3 ) 色彩饱和度高。在标准光源下检查原稿，色彩饱 和度是对图案原稿的真实反映，只有色彩饱和度高的原稿 才是色调正常的原稿。 “) 图像颗粒细腻。原稿的颗粒度影响色彩、层次、质 感。颗粒度细腻的原稿有利于层次和色调再现( 特别是亮调 质感) 和色彩的真实表现。 2 2 分形图案在数字喷墨印花设计中应用的可行性及 优越性 ( 1 ) 由于分形图案是数字图形，可通过计算机直接传 输到数字喷墨印花相关的生产机

12、台上，反应迅速，不失真。 这样既缩短了工艺，又实现了数字喷墨印花图案的纯数字 化设计，可极大地丰富数字喷墨印花产品的花色品种，缩短 花型设计的周期。 ( 2 ) 分形图案的精细结构，可以通过提高数字喷墨印 花的分辨率( d p i ) 来模拟，分辨率越高，分形图案的精细结 构将会表达的更清楚、更完善，图案清晰度就越好。一般纹 样为1 8 0 3 6 0d p i ，精细结构的纹样为3 6 0 7 2 0d p i ， 最高精密喷嘴能喷出分辨率超过28 8 0d p i 的印花图案，完 全可达到仿真效果。 ( 3 ) 利用分形艺术设计的数字喷墨印花图案，风格独 特、时尚性强、个性突出，与数字喷墨

13、印花纺织品需求的多 元化、个性化发展趋势相适应。 ( 4 ) 分形的基础理论部分经过多年发展已相对成熟， 可提供大量的基础研究资料。为在数字喷墨印花图案设计 及实现的深入研究提供了理论依据。 2 3 现有优秀数字喷墨印花图案作品中的分形性分析 计算机辅助设计技术与数字喷墨印花技术相结合已经 广泛应用到产品的理念中，虽然过多依赖现有素材( 图库、 照片等) ，没有结合数字喷墨印花图案的特点进行创新设计 的现象还依然存在，但仍然有一些关注这一领域的图案设 计师灵活运用数字喷墨印花技术的特点，扬长避短，设计了 出许多具有视觉震撼力的数字喷墨印花作品。 仔细观察这些优秀的数字喷墨印花图案作品，可以发

14、现很多作品中都有着分形的元素和特征，这为人们将分形 作为一种数字喷墨印花图案的创作手段提供了参考。图1 是以羽毛为主题的丝巾图案设讹将细节放大，则可发现看 似复杂无规律的纹样其实是由无数自相似的羽毛特征的基 本元素组成，具有分形的自相似特征。而图2 中的色彩和纹 样均具有分形特征，尤其是色彩处理的丰富性和层次性，体 现出分形方法可以较易达到的效果。 3 分形图案的设计原理及在数字喷墨印花应用 中的实现 3 1分形数字喷墨印花图案设计的基本原理 基于分形方法的数字喷墨印花图案是指在平面纺织品 上，采用分形方法所进行的一种图案设计。它和普通图案设 纺织导报C h i n aT e x t i l

15、eL e a d e r 2 0 0 9N o 61 1 3 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 图1F e a t h e rS c a r f ( 真丝，数码印花) 图2F l a m e l a y e r - ( 高质棉数码印花) 计一样，包括纹样造型、构图形式和色彩构成等组成部分。 ( 1 ) 纹样是组成图案的基础，它的基础单元称为单位 纹。在分形艺术图案中，单位纹是一种具有分形特征的自由 纹样，由固定的分形算法生成。分形纹样的造型是人们研究

16、 的重点，主要研究方向包括模拟自然景物的具象造型、自相 似几何形体的抽象造型以及由它们混合组成的结合造型。 ( 2 ) 构图即图案的构成，包括纹样结构与画面构图两 个部分。在分形图案中，主要是指分形图案画面的布局和组 织形式。常见的形式包括基于分形纹样的规则骨架结构图、 整体构造分形纹样构图和具有不规则构型的纹样分形分布 构图。 ( 3 ) 色彩是不同色相、明度和纯度，按照混合、对比与 调和手法而配合得到的效果。在分形艺术图案的生成与设 计中，作为一组具有分形特征的数值集合的映象，色彩同样 具有自身的分形特征。至于配色手法，目前仍然以人机交互 方式为主。 分形艺术图案生成与设计的基本原则除了与

