（纺织工程专业论文）贾卡经编针织物的结构与仿真研究.pdf

摘要 摘要 目前国外已经开发出比较成熟的贾卡经编针织物c a d 系统，该类系统在发达国家 的纺织行业己经比较普及。近年来国内生产贾卡经编针织物的企业不断增多，但只有少 部分具有一定规模的经编企业拥有进口的c a d 系统。因此，对贾卡经编针织物进行计 算机仿真研究并开发出实用的c a d 系统具有重要的理论与现实意义。本课题就是在这 样的背景下建立的。 本课题是以经编专业知识为基础，计算机图形学与计算机编程技术为工具，多学科 知识的交叉应用是本课题得以顺利进行的关键。 论文对贾卡经编针织物的组织结构进行了深入的分析，分析了该类织物的外观风格 及其影响要素；论文对该类织物仿真用相关数学模型进行了一定的研究与构建。还分析 了显示仿真图所需得重要参数；论文对贾卡经编针织物仿真所用几何模型进行了研究， 建立了成圈线圈模型；论文研究了贾卡经编针织物中线圈的变形规律，建立了相应的模 型，并通过对网眼织物的仿真验证了改模型的可用性；建立了基于纱线的简单光照模型， 进行了纱线模拟的研究，应用颜色的渐变来反映其光照效果，达到了用二维模型实现立 体模拟效果的目的，进一步提高仿真图像的效果；利用分形图形的生成原理，研究了织 物上毛羽毛绒的模拟方法，取得一定的进展。 该论文所做的研究较好地将计算机技术和纺织技术结合起来，为开发贾卡经编针织 物的仿真系统提供了参考。 关键词：经编；贾卡；结构研究；仿真 a b s t r a c t a b s t r a c t c u r r e n t l ys o m ec a ds y s t e m sw h i c ha r eu s e dt os i m u l a t ej a c q u a r dw a r pk n i t t e df a b r i c s h a v eb e e nd e v e l o p e da b r o a d s u c hs y s t e m sh a v eb e e nw i l d l ya c c e p t e da n dp u ti n t ou s ei n d e v e l o p e dc o u n t r i e s i nr e c e n ty e a r st h en u m b e ro f d o m e s t i cf a c t o r i e sw h i c hp r o d u c tj a c q u a r d w a r pk n i t t e df a b r i c si sg r o w i n g 、v 1 1 i l ei n s i d ec h i n a , t h e r ei so n l yaf r a c t i o no ff a b r i c m a n u f a c t u r e r st a k ea d v a n t a g eo fi m p o r t e dc a d s y s t e m s t h e r e f o r e ，t h es i m u l a t i o nr e s e a r c h o nj a c q u a r dw a r pk n i t t e df a b r i cw i l lb eo fg r e a tv a l u e t h i ss t u d yi ss e to nab a c k g r o u n do f a b o v e m e n t i o n e dc i r c u m s t a n c e s b a s e do nt h ew a r pk n i t t i n gk n o w l e d g e ，t a k i n gc o m p u t e rg r a p h i c sa n dp r o g r a m m i n g t e c h n i q u e sa st o o l s ，m u l t i d i s c i p l i n a r ya p p l i c a t i o ni sak e yt oc o m p l e t et h es t u d y m p a p e rd e e p l ya n a l y s e st h ec o n s t r u c t i o no fj a c q u a r dw a r pk n i t t e df a b r i c ，g e t st h e f a b r i ca p p e a r a n c ec h a r a c t e ra sw e l la si n f l u e n c i n gp a r a m e t e r so fi t t h et h e s i sd o e sr e s e a r c h o nc o r r e l a t i v em a t h e m a t i c a lm o d e l sf o rs i m u l a t i o no ft h i s 虹n do ff a b r