（系统分析与集成专业论文）花式纱线计算机模拟的研究.pdf

浙江大学颂士学位论文 摘要 謦8 7 6 9 圣o 花式纱线产业的高速发震，一方丽要求工艺人员搬握时尚潮流，构思设计出 糖荧各异瓣花式纱线品耱，鼹瓣逢对花裁纱线缓秘静成品生产撼爨浃逡反应j f 【l 缩 短投产周期的安求，花式纱线及其织物的计算机模拟应运而生。艳式纱线的计算 规模数可以分为鼹秘鲻逡；一是翅子羧鼹耪开发，= 罴鼹予织物褒霾模熬。本文 针对后者进行研究和开发，提出一套花式纱线计算机模拟的新方案。 纱线是织物最基本的单元，织物焱嚣模拟的效聚投大黪取决予纱线的模拟原 理茅螽效采。不瓶掰的矫形、复杂的材麓结构以及丰蜜的色彩变化威特殊效应的色 泽，造成越式纱线真实感壤羧躲爨鼹。 根据花式纱线的上述裔身固有特征，本文提出种区剐于直接扫描提取法和 传统建模方法豹模拟方法。我妇燎芯式纱线豹特鬣参数分海形叁、楗震积凝惫三 个主要方面，粥多段拼接的低次贝塞尔酾线构造花式纱线的形态轮廓，在轮廓区 域及其附近的花式效应区域上通过添舰光照明模型稠毛羽效果袋现纱线的撼矮， 基予光照碉模蘩静光照麓瓣子模投热速了纱线的粪实光照数采的实现，纱线毛鞠 由随机噪声点模拟，纱线的配妲、显示在颜色模型间转换实现，可以进行单秽藏 色鹃更换和多种颜色的渐变。 文章主耍磅究了贝黧尔趋线秘b 糖条曲线，光照明模型魏光照甥毽子模板， 颜彘模鍪及箕之溺的转换，给出了鼗体技术的实现要点和程序框架。在v i s u a l c 十十6 o 编程环境下，利用丽向对象思想，设汁了套芯式纱线模拟系统，并对 凡耱常冤戆流行花式纱线遂行参数纯模羧，其存良好真实惑静模襁效采证萌了本 文方案的可行性。最后，文章讨论如何建立快捷合理的花式纱线熙。 关键词：裁式纱线，形态，奉孝凄，颜琶，煲塞尔整线，光爨掰模黧，光照鞠戮 子模板，颜色模型 浙江大学硕士学位论文 a b s 仃a c t w i t ht 量l ef a s td e v e l o p m e n to ff 孤c yy a n li nt e x m ei n d u s t r y ，t h ed e s i g l l e rs h o u l d w o r ko u tv a r i o u so ff a s 王l i o n a b l cf 酐l c yy 锄sa n da tt l l es a m et i m ef h n c yy a n lf a b r i c s h o u l db ep r o d u c e di nas h o r tt i m e i nt h i ss i t l l a t i o n ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n so f f 撕c y y 锄a n di t sf a b r i cb e c o m ev e l 了i m p o n a n t n 眦e r i c a ls i m l l l a t i o no f f h n c yy 锄c a n b e u s e d 协d e v e l 叩m gn e wf h n c yy l ma n df 曲r i cs i m u l a t i o n h 1t h ep a p e r ，w ep r o p o s ea n e ws c h e m et os i m u l a t ef 抽c yy a r n s ，w h i c ha r ee m b e d d e di n t of a b r i cs i m u l a 廿o n y 锄i sm eb a s i cu n i to f f a b r i c ，t h ce 插烈o f f a b r i cs i 舢1 a t i o ni sm a i n l yb a s e do n t h ee 虢c to fy a ms i m l l l a t i o n f a n c yy a r n 埘廿li r r e g i l l a rs h 印e ，c 伽】p l i c a t e dt e x t w c a n ds t f l l c h l r e ，a n dm u m c o l o ri sd i 丘i c u l tt om o d e la n ds i m u l a t e s h a p e ，m a t e r i a lt e x t i l r ea 1 1 d c o l o ra r es e l e c t e da st 1 1 ec r i t i c a lc h a r a c t e r i s t i c p 黜e t e r so ff 柚c yy 锄 o nt l l eb a s i so ft 1 1 et l l r e ep a r 锄e t e r s ，an e ws c h e m ef o r n 眦e r i c a ls i m u l a t i o no f 胁c yy a mi sp u tf o 九v a r d s e g m e n t so f1 0 w e rd e g r e eb e z i e r c u r v e sc o n n