17、普通艺术 图案具有相同的规律与法则之外，最突出的是运用了分形的 自相似性，构造过程的递归、迭代，以及局部过程的随机扰 动性。 3 2 数字喷墨印花图案设计中分形的应用形式 3 2 1 分形图案本身的形式 可以把分形图案按照造型、色彩和构图3 个角度划分 为各种不同的类型。有模拟自然景物的具象分形纹样和基 于自相似几何形体的抽象分形纹样；有只有深浅明度变化 的无彩色分形纹样和具有色相、明度与纯度复合变化的彩 色分形纹样；有由单个纹样构成的单独分形纹样和由单位 纹组合而成的组合分形纹样等等。 1 1 4 3 2 2 在数字喷墨印花图案应用上的形式 ( 1 ) 取单个分形图案或分形图案的一部分应用，

18、通常 运用于丝巾等小件纺织品印花，或服装的局部位置应用。 ( 2 ) 提取分形图案中典型的图元，通过二方连续、四 方连续等组合成适合数字喷墨印花面料图案的连续图案。 可做床上用品、窗帘等家用纺织品，以及服装面料设讹 ( 3 ) 在分形图案的基础上，通过其它方法进行艺术加 工，或与其他图案有机结合，组成纹样，再连续成新的图 案，通常可运用在个性化纺织品的印花上。 3 3 分形在数字喷墨印花图案设计中的计算机实现 3 3 1 利用现有的分形图案的制作软件来实现 创作分形艺术图案可采用专用的设计软件有：F A P D S ( F r a c t a lA r tP a t t e r nD e s

19、i g nS y s t e m ) 、F r a c t a lD e s i g n e r P a i n t e r 、F r a c t a lE x p l o r e r 、U l t r a lF r a c t a l 等等，其中U l t r a l F r a c t a l 是最常用到的分形软件。在美国M e t a C r e a t i o n s 公司为 A d o b eP h o t o s h o p 软件开发的外挂滤镜插件K P T 7 软件中，有 一个分形艺术图案制作子程序K P T 7F r a x P I o r e r ，适合完全 没有计算机基础的

20、设计人员。张友邦开发的“摆渡者分形” ( F e r r y M a nF r a c t a l ) 是国内功能最强大的分形图形设计软 件，它界面友好，将公式、算法全部集成在后台，更像是为 设计者所编制的设计工具，但目前会使用的人还很少。 这种以现有的软件为制作手段的方式相对简单，适合 计算机编程基础较弱的艺术设计人员，不足之处是能够制 作出来的图案风格、类别有限，尤其要再挑选或修改制作出 适合纺织品印花的图案则显得比较困难。 3 3 2 通过数学算法和计算机编程生成分形图案 常用的分形图生成算法有L 系统、迭代函数系统 ( I t e r a t e dF u n c t i o nS y

21、 s t e m ，I F S ) 和逃逸时间算法。通过这 些算法可以生成大量美丽、奇异的图案，也可用于景物模 拟。 ( 1 ) L 系统生成的图形由初始元、生成元和旋转角度 生成，主要采用改写规则和龟形图法实现。L 系统主要应用 于艺术图案生成和植物模拟。 ( 2 ) 迭代函数系统生成图形主要是根据其压缩映射，通 过改变映射的系数可以得到不同的分形图。主要应用于艺术 图案生成、植物模拟，也可用于复平面上分形图案的生成。 ( 3 ) 逃逸时间算法主要通过复函数的迭代，应用于复 平面上分形图案的生成，通过复函数的变化以及颜色渲染， 可生成大量奇异的艺术图形，典型的分形图有M a n d e l

22、b r o t 集 和J u l i a 集。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 基于各种分形算法通过数学算法和计算机编程来实现 的方式是目前应用最M r = 泛的，产生的分形图案风格多变， 但不易为专业图案设计师所掌握，而使用这些算法的多为计 算机编程人员，对纺织品图案设计开发和再制作上缺少必 要的美学知识，不能很好将分形图形与数字喷墨印花图案 设

