（机械设计及理论专业论文）编织物三维模拟显示的研究与实现.pdf

浙江大学硕士掌位论文摘要 摘要 编织物c a d 系统是最近2 0 多年来迅速发展起来的一门综合性计算机应用技 术。它以计算机为主要手段完成和运用各种数字信息和图像信息，以进行编织物 产品设计。编织物c a d 系统中最重要就是编织物模拟技术。本文在分析现有编织 物c a d 系统的优点和不足基础上，提出了一种新颖的编织物三维模拟方法。 实际机器编织时，根据针法编织得到花纹。因此在模拟编织物时，首先要得 到所要模拟编织物纹理的针法。论文第二章提出了针法提取算法：从编织物结构 中抽象出三种基本结构，然后分析编织物纹理图片，根据编织机器属性特点，得 到对应这三种结构的针法数据。 在三维空间中模拟编织物，必须要建立编织物三维模型。在论文第三章中， 讲述了建立基于空间基圆以及基圆间空间切线的三种基本结构的三维模型，并根 据针法数据排列基本结构，生成纱线表面面片，显示面片得到编织物模拟结果。 其中基圆空间切线求取是一个难点。 当编织物受到外力拉扯后会发生变形，纹理也会发生改变，不同材质变形效 果不同。模拟这种变形效果对设计师决定使用哪种材料有很大帮助。本文第四章 介绍了编织物变形算法。针对不同编织物基本结构生成不同拓扑网格，运用弹簧 一质点模型得到变形后编织物模拟效果。 基于上述研究，本文第五章介绍了编织物三维模拟系统框架，同时给出了部 分应用实例。 最后在第六章总结了本文工作，并对项目课题研究的发展前景从技术上和应 用上作了展望。 关键词编织物c a d 系统针法三维模拟弹簧一质点模型 浙江大学硕士掌位论文a b s t r a c t a b s t r a c t f a b r i cc a ds y s t e mh a v eb e e nd e v e l o p e df o rm o r et h a nt w e n t yy e a r s s i n c el a t e19 7 0 sa sa na l l a r o u n du s e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y i tu s e dt h e c o m p u t e rt od e a lw i t hd i g i t a li n f o r m a t i o na n dg r a p h i ci n f o r m a t i o nw h e nd e s i g n t h ef a b r i c t h em o s ti m p o r t a n tc o m p o s i t i o no ff a b r i cc a ds y s t e mi st h e t e c h n o l o g yo ff a b r i cs i m u l a t i o n b a s e do nt h ea n a l y s i so ff a b r i cc a ds t a t u s q u oa n dt h ep r o b l e m sr e m a i n e d ，an e ww a yt os i m u l a t ef a b r i ci sp u tf o r w a r di n t h i st h e s i s 。 t h em a c h i n ew a v e st h ef a b r i ca c c o r dt h es t i t c h s os h o u l dg e tt h es t i t c ho f t e x t i l eo ff a b r i cb e f o r es i m u l a t i o n i nc h a p t e r2 a na l g o r i t h ma b o u th o wt og e t t h es t i t c hi sp r e s e n t e d a b s t r a c tt h r e eb a s es t r u c t u r e sf r o mt h ef a b r i cs t r u c t u r e t h e na n a l y s i st h ep i c t u r eo ft h et e x t i l e ，a c c o r d e rt h ep r o p e r t i e so ft h ew a v e m a c h i n e ，g e tt h ed a t ao f s t i t c ha b o u th o wt h et h r e eb a s es t r u c t u r e s a r r a n g e m e n t b u i l dt h e3 dm o d e lo ff a b r i ci sn e e d e dw h e ns i m u l a t ef a b r i ci n3 ds p a c e i nc h a p t e r3 a na l g o r i t h ma b o u th o wt ob u i l dt h e3 dm o d e lb a s eo ns o m eb a s e c i r c l e sa n dt a n g e n to ft h e m t h e na r r a n g et h eb a s es t r u c t u r ea c c o r d e rt h e s t i t c h ，g e n e r a t et h em e s ho ft h ey a r ns u r f a c e ，s h o wt h em e s ht h e ng e tt h e r e s u l to fs i m u l a t i o n d i f f e r e n tm a t e r i a l so ft h ey a r nw i l l g e t t h ed i f f e r e n tr e s u l t so ft h e t r a n s m u t a t i o nw h e ns o m eo u t s i d ef o r c ed r a wl h ef a b r i c t os i m u l a t et h er e s u l t o ft h et r a n s m u t a t i o na c c o r d e rt h em a t e r i a lp r o p e r t i e sw i l lh e l pd e s i g n e rt o d e c i d ew i t c hm a t e r i a lc a n u s ei nf a b r i c i nc h a p t e r4 ，aw a yt os h o wt h er e s u l t o ft r a n s m u t a t i o ni sp r e s e n t e d g e n e r a t et h ed i f f e r e n tt o p o l o g ym e s ho ft h e f a b r i ca c c o r d e rd i f f e r e n tb a s es t r u c t u r e t h e nu s et h em a s s 一一s p r i n gm o d e lt o c a l c u l a t et h er e s u l to ft h et r a n s m u t a t i o n t h ep a r a m e t e r so ft h em a s s 一一s p r i n g m o d e la r ea c c o r d e rt h ep r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l 1 1 浙江大学硕士掌位论文 a b s t r a c t b a s e do nt h er e s e a r c hw o r ka b o v ea l l ，af a b r i cs i m u l a t i o ns y s t e mi s i n t r o d u c e di nc h a p t e r5 ，i n c l u d i n gi t sb u i l d u p ，s t r u c t u r ea n dm a i nf u n c t i o n s ， a l s ow i t hs o m ee x a m p l e s f i n a l l y , t h ed e v e l o p m e n to ff a b r i cs i m u l a t es y s t e mi ss u m m a r i z e da n dt h e f u t u r ew o r ki sp u tf o r w a r d k e y w o r d $ f a b r i c c a d s y s t e m s t i t c h3 ds i m u l a t e m a s s - - - s p r i n gm o d e l i 独创性声明 y7 7 6 2 9 7 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。据 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己经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得逝堑盍堂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。 她谈点，f 蟊锰：黼坪签留司鲫：p 呼，只自 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝堑盔堂有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权浙江大学可以 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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书1 学位论文作者签名赫蹲 签字日期：a 吖年弓月7 日 f 导师签名：f 里 签字目期：弘砧广年j 月c 日 学位论文作者毕业后去向； 工作单位：上海盛大网络发展有限公司电话： 通讯地址：上海浦东张江碧波路6 9 0 号l 号楼 邮编：2 0 1 2 0 3 聃 浙江大掌硕士掌位论文绪论 第1 章绪论 1 1 引言 随着计算机技术发展，计算机在纺织行业应用日益普及，特别是计算机在 织物设计与生产中的应用，从根本上改变了纺织品设计与生产的落后局面，为纺 织行业带来了巨大经济效益和社会效益。而编织物计算机辅助设计( 即编织物c a d ) 技术，长期以来一直是计算机在纺织领域应用研究中的一个热门课题。它为产品 设计人员提供了先进的设计手段，突破了传统设计方式，用显示器屏幕和鼠标等 代替了纸和笔，设计者可以在屏幕上很方便地设计和修改织物的组织，使设计者 从繁重的手工设计中解放出来，可以有更多精力用于新产品的构思和开发之中。 因此，不论国内还是国外，不论是纺织行业还是非纺织行业，都在从不同角度， 或不同层次对这一问题进行研究。 1 2 编织物c a d 技术简介 1 2 1 编织物c a d 技术发展历程卜” 1 技术准备期 2 0 世纪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 开发应用期 2 0 世纪6 0 年代，美国麻省理工学院开发s k e t c h p a c l 交互图形处理系统同 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带i j c a d 和c a m 实用技术，并且推出了许 多商品化c a d 设备和c a d i 作站。 3 实用化期 2 0 世纪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 工作站数 浙江大学硕士学位论文甜 论 量也急剧增加。在此期间，出现了多种形式的图形输入输出设备。c a d c a m 与c a t 开始接合，从而形成了计算机辅助工程( c a e ) 。例如：在这一时期出现了美国v il e 公司研制的编织物c a d 系统。其基本功能为：图形输入、简单画图操作、能够把 图案和组织保存到软盘里以重用，而不是画在纸上，另外在电脑里就可以很方便 的检查纹板对错。 4 普通应用期 2 0 世纪8 0 年代初，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。如：在这时出现了德国的e a t 编织物c a d 系统，但这时其主要应用在u n i x 、l i n u x 操作系统中( 直到2 0 世纪如年 代后期e a t 才开发出在w i n d o w s 操作系统下的编织物c a d 系统) 。 5 标准化、集成化、智能化的发展期 2 0 世纪8 0 年代中后期，由于图形接口，图形功能日趋标准化，为c a d 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 计程度。这段时间里出现了一系列编织物c a d 系统，如：比利时的s o p h i s 、日本 j u n 公司的4 卜b o x 、英国的力克、德国的a t e l i e r 、香港宏图的编织物c a d 系统以 及台湾的皓上等。 1 2 2 编织物c a d 实现功能的主要特点 由于编织物c a d 技术的出现，把设计者从机械性重复劳动中解脱出来，使他 们能够集中自己的创造力实现自己的产品设计，从而带来了产品质量提高。编织 物c a d 是c a d 技术在提花织物的应用，它利用计算机强有力的计算功能和高效率的 图形处理能力，改造传统织物工艺，实现织物工艺自动化。编织物c a d 系统的硬 件组成为：外存储器、计算机、图形输入设备、图形输出设备、图形显示器、键 盘、鼠标等。 编织物c a d 系统主要由3 个相对独立的予系统组成：图像输入子系统、图形 编辑和处理子系统、纹板信息输出子系统。 2 浙江大掌硕士掌位论文绪论 图像输入子系统采用电子分色扫描机或c c d 图像扫描仪作为图形输入设备， 其功能为图像扫描、分色、颜色识别，把图像转换为数字化信息输入计算机，并 建立用色代码矩阵表示的纹样数据文件。 图形编辑和处理子系统是由高性能图形控制卡、高分辨率显示器、数字化仅 以及鼠标等构成的交互式绘图系统，实现纹样显示与修改，并进行处理。 纹板信息输出予系统是用计算机控制冲孔机自动轧纹板或直接转换成相应 电子提花龙头所需的信息格式控制经纱运动。 综上所述，编织物c a d 技术研究主要是围绕着以下几个方面进行： 1 ) 人机交互技术，包括人机交互界面和一系列模拟画板工具的功能。如笔、 刷、喷枪、橡皮、文字、线条、调色、剪裁、粘贴、复制、修改等。 2 ) 几何学或知识工程方法模拟特定风格的图案。如铅笔、水粉、油画、粉蜡 等绘制效果，泥地、撇丝、底纹等工艺效果，以及采用几何算法产生树、草、烟、 云、山脉等。 3 ) 与工艺相关的各项处理功能，如意匠处理、样卡编辑、组织编辑，纹板制 作等。 1 2 3 国内外编织物c a d 研究现状 当前，编织结构复合材料已广泛地应用于世界高科技领域，例如，娱乐设施、 工业设施、医疗器械、汽车、国防、航空航天等领域。与纺织品和生产有关的技 术有编织物设计c a d 、编织物c a d 、印花c a d ，绣花c a d 、服装c a d ，测配色c a d 、针织 c a d 等。编织物设计c a d 主要作用是根据纱线排列自动生成织物模拟图案，以代替 产品试织打小样工作，计算机彩屏上的图案可以随意修改、调色和配套，也可与 国际流行色色卡配套进行选色使用。 编织物c a d 系统在国内己经有十几年研究历史，近年来市场出现了性能价格 比为企业接受的硬件，c a d 系统进入推广实用阶段，这使得编织物c a d 系统软件开 始进入与国际接轨的新里程。国内比较成熟的c a d 系统有：浙江丝绸工学院的织物 c a d 系统，其特色是具有主要花色纱线即组织设计功能；纺织工业部科学研究院 浙江大学硕士学位论文绪论 的系统，除了具有纱线设计、组织设计及织物模拟外，还增加了与工艺相关的许 多计算功能；天津纺织研究所的c a d 系统，除组织设计及较强的颜色配置外，花 式纱线的设计功能较强；上海毛麻纺织科研所与上海十一毛联合开发的c a d 系统， 可模拟织物效应、花色效应、起毛效应、加捻效果等，功能较强；视博数码科技 公司的f c a d 2 0 0 0 系统，等等”。 国内编织物c a d 系统普遍存在一个问题是在花式纱线设计功能方面欠缺和模 拟真实感有待进一步完善，另外一个方面就是面料外观仿真与国外系统存在较大 差距。 国外织物c a d 技术发展较早，目前关于这方面的编织物c a d 系统也非常多见。 t h ec o m p u t e ri n t e g r a t e dt e x t i l ed e s i g na s s o c i a t i o n ( c z t d a ) 是国外一个专 门负责纺织工业中计算机集成设计( c i d ) 和计算机集成制造( c i m ) 系统使用、管理 和开发的主要协会，该协会收录一些大型纺织c a d 方面的软件系统在织物设计和 印染方面有：法国的s a g a 系统、英格兰的s c o t w e a v e 系统、德国的g a e s l e r 和v o t e r 系统，以及d e s i g n e rs o f t w a r e 系统、a v ll o o m s ( a v l _ c o l o r a d ot e x t i l ed e s i g n s o f t w a r e ) 系统、m o n a r c h 系统、i n f o m a x 系统。j a c g c a dm a s t e r 系统、a p s o c a d v a n t a g ed e s i g n 系统、i n f o r d e s i g n 系统等。除了这些纺织c a d 软件包外，在 c a de x p o 展览会上以及在i n t e r n e t 网络上展示较成熟的纺织服装c a d 系统有：法 国力克( l e c t r a ) 系统、美国格博( g e r b e r ) 公司的系统、加拿大的派特( p a d ) 系统、 德国的艾斯特( a s s y s t ：a u t o m a t e ds o f t w a r ea n d s y s t e m s ) 、西班牙的英维斯 ( i n v e s t r o n i c a ) 、日本s h i m as e i k i 公司的c a d 系统、德国e a t 公司的系统、荷兰 n e d g r a p h i c s 系统、日本4 d b o x 系统、美国c d i ( c o m p u t e rd e s i g ni n c ) 的系统等 等”1 “。 综合国外编织物c a d 系统，其提供的软件功能各具特色，但是基本都具有纱 线设计与仿真、织物设计与仿真、配色与印花设计。对于纱线仿真，系统基本上 都可以模拟花式或混色纱线效果，大部分可让用户为新种类纱线扩大纱线库。各 个系统具有不同程度的织物仿真能力，有些系统对曲线织物的表示如蜂窝形或提 花凸纹双层织物仿真存在困难；有些系统可展示织物截面示意图，并可以直接修 改，这种修改直接影响纱线及纹板图，这对于多层织物的设计很有用；有个别软 4 浙江大学硕士掌位论文绪论 件还提供多层织物三维设计功能。 通过对国内外纺织c a d 软件系统分析，目前软件开发功能集中于下列几个方 面 织物设计与仿真( 提花织物与多臂织物、针织物) 模拟织物立体效果或织物映射，如s o p h i s 公司推出具有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，如i n f o d e s i g n 可在i n t e r n e t 上对图形数据库的数据进行传递。 c a d 对纺织品外观和图案效果模拟是c a d 系统中重要部分。目前编织物辅助设 计中纱线总体上是僵直条状、不富真实感，从而使模拟出来的织物立体感不强。 现行编织物c a d 系统，很少有三维模拟功能。近年来，国内外有少数学者开 始了简单组织、重组织等织物的计算机三维模拟工作，取得了一定进展。对编织 物三维计算机设计和仿真也已起步。对编织物结构分析和基于这一分析的编织物 三维几何模型建立及计算机仿真这一领域，并没有作多少较为深入的研究。 1 2 4 编织物模拟算法现状 编织物模拟算法是随着编织物c a d 系统发展而发展起来的。当前，纹理真实 表现和渲染对于很多工业和研究领域，比如时装设计，渲染设计和人体动画方面 是很重要的。编织物纹理是由许多纱线按照一定规律排列组成。目前有很多种方 法组合纱线，每一种都决定了不同的纹理结构。 d e b r e e n “”研究出一种基于人体技术的织物垂感预测，交互点定义了小尺 寸的交互作用，正确的宏观动作由计算这些交互集合而产生。 t y a s u d a “”等提出了一种渲染布料奇特光泽的光线模型，考虑到纤维交叉和 相互挤压、弯曲等织物微观特征，他们提出了一种由镜面反射、内部反射和散射 浙江大掌硕士掌位论文绪论 组成的各项异性光线模型。 