e c to n ea f t e ra n o t h e rt oc o n s 讥j c tt 1 1 ey 锄s h a p e ac l a s s i ci l l u m i l l a t i o n m o d e li nt h ef o r n lo fi l l u m m a t i o nf a c t o rt e m p l a t ea 1 1 dr a l l d o mn o i s e c t i o na r e a d o p t e dt or e p r e s e n tm a t e r i a lt e x n | r ei i la 1 1 da r o u n dt i l es h 印ec o m 0 1 1 r f a n c yy a mi s c o l o r e d 埘mas i n g l ec o l o ro rg r a d a t i o nc o l o r sm h l s ( h u e 、l u m i n a n c e 、s a t u r a t i o n ， h l s 、c 0 1 0 rm o d e l b e z i e rc u r v e 趾db - s p l i n ec u n ，e ，i l l u m i n a t i o nm o d e l 锄di l l l l i 】 1 i n a t i o nf i a c t o r t e m p l a t e ，c o l o rm o d e l sa 1 1 dt h e i rt r a n s f o n n a t i o n sa r es t u d i e di n 也ep a p e r a n dt h e s p e c i f i ct e c i h l i c a lp o i m s ，p r 0 斟m m i n gf h m ea n d 胁c yy a n ld a t a b a s ea r cp r e s e m e d i nm i c r o s o rv i s u a lc + + 6 0p r o 卵珈m i n gl a i l g u a g ee n v i r o m e n t s i m l l l a t i o nr e s u l t s o ns o m et y p e so fc o m m o na i l d 缸h j o i l a b l ef a n c yy a m ss h o wt 1 1 a tt l l ep r o p o s e d s c h e m ec a nr e i l d e rr e a l i s t i ca p p e a r a l l c eo ff h c yy a me 脏c t i v e l y k e yw b r d s ：f 抽c yy a m ，s h a p c ，m a t e r i a l t e x t u r e ，c o l o r ，b e z i e rc u r v e ，i l l u m i n a t i o n m o d e l ，i l l u m i l l a t i o nf a c t o rt e m p l a t e ，c o l o rm o d e l 2 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 本章首先概述了花式纱线产业发展的历程和现状，并介绍了花式纱线计算 机模拟的发展状况，进而提出了论文的研究背景和要解决的问题，指出本课题 研究的实际意义，最后介绍了论文的研究内容和组织结构。 1 1 花式纱线产业发展概述 上个世纪七十年代以来，花式纱线纺织产品在世界上广泛流行，不仅用于 手编毛衣、羊毛衫，还大量用于家用装饰织物，如窗帘布、沙发布、床上用品、 地毯以及机织和针织服装面料【i 】。 世界上各种花式纱线织物已占织物总量的1 5 1 4 ，1 9 8 6 年法兰克福国际 衣料博览会上展出的时装面料中有6 0 为花式纱线。 花式纱线的生产中心在西欧，领先的国家有英国、德国、意大利、法国和 西班牙。法国女装中，花式纱线织物占4 0 。意大利的花式纱线织物占1 9 以上。近年来，美国和日本的花式纱线也有较大的发展，美国花式纱线产量占 纱线总产量的4 0 。 1 9 8 5 年，美国的一些纺纱厂和针织厂为了加强市场竞争力，开始着手研发 和生产令人耳目一新的花式纱线产品，比如，采用纺毛、有光与无光纤维或者 多种纤维多色混合，有的则研制人造马海毛、马海毛与变性晴纶、羊毛的混合， 制成双股双色纱和雪尼尔纱。而随着针织品市场的繁荣，人们在毛线衫的需求 上也追求新颖别致的款式，由此，竹节纱、结子纱、彩点纱等相继出现。 1 9 8 8 年，花式纱线用于家用装饰品市场在美国得到足够的发展和重视，亚 麻与人造纤维、棉与亚麻、羊毛与棉等混纺花式纱线，圆环线、螺旋线和波纹 纱逐渐取代结子线用于家用装饰织物。 早在几千年前，中国帝王龙袍制作时，就用金银丝包缠在棉线或麻线上作 为绣线，可以说这是包缠线的始祖了。上个世纪3 0 年代，我国已经把绞纱分 段用纱带扎紧使染液渗透不进去而出现白节，用这种纱在整经时使白节重合在 一+ 起织成布后如羽毛状，当时称为鸭毛布。再如，经向间隔排列两条5 毫米左 浙江大学硕士学位论文 右宽的白条，再用纬纱与之交织重合两条，使经纬交叉成井字状，称为井字格， 这一工艺拿目前技术来做也有一定难度。民间也开始在手摇并线机上生产结子 线：到4 0 年代已能生产印节纱；5 0 年代出现了色纺纱和花式线；7 0 8 0 年代， 浙江、江苏等地区花式纱线发展相当快速；9 0 年代至今，由于市场经济的欣欣 向荣、人们生活水平的不断提高以及生产技术的臼益发展，花式纱线需求量迅 猛增加，品种开发的力度提升，各种花式纱线琳琅满目、应有尽有f 2 】。 2 0 世纪8 0 年代左右，我国有不少单位分别从西德、英国、日本和意大利 等国引进空心锭花式捻线机，还有一些单位用旧捻线机或细纱机改造成环锭或 空心锭花式捻线机，主要产品以圈圈绒线为代表，有圈圈绒线、马海毛绒线、 辫子绒线等，除此，也生产竹节纱，结子线，波纹纱，断丝线、螺旋线等。但 是，这些产品在满足了一些消费者的好奇心之后，就因为技术、品种、工艺、 质量，特别是因为消费水平的失衡而逐渐退出了市场。 目前，随着我国国民经济的不断发展与国民收入的不断提高，政府在物价 上又逐渐采取了与国际接轨的政策，花式纱线的主要原料化纤的价格与棉的价 格基本持平甚至略低，棉纱与化纤花式纱线的比价己从1 ：5 下降到1 ：1 5 。 花式纱线的价格水平的下降，促使了花式纱线市场前景又被看好，生产在国内 获得了抬头。 同样，由于与国际的不断接轨，及国内消费层次的不断提高，国内消费者 对服饰、服饰用品的时肖化、个性化也越来越呈现明显的趋势。这使得花式纱 线在我国纺织品中再次拥有了广泛的市场，这样，也促使了花式纱线生产在国 内的复苏。而且，由于现在产品开发及生产水平的提高，国内生产的花式纱线 无论是从品质质量还是从品种数量上而言，都与八十年代刚剐开发时，具有了 显著提高，具备了一定的品种规模与质量档次，又重新赢得了消费者和市场， 并开始注意引导消费市场。因此，纺织品市场在花式纱线装饰效果的诱惑下， 开始使步入疲软的国内市场再一次焕发出强大的生命力。 当前国内花式纱线发展状况呈现出以下几个特点【3 1 ：一是花式纱线采用原 料进一步向多元化发展；二是花式纱线产品向复合型发展；三是花式纱线设备 向多功能型发展；四是花式纱线企业生产能力向规模化、集约化发展。 近年来，花式纱线在高级女装面料中的运用紧贴流行趋势，秋冬多为雪尼 渐汪走学硬士学短论文 尔、色纺纱、圈圈线、念银捻丝花式纱线，春夏多为竹节纱、双宫丝、圈圈线、 金银捻熬花式纱线。摇式缪线嚣籽体瑷薅蠢、多露纯、毫蠢袋蔽及立露、事塞、 乡村等熬体风格和富丽、都市、鼹族、朴实等主鼷风格。花式纱线品种中鹭尼 尔纱、彩结纱、小珠珠纱、圈圈纱、波纹纱、竹节纱、疙瘩纱、马海毛纱簿占 主要臻势。溪蕊式纱线缀造懿各耪绞谚其寿美鼹、瑟鍪、毫狳、驽遥、柔软、 别致的特点，国内市场上，装饰布市场年销量融达数万平方米，仅窗帘销煅就 有上亿平方米。随消赞水平的提嵩，人们对含花式纱线装饰的高档窗帘布、髓 纱、汐发奄瓣嚣求嚣戆熬露，大豢熬经编、镑编装镶蜜枣寿、窳其包覆蠢慧广 泛地采用了花式纱线，花式纱线程装饰上广泛应用的品种大致有： 床上装饰用品：用结子花式线、结子花式糨节纱线、雪尼尔线等生产锫类 鍪麴泰攀、寨沿、靠肇等。 室内装饰织物：大量的高档室内装饰织物用花式纱线原料织制，产品肖窗 帘类织物，包括钩边、经编、印花、提花、缝边、烂花印花窗帘等。 壤舔装镄缓戆：袋瑗花式纱线豹璃嚣装谗楚璜面毒酶第瑟代品种，其鸯高 雅、美观、减低噪音的特殊功能。采用花式纱线墙布能够从一定程度上降低噪 音影响，其噪音可减少l o 个分贝，现已被高级健宅、高级宾键、饭店大燃采 蔫。在美蓬窥西致带场，该类毒每寒售价在1 2 美元。 家具装饰织物：主要用带有粗节结构花纹和花式纱线织成的家具装饰织 物，这类织物主要用予备类家具的漩馋面料，如沙发面料、靠蛰蘑料、座擒蕊 辩、霹飙瘸耪籽班及翅予各类家基炎静装镑。 随潜物质文明和消费观念及消赞水平的上升，消费质量将会继续提高。人 们对自身穿着和生活环境装饰美的避求，会将纺织品消费市场摊向更高屡次一 一使每公斤纾维滔费黼的价值继续上舞，旗两开发格谲赢，符合消费潮流的离 技术、简附加值、变化丰富的产品成为花式纱线产业的竞争点和迫切要求。 1 2 花式纱线c a 静发展状况 织物模拟软件是计算机模拟技术在纺织行业的应用，是织物模拟c a d 系 统中裹投术含量黪缝成豁分。逯越缀劈模拟，霹穆缓蘩静生产织逡过程，在诗 算机中模拟，预测织物的真实织造效果。在模拟过程中，只要输入和工艺与织 浙江大学硕士学位论文 造有关的必要参数，即可在计算机屏幕上模拟显示出织物织造后的表面立体效 果图。通过织造前的模拟仿真，可大大降低新产品试样消耗的材料和时间，可 极大的促进纺织新产品的开发。织物模拟软件应用范围包括商标、领带、经编、 毛巾、装饰布等各种提花织物领域。 现今发达国家，依靠其雄厚的资本与先进的技术，用高新技术改造纺织业， 使原本属于劳动密集型的纺织业，逐渐走上了资本技术型之路。产品更多的含 有资本与技术因素，更能适应绿色消费所兴起的纺织品高档化、时装化、个性 化、舒适化、安全化的要求，极大地削弱了我国依靠量大价廉参与竞争的优势。 