23、计融为一体。 3 3 3 设计开发一个基于专家系统的数字喷墨印花分形图 案制作软件 在现有的分形图案制作软件的基础上，设计开发一个 专门针对数字喷墨印花的花型设计，具有强大图元库、构图 及配色功能的专家系统，用人机交互的方式可得到大量形 态各异的花型图案，并能根据不同类别( 如服装、饰品、家 纺等) 、不同消费人群的纺织产品来进行图元选择、结构布 局和配色，采用通用图形格式输出图片，以便能用其它图形 编辑软件加工处理，最终能让工程类的技术人员和艺术设 计人员都能进行独立操作，制作出符合顾客要求的数字印 花纺织品图案。 ( 1 ) 基于分形方法的数字喷墨印花图案设计系统在功 能上除了_ 一般C

24、A D 软件所具有的文件管理、工具与环境选 择、窗口管理和帮助等功能之外，主要包括一个基于专家系 统的基础图元生成与变化处理、花型的组合构图和配色模 块三大部分。其中，基础图元是经过设计师挑选总结的完全 适合数字喷墨印花的大量图元存储，并能通过修改参数产 生一些变化；花型的组合构图包括分形纹样的规则骨架结 构图、整体构造分形纹样构图和具有不规则构型的纹样分 形分布构图；配色模块则可通过系统中现有的根据不同产 品类别、不同消费人群等现成的方案来选择，也可通过调色 面板重新配色。 ( 2 ) 此专家系统的逻辑上采用3 层架构模式。第一层 由基础图元库，构图方法库和配色模块组成，是一个完全开 放的图

25、库系统和方法库系统；第二层由分形图案编辑与生 成程序系统、分形图案构图程序系统组成和分形图案配色 程序系统组成，是系统的主要功能结构体，第三层是系统的 人机交互式输入与控制界面( 图3 ) 。 如果能通过在数字喷墨印花图案设计中引入基于专家 系统技术进行分形图案的创作，则大大减轻了技术人员和 设计人员的工作复杂度，并提高了软件的智能化程度，同时 系统又具有一定的自学习和自组织能力，但由于艺术创作本 身具有抽象性和复杂性的特点，所以也可在图稿完成后再 使用P h o t o s h o p 等图形处理软件进行再加工，能得到更加丰 富多变的效果。 图3基于专家系统的数字喷墨印花分形图案制作软件的构

26、架 4 分形图案在数字喷墨印花最终产品中的实际 应用 如今，个性化的服饰品备受瞩目，利用分形原理产生的 花型图案可以通过数字喷墨印花设备广泛的应用于服装、 配饰、床上用品等纺织业的生产，能更好地适应现代人对生 活高品质，多样化的追求。 分形图案的主要特征是图案的自相似，这种自相似导 致图案中具有许多由不同像素点所表示的精细信息，而对 于面料而言，都是通过各种色彩，粗细的经线与纬线按一定 的规律相互交织而成，其组织点的数量是有限的，如果图案 结构过于精细就会无法完整地印出来，因此选用密度高且 表面平滑的织物在表现分形图案的精细结构方面具有独特 的优势。设计人员在将设计好的分形图案具体实现前，还必

27、 须结合相关的数字喷墨印花工艺进行优化处理，以便取得 更好的印花效果。 目前，分形图案在纺织工业上的应用，主要有T 恤图 案设计时装图案设计、装饰面料的图案设计、刺绣花样设 计真丝方巾图案设计、地毯花样设计和壁毯花样设计等。 5 展望 分形艺术作为一种新的艺术形式，为计算机图形设计 另辟蹊径，也为数字喷墨印花图案设计开创了新的思路。要 设计出优秀的适合数字喷墨印花的分形纺织品图案，是要 以设计者娴熟的技巧和丰厚的经验为基础的，需要将图案 设计艺术、计算机图形编程与数字喷墨印花技术结合到一 起。这一切都期待更多的科学家和专业研究人员共同投身 到这个领域的研究中来，真正实现科学、技术与艺术的完美 结色皿 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 61 1 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark