（纺织工程专业论文）基于实际纱线的织物外观仿真软件开发.pdf

摘要 摘要 纺织产品是否适销对路。纺织品的设计是否符合消费心理是一重 要的原因。现在纺织品的更新换代越来越快，要求产品的开发周期也 越来越短，因此提高设计效率，建立起适应市场需求的快速反应机制 是非常重要的。 传统的打样速度慢、效率低，而织物c a d 系统的研发应用在一 定程度上缓解了这一矛盾。但是，现在的一般织物c a d 系统模拟的 织物与真实织物仍有很大差距。本文研究了基于实际纱线的织物外观 仿真系统，采用由c c d 光学系统采集的纱线外观信息，建立织物计 算机外观模拟的基本模型以及组织结构实现的模型，进而研究织物的 几何结构模型对仿真的影响，并建立光照模型对织物模拟图像进行灰 度处理，还对织物中的纱线进行捻度处理，以初步建立织物仿真系统。 本课题主要的研究内容有： ( 1 ) 通过对织物经组织点、纬组织点中经、纬纱线的结构位置分析， 建立关于经纬组织点的图像生成模型。 ( 2 ) 研究机织平纹、斜纹( 二上一下、二上二下) 、缎纹( 五枚三飞) 等 的织物组织结构，建立在计算机上模拟相应组织结构图像的数学模 型。 ( 3 ) 研究织物几何结构对外观仿真的影响，确定本系统选用的模型。 ( 4 ) 建立合适的光照模型，对织物外观图像进行灰度处理，使图像具 有较好的立体感。 ( 5 ) 建立关于织物外观图像中纱线捻度处理的模型，使图像中纱线具 有真实感，从而使织物外观仿真具有更好的真实感。 ( 6 ) 采用v c + + 软件，设计开发具有特色、使用方便的软件。 经过不懈的努力，论文研究工作得到如下结论： ( 1 ) 通过对织物中经纬组织点的结构分析，建立的关于经、纬组织点 的图像生成模型是有效的，它解决了织物模拟的最基本问题，为织物 外观仿真奠定了基础。 ( 2 ) 织物组织设计中关于平纹、斜纹( 二上一下、二上二下) 、缎纹( 五 摘要 枚三飞) 等的数学模型能在织物外观仿真图像中正确反映相关织物组 织。 ( 3 ) 采用的简化的圆形几何结构模型对经纬纱密度不是很高( 7 0 根 厘米1 的织物，起图像模拟有很好的效果。 ( 4 ) 建立的织物灰度处理光照模型，模拟在现实环境中的视觉条件， 图像经过处理后有较好立体感。 ( 5 ) 建立的织物中纱线捻度处理模型，能较好的表现织物中纱线的捻 度效果，从而使图像具有更好的真实感。 ( 6 ) 整个软件经过调试试用，具有较好的实用性。 总的来说，本课题研制的基于实际纱线的织物外观仿真软件对一 般的常用织物仿真具有很好的效果。 限于时间关系，关于织物几何结构模型还未能深入研究，因此， 本软件对密度很高的织物的仿真仍有困难，有待今后作进一步研究。 关键词：织物外观仿真、图像模拟、c a d 、灰度处理、捻度处理 p ， 摘要 a b sj i l a c t t h eb e s ts e l l i n go ft e x t i l e sd e p e n d st oal a r g ee x t e n to nt h ed e s i g no ft e x t i l e st h a t i sa b l et os a r i s f yt h ec u s t o m e r s p s y c h o l o g yi nt e r m so fb o t he s t h e t i c sa n dq u a l i t y n o w d a y s ，t h ep e r i o df o rt h e s u b s t i t u t i o no fn e wp r o d u c t sf o ro l do n e si s g e t t i n g i n c r e a s i n g l ys h o r t e r , w h i c hi n t u r nd e m a n d st h a tt h ep e r i o df o rt h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o f n e w p r o d u c t ss h o u l d a l s ob es h o r t e n e d h e n c ei ti so f v i t a li m p o r t a n c e f o rt e x t i l e sd e a l e r st oe s t a b l i s haq u i c k - r e s p o n s e s y s t e mc a p a b l e o fm e e t i n gt h e r e q u i r e m e n t sf r o m m a r k e ta sw e l la si m p r o v i n gt h e i rd e s i g ne f f i c i e n c y c o n v e n t i o n a ld e s i g ni sc h a r a c t e r i s t i co fl o w e f f i c i e n c y t h ea p p l i c a t i o no f c a d s y s t e mr e l e a s et h ec o n f l i c tt oac e r t a i nd e g r e e b u tt h e r ei sag r e a td i f f e r e n c eb e t w e e n t h ef a b r i cs i m u l a t e df r o mt h ep r e s e n tc a d s y s t e ma n dt h et r u ef a b r i c i nt h i sp a p e r , w es t u d yh o wt o d e v e l o pac o m p u t e ra i d e dd e s i g ns y s t e mf o rf a b r i ca p p e a r a n c e s i m u l a t i o no nt h eb a s i so fd a t ao b t a i n e df r o mc c d o p t i c a ls y s t e m t h i sc a ds y s t e m i sb a s e do ne s t a b l i s h i n gf a b r i c a p p e a r a n c es i m u l a t i o nm o d e li nt h ec o m p u t e ra n d f a b r i cs t r u c t u r em o d e l ，s t u d y i n gt h ef a b r i cs t r u c t u r e s i m p a c to nf a b r i ca p p e a r a n c e s i m u l a t i o n e s t a b l i s h i n gal i g h tm o d e lu s e df o rt h eg r a y 自r e a t m e n ta n dt r e a t i n g 、析t h y a r n st w i s t t h em a i nc o n t e n to f t h e p a p e ri n c l u d e s ： ( 1 ) e s t a b l i s h i n gam o d e lo fw a r pa n dw e f tu n i ti m a g i n a t i o no nt h eb a s i so ft h e a n a l y s i so f t h ep o s i t i o n0 fw a r pa n d w e f ti nt h ef a b r i c ； ( 2 ) m a k i n g as t u d yo ft h em a t hm o d e lw h i c hm a k e st h ef a b r i cs t r u c t u r ed e s i g no f p l a i n 、t w i l l ( 1 2 、2 2 ) 、s t a i n ( 5 3 ) c o m e t r u ei nt h ec o m p u t e r ； ( 3 ) s t u d y i n gt h ei n f l u e n c eo ff a b r i cg e o m e t r ys t r u c t u r e o nf a b r i cs i m u l a t i o na n d c h o o s i n ga b e t t e rm o d e lf o rt h ec a d s y s t e m ； ( 4 ) e s t a b l i s h i n gas u i t a b l el i g h tm o d e lu s e df o rt h eg r a yt r e a t m e n tw i t hf a b r i cw h i c h m a k e st h ef a b r i ce x h i b i tat h i r dd i m e n s i o n ； ( 5 ) e s t a b l i s h i n gat w i s tt r e a t m e n tm o d e lc a p a b l eo fm a k i n gt h ey a r n si nt h ei m a g e h a v eas e n s eo ft r u e s oa st og e tab e t t e rf a b r i c a p p e a r a n c es i m u l a t i o n ； f 6 ) d e v e l o p i n g t h ec o n c e r n i n gv c + + 6 0 t h i s p a p e r d r a w ss o m ec o n c l u s i o n sa sf o l l o w s t h r o u g h h a r dw o r k ： 摘要 ( 1 ) t h e m o d e lo fw a r pa n dw e f tu n i ti m a g i n a t i o n ，w h i c hi se s t a b l i s h e dt h r o u g h a n a l y s i so f t h ep o s i t i o no f w a r pa n dw e f ti nt h ef a b r i c p r o v e 协b ee f f e c t i v e i ts o l v e s t h em o s tb a s i cp r o b l e ma n d p r o v i d e sa b a s i sf o rf a b r i ca p p e a r a n c es i m u l a t i o n ( 2 ) m a t hm o d e lf o rt h ef a b r i cs t r u c t u r ed e s i g no f p l a i n 、t w i l l ( 1 2 、2 2 ) 、s t a i n ( s 3 ) c a r lr e f l e c tc o r r e c t l yr e l a t e df a b r i cs t r u c t u r ei nt h e c o m p u t e r ( 3 ) b e t t e re f f e c t sc a r l _ b eo b t a i n e db ya p p l y i n gt h ep r e d i g e s tc i r c u l a rc r o s s s e c t i o n g e o m e t r yo ff a b r i c st o t h o s ew h o s ew a r pa n dw e f td e n s i t yi s n o tv e r yh i g h ( 7 0 p i e c e c m ) ( 4 ) t h es i m u l a t e di m a g eh a sar e a l i s t i ct h i r dd i m e n s i o na f t e rt h eg r a yt r e a t m e n tu s i n g l i g h tm o d e l t h a tc a ns i m u l a t et h er e a lv i s i o nc o n d k i o n ( 5 ) t h et w i s tt r e a t m e n tm o d e lc a ns h o wt h et w i s te f f e c ti nt h ey a r n so ft h ef a b r i ca n d t h e r e b yp r o v i d i n g ab e t t e rf a b r i ca p p e a r a n c e i m a g e ( 6 ) t h ea p p l i c a t i o no ft h e s o f t w a r ei n d i c a t e s i t s g o o dp r a c t i c a b i l i t ya f t e r b e i n g d e b u g g e d i no n ew o r d ，t h i ss y s t e mf o rf a b r i c a p p e a r a n c es i m u l a t i o nh a sag o o do u t c o m e f o rc o l n i l l o nf a b r i c s am o r et h r o u g hs t u d yo ft h e g e o m e t r ys t r u c t u r e ，h o w e v e r , h a sn o ty e tb e e n c o n d u c e dd u et ot h el i m i t e dt i m e ，t h u sm a k i n gi td i f f i c u l tf o rt h es y s t e mt os i m u l a t e f a b r i c sw i t hh i g h e rd e n s i t ya n d a c c o r d i n g l yp r o d u c i n gan e c e s s i t yo ff u i r t l l e rr e s e a r c h o nt h i si s s u ei 1 1t h ef u t u r e k e yw o r d s ：f a b r i ca p p e a r a n c es i m u l a t i o n 、i m a g e s i m u l a t i o n 、c a d 、g r a y 缸e a t m e n t 、t w i s tt r e a t m e l i t 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导 师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲 自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：赘逮i 冬 日期： 每确悔f 孓月j 。日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密曰。 学位论文作者签名：疆影、 ) 日期：悯年i ) 月日 洱咖 一7 明 名 年 瓣 纠 导 期 指 日 i ：、， 第一章 绪论 第一章绪论 计算机辅助设计( c a d - - c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 、计算机辅助制 造( c a m - - c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r e ) 和计算机辅助测试( c a t c o m p u t e ra i d e dt e s t i n g ) 等技术已经掀起了一场工业技术的革命。传 统的纺织工业是一个门类众多、劳动力密集、生产工序多而复杂、生 产成本高、产品周期长的行业。c a d 技术的应用为纺织这个传统的行 业注入了新的活力。随着计算机的普及和计算机技术的日新月异，越 来越多的纺织企业及专业人员认识到使用c a d 的优越性和重要性，并 逐渐将纺织c a d 作为一种现代化的有效手段，代替传统的设计工作， c a d 技术的发展历史不过短短的三十年，已迅速成为科学技术和产品 生产领域进行研究、设计和开发所必需的重要手段。借助这一手段， 设计和工程技术人员能使产品从开始设计到投放市场的周期大大缩 短，产品质量大为提高，而产品成本却大幅下降，提高了经济效益， 从而提高了企业的产品开发、竞争和应变能力心3 。 1 1 c a d 技术的发展 c a d 技术的发展主要经历了如下几个时期r 1 ： ( 1 ) 5 0 年代一一技术准备期 5 0 年代，大多采用电子管计算机，用机器语言编程，其图形设备 也仅具有输出功能，计算机主要用于科学计算。 ( 2 ) 6 0 年代一开发应用期 6 0 年代，美国麻省理工学院开发出s k e t c h p a c l 交互图形处理 系统的同时，首次提出了计算机图形学、交互技术等观点为c a d 技术 的应用和发展打下了理论基础。于是，美国的一些大公司开始研制c a d 和c a m 的实用技术，并且推出了许多商品化的c a d 设备和c a d 工 作站。 ( 3 ) 7 0 年代一一实用化期 7 0 年代，出现了许多面向中小型企业的c a d c a m 系统，c a d 工作站的数量也急剧增加。此期间，出现了多种形式的图形输入输出 设备。c a d c a m 开始与c a t 接合，从而形成了计算机辅助工程( c a e 第一章绪论 - - c o m p u t e ra i d e de n g i n e e r i n g ) 。 ( 4 ) 8 0 年代一一普通应用期 此期间，由于3 2 位高档微机的问世及计算机外设的发展，c a d 技术突飞猛进，图形系统和c a d c a m 的销售量与日俱增。 ( 5 )8 0 年代中期以后一一标准化、集成化、智能化的发展期 由于图形接口，图形功能日趋标准化，为c a d 的推广创造了有利 条件。随着人工智能和专家系统应用于c a d 技术，使得工程数据库及 管理系统，知识库及专家系统，用户接口管理系统集于一体，大大提 高了自动化设计的程度。 1 2c a d 系统的运行环境 硬件环境配置“3 ： ( 1 ) c p u 最低配置：奔腾处理器，主频1 3 3 2 3 3 m h z ： ( 2 ) 硬盘最低配置：l - o g 一10 o g ： ( 3 ) 内存最低配置：3 2 6 4 m ： ( 4 ) 可同时使用的颜色总数分别有2 5 6 、6 5 5 3 6 、2 6 万直至l6 7 0 万种； ( 5 ) s v g a 图形显示控制器； ( 6 )1 5 ”、1 7 ”、2 0 ”高解析度彩色显示器，分辨率分别为1 0 2 4 7 6 8 、1 2 8 0 1 0 2 4 ，1 6 0 0 12 0 0 等； ( 7 ) 其它附件：彩色扫描仪、彩色打印机、键盘、鼠标、光笔、 轧孔机等。 运行环境：c a d 系统一般运行在d o s 6 2 2 、u n i x 、w i n d o w s 9 5 、 w i n d o w s 2 0 0 0 等操作系统的环境下。 1 3 纺织c a d 的功能概述 与纺织品设计和生产有关的c a d 有机织物c a d 、印花c a d 、绣 花c a d 、服装c a d 、测配色c a d 和针织物c a d 等。 1 3 1 机织物c a d 由于机织物设计和生产分为小提花和大提花两种，所以机织物 第一章 绪论 c a d 又分为小提花c a d 和大提花c a d 。小提花c a d 又称多臂 c a d ，可设计的织物的经纬纱组织循环较小，目前主要用在色织 物的设计上。大提花c a d 又称纹织c a d ，其设计织物的经纬纱循 环数可达数千，主要用在丝绸、毛巾、商标、领带、家俱布和地 毯等经纬纱组织循环较大的织物的设计上“3 。关于机织物c a d 系 统将在1 4 中详细说明。 1 3 2 印花c a d 系统 印花c a d 是计算机对织物印花图案设计及黑白稿制作进行处理， 来代替传统工艺的手工画稿、描稿、感光制版等。该系统将图像通过 扫描仪输入计算机，经计算机分色处理后由激光翻转片装置制作单色 胶片或进一步制作印花平网。素织物在设计好组织后，有的要通过印 染配上花样图案，花样图案的设计也可通过计算机实现。该类计算机 软件般提供三种功能：徒手画功能，提供一定的环境，包括一系列 工具按钮，如笔、线型、颜色等，以及工具菜单，如复制、剪切、粘 贴、翻转、旋转、放大、缩小等，由设计师任意创作，第二种功能是 系统提供一些基本几何图形及基本花型，由用户用工具进行组合形成 花样图案，另有一种功能是通过扫描仪输入花型图案，用户在屏幕上 可进行颜色花型等的修改。此外，还可通过计算机实现分色配色功能 【e 0 1 3 3 绣花c a d 系统 绣花c a d 系统对绣花样进行计算机辅助设计，将设计的花样格式 转变为绣花机的针法，进而生成绣花机能够识别的纸带或磁碟，用于 单头、多头电脑绣花机生产”1 。 1 3 4 服装c a d 系统 服装c a d 系统采用比较修改法进行款式设计，由计算机进行数据 处理，并把处理结果送给绘图仪，画出衣片图祥，然后按照衣片图样 裁剪、加工成祥衣，同时还具有放续、推挡、自动划线等功能”3 。服 装c a d 设计精度高，可缩短设计周期十几倍到几十倍，并节省面科2 第一章 绪论 一5 。服装计算机辅助设计，包括二维服装设计与三维服装设计，该 技术功能已覆盖了服装设计的所有部分，即款式设计、结构设计和工 艺设计，其中已产品化的系统有款式设计、样片设计、放码、排料等， 同时还有自动量体系统和试衣系统等。在款式设计中，二维服装款式 设计功能包括通过选择系统提供的各类工具绘制时装画、款式图、效 果图，或调用款式库内的式样进行修改生成所需图样，调用库存的花 型图案实时生成新花型覆盖到指定的图形区域内，及调用图形库存的 部件并对其修改、或实时生成新的零部件，使相关的零部件形态、数 量吻合，完成部件装配。三维服装款式设计功能则往往指通过人体特 征尺寸的输入，生成人体模型，然后根据服装设计要求生成服装模型， 展现服装“穿着”在人体上的效果。 1 3 5 测配色c a d 系统 测配色c a d 改变了传统上繁复的人工打样配色，配色精度高，省 工省时，且可降低染化料消耗，减少环境污染。系统对来样进行测色， 精确测量染料的成份，并可测定织物色差、褪色牢度、沾色牢度、自 度、亮度等指标，然后根据测色对色号、染料进行检索，最后系统利 用同色异谱效应提供多个配方，优选出最佳配方，打印输出”1 。 1 3 6 针织c a d 系统 针织c a d 系统主要包括以下两种”： ( 1 ) 针织圆机c a d 系统 将针织线圈抽像成一个个方格，用规定的符号画在格内，以示织 物线圈组织规律，然后在计算机屏幕上进行花型设计，经软件处理， 转换成电脑提花圆机和电脑提花织袜机所能通用的数据格式进行生 产。 ( 2 ) 针织横机c a d 系统 通过人机交互对话形式输入各种数据，对不同的服装款式进行设 计。系统根据款式、织物密度、组织及各部位尺寸计算并打印出上机 工艺单，同时根据工艺图，计算出衣片重，进而计算出产品克重、用 纱量及成本，管理人员以此为根据量化劳动定额管理和产品检索。 第一章绪论 1 4 机织物c a d 功能概述 根据本课题的研究方向和实际意义，下面重点介绍机织物c a d 的 一些情况： 1 4 1 纱线的计算机仿真 纱线的计算机仿真，包括普通纱线、混色纱线及花式纱线的仿真 “。可调整组成纱线的纤维的色彩及混纺比、纱线的股数及捻度，纱 线本身颜色、纱号等。纱线的檩拟还可按要求模拟一定程度的毛羽， 并可将模拟的纱线随机嵌入到一定织物结构的经纬纱图像上，模拟该 种纱形成的织物外观。纱线的计算机仿真是织物仿真的基础。 1 4 2 机织物组织的设计 机织物组织的设计“，包括绝大部分织物组织”的计算机设计， 如基础组织、变化组织、联合组织、复杂组织。其中多层织物的设计 已可由三维织物的设计来体现。织物组织的设计还可与纱线的配色功 能相结合设计色织物。组织设计的手段可以是类似于徒手画的交互方 式或输入参数由计算机自动生成方式。组织设计中还可模拟嵌入上述 已设计好的特殊纱线的织物效果。可通过输入的组织图的关系矩阵分 析织物组织并可绘制织物结构图形，如经纬交叉图、立体图、经纬剖 面图。还可根据织物组织图生成穿综图、纹板图及穿筘方案或根据穿 综图、纹板图生成组织图。最后还可对纱线、组织、织物结构均配置 好的布面外观进行整体模拟。除此之外，还可进行大提花花型设计， 用户可直接对现有花型进行编辑，并将不同织物组织与之嵌套，模拟 不同效果，并得出相应工艺参数”“。 1 4 3 织物外观的模拟 对织物计算机辅助设计结果进行检验的一个重要手段就是对织物 外观模拟效果的评判，因而织物外观效果的模拟是c a d 系统中的重要 部分。能否真实地显示所设计织物的外观是c a d 系统最重要的功能之 一，如果对织物外观的模拟失真或不能显示，或者模拟图像与实际织 物差距太大。将大大地减少c a d 系统的应用范围。但就目前国内外的 第一章 十余种c a d 系统来看，尚不能满足对任意组织的外观进行真实模拟的 要求。 1 5 国内外纺织c a d 发展状况与动向 1 5 1 国内纺织c a d 发展状况与动向 我国纺织c a d 技术起步较晚”“。目前一些科研机构、大专院校和 纺织厂各自从不同的角度傲了大量的开发工作，较成熟的c a d 系统有 以下几种：织物仿真设计c a d 系统、纹织c a d 系统、太阳计算机辅 助服装设计系统、针织产品c a d 系统等。下面主要介绍织物仿真设计 c a d 系统。 织物仿真设计c a d 系统，一直是各大纺织院校研制的重点。织物 仿真设计c a d 系统主要用于各类织物的组织设计、图形编辑、工艺设 计、模拟显示以及小样织造。国内的织物仿真设计系统多配有电脑织 样机、彩色打印机，辅助织物设计c a d c a m 系统工作。 目前国内的织物仿真设计c a d 系统的功能主要有“：组织图绘 制、图形编辑( 缩放，剪接、旋转、翻转、移动，拷贝) 。配色及组 织图的运算及自动生成，可在输入组织参数的基础上自动生成各种组 织如：平纹、斜纹、缎纹及其变化组织、各种复杂组织等等。可对一 个或多个组织进行迭加、旋转、拼合运算，可自动生成组织图，纹板 图、穿综图。并有循环扩展功能、建有组织库，简单组织可直接调用。 织物外观模拟显示功能。可进行纱线仿真、小样图仿真、色彩仿真， 如再配有电脑织样机，则可进行织物设计仿真模拟。其中小样图仿真 国内可达到模拟布料的拉毛、多次起毛的效果“”。 近期，东华大学和天津工业大学不断有织物三维显示的论文发表， 表明我国纺织物的外观模拟己从二维模拟走向了三维立体模拟的阶 段。国内的三维织物模拟显示多采用光学影像或不同光学照度模拟， 大多数只能显示长丝织物，对于复杂织物组织的三维模拟显示速度慢， 而且效果并不算理想。因而我国的织物立体模拟技术有待于进一步发 展和研究。 第一章 绪论 1 5 2 国外纺织c a d 发展状况及动向 国外纺织品c a d 技术发展较早“。美国罗姆公司采用电脑设计， 无论织物的颜色、规格、图案等均能满足用户的要求；汉来、卢奉期 公司在改造过的织机上安装两套监视装置，分别监控图案、服装款式 和首件新产品的生产情况，管理人员可在屏幕上观察全过程，从而减 少了设计人员的用工、大大缩短产品的生产周期。b o n a s 机械制造公 司研制了一套称为自由式的提花织造系统，该系统可设计各种提花图 案，系统能在原始图案呈现于屏幕上后，使光标快速移动以进行修改， 各种图案可转任意角度或移动。16 0 0 万种颜色组合可快速转化，用各 种格式对数据进行存储等；该系统能在屏幕上按“纹板形式”以不同 的颜色展现不同织造组织的效果，咀方便地设计多层织物。在多臂机 上，苏格兰纺织学院推出的三个不同能力等级的计算机辅助设计系统， 可满足不同专业人员的需要，其最高一级c a d 系统能提供3 0 0 0 经 3 0 0 0 纬面积的图案设计区域以及织物的俯视图和综框占有数据等。还 能在经向和纬向设计出十二个图案的毛毯，能使数据文件中的图案连 续显示，可用输入设备给某些经纱和纬纱上色，增加并插入线条还 能用彩色打印机“仿制”出织物的真实状态等等“”。 另外，意大利、日本等国在针织大圆机及袜机上应用的c a d 系统， 可以方便设计并实现各种织物组织及花型的编织。德国s t o l l 公司应 用于横机上的s i r l x 系统，可很方便地实现绞花、分针纱罗、锁边等 结构的花型。 目前，国外韵纺织c a d 技术的发展集中在以下几个方面”：机 织物设计( 提花织物和多臂织物) ；针织物设计；模拟织物效果或 织物映射，如s o p h i s 等公司已推出具有3 d 织物映射功能的产品“； 建立可视化数据库；视频会议：i n t e r n e t 和i n t r a n e t 上传递信息 或通过i n t e r n e t 进行交互设计；三维服装悬垂功能。目前将信息技 术应用于纺织工业上的最引入注目的是英国诺丁汉市特任特大学纺织 服装系领导的研究小组所从事的f i n s ( f a s h i o ni n t e l l i g e n c en a y i g a t i o n s y s t e m ) 研究项目。该项目将各种信息源收集到的有关纺织、服装的信 第一章 绪论 息以多媒体数据库的形式放在c d 或i s d n 电信网上，并在局域网上向 各种用户提供实时的贷源预测、市场预测等各方面的信息。此外，f i n s 可与c a d c a m 软件包集成。现在已有数百家公司加入到f i n s 信息 共享的联网系统中。另外，研制具有三维服装悬垂功能的软件也是一 个较重要的开发动向，这种功能无论从服装的设计角度，还是从以服 装体现纺织品的设计效果角度，都可以在制出真实的样品前使设计师 或用户看到逼真的屏幕上的设计效果”“，国外有些公司已实现了这方 面的功能，如i n f o m a x 、s c o t w e a v e 等。 t 6 我国现行机织物c a d 系统存在的主要问题 1 6 1 关于织物组织的计算机辅助设计功能 织物组织的计算机辅助设计包括组织图、穿综图和纹板图的设计， 而在整个设计过程中，组织图、穿综图和纹板图三者是紧密相连的， 变动其中任一个或两个，便会使其它一个或两个图作相应的变动，其 中，又以组织图的设计最为关键。现有的织物c a d 系统中所提供的织 物组织设计功能有以下四种类型“： ( 1 ) 单纯的组织图绘制和编缉功能：这种设计方法在一定程度上加 快了织物的设计进程，但从本质上说还是借助于计算机快速处理的优 点，把我们已构思好的设计借助于计算机工具加以实现，没有能充分 发挥c a d 系统的智能。其特点是用电子屏幕代替了意匠纸，用光笔、 鼠标或键盘代替了绘图笔。不过，当织物组织复杂时，这种设计方法 比较费时且易出错。 ( 2 ) 组织运算功能：软件研制者根据组织图、穿综图和纹板图之间 的关系进行变化组织_ 和联台组织的设计，这种设计方法符合一般设计 者的思维逻缉，但它缺乏对织物组织进行抽像的数学描述”，各种组 织的变化是通过有限的算法操作来实现，对于设计更加新颖的织物组 织就显得无能为力。 ( 3 ) 组织库功能：将织物组织命名后以数据库的形式存放。这种设 计方法当组织比较复杂时，占据的内存空间较大，而且数据库所包含 织物组织类型有限”。 第一章 绪论 ( 4 ) 参数设计功能：这是一种数学设计方法，该方法是将布尔矩阵 表示为织物组织矩阵，运用数学方法通过对布尔阵”的操作，得到各 种组织图，由此在进行随机设计时，对于一个布尔矩阵能否满足一定 的织物形成条件，是否代表特定的织物组织，还有待进行系统的分析 和探讨。 1 6 2 关于织物外观的计算机模拟功能 对织物计算机辅助设计结果进行检验的一个重要手段就是对设计 的织物外观的评判，而对织物外观效果的模拟则是c a d 系统中的重要 部分。但就目前国内外的十余种c a d 系统来看，尚不能满足对任意组 织的外观进行真实模拟的要求。影响织物外观的因素主要有两个”一 个是织物本身的因素，这主要包括织物组织类型、织物规格( 经纬密度、 纱线号数、捻向) 、纱线颜色和原料种类等j 另一个是光照条件”。目 前多臂机织c a d 系统模拟织物外观的原理是：首先根据经纱密度在屏 幕的作图区垂直方向铺上经纱，然后根据纬纱的密度在作图区的水平 方向上铺上纬纱，经纬交错的地方按照组织点的属性判定是显示经纱 还是纬纱。可以说，模拟出来的效果图实质上是一个配色模纹图或者 是变形的配色模纹图妇“。这种c a d 系统只能模拟经纬纱异色的织物， 对于经纬纱同色的织物模拟出来的效果要么是网格状，要么是一个矩 形的色块。另外，由于没有考虑组织结构对织物外观的影响，对具有 较长的浮长线的复杂组织( 如多层或多重组织) ，不能真实地模拟其外 观。配色模纹图更是无法反映由于纱线捻度、捻向、纱线材料及纱线 张力不同而产生的不同织物外观效果”。 另外，目前的c a d 系统绝大多数仍局限在由一个系统的经纱和纬 纱组成的单层织物组织设计上，有少数系统可以进行复杂织物组织如 二重织物、双层织物的设计”，但对多重、多层织物的设计则显得无 能为力。实际上，这些复杂织物同样具有广阔的应用市场。虽然有一 些机织物c a d 系统可以模拟二重组织和双层组织。但是，首先必须由 设计者确认这种组织是二重组织或是双层组织，然后才由系统显示表 层的配色模纹图，下层的配色模纹图不用画出，最后模拟出外观效果。 第一章 这些c a d 系统对组织结构有一些研究，但还不够。如果任意给出一个 组织而不告诉计算机组织的层数，系统就不能对织物的外观做出正确 的模拟。 目前的c a d 系统不能真实模拟任意组织的织物外观的原因主要有 以下几方面”：( 1 ) 认为织物是一个二维的平面，而实际上织物不是一 个二维的平面，而是一个三维的物体，在织物的表面有起伏，有突起 的地方，也有凹下的地方，如斜纹组织、凸条组织、蜂巢组织等。特 别是一些复杂的织物组织，如多重组织、多层组织、起毛组织、毛巾 组织、纱罗组织等更是如此。( 2 ) 认为织物的外观效果图就是配色模纹 图。研究时未能跳出组织图原来涵意的框框，还停留在基本作为经纬 纱交织规律的示意图上，没再进一步由经纬纱交织规律去导出织物的 组织结构。实际上，经纬纱在织物中的位置不一定像组织图中那样均 匀分布，纱线有弯曲，有移位，甚至还有重叠，如透孔组织、多重( 多 层) 组织等。显然，配色模纹图不能代表这些织物的外观效果图。( 3 ) 未考虑光照条件。对织物进行外观模拟时仅考虑到纱线的粗细、组织 类型和纱线的颜色等，用一簇实体颜色去代表一个组织点，这不是很 合理的。因为，任一组织点在一定照明条件下其各位置的灰度是不同 的。 1 6 3 关手从c a d c a m 直至c i m s 计算机辅助设计的目的是为了生产用计算机根据设计的参数直 接控制机器工作，这就是计算机辅助制造( c a m ) 的内容。在很多的制 造厂家，c a d 和c a m 紧密不可分割。大提花c a d 系统的自动轧纹板 和电子提花就是c a m 的工作，电子提花机已经能够用c a d 系统生成 的信息控制织物的织造。最近几年，c i m s ( 计算机集成制造系统) ”2 1 的概念被提出来，在该系统中，从产品设计、生产、成本核算、销售 到管理等企业的一系列活动都由计算机来完成。如果要达到这个目标， 对于机织物c a d 系统的功能要求就会更多”。 1 7 课题的目的及其实际意义 本课题利用现代信息技术在纺织上的应用，进行了基于实际纱线 第一章绪论 的外观仿真软件的开发和研究，主要通过对织物结构、织物规格、纱 线规格及织物几何模型模型的确定，采用面向对象的可视化编程语言 v c + + 6 0 编制软件，并对模拟织物的效果图进行灰度及其它效果处 理，完成织物外观仿真软件开发的初级阶段的目标，即能够基本逼真 地仿真出常用织物的外观图像。 利用软件编程进行机织物设计，不但工作效率远高于传统的手工 设计方法，还可以大大缩短设计周期，提高面料的快速反应，降低成 本，提高经济效益，而且模拟织物具有真实感。研究纱线的表观参数 对织物外观影响，为进一步对基于实际纱线外观对织物的仿真进行探 索，为织物的毛羽度、起绒程度等影响表征的指标可被量化控制打下 基础，这是本课题的实际意义。 1 8 本章小结 本章主要介绍了目前国内外纺织c a d 的一些情况，重点介绍了 c a d 在织物外观模拟的应用，以及本课题的研究目的与意义。论文第 二章说明了软件的总体方案。纱线数据的获取、处理在第三章详细说 明。第四章研究了织物外观计算机图像模拟的理论及其初步实现。第 五章则研究了织物组织几何模型与织物外观模拟的关系，并采用简化 圆形模型进行织物外观仿真。第六章研究了织物模拟外观效果图的处 理。软件主界面、编程结构图和部分模拟效果图实例在第七章中阐述。 第八章则是结论与展望，总结论文工作的结论，展望今后的工作方向。 第二章 软件设计的总体方案 第二章软件设计的总体方案 本章主要是对软件开发进行总体方案设计，并说明研究的主要内 容。 随着计算机多媒体技术和图形图像技术的发展，可视化技术受到 了广泛重视，直接面向对象的可视化技术受到广大计算机专业人员和 非专业人员的喜爱，越来越多的计算机程序员开始研究和应用可视化 技术。本软件采用可视化编程语言v i s u a lc + + 6 0 作为编程工具，它提 供了一个高度集成的工具集，开发者可以同时在诸如编辑、建立、调 试等不同任务之间快速切换，甚至可以同时执行，使得设计人员在开 发应用程序的全过程中都保证了较高效率口4 。 2 1 软件系统的总体设计 软件系统的总体设计主要考虑三大功能，即：纱线数据处理功能、 织物组织图像模拟功能及对织物图像仿真处理功能。软件系统采用 v c + + 6 0 的基于对话框的单视窗结构，在这个视窗内，可以选择模拟 织物的组织类型( 目前主要针对机织平纹、二上一下斜纹、二上二下斜 纹、五枚三飞缎纹) ；可以输入织物的经纬密度、织物( 图像) 宽度、高 度等参数；可以选择待用纱线等。论文通过用v c 十+ 6 0 编程对单一 视窗内各个模块功能的实现来完成织物外观仿真软件系统的开发。下 面介绍三个功能模块要实现的主要功能。 2 1 1 纱线数据处理功能 纱线数据处理功能主要解决如下问题： ( 1 ) 纱线数据的来源( 包括测量方法及测量仪器) ； ( 2 ) 纱线数据的存贮方式 ( 3 ) 纱线数据的读写方式； ( 4 ) 纱线平均直径的计算； ( 5 ) 纱线中特殊数据的处理； ( 6 ) 纱线数据的重复使用。 第二章软件设计的总体方案 2 1 2 织物组织图像模拟功能 织物组织图像模拟功能主要研究下列问题： ( 1 ) 织物组织图像模拟的原理； ( 2 ) 建立关于经纬组织点的图像生成模型； ( 3 ) 研究机织平纹、斜纹( 二上一下、二上二下) 、缎纹( 五枚三飞) 等的织物在计算机模拟图像中能正确显示相应组织结构的数学模型。 2 1 3 织物图像仿真处理功能 织物图像仿真处理功能主要包括： ( 1 ) 研究织物几何结构对外观仿真的影响； ( 2 ) 建立适当的光照模型，对织物外观图像进行灰度处理，使图 像具有较好的立体感； ( 3 ) 建立关于织物外观图像中纱线捻度处理的模型，使图像中纱 线具有真实感，从而使织物外观仿真具有更好的真实感。 2 2 主界面设计 主界面设计主要是要达到方便操作、功能齐全、界面美观等要求。 它主要包括图像模块、织物参数模块及一些功能按钮。 图像模块包括模拟生成的图像文件的命名、所模拟织物的组织结 构的选择、图像背景色的选择、图像分辨率、图像宽度、高度的输入 以及是否放大打印及是否生成布边效果的选择。 织物参数模块主要包括经纬纱线数据来源的选择、织物经纬密度 的输入及经纬纱线颜色的选择。 主要的功能按钮有：参数设置、新建文件、打开文件、保存文件、 图像预览、打印图像、退出。 2 3 主界面上各功能模块设计 “模拟软件系统”由全局变量参数和一些子模块组成，各子模块 间通过全局变量参数进行通信。全局变量参数分为三类：模拟参数、 路径参数以及部分控制参数。 模拟参数由纱线规格、织物规格、图像分辨率、经纬纱颜色、图 像底色、模拟对象等参数组成。其中长度单位统一采用厘米。 薷二章 软件设计的总体方案 路径参数则由显示软件路径参数、纱线数据路径参数、日志文件 路径参数以及模拟结果( 图像) 存放路径参数组成。 控制参数是用于判断经纬纱是否载入、库存模拟是否已载入、日 志文件是否已产生、模拟结果是否己产生