高技术含量产品的开发，除了技术人员的自身素质外，更重要的是使用先进高 效的开发工具。纺织品模拟系统在发达国家纺织新产品开发中，扮演着极其重 要的角色。从国内外软件业发展现状来看，在织物模拟领域，国内与国外软件 水平上存在着很大的差距。 一般的纺织软件在对纱线以及织物表面模拟时，有从一定程度上涉及到花 式纱线的模拟，但是相当不全面和完整。关于花式纱线c a d 的理论和方法的 研究，在国内外发展均较缓慢，国内外系统化的模拟方案和产品并不多见，在 国外，比较早涉及到纱线设计的是德国c i s 图形及图像处理公司为他们的 “d e s i g i l3 ”计算机辅助设计系统开发的纱线模块“c o l o r2 ”。在这些模块中， 纱线可以被开发或配色，并被管理以用于随后的织物仿真，但用于花式纱线的 设计还远远不够。国内武汉纺织工学院邓中明采用图形、图块并接及颜色调配 方法模拟花式纱线；在国外，就纱线的仿真方面，英国利斯纺织学院用经纬纱 正态或均一分布的概率密度函数求沿纱线轴向的浓淡值，从而模拟混纺纱线。 国内外应用比较广泛的花式纱线计算机模拟系统有以下几种： 1 ) 1 9 9 4 年，武汉纺织工学院开发研制的花式纱线计算机仿真系统【4 l ：该 系统又称花式纱线的设计、制造模拟系统，具有造纱f 花式、花色设计1 、 纱色号管理( 纱线颜色) 、纱号管理( 纱线支数) 三大功能。系统设计纱线 思想是：用一组循环排列的倾斜放置的色彩小方块来表示花式纱线， 每个具有色彩的小长方形代表纱线单元块的仿真模型。系统设计纱线 的图形实现原理：纱线单元用一个长方形偏转a 角来表示，并以颜色 填充其框，从而绘出一个立体感强的纱线块，用以表示该种花式纱线 浙江大学硕士学位论文 的仿真图形。为了获得逼真的效果，各种参数必须经过反复调试，直 至形成满意理想的花式纱线为止。然后，将此组参数图形存入纱号库 中，提取即可。该机附有全屏幕数据编辑和显示。 该系统可以说是目前国内极少数的一套完整的花式纱线计算机仿真系 统，但是局限较大。在花式纱线模型的输入与实际的差距较大，人为 因素较多，而且其采取一组循环排列的倾斜放置的色彩小块来表示纱 线，这种简单的色彩小块模型对于复杂的花式纱线设计是无能为力。 2 ) 中国纺织科学研究院设计开发了织物仿真c a d 系统【5 】，在这个系统中， 明确提出一个观点：织物的模拟应当从纱线设计开始。在这个花式纱 线模拟平台上，设计人员可以根据自己的需要使用鼠标设计各种颜色 纤维的混纺纱或异色合股纱，对于混纺纱甚至可以控制其不同颜色纤 维的混纺比，在异色合股纱中可以反映出合股纱线的股数及捻度，还 可以设计出一些其他花式纱线，如大肚子纱、竹节纱、小毛圈纱和毛 粒子纱等。即使是单色纱线，也可以利用纱线设计功能使它成为具有 质感的纱线而不是原先的光滑的直方条。这些具有丰富信息的纱线先 是被存储在纱线库中，在织物模拟时由计算机调用。 3 )日本三菱模拟仿真系统，以输入纱的支数、捻向及捻度等参数条件作 为普通纱线的模拟，可以建档存档，若需要对花式纱线模拟，则必须 以普通纱线作为基础，再利用鼠标或光笔在屏幕上或绘图板上修改。 4 ) 德国c i s 图形及图像处理公司开发的纱线模拟仿真系统，对于花式纱 线的设计，不是采用输入纱线的有关数据进行仿真，而是用已经建档 的基本纱样，经过适当修改，来得到新的花式纱线。其“c o l o r 2 ”模 块是基于对颜色的设置及填充的纱线辅助设计系统，在参照同类样品 的基础上或按照r g b 颜色来进行配色设置。该“c o l o r 2 ”纱线模拟系 统考虑到纱线结构表面结构的光线反射效果，并进行优化设计，能模 拟一些纱线的逼真外观效果。 5 ) 德国e a t 的织物模拟c a d 系统v i c t o r 中包含的花式纱线设计 模块对花式纱线的模拟可以调整花式纱线的颜色、长度，宽度，选择 纱线的表面纹理质地，而且能够将不同的花式纱线进行合股模拟，此 9 浙 = 【大学硕士学位论文 系统在业界处于比较先进的水平。由于它可以模块化添加，各个商业 敷橡霹l 冀凝据垂己蜓嚣要扩展纱线痒。 另外，目前出现很多的纺织c a d 系统，虽然没有单独的纱线模拟仿真设 计系统，键大都箕裔纱线竣诗凄憝，实瑗了篱萃静纱线真实效采静模菝，戳便 设计人员按照自己的想法设计出新的纱线，比如不同的纤维混纺比、异色合股 线、竹节纱等 6 l 。比如：浙江丝绸工学院z i s 索织物c a d 系统，其有主臻的 花墩纱线及组织设计功能；上海视博数码有限公司开发的f c a d 2 o 的织貔设 计系统，县有纱线设计功能，可以对单纱、股线、混色纱、花式纱进行自由设 诗，所设计的纱线霹鼓存入纱线瘁；天津纺织磅究茨夔e a d 系统在蓬式纱线 的设计上可进行竹节纱、大肚纱、圈圈纱等的结构设计；日本著名服装集团公 霹托蕊秀发豹嚣精逮薤辘麓没诗系统。可戳进行备类擎爹、混纱及稔势设计， 以及扫描真实纱线母入设计；通过袭格输入，以工藏表的形式输入所选纱线的 禳数，密度；瑷条纹输入，直观形象箭通过图像方式输入织物所需纱线根数、 密度参数等。 从以上介绍的对花式纱线的模拟可以得出，无论是纱线模拟仿真系统还是 织物c a d 中的纱线设计功越模块，只是掇供了或怒用户遴过画鹭绘剖纱线， 或怒真实纱样扫描龉入系统再进行修改，或是几种简单的参数化纱线向导式纱 线设诗等。对于缪 线，尤冀楚莛式纱线，吴窍繁多黪耱类，花式纱线本身巍照、 材质和纹理方面的特殊性，用这些系统实现模拟仿真存在较大的局限性。 本谋熬瞧是基予花式纱线织物游飞速发展，己有的传统纱线不毹满是筏式 纱线织物表面模拟的要求，首先从凝本单元花式纱线的计算机模拟入手， 不断的更新和丰富花式纱线库，逐步实现稳式纱线织物的表面模拟。 1 3 本文的主要工作 花式纱线的计算机模 薹i ，是纺织c a d 对花式纱线织耪表面模攘效果得以 逼真实现的关键所在。本文从花式纱线自身具有的特征入手，将花式纱线的特 征参数分为形态、材质和颜色，分别对这三个方面的具体实现深入研究，涉及 到藏式纱线的纺织工艺技术、计算视图形蹙像处理鹣理论、v i s 髓lc + + 6 0 缡 程环境下算法程序的编写等。 l o 浙江大学硕士学位论文 本课题来源于生产实际，也将应用于生产实践，所以我们在学术理论研究 的同时，努力做到与实际相结合，与经济相挂钩，切实做到科研的指导性与生 产发展的实用性相统一。 本文主要工作和章节安排如下： 第一章 绪论，概述了花式纱线产业发展的历程和现状，并介绍了花 式纱线计算机模拟的发展状况，进而提出了论文的研究背景 和要解决的问题，指出本课题研究的实际意义，最后提出了 论文的研究内容和组织结构。 第二章 花式纱线的模拟原理和方法，给出了花式纱线的定义、结构 和分类，对花式纱线作了概括性介绍，接下来总结了现今已 有的花式纱线的模拟原理、方法，可以归纳为以下三种：真 实纱线提取法、参数化二维建模法和参数化三维建模法，并 阐述了本文提出的模拟方法。 第三章 花式纱线模拟技术方案及实现，介绍了整套花式纱线计算机 模拟的技术方案，根据我们提出的三个特征参数，分别对参 数曲线，光照明模型和基于光照明模型的光照明因子模板和 颜色模型及其之间的相互转换作了详尽的阐述。同时，给出 具体技术的实现要点和程序框架。并具体给出了几种常见常 用的花式纱线的模拟效果实例。 第四章 花式纱线库的建立，首先介绍了花式纱线的保存格式：b m p 位图文件，再具体说明了花式纱线库建立的意义以及纱线库 设计原理，并给出了纱线库选纱界面的效果图。 第五章 总结和展望，将本文对花式纱线的计算机模拟作了简单的总 结和展望，指出了进一步完善和改进的方向。 浙江大学硕士学位论文 第二章花式纱线的模拟原理和方法 本章首先给出了花式纱线的定义、结构和分类，对花式纱线作了概括性介 绍，接下来总结了现今已有的花式纱线的模拟原理、方法，可以归纳为以下三 种：真实纱线提取法、参数化二维建模法和参数化三维建模法，并阐述了本文 提出的模拟方法。 2 1 花式纱线的定义，结构和分类 2 1 1 花式纱线的定义 花式纱线的定义目前尚未统一，下面介绍几种比较权威和常用的定义 【2 】【7 1 。 花式纱线( 伽l c yy a m ) ：用特殊工艺制成，具有特殊的外观形态与色彩 的纱线。例如表面呈现纤维结、竹节、圈环、波浪、辫条或锥形螺旋等外 观的纱线。( g b 3 2 9 l _ 8 2 ) 花式纱线：指各种各样的截面分布不规则、结构不同或色泽各异的， 集功能性与审美性于一体的，并与传统的纱线有很大不同的特殊纱线。在 欧美被称为协1 c yy a m ，e 髓c ty a r n ，n o v e l t yy 踟等。 花式纱线：是指在纺纱过程中采用特种纤维原料、特种设备和特种工 艺，对纤维或纱线进行特种加工而得到的、具有特殊结构和外观效果的、 绚丽多彩的纱线，是纱线产品中一种与普通纱线不同的、具有装饰作用的 纱线。 花式绒线( f 抽c yk n i m n gy a r n ) ：用特殊加工方法，以芯纱、饰纱、加固 纱等相配合纺成的具有环圈、粒结：竹节、色阶等特殊外观的绒线。 ( g b 5 7 0 6 8 5 ) 花式纱线：是一种在纺纱过程中有意弓1 人不规则特性的特殊纱线，这 种纱线无论在纱线直径、膨松性或色彩上都不同于传统纱线。 1 2 浙江大学硕士学位论文 花式纱线：通过有意引入缩构上的不规则特性而u 在结构上区别于酱通 单纱秘黢绫翡纱线。 花式纱线：通过工艺设计及利用特殊加工手段( 设铸或装鬣) 在纺纱、 纺丝或或线过程中搜纱线( 或丝) 澄长度方淘豹簸瑟或表露发生结构、组份、 色泽或物理特性变化的纱线( 或丝) 。各种变形长丝纱也可列入花式纱线的 范畴，至于其它纱线( 熊) 应具体情况舆体对待。 2 1 2 花式纱线的结构 除特种花戏纱线和多股花式纱线( 蹰股以上) 外，一般的花式纱线都由 芯纱，僚纱帮弱纱三考组成吼 芯纱也称熬线，它被包在花式纱线的中间，是构成花式纱线的主干， 氇是镶纱戆袋瓣终，与霆纱一起髟成藏式纱线戆强力。鸯予承受着较大嚣 张力，一般选用强力较好的涤纶、锦纶、丙纶复丝或晴纶混纺短纤纱。芯 纱可戳弼一禳，氇可毅溺两裰，胡单纱作芯纱辩，头道捻向强须与芯纱的 捻向棚同，否在在并制花式纱线时会造成芯纱断头。 饰纱也称效应纱或花纱，它以各种花式形态包覆猩芯纱外而，是花式 纱线外观风格、手感、色彩、舒适感零隧性等主要的形成部分，约占蕊式 纱线组成比例的2 3 以上，重爨的5 0 以上，故般选用的是天然纤维和 手感姆麴纯学终维，魏羊毛、墨海毛等。各类兹式纱线一般赘滋馋纱奁蕊 纱上表面的装饰形态而命名，例如圈圈纱即饰纱以圈圈的形态包缠在芯纱 的表露。惫缠镣纱懿方法一般露两静，一种是利用热工好的纱、线或长黧， 在花式捻线机一匕与芯纱并捻，生产花式效应，形成纱线测的花式纱线，另 一种楚用条子躐租纱在带有牵伸机构酌花式捻线机上躐者经道改造的细 纱机上，再与芯纱并捻产生花式效应，形成终维型的芯式纱线。 固纱也称缎绕纱、包纱、聪线等，它包缠在饰纱外面，主鼹是起固定 莛型帮稳定莛式纱线悫痰力载铭题，常与馋纱藏穗反捻彝，藏壹莛型懿变 型或移位。固纱一般采用强力较好的高支涤纶、锦纶、腈纶及长丝等作为 疆辩，氇霹按浆产菇懿要求遥黧毛纱或缝丝。 浙激大学硕士学位论文 2 1 3 花式纱线的分类 授据不嗣的标准有不嗣的分类方法溅载。 l 、按花式纱线的结构分类 表2 1 花式纱线按结构分类 含鸯壤节和色散应约章纱多段匀捻茂式纱线 珠圈纱( b o u c l e ) 短绎嚣节纱( s l 泊y a m ) 长丝竹节纱( t e x t u r es l u b 圈圈纱( 1 0 0 py a r n ) 、珠圈 第y 蕊)纱 混色纱( h e a t l l e ry a m )螺旋波浪线( s p i 糊ly a m ) 类杂色纱 疙瘩线( k n o p y a m ) 离隔露色纱( 罐a c e 蟛n 畦珏g 缝子纱( 妇o py a 黼) y a m ) 辫子线( s n a d yy 蝴) 蕊式秘色纱f 注入染色、飞 整芯纱( c o r e 了a 瑚 溅染色簿) 多羧嚣匀捻花式线缀合花式线 第自固结子线复合花捻线 二 粗纱效应股线双般螺旋线 炎 瘪结线 双股缝子线 多股结予线绳绒线 2 、按花式纱线豹多 形分类 a ) 、结子线； b ) 、黼环线； c ) 、断丝线# d ) 、蠹台线； 哦其它 3 、按花式纱线的外形结构和色泽分类 1 ) 筏式缪：黎毒不矮裂熬乡 澎与纱线绩麴。魏纱线截露其鸯不 规则的形状。纱线结构的各种变化中，包括捻度的变化、捻 1 4 浙_ ；工大学硕士学位论文 向的变化、捻合方式的变化以及纱线本身的光泽，热收缩性 戆的变纯等。其中包据凝节纱线、霾装纱线、爨旋获纱线、 特殊花式纱线等。 2 ) 花色缪：纱线辩瓣在萁长度方向上呈现不同静色泽交纯帮特 殊效果的色泽，如一根纱线呈现两种以上的颜色。这种色彩 分布可能有规刚，使可以随机分布。其中包括间隔印色纱线、 绞纱印色纱线、飞溅染色纱线、混色纺纱线和差勇染色纱线 簿。 3 ) 葵缝花惫纱线：其枣花式纱窝芯色纱憨综合交纯特点款纱线。 表2 2 花式纱线按外形结构和色泽分类9 】 连 溪霾纱 波纹纱 续 圈繁纱 花 型 合毅纱 式 平行纺纱 控 大 眭纱 线变色纱 制 竹节纱 兹 型 带子缪 式结子纱 纱 复台纱 穗 段染纱 线 彩点纱 魏 笈台彩点纱 纱 段染毛祭 筵毛线 强弱捻纱 其 粗细纱 它 彩色棉条 渐变彩色毛条 4 、按花式纱线懿麴王鼓拳手段分类 直接法：在细纱机( 转杯纺或滕擦纺等) 上加装附加装鬣或在花 式捻线梳上赢接生产出花式纱线。 间接法；通过在前道或后道王序中改遗传统纺纱加工技术而生产 出花式纱线。 浙江大学硕士学位论文 表2 3 花式纱线按加工技术手段分类 技零手段兹式纱线类疆 直接法 菠装嚣的细纱枫 基纱上辩热结子 平纱或固纱夹持圈烈纱 平线或彩色结子 疙瘩纱或大胜纱 空心锭子花式捻线机基纱上附有多色结予 平线、嚣节纱纛多色臻霹缪 螺旋、蓬松螺旋纱等 螽由端纺纱摹纱上辩育缝子 间接法 混纺准备 结予纱 条子准餐结予纱、彩虹纱等 梳棉机 竹节、结子、彩虹纱等 ， 粢色 多鬣缪 超绒绒纛蓬松纱 2 0 菝式纱线的模掇方法 纱线模拟仿真系统，通常并不单独存在，而是作为织物模拟系统或是服装 仿粪系统的必不可少的一部分，在缀物或燕服装设计中，为织物和服装模拟仿 真系统提供最基本的单元。纱线设计的特性通常决定着织物灼特 芷，比如捻度 的大小，捻向的配鼹因为纱线的会影响织物的悬垂和纹理 1 0 】。随着c a d 技术 静爨薤完善，纱线谚真设计系统迄零涨袈蔑，曼出獒无穷懿叛震空瓣；圈辩， 纱线模拟系统的不断发展也为织物设计的思路创新作了铺垫。 夔羞诗棼辊图影溪稼楚溪技术静不颧发展帮深入研究，蓰式纱线翡模撰方 法从原始的戳取真叟纱线的纹理信息，到利用简单的计算机图形技术绘制示意 性酌线条鬟甑块模羧花式纱线，再掰考虑纱线的平蕊图形和立体效聚，利用位 图或建模方法模拟出参数化的花式纱线，实现花式纱线的真实效果模拟，最后 1 6 浙旺大学硕士学位论文 发展为考虑到纱线本身的立体结构，即建立纱线的立体模型，在此基础上添加 因加捻而形成的螺旋效果和因光线产生的阴影效果，最终实现纱线的三维模型 化的逼真模拟【1 2 1 【1 3 1 。 经过我们的归纳总结，对花式纱线的计算机模拟主要可以分为三类方法： 真实纱线提取法、参数化二维建模法和参数化三维建模法，每种原理方法都有 其自身独特的优点和由于技术瓶颈造成的难以避免的缺点。 2 2 1 真实纱线提取法 真实纱线提取法能最大程度的保留纱线的原始信息，是一种比较初等的 模拟方法，但对这种的研究有待深入，如果能结合高效逼真的纹理映射手段， 这种方法在织物的模拟上有很大的发展空间，文献【1 4 】 1 5 】对真实纱线提取 法做了一定的研究。 