i c t h ep a p e rs e t su pt h e g e o m e t r ym o d e lo f j a c q u a r dw a r pk n i t t e df a b r i c f o rs o l v i n gt h ep r o b l e mo fd i s t o r t i o no ft h e l o o pc a u s e db yy a mt e n s i o n ，t h eo f f s e tt h e o r ya n dc a l c u l a t i o nf o r m u l aw e r eg i v e n n es i m p l e i l l u m i n a t i o nm o d e lo fy a mi ss e tu p ，i ta p p l i e st h er e g u l a rc o l o rc h a n g et or e f l e c tt h e i l l u m i n a t i o ne f f e c t ，a c h i e v e st ou s et w od i m e n s i o n a lm o d e lt om a k et h et h r e ed i m e n s i o n a l p i c t u r e ，f u r t h e ri m p r o v e st h es i m u l a t i o no fj a c q u a r dw a r pk n i t t e df a b r i c a tl a s t ，t h eh a i r i n e s s w a ss i m u l a t e du s i n gf r a c t a lc u r v e 1 1 1 ep a p e rp r e s e n t st h a tc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dt e x t i l et e c h n o l o g yc a nb ec o m b i n e d p e r f e c t l y ，w h i c hw i l ls o l v et h ep r o b l e m so fd e v e l o p m e n to fs i m u l a t i o no ft h ej a c q u a r dw a r p k n i t t e df a b r i c s k e y w o r d s ：w a r pk n i t ；j a c q u a r d ；s t r u c t u r e ；s i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 殛噩呈 日 期：彦；l 乒 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 导师签名： ；益量孳 书嘲 抄参1 卜 日 期：少驴。；，工， 第一章绪论 1 1 课题的意义 第一章绪论 贾卡经编针织物的风格在经编产品中独树一帜图案多变，其花型丰满，层次分明， 质地稳定，因此它广泛地受到消费者的喜爱。贾卡经编针织物主要用于室内装饰和装饰 性妇女内衣面料及花边辅料等。根据贾卡提花梳栉的工作原理的不同，贾卡经编针织物 主要分成成圈型、衬纬型、压纱型和浮纹型四种。本文以成圈型贾卡为研究对象，讨论 贾卡经编针织物的组织结构和仿真模拟。 成圈型贾卡经编针织物广泛应用于妇女内衣、泳衣、紧身衣、运动衣以及海滩服等 服用面料及装饰性织物领域，它有密实型、半密实型及网眼型之分。成圈型贾卡经编 针织物的加工机器统称为成圈型贾卡经编机，又名拉舍尔簇尼克经编机，有r s j 4 1 与 r s j 5 1 两个机型，它们替代了早期机型为k s j 3 1 的特里科簇尼克经编机。因为成圈型 贾卡经编机拥有一把氨纶地梳，在使用这把梳栉并穿有氨纶时，可以生产具有弹性的织 物，这种弹性织物非常适合于制作紧身弹力内衣。国际市场中，这类机器的生产与供应 基本上为德国的卡尔迈耶纺织机械有限公司所垄断，尽管机器价格昂贵，但其所具备的 一流生产技术却是毋庸质疑的晗1 。成圈型贾卡经编机价格不菲，且过去国内对这类机器 精通的产品研发人员较少，因此这类机器以往多销往发达国家和地区的高档面料生产 商。虽然机器成本较高，但其产生的利润也相当诱人，其产品附加值很高，毛利润往往 是普通经编织物的数倍甚至数十倍。如此高的利润吸引了国内众多实力雄厚的企业，加 上近年来我国纺织工业发展良好，经编产业更是迅速发展，国内众多面料织造公司的资 金实力不断提高，抗风险能力也日益增强，为了瞄准与抢占国际高档面料市场，不少国 内的知名面料生产企业也纷纷开始关注与引进这类优秀的机器。目前国内已有数百台新 型成圈型贾卡经编机投入使用，其生产的面料新颖高档、产品附加值高，大部分产品远 销欧美市场，成为众多世界知名服装品牌的主要面料供货渠道。此外，随着国内服装品 牌市场的多年培育与发展，不少国内著名服装企业也开始加大了对这类面料的采购力 度。可以说，当前国内成圈型贾卡经编面料市场前景良好。 贾卡经编针织物产品的高附加值、高利润不可避免地带来了激烈的市场竞争。在竞 争过程中，大家认识到，研发是避开竞争对手锋芒的有效途径。但是贾卡经编织物往往 花型复杂，图案较大，开发周期相对比较长，且很多研发人员不能掌握开发要点口1 ，将 不成熟的产品上机试织，不仅影响了企业的开发进度，还给企业造成了直接的经济损失。 在这种情况下，开发一套成熟的计算机辅助设计和仿真的系统可以帮助企业解决上述问 题，它的使用可以让设计者在完成织物设计的同时就可以预先得出织物的布面外观模拟 效应，以避免大量的产品试织工作。从国外的贾卡经编针织物生产企业使用c a d 系统的 综合情况来看，这一系统在生产企业得到应用后往往大大降低成圈型贾卡经编针织物的 江南大学硕士学位论文 设计与开发成本，提高产品的质量和新产品的开发效率，进而提升企业的产品市场竞争 力。 对于贾卡经编针织物计算机仿真研究，国外研究较早，并且日趋成熟，有多家公司 开发出性能卓越的c a d 仿真系统，国内外很多贾卡经编针织物生产企业已经在使用这些 软件进行研发。就国内的状况来看，对贾卡经编针织物仿真的研究与开发起步较晚，一 方面，可能是过去国内科研机构对其研究的重视程度不够高：另一方面，在对其进行研 究与开发过程中也有可能确确实实存在技术资料少，实践经验不充足等现实障碍。总而 言之，目前国内关于贾卡经编针织物的仿真研究不够充分，而对成圈型贾卡经编针织物 的仿真研究同样少见。对于国内尚处于创业阶段的中小型经编企业而言，国外所开发的 贾卡经编针织物计算机仿真系统价格过于昂贵，许多厂家难以接受。为了更好地帮助国 内贾卡经编针织物生产企业提高研发效率，有必要参考国外先进软件，对贾卡经编针织 物的仿真进行深入研究，并开发出具有针对性的切实可用的贾卡织物仿真系统，满足国 内贾卡经编针织物企业生产的需要。 本课题是在江南大学往届研究生的研究基础上的进一步研究和发展，是江南大学开 发的w k c a d 3 0 系统的子模块。课题的研究将为缩短国内外贾卡经编针织物c a d 系统 仿真研究的差距作出贡献。为企业快速开发贾卡经编针织物，提高开发效率，降低研发 成本，为企业产品竞争力的提高、国内贾卡经编面料市场的发展壮大起到积极作用。此 外，课题研究还将为其它类型的经编针织物计算机仿真研究提供思路，为贾卡经编针织 物c a d 系统的后续开发与完善提供参考和一定的研究基础。 1 2 国内外贾卡经编针织物仿真c a d 的发展状况 随着计算机应用技术在纺织中的应用不断深化，国内外相继出现了各种贾卡经编针 织物设计系统，它们在企业的实际生产过程中起到了一定的辅助作用，对缩短设计周期、 提高产品质量具有实际意义，有利于提高企业的产品竞争力。目前，国内外关于成圈型 贾卡经编针织物计算机仿真的相关研究与开发情况如下。 1 2 1 国外现状 在国外，关于贾卡经编针织物的仿真研究起步较早，其中研究与开发最为成功的代 表就是德国e a t 电气纺织有限公司与a l c 计算机技术有限公司，由它们合作开发出的 p r o c a d 花型设计系统具有两个子模块系统叫i 的c a dl i t t l e j a c 与p r o c a ds i m u j a c 。 利用这两个模块系统就可以分别进行成圈型贾卡经编针织物的设计与仿真，软件性能一 流，它们不仅可以进行成圈型贾卡经编针织物的设计与仿真，还可以用于衬纬型、压纱 型、浮纹型等其它种类的贾卡经编针织物的设计与仿真。总之，该系统功能全面而强大， 特别是在织物的仿真方面，系统可以得到与实际织物布面效应一致度很高的仿真效果。 p r o c a d 系统在世界范围内占有绝对的市场份额，它也是目前国内资金雄厚的经编企业 2 第章绪论 所主要采用的设计与仿真系统。国外的另一套比较成功的相关软件就是由西班牙公司研 制而成的花边设计软件l a c ed r a f t i n gs o f t w a r es a p 0 3 ，其市场也主要是集中于 西班牙地区，目前刚开始进入国内销售市场。据资料介绍，该系统花型设计功能齐全， 仿真效果逼真，近年来在国内也有少量应用。但其仿真的对象仅为花边织物，并不可以 进行成圈型贾卡经编针织物的仿真。此外，日本武村公司的s u p e r l e c s i i i 花型设计系 统最近开始大力地推向国内市场。该系统使用多窗口、多任务技术，强调合理利用并尽 量缩短工作时间。该系统在花型设计的各项功能上能够满足工艺设计人员的需要，但其 仿真效果不如e a t 软件和s a p o 软件逼真。 1 2 2 国内现状 国内c a d 技术的研究与发展虽然也已有了十几年的历史，不少企业与科研院所还 研发出各具特色、适合于国内用户使用的纺织c a d 软件，取得了一定的研究成果，但 国内大部分的织物c a d 软件直未能赶超国外同类产品h 1 。相比国外，国内关于贾卡 经编针织物c a d 系统的研发本来就少，相应的仿真研究特别是成圈型贾卡经编针织物 的仿真研究更少。国内的相关研究与开发则主要表现为贾卡经编针织物c a d 系统的开 发啼町口1 ，很少真正涉及到贾卡经编针织物仿真方面的研发，如浙江大学电气自动化研 究所研制而出的贾卡经编针织物c a d 软件，该软件可以进行成圈型贾卡经编针织物的 计算机辅助设计，但却不具有织物的仿真功能；武汉科技学院也研制成功了一套专门用 于贾卡经编针织物设计的c a d 系统，但与之前的软件类似，系统涉及到贾卡经编针织 物的仿真也较少，武汉科技学院陈立亭等提出了贾卡经编针织物的一种仿真方法阳1 ；在 本课题研究之前，江南大学曾开发出一套用于经编针织物设计的c a d 系统，该系统中 有个关于贾卡经编针织物设计的子模块( w k c a di a c q u a r d ) ，其主要用于多梳花边织物 中的衬纬型贾卡设计，该模块虽然具有仿真功能，但贾卡的仿真效果有限。今年升级的 w k c a d 3 0 可以对特里科经编针织物、贾卡经编针织物、多梳经编针织物、双针床经编 针织物进行设计和仿真。本课题为江南大学开发的w k c a d 3 0 系统的子模块。 总之，国内关于贾卡经编针织物的仿真研究和国外的差距较大，这也说明在国内进 行贾卡经编针织物的结构与仿真研究、开发出适合于国内市场的仿真软件意义非常大。 从另一个角度来看，所存在的差距也正是我们进行课题研究的一个良好契机，希望本文 能对贾卡经编针织物的仿真研究起到推动作用，促进符合我国国情的贾卡经编针织物计 算机仿真系统的发展完善。 1 3 本文主要研究内容 为了完成课题的研究目标，首先，课题将从成圈型贾卡经编针织物的组织结构分析 入手，通过对该类织物的贾卡组织结构的形成原理、种类形式及相应的花纹效应进行分 析，以实现对这类织物的外观结构特征的真正掌握；其后，课题将对成圈型贾卡经编针 江南大学硕士学位论文 织物计算机仿真用数学模型进行研究，并结合课题的实际情况与相关影响要素进行各种 相应数学模型的构建；最后，课题将对成圈型贾卡经编针织物计算机仿真软件进行设计 与开发，利用计算机图形学原理与软件开发工具编写出成圈型贾卡经编针织物计算机仿 真软件。 具体而言，本课题所进行的研究内容主要体现在以下四个方面： 一、织物工艺组织结构研究方面： 以r s j 4 1 和r s j 5 1 为研究对象，分析成圈型贾卡经编针织物的贾卡提花原理、组 织结构以及提花效应，分析贾卡意匠图与贾卡经编针织物组织结构的关系。 二、建立经编针织物c a d 的数据结构： 根据贾卡经编针织物的编织原理，建立合理实用的存储结构和意匠设计、织物仿真 所需的数据结构。 三、成圈型经编织物仿真模型的建立： ( 1 ) 建立成圈型贾卡经编针织物的线圈模型； ( 2 ) 研究贾卡经编针织物线圈的变形规律，建立线圈变形模型； ( 3 ) 研究并建立成圈型贾卡经编针织物在光照下纱线颜色的亮度模型； ( 4 ) 研究分形理论，并利用分形原理建立贾卡经编针织物表面毛绒模型。 四、织物仿真系统设计与开发方面： ( 1 ) 研究二进制文件操作技术，实现j a c 花型文件( * j a c ) 的读取与保存，并建立c o l 花型文件( * c 0 1 ) 的接口，实现与其它花型系统的文件兼容： ( 2 ) 研究坐标映像方式，为软件系统建立合理的用户坐标系； ( 3 ) 运用g d i 等图形设备接口技术，实现贾卡花型的显示与简单编辑功能； ( 4 ) 研究b m p 图像的读取显示和存储技术，实现b m p 图像导入为意匠图，仿真图 像导出为b m p 图片的功能。 4 第二章成圈型贾卡经编针织物的形成原理 第二章成圈型贾卡经编针织物的形成原理 2 1 成圈型贾卡经编针织物产品及其应用 r s j 4 1 经编机是一种新型的成圈型贾卡拉舍尔经编机，它使用新型的p i e z o 贾卡 提花系统，机器配有四把梳栉，前梳为贾卡梳，后面三把梳栉用于地组织的编织。与传 统的贾卡经编机不同，在该机上两把半机号配置的分离贾卡梳作成圈运动，用于生产具 有精致凹凸效应花纹或平坦效应花纹的织物。根据使用氨纶弹力丝与否，可以生产弹力 贾卡织物和非弹力贾卡织物。织物的风格可以选用密实结构，也可以选用各种网孔结构， 产品大量用于妇女内衣、紧身衣、运动服、海滩服，以及整个运动休闲服领域。 r s j 5 1 与r s j 4 1 相比，又多了一把地梳，因此在编织网眼底布时更加方便。新型 的拉舍尔簇尼克机可用来生产j n - r 多种针织产品，从平纹织物到孔状、厚密等花式织物， 弹力的或非弹力的等等。三维立体结构的弹力产品和全部的拉舍尔簇尼克产品系列均可 顺利地在r s j 5 1 型经编机上进行编织。弹力拉舍尔簇尼克织物有着非常广泛的花型效 应。三维立体的设计结构可被转换成有趣的设计，因而使得简单的地组织结构变得丰富 起来。网孔结构的三维粗结与交错条纹花型设计使得加工而成的内衣面料质地柔软。所 有这些都只有通过匹艾州( p i e z o ) 贾卡梳栉的运动才能够实现。无论是厚密织物还是 稀薄织物，其花型总能浮现于平纹地组织的表面。另外r s j 5 1 型经编机上亦可以衬纬 或成圈的形式将弹力丝织入织物中。 r s j 5 1 型经编机特别适用于编织如弹力网眼织物的功能性织物结构。一方面可以按 以前的方式加工这些组织结构，四把地梳形成网状地组织，而用贾卡梳来形成花型；另 一方面一种新型的弹力网利用分离的穿纱系统和分离贾卡梳不同的垫纱方向来生产。这 些具有多功能的操作可同时形成网眼和地组织。形成花型的纱线不再贯穿于弹力网眼地 组织上，由此形成了质地极轻、透明、高弹的织物；再者还可以使用另两把地梳在织物 的功能性区域进行垫纱，可以提供最简洁的装饰效果并提高织物的舒适性，这对内衣面 料来说非常有利。例如：弹性区域保证紧贴肌体完美的外形和滑润地接触肌肤。为实现 这一点，一些特殊的部位必须使用非弹性织物，这样就可使臀部紧包、腹部平滑、背部 圆润。妇女儿童内衣的收紧腰带也将成为过去。内衣的这些部位采用特柔软的纱线保证 了柔软的接触和最大限度的舒适性。 2 2 贾卡经编针织物的提花原理1 贾卡组织变化多样，层次丰富，因而成圈型贾卡经编针织物花纹比较精致细腻。贾 卡花型厚薄效应、网眼效应等组织的形成主要是由于织物中贾卡线圈的延展线有时较长 有时较短，有时没有。贾卡线圈延展线部分的长短不一意味着贾卡梳栉上的导纱针在作 江南大学硕七学位论文 针背横移时，其针背横移量大小不等。这种针背横移量的大小不等是利用了贾卡导纱针 在作基本组织运动的同时根据花型需要而进行了贾卡导纱针的偏移运动。贾卡导纱针的 横移量可用下列公式进行表示： u = u + 其中，u ：贾卡导纱针横移量；u i ：贾卡导纱针基本横移量：u 2 ：贾卡导纱针偏移量 贾卡导纱针基本横移量将由下文所述的贾卡选针技术而定，其值通常为0 、1 或2 针：贾卡导纱针的偏移量则通常为o 或l 针，当该贾卡导纱针有偏移产生时其值为1 ， 相反，当贾卡导纱针没有偏移产生时则其值为0 。 贾卡导纱针的偏移控制由早期的机械式控制发展为后来的电磁式控制，随着技术的 发展，电磁式控制又发展到现今的新一代p i e z o 压电陶瓷式控制，但不论为何种控制 方式，其贾卡的提花原理基本上都是相同的，每一枚贾卡导纱针都可进行单独控制，当 其收到控制信息时，贾卡导纱针将偏移一针，其贾卡基本提花原理如图2 - 1 所示。乜1 j b1 1 ：2 - 0 - 0 0 - 2 - 2 2 4 4 - 4 2 2 j b1 2 ：2 - 0 0 一o 一2 2 2 4 4 4 2 2 图2 - 1r s j 4 1 贾卡基本原理 链块排列 ；针前垫纱 ：针背垫纱( 偏移) ；针前垫纱 ：针背垫纱( 偏移) 成圈型贾卡经编针织物的贾卡组织结构部分就是运用贾卡基本提花原理并结合使 用各种不同贾卡选针技术而进行成圈型提花所得到的。目前，成圈型贾卡选针技术主要 有两针、三针及四针技术之分嘲，不同选针技术的应用将形成织物中不同的贾卡组织结 构，进而产生不同的贾卡花型风格n 们。 2 2 1 两针技术 两针技术是r s j 系列成圈型贾卡经编针织物所特有的一种选针技术，在其它类型的 贾卡经编提花中没有应用，它不是形成“厚、薄、网孔 效应，而是通过同向垫纱和反 向垫纱，从而形成花纹。两针技术的基本垫纱为编链组织卜0 0 - 1 ，其变化情况如下： 6 移 移 偏 偏 纱 纱 纱 纱 蚴 拗 拗 缈 勤 蚴 献 剖 静 背 宙 针 针 针 针 针 f=1f=1f= o 0 ” 0 o o r卢“k飞予 第二章成圈型贾卡经编针织物的形成原理 h h 。h t ( 1 )( 2 )( 3 ) 图2 2r s j 4 1 二针技术 t h 二针技术的各种偏移变化示意图如图2 2 。图2 - 2 ( 1 ) 表示贾卡导纱针在针背横移 时没有偏移，作卜0 0 1 ；图2 2 ( 2 ) 表示贾卡导纱针奇数横列在针背横移时发生偏 移，作开l y l 经平2 i 0 1 ：图2 2 ( 3 ) 表示贾卡导纱针偶数横列在针背横移时发生偏 移，作闭口经平组织1 - 0 1 - 2 。 因此，在地梳使用卜0 2 3 的垫纱方式时，若在奇数横列针背横移偏移一针作开 口经平2 i 0 1 ，则贾卡梳和地梳之间形成反向垫纱；若在偶数横列针背横移偏移一 针则作闭口经平卜0 1 2 ，则贾卡梳和地梳之间形成同向垫纱；当贾卡导纱针不偏移 时，编链基本组织卜o o 一1 与地梳之间也形成同向垫纱。 根据同向垫纱和反向垫纱纱线在织物表面的显露关系，在前面贾卡梳和后面地梳上 使用不同颜色的纱线就可以形成特殊的织物效应。若织物的贾卡梳使用黑纱，而地梳使 用白纱，利用二针技术在织物工艺反面形成花纹图案。那么在织物上白色黑色混杂的区 域就是贾卡梳作卜0 1 2 与地梳同向垫纱的区域，因为同向垫纱时贾卡梳栉的黑色纱 线在织物的表面，而地梳的白色纱线也能够显露在织物表面；而黑色为主的区域是贾卡 梳作2 i 0 1 与地梳反向垫纱的区域，因为地梳的白色大都被前面的贾卡梳所掩盖。 这种同向和反向垫纱所形成的效应差别在织物工艺正面也非常明显，同向垫纱 线圈直立纵行清晰，反向垫纱线圈歪斜纵行互相扩展。 2 2 2 三针技术 三针技术是成圈型贾卡经编针织物中应用最多的一种选针技术，三针技术的基本垫 纱为经平组织1 - o t 一2 ，其变化情况如下： 图2 - 3 三针技术垫纱运动图 旷xz 书。 江南大学硕士学位论文 如图2 3 ( 1 ) 所示，贾卡导纱针在针背横移运动中没有发生偏移，作经平组织 1 - 0 1 - 2 ，这样就形成织物的“薄”型贾卡花纹效应。如图2 - 3 ( 2 ) 所示，贾卡导纱针 在奇数横列的针背横移运动中发生偏移，作编链组织卜2 2 1 ，这样就形成织物的“网 孔 型贾卡花纹效应。如图2 - 3 ( 3 ) 所示，贾卡导纱针在偶数横列的针背横移运动中发生 偏移，作闭口经绒组织1 - 0 2 - 3 ，这样就形成织物的“厚 型贾卡花纹效应。 利用三针技术所形成的贾卡花型效应包含了贾卡提花需要的所有重要效应，既有厚 组织效应，又有薄组织效应，甚至在一些地组织的配合下还可以形成网眼或小网眼效应。 这也就是成圈型贾卡经编针织物最经常使用三针技术的原因之一。 2 2 3 四针技术 四针技术也是成圈型贾卡经编针织物中应用的比较多的一种选针技术，四针技术的 基本垫纱为经绒组织1 - 0 2 3 ，其变化情况如下： 惫；毫凳 一油一油一为 图2 4 四针技术垫纱运动图 如图2 - 4 ( 1 ) 所示，贾卡导纱针在针背横移运动中没有发生偏移，作闭口经绒组织 1 - 0 2 - 3 ，这样就形成织物的“薄”型贾卡花纹效应。如图2 - 4 ( 2 ) 所示，贾卡导纱针 在奇数横列的针背横移运动中发生偏移，作经绒组织2 3 卜o ，这样就形成织物的“网 孔 型贾卡花纹效应。如图2 - 4 ( 3 ) 所示，贾卡导纱针在偶数横列的针背横移运动中发生 偏移，作闭口经斜组织1 - 0 3 - 4 ，这样就形成织物的“厚”型贾卡花纹效应。 与三针技术的情况类似，根据设计需要这里所述的四针技术其基本垫纱也可以采用 开口的经绒组织0 - 1 3 - 2 形式，其变化情况与上面分析的也基本类似，在此就不再详 细叙述了。由图2 - 4 可知，四针技术同样可以形成为凹凸与平坦效应，而且其厚组织效 应较三针技术更为明显，贾卡花型效应的立体感更强，这在一些需要有特殊花纹效应要 求的产品如具有立体效应的内衣面料或装饰性织物的开发中较为常用。相对三针技术而 言，四针技术不能形成网孔效应，而且采用这种选针技术进行织物提花时纱线耗用量较 大，产品开发成本较高，因而这种技术使用的场合就比三针技术要少，当使用三针技术 和四针技术都能够达到花型设计的效应要求时，从节约成本和减少机器损耗的角度看， 应该选用三针技术。 2 2 4 成圈型贾卡经编针织物设计意匠图与织物组织的关系 由于每一种贾卡提花效应与其组织有一种对应关系，对照这种对应关系可以将完整 8 第二章成圈型贾卡经编针织物的形成原理 的花纹信息( 意匠图】转换为其对应的组织，根据组织和线圈模型，就可以得到织物仿真 图。因此，将设计意匠图和织物组织正确对应是实现织物仿真正确显示的保证。 对于r s j 4 1 成圈型贾卡经编机，其拥有一把贾卡梳栉，可以利用两针技术、三针 技术和四针技术形成花纹，其提花效应与组织的关系如表2 - 1 所示。1 表2 - 1 提花效应与组织的关系 贾卡 贾卡技术 颜色贾卡提花效应基本组织变化组织元件横列号 位置 h 第一横列 绿色稀薄组织 1 - 0 0 - 1 h 第二横列 t 第一横列 二针技术白色网孔组织1 - 0 0 - 1 2 i 0 1 h 第二横列 h 第一横列 红色厚实组织1 0 1 - 2 t 第二横列 h 第一横列 绿色稀薄组织1 - 0 1 - 2 h 第二横列 t第一横列 三针技术白色网孔组织 1 - 0 11 - 2 1 12 - 1 1 - 2 h 第二横列 h 第一横列 红色 厚实组织 1 0 2 - 3 t 第二横列 h 第一横列 绿色稀薄组织1 - 0 2 - 3 h 第二横列 t 第一横列 四针技术白色网孔组织1 - 0 2 - 3 2 - 1 2 - 3 1 h 第二横列 h 第一横列 红色厚实组织 1 - 0 3 - 4 t 第二横列 r s j 5 1 成圈型贾卡经编机采用两把贾卡梳栉j b l 1 和j b l 2 半机号配置，垫纱可以 做相反方向的运动。由于这一特性，r s j 5 1 贾卡经编机除可以生产一些常规织物外，还 能编织一些特殊的对称组织。其经常使用的基础组织有常规的经平组织、经绒组织、经 缎组织，还有三列网眼组织，弹力网眼组织。其中，三列网眼组织和弹力网眼组织之间 通过一定的贾卡信息控制可以相互转换。利用对称的垫纱，可以编织各种网眼织物。当 基础组织为卜0 1 2 时，j b1 1 做1 - 0 1 - 2 垫纱运动，而j b1 2 做1 - 2 1 一o 垫纱运 动。j b l 1 上的导纱针对应意匠图上的1 、3 、5 、7 等奇数纵行，j b l 2 上导纱针对应意 匠图上的2 、4 、6 、8 等偶数纵行。贾卡梳的偏移由“h 和“t 表示。其中“h 表 示没有偏移，“t ”表示有偏移。表2 2 为r s j s 1 三针技术的意匠图和组织对应表。 9 江南大学硕十学位论文 表22 r s j 5 i 三针技术 贾# 贾乍梳栉颜色基本组纵 变化组织元件横列号 位置 第一横列 绿色 卜o l 一2 7 第一二横列 第一横列 白色2 1 1 2 1 第二横列 j b ll 第一横列 红色l 一0 1 2 1 1l 一0 1 2 3 1 1 第二横列 第一横列 蓝色2 - 1 2 一g ! 第二横列 第一横列 绿色i 一2 l 一0 i 第二横列 白色 2 3 1 0 1 1 第一横划 h 第二横列 j b l2 l 一2 1 0 第一横列 红色l 一2 2 1 ! 第二横列 第一横列 蓝色2 - 3 2 1 1 1 第二横列 在完成贾卡意匠图的设计，选择贾卡基本组织后，还需要拉舍尔技术参数r t 才能 得到j 下确的织物组织。拉舍尔技术参数r t 值是一种控制信息，在贾卡机器控制系统中， 控制程序会根据r t 值的数值寻址到正确的位置读取偏移信息，使织出的织物能够与贾 卡意旰! 图花型图案相吻合。贾卡意匠图设计好之后，生成的花型文件控制信息如图2 5 ( 1 ) 所示，此时深色区域表示红色，其控制信息为h t ，白色区域表示白色，其控制信 息为t h ，而其余灰色区域表示绿色，其控制信息为h h 。这种按照实际的效应层次转化 的控制信息称为r t = 0 。我们在花型设计时，必须按照r t = 0 进行设计。 月h 奇t 偶h 奇i t 偶h 奇一t 偶thhth h ht 奇htth hthh 偶tththhht 奇htth hth h 偶tththhht 奇htth hthh 圈25r t 值对偏移信息的影响 2 ) r t = l 第二章成圈型贾卡经编针织物的形成原理 在r s j 4 1 机器上，我们想要生产与花型效应相对应的产品，必须让拉舍尔技术参 数i 玎= 1 ，这是因为织物在偶数横列偏移时，其效应总是滞后一个纵行，因此必须把偶 数横列的控制信息先向右偏移一个纵行，从而使生产的织物与花型设计效应相一致。在 r s j 4 1 经编机上生产织物时，最终应选择r t = 1 使产品符合花型设计的要求。机器上实 际生产时的偏移信息如图2 5 ( 2 ) 所示。仿真是对真实织物的模拟，因此应该按照实际 生产时的偏移信息转换织物组织。 在r s j 5 1 机器上生产织物时，仍然选择r t = 0 ，才能使产品符合花型设计的要求。 在设计r s j 5 1 无底超薄织物时，为保证设计的工艺不出现破洞，需要检查贾卡意匠图， 找出不合理的情况，进行两次修正。u 羽 首先，当偶数纵行的颜色右边碰到奇数纵行的颜色时，有8 种不合理的状态，如蓝 色右边碰到蓝色时，应将蓝色换成白色。修正规则如表2 3 ： 表2 - 3 第一次贾卡颜色修正规则 另外，当奇数纵行的颜色右边碰到偶数纵行的颜色时，也有8 种不合理的状态，修 正规则为表2 4 ： 表2 - 4 第二次贾卡颜色修正规则 江南大学硕士学位论文 第三章成圈型贾卡经编针织物的二维仿真 3 1 二维仿真的总体设计思路 成圈型贾卡经编针织物的二维仿真就是计算机根据用户的输入数据自动生成输出 数据的过程。 输入数据包括：花型意匠图、穿经信息、纱线种类、仿真参数。 输出数据为：具有较好真实感的仿真图像。 仿真程序的开发工具：微软公司开发的v i s u a lc + + n e t2 0 0 3 。 主要工作：设计仿真系统的数据结构，建立成圈型贾卡经编针织物的线圈模型，选 取合适的纱线模型，实现纱线的明暗效应，模拟贾卡经编针织物绒毛效应。 3 2 数据结构的设计 3 2 1 线圈的基本形态 贾卡经编针织物是以线圈为个体的织物，线圈之间的嵌套使织物的横列之间相互连 接，不同纵行线圈延展线的存在使得织物的纵行相互连接。n 3 1 这样，便连接成了完整的 织物。为了实现对织物的仿真，首选必须研究经编线圈的形态，建立可以满足仿真需要 的线圈模型。在成圈型贾卡经编针织物中，贾卡梳形成的线圈为成圈型线圈，地梳形成 的线圈为成圈型线圈或衬纬型线圈。 对经编针织物线圈结构的研究已断续进行了几十年，由于经编线圈的形成方法不同 于纬编，使得该类织物的线圈结构研究不可以套用纬编的诸多模型。就经编线圈结构的 几何模型研究的方法来说，大体有两种：一种是将经编针织物线圈假定为一定的几何模 型，然后根据这一模型作出线圈参数间的几何分析，从而找出线圈参数间的数量关系， 或再用实验数据进行修正。另一种方法则是按照经验估计线圈参数的影响因素，再由实 验来求出线圈参数间的统计经验关系。目前国内外常见的几种线圈结构模型为 g l a l l i s o n ( g l 安立逊) 的简化模型、p g r o s s b e r g fp 格罗斯勃) 第一模型、 p g r o s s b e r g ( p 格罗斯勃) 第二模型以及卓乃坚的衬纬线圈模型。n 钔 关于线圈结构的几何模型与真实构型之间的关系，前人在进行这项研究之初就谈 到，几何模型不是线圈的真实反映，它只是代表了简化了的假设。至于数学推导结论与 实际观察结果是否一致，这是物理问题，而不是几何问题。这些几何模型所提供的不是 数学假设，而是物理假设。它所描绘的不是真实的和精确的，而是有效的、有用的，后 来有关这方面的研究也一贯体现着这种思想。尽管针织物的线圈几何结构并不是实际情 况的完全真实反映，但它确能有效地为针织物的结构研究提供理论基础和背景知识，当 第三章成圈型贾卡经编针织物的二维仿真 然，对于成圈型贾卡经编针织物的计算机仿真研究也不例外。 1 4 】 针织就是利用织针把纱线弯成线圈，然后将线圈相互串套而成为针织物的一门工艺 技术。线圈为组成针织物的基本结构单元。在纬编针织物中，线圈呈三度弯曲的空间曲 线，有圈干和沉降弧组成，在经编针织物中，线圈由圈干和延展线组成。一般情况下， 为了研究的方便，我们将圈干分为圈柱和圈弧两个部分，如图3 - 1 ( 1 ) 所示。此外，经编 针织物中还有一些其他的线圈类型，如衬纬型、压纱型以及缺压型等不同形式的线圈结 构，它们的组成部分各有不同，如图3 1 ( 2 ) 所示的衬纬型线圈结构则主要是由图中的a 、 b 两部分所构成。因为本课题是以成圈型贾卡经编针织物为研究对象，所以成圈型线圈 结构为课题所涉及的主要线圈结构形式，暂时不考虑其他线圈类型的模型建立。n 旬 延展线 ( 1 ) 成圈型 圈弧 圈柱 a 图3 1 经编线圈结构图 ( 2 ) 衬纬型 根据上下横列延展线之间的关系，成圈型线圈结构还可分为开口线圈和闭口线圈。 针前与针背作同向垫纱或有针前垫纱但针背横移为零时形成的线圈为开口线圈，针箭与 针背作反向垫纱形成的线圈称为闭1 2 1 线圈。开1 2 1 线圈和闭口线圈结构如图3 - 2 所示。n 3 1 ( 1 ) 开口线圈 图3 - 2 开口与闭口线圈 3 2 2 成圈型贾卡经编针织物线圈的数据结构 ( 2 ) 闭口线圈 在贾卡经编针织物仿真中，线圈应该在保证一定真实性的基础上尽量简化，其目的 是便于设计者的理解和减少计算机的计算量。在参考g l a l l i s o n 简化模型、p g r o s s b e r g 第一模型和p g r o s s b e r g 第二模型三种模型的基础上，结合前人的经验n 6 儿1 7 1 ，我们对仿 真系统中的成圈型线圈模型作如下描述：成圈型线圈结构主要由圈柱、圈弧及延展线三 江南大学硕士学位论文 个部分组成。为了研究的方便性，在建立成圈型线圈结构几何模型时，我们作了如下的 假设： 贾卡经编针织物线圈中的两圈柱呈左右对称形态，线圈圈弧部分为半圆形，其半 径为圈柱高度的一半，线圈根部两圈柱端点的距离与圈弧半径相当； 受线圈中纱线的张力影响，延展线总是被拉直，呈直线段状，与圈柱根部相连； 闭口线圈与开口线圈除延展线不同外，其余部分各特征完全相同； 线圈中的纱线粗细均匀一致。 基于上述假设，我们建立了图3 - 3 所示的成圈型线圈结构几何模型。 一个纵向单 右起左起 图3 - 3 成圈型线圈的几何模型 这里需要指出的是，此处的一个纵向与一个横向单位大小不总是相同，纵向一个单 位像素数和横向一个单位像素数的比例由织物的成品横密和成品纵密决定。仿真系统的 用户坐标系也是根据成品横密和成品纵密建立的。 3 2 3 经编针织物仿真c a d 的数据结构设计 在设计经编针织物的过程中，花型 组织的设计是关键的一步，它包括梳栉 数目、色纱应用、纱线排列、对纱位置、 垫纱图、垫纱记录等。图3 4 是一个在 经编c a d 软件中设计的花型。图中， 上半部分为垫纱运动图，下半部分为穿 经图。该花型有两把梳栉，g b l 的穿 经为( 2 a ，2 宰) ，垫纱数码为 3 - 4 3 2 1 一o 1 2 1 0 1 2 3 4 3 2 ，g b 2 的穿经为满穿b ，垫纱数码为 illiliiilliiiiii 馓 iiiliiii6 b i 图3 - 4 垫纱运动和穿经图 1 - 0 1 2 3 4 3 2 3 4 3 2 1 0 1 2 。为了使经编c a d 系统能够存储和处理上述花型 信息，需要建立合适的数据结构。本文将结合经编针织物的数学模型对经编针织物c a d 系统的数据结构进行讨论。 1 经编针织物c a d 软件数据的存储结构 为了实现对经编针织物c a d 设计数据的存储，需要建立一个专门的数据存储结构来 1 4 第三章成罔型贾卡经编针织物的二维仿真 完成。好的存储结构应该能够完整并且唯一地记录所有数据、尽量减少多余数据，并具 有修改数据方便的特点。m 1 9 巾町 图形软件开发中，通常采用两种存储结构，即单表结构和三表结构。乜单表结构只 包含一个用户数据表，三表结构除含有用户数据表，还有显示数据表和用户显示数据 对照表。单表结构下，仅需要在用户数据表中就能实现对c a d 图形的增加、删除、修改 操作。三表结构下，要在用户数据表、显示数据表、用户显示数据对照表中才能实现 这些操作。三表结构花费的存储空间大，管理工作量也大，但在苹果机等计算机上使用 某些程序时，通常需要使用三表结构完成图形的显示和存储。 经编c a d 系统一般在i b m 标准p c 机上开发使用，屏幕上显示的图形数据与存储 的用户数据之间存在着一一对应的关系，它们之间可以经过变换和逆变换相互转化，因 此我们选择单表结构存储数据。添加梳栉时，一把梳栉的数据将增加到用户数据表的表 尾，其数据内容根据机器型号、梳栉号等参数设置为默认值。经过比例计算和坐标变化， 增加的梳栉以垫纱运动图的形式显示在屏幕上。删除梳栉