张瑞云等人【l s 通过纱线的扫描图像，经过一定的处理分析，得到用于织 物表面模拟的花式纱线。 真实纱线提取法的技术要点如下： 1 、花式纱线模板制作 将花式纱线缠绕在5 c m 5 c m 的黑色硬纸板或绒布板上( 最好无反 光) ，来回四圈，正反面各两圈，共计2 0 c m 用于扫描。 2 、花式纱线图像扫描 一般选取较大的扫描分辨率对纱线图像进行扫描，对于1 4 英寸的 显示器，分辨率可设定d p 滓7 2 ，扫描图像存为2 4 位真彩色位图f b m n 。 3 、图像阈值处理和花式纱线提取 将花式纱线的主体图像从整张扫描图像中提取出来，涉及到一个重 要的算法，就是图像闽值处理。通过这个闽值，可以将图像分为前景图 ( 即需要提取的花式纱线) 和背景图。 图像的阈值处理类似于二值化处理，二值化处理是根据输入的阈值 将图像的值根据大于阈值或小于阈值设置为1 或o 。阈值处理的过程是： 首先读取某像素的r 、g 、b 值，若三个值均小于某一设定的阈值，则 将三个值全部设置为与纱线的颜色无光的颜色值，比如为o ，若三个中 浙瓶大学硕士学位论文 有一个大于阙值，则三个慎均保持不变。闽值的选取将影响纱线信息的 臻整程度，瓣毽越大，纱线戆毛罚傈懿越少。 提取出来的花式纱线可以通过改变像素点的r 、g 、b 值进行颜色 的重新设置。 霹、纱线售爨存柽 先通过图像分析确定纱线的中轴位鼹。中轴的作用一是要以中轴为 参考，读取其两边若干像索的信息，二怒在将纱线嵌入织物中时保证纱 线豹位萋稳缓兹按经纬密诗算鑫寒戆繇搽纱线靛佼嚣稳簿。中毒凌静诗 算：对每一搬扫描线计算第一个非零像辫和最后一个非零像素的傲置， 然后取中间德作为该行扫描线的中值，对一个纱线循环内所有扫描行鲍 纱线孛整诗黪完毕磊，敬簇乎臻篷，鞫为纱线熬中辘。 为了节省存储空间，必须对纱线的裔效宽度进行计算。对所肖扫描 行进行处理，搜索纱线中轴线左侧最大距离碹= m 粼( 2 蠢+ l 沁和右侧最 大距离或，淑d = m a x ( 文，畋) ，这样可以设置要提取信息的纱线闰豫的 矩形区域为中轴工附近取矩形区域( 2 d + l h ，纱线的循环长度口( 所商变 藩都浚像素为攀住) 。 将纱线数据存储在三维数组中，第一维分量和第二维分量分别对应 干纱线图像矩形区域的列和聿亍的像素点数，数组的有效长度第一维为纱 线静循环长发，第二维必纱线图像豹蠢效宽度，第三维数缍记录每个像 索点的r 、a 、b 值，数组长度为3 。 焱实纱线提取法尽管能够保整一些纱线的原始纹理信息，但是在图像分 裁跨豹闽值选取怒一个较大匏难点，溺值太大，背景信慧清涂不完全，溯值 太小，纱线的毛羽丢失非常严黧。而且，在袭面模拟中，内于组织的结构产 生挤愿、起拱、长浮等现象，簧对提取的真实妙线进彳亍撼哭处理时，会改变 英麓缝和颜色，过于丰富的绞溅信息也影确了最终静视觉效栗。 2 - 2 名参数化= 维建模法 参数化二维建模法模拟花式纱线要对旄式纱线进行参数化分析，通过备 1 8 浙江大学硕士学位论文 个参数来对不问的花式纱线进行二维模拟。 鏊蘩多数戆纺织模拟较臀莽是基于二维浆平瑟撰按瓣f 7 】闻闼f 1 9 l 2 弼辖1 l f 2 2 1 【2 那4 j 2 5 】。 鄢中鳙等人攀1 在1 9 9 4 年研锻开发了花式纱线仿冀( 造纱) 系统，具有造 纱( 花式、花色设计) 、纱色号管理( 纱线颜色) 、纱号管理( 纱线支数) 三大功 能，采用的是参数仡模拟方法。 l 、单纱模拟 对单纱进行模拟，设计思想魁用一组循环排列的倾斜放置的小长 方照块缝戏，每个基本黪长方形戆决代表该纱线戆绫真模型。擎纱瓣 主要参数商： 纱线颜色号； 纱线支数； 纱线捻系数： 捻f f 哇。 2 、s 、z 含股纱模拟 s 、z 会段纱楚由鼹条不因簇熟，不阏支数的攀纱合捻蠢成，设 计思想为用两个不同颜色的小色块旋转、交错循环排列来仿真。主要 参数有纱线色号l ，纱线急号2 ，龠荻捻系数，捻囊，缪线i 支数， 纱线2 支数。 3 、花式纱线酶模缀 在s 、z 合股纱的基础上，对圈圈纱、彩点纱、竹节纱、大肚纱、 弓形纱进行了参数优模拟。 1 ) 豳圈纱 设计思想；用s 、z 合股纱模拟芯纱，每绘出j 个旋转交错 惩凌惹，绘出一个鋈，为缮燕奏蜜效莱，戳免圈瓣在纱线已 排列过于整齐，让圈半径以及圈中心取一定的随机值。 未要参数：纱线 、2 颜镪，纱线j 、2 支数，合黢捻系数， 捻向。 2 ，彩点纱 】9 浙江大学硕士学位论文 设计思想：在s 、z 合股纱中随机绘出附着的彩点，彩点颜 色和点距在一定范围内随机取值。 主要参数：纱线颜色，纱线支数，合股捻系数，捻向。 3 ) 竹节纱、大肚纱、弓形纱 设计思想：在绘出s 、z 合股纱的同时每隔一定间距绘一个 椭圆形色块，再擦去边框。 主要参数：纱线1 、2 颜色，纱线1 、2 支数，椭度，节宽， 节间距。 为获得逼真的效果，各种参数必须经过反复调试，直至形成满意理想 的花式纱线为止。然后，可将此组参数图形存储入纱号库中，提取即可。 该机附有全屏幕数据编辑和显示，可以说是当前国内极少数的一套比较完 整的花式纱线计算机仿真系统，但局限较大。在花式纱线模型的输入上与 实际差距较大，人为因素较多，且其采取一组循环排歹0 的倾斜放置的色彩 小方块来表示纱线，若按实际纱线捻度值输入，必会产生后生成的组织点 部分图象遮盖先生成的组织点的现象。 2 2 3 参数化三维建模法 随着计算机图形图像处理技术的深入研究和成果更新，花式纱线的三 维模拟逐渐得到研究和实施。三维的纱线模拟也意味着织物模拟会实现立 体化，并可对局部细节进行实时处理，模拟效果更加逼真。 现有的研究成果的三维建模还比较简单口6 】 2 7 】【2 8 【捌，r g a o 等人 蚓在 s u a lc + + 环境下利用o p e n g l 图形库对大肚纱、结子纱、螺旋线、圈圈 纱、波纹纱、蝴蝶纱等花式纱线进行了参数化的三维模拟。这种模拟方法 的原理在于若将花式纱线看作一条路径，那么沿着路径方向，花式纱线是 由一个一个不同的切片( 横截面) 累积组成的，而且切片具有周期性循环变 化的特点。所以模拟效果的好坏取决于根据不同类型的花式纱线制作相应 的二维切片。 切片的构造涉及以下几个要点： 1 、分布函数 2 0 浙江大学硬士学位论文 通过多次实验，采取商斯分布函数模拟纱线的系羽密度。切片参 数存：镄纱、霾缪等辕麓纱线静支数、赢经，辕萌纱线薤中一0 辘患蕊 距离，毛羽的密度等级和噪声等级。 2 、位图构造 凑先蘩餐窝鹃甥冀鬈镰隽往蚕懿获凄褥式，绦蘩不透臻疫篷，当 需要改变颜识的r 、g 、b 值时，随时可以套用，在纹理映射时，图 像的混合效聚就自然产生。 3 、位鎏转换 切片位图中每个像豢点都含有自身的r 、g 、b 德，在切片沿路 径轴向旋转构造纱线实体时，为了避免一个切片的背燎像素点遮挡了 爱一令餐鸶上靛蓠彖豫豢点，弓 入了瀵臻掩辏，透镄泞懿背景豫豢赢 可以被新的切片的颜色数据覆盖。 2 3 本文采耀酶艨理秘方法 在对花式纱线的特征进行深入研究的基础上，我们将花式纱线的特征参数 分先形态、率孝霞霸颜趣三个主要方藤，弱多段拱接麴低浚贝塞承越线掩造筏式 纱线的形态轮廓，在轮廓区域上通过添加光照鞠横型和毛羽效果表现纱线的材 质，基于光照明模型的光照明因子模板加速了纱线的真实光照效果的实现，纱 线毛弱幽随桩噪声点模数，纱线载酝色显示在r g 转帮h l s 强耱颤鬯模型溺转 换实现，可班进行颜色的任意更换和多种颜色的渐变。 1 、蕊于贝塞尔曲线的形态构造 构造芘式纱线弱形态时，露戳基于真实兹式纱线戆努形，臻受塞尔： 具勾鞠出纱线的澎态边缘，也可以通过常规缀验自行设计构造出纱线的彤 态轮廓。纱线形态绘制在b m p 位图上，接下来对外形位网进行剪裁，检 测爨纱线形态敬最大奏效长发裙宽度，镣罄露效蕊形态迭缘健瑟区域。纱 线模拟位图分为三个区域，见阕2 1 ，分别为上边缘花式散应区域、花式 纱线主干实体区域和下边缘花式效应区域，藏于实体区域即花式纱线的形 态软廊区域，土、下透缘兹式效疲区域用来添趣各耪花式效疲，磐毛戮罨 圈等。 2 l 浙江大学硕士学位论文 图2 1 花式纱线模拟区域 2 、基于光照明模型和随机噪声函数的材质表现 根据纱线的形态轮廓，在轮廓区域内映射光照明因子模板模拟纱线的 光照明效果，展示纱线的立体感。为了加速模拟图像的生成以及我们是在 平面二维的图像上直接模拟三维立体效果，因此，我们采用光照明因子模 板映射的方法，光照明因子模板映射就是改变位图上像素点颜色的亮度 值，所以这个过程可以跟纱线配色可以同时进行。 纱线的毛羽效果由随机噪声点模拟，随机噪声点也不是完全随机的， 也遵循一定的产生机制，比如，颜色的色调信息跟纱线主体颜色相近，随 机噪声点的分布范围大小表明毛羽的长短，随机噪声点的疏密程度表示毛 羽的密度大小。 3 、基于颜色模型转换的色彩表现 花式纱线颜色可以实现单色的平铺、换色，也可以实现多色的渐变以 及彩点的模拟。在计算机模拟时，颜色在h l s 和r g b 颜色模型之间转换， 当要对花式纱线或者花式纱线织物表面模拟打印时，颜色要从r g b 转换 到打印机的c m y ( k ) 颜色模型。 浙江大学硕士学位论文 第三章花式纱线模拟技术方案及实现 本章介绍了花式纱线计算机模拟的整套技术方案，根据我们提出的三个特 征参数：形态、材质和颜色，分别对参数曲线，光照明模型和基于光照明模型 的光照明因子模板，颜色模型及其之间的相互转换作了详尽的阐述，同时给出 具体技术的实现要点和程序框架。并具体给出了几种常见常用的花式纱线的模 拟效果实例。 3 - 1 参数曲线 花式纱线的形态轮廓复杂多变，可以被看作是自由曲线。在拟合光滑自由 盐线时，常见的有抛物样条曲线、三次样条曲线、贝塞尔曲线、b 样条曲线等， 下面主要介绍贝塞尔曲线和b 样条曲线 3 l 】。 3 1 1 贝塞尔曲线 抛物样条曲线和三次插值样条曲线它们的共同特点是：最终生成的曲 线通过所有给出的型值点，称之为“点点通过”。这两种曲线的计算和编 程都比较简单易行，并且分别使曲线达到了一阶和二阶连续，可以满足一 般的工程要求，但是初始给出的型值点往往并不精确，且有些地方完全是 为外观上的考虑。在外形设计中，最好能使设计的结果灵活直观地反映出 来，比如局部修改型值点也能在外形上得到直观的反映。 1 9 6 2 年，法国雷诺( r c n a u l t ) 汽车公司的工程师p i e r r eb e z i e r 构造了一 种以逼近为基础的参数曲线，并以此完成了一个曲线和曲面的设计系统 u n i s u r f ，在1 9 7 2 年将该系统用于的汽车外形的造型上，带来极