e g r o l l e r “7 3 等人提出了一种新颖的造型和渲染毛织物方法，在编织式样拓 扑说明完成后，把它细分为一些基本元素，用基本元素表示纱线微观结构。这种 方法把编织物基本元素分为两种环路：r l o o p 和l l o o p 。如图卜1 所示，通 过这两种环路拼接，形成编织物。 图1 1 两种环路：r - l o o p 和l - l o o p 尽管有许多不同纹理类型，但是绝大部分计算机图形学方面的研究文章都只 是处理编织原料或者在模型和织物原料的宏观结构渲染上做一些研究。 1 3 本文研究目标和研究内容 1 3 1 研究目标 编织物模拟算法是编织物c a d 系统的关键部分，这直接关系到编织物c a d 系统 的效果。本课题提出了一种新颖的编织物三维模拟方法，可以得到具有真实感模 拟效果。仅仅根据一张需要模拟的编织物图片，就可以得到它的三维模拟结果， 从而使得产品在编织之前就能对其结构进行模拟。 而且可以根据编织机器不同，确定不同的外部参数，从而得到符合某种编 织机器特性的模拟效果。 为了表现编织物物理特性，本课题还增加了编织物受外力拉扯后变形模拟， 可以使设计师根据不同的纱线特性进行模拟，得到最佳效果，选出合适的纱线材 质，极大得节约了设计师设计编织物的时间。 6 浙江大学硕士掌位论文绪论 1 3 2 研究思路 目前，编织物主要有两种，一种是编织型编织物，具有经纬线，通过经纬纱 线互相交错进行编织 另外一种叫做针织型编织物，只有一根横向纬线，在编织机器中运用大量钩 针，通过上下纱线互相钩住进行编织，如图所示： 圈1 - 2 编织型编织物 本课题提出的算法是模拟后面一种编织物。 首先分析编织物基本结构，发现纱线基本由类似于“几”字型结构组成，如 图卜3 所示：从中抽象出三个基本结构，分别为：k n i t 、t u c k 和w e l t 。其中k n i t 、 t u c k 是类似于“几”字型结构，w e l t 表示纱线在这一针是跳针。然后根据编织机 器不同属性，分析需要模拟的编织图案图片，根据上面像素点不同颜色，得到对 应编织针法数据。这一方面将在第二章详细介绍 图卜3 “几”字形结构 接着运用同心圆构建k n i t 、t u c k 和w e l t 这三种结构模型。k n i t 由四个同心圆 组成，t u c k 两个同心圜组成，w e l t 也由两个同心圆组成。求取不同同心圆之间 的切线，由圆弧和切线组成纱线两条边界线，从中得到反映纱线路径的控制点； 7 浙江大学硕士学位论文绪论 然后生成n u r b s 曲线，得到平滑纱线边界线和中心线；最后构建纱线表面网格， 显示表面网格，得到逼真的纱线和编织物。这一方面将在第三章详细介绍。 然后是模拟编织物受拉扯变形情况。在模拟编织物拉扯变形时，运用弹簧 一质点模型，将纱线与纱线的缠绕点看作一个质点，将缠绕点之间的纱线看作弹 簧，运用力学公式，结合外部物理实验测得的纱线物理参数，分析出受力后质点 位移情况，然后重新生成纱线，得到受力拉扯后编织物的模拟。这一方面将在第 五章详细介绍。 1 4 小结 本章从编织物c a d 的作用和重要性出发，介绍了编织物c a d 系统的发展过 程；然后分析了编织物c a d 的主要功能特点；接着介绍了国内外编织物c a d 的发 展现状，并分析了国内外编织物c a d 的特点，提出了存在的不足；然后介绍了现 今编织物模拟的一些算法；最后提出了一种编织物模拟的新算法，并分析了新算 法的技术思路。 浙江大学硕士掌位论文编织物针法数据的提取 2 1 引言 第2 章编织物针法数据提取 通过对编织物结构的分析和抽象，将其分为三种基本结构：k n i t 、t u c k 和 w e l t 。编织物是由这三种基本结构根据一定顺序排列拼接而成。不同顺序决定不 同编织纹理。所以本章研究的是如何由某个纹理图片得到这三种基本结构的排列 顺序，即编织物针法数据。 2 2 针法结构种类设定 2 2 1 针法结构的作用 针法结构分为k n i t 、t u c k 和w e l t 这三种，其中k n i t 是使用最多的针法结 构，它类似于“几”字型结构；t u c k 结构也类似于“几”字型，但是它没有“几” 字型下面两个弯。而w e l t 结构就相对比较简单了，它相当于一根直纱线，连接 左右结构，它表示编织物在这个位置是一个跳针。把这三种结构用字母表示：k 表示k n i t 结构、t 表示t u c k 结构、w 表示w e l t 结构。 2 2 2 单面编织物 编织物可以分为单面编织物和双面编织物。顾名思义，单面编织物的纹理只 注重一面，因此在编织过程中，它只有一层编织结构。在单面编织物中，三种基 本结构和双面编织物中略有不同，如图2 - i 所示。 9 浙江大学硕士掌位论文编织物针法数据的提取 图2 1 单面编织物的三种基本结构 从图2 1 中可以看出，k n i t 结构最为常见，绝大多数结构都是k n i t 结构。 一个k n i t 结构同时钩住上下两条纱线的两个结构。 t u c k 结构是和位于它下面一条纱线上的k n i t 结构一起钩住位于它上面一条 纱线上的一个k n i t 结构。并且这个下面纱线上的k n i t 结构要比一般k n i t 结构 要长一倍。 w e l t 结构没有钩住任何纱线，表示这一针是跳针，w e l t 结构的下面一条纱 线中，k n i t 结构直接钩住了w e l t 上面的一条纱线，并且这个k n i t 结构要比一 般k n i t 结构要长一倍。 2 2 。3 双面编织物 双面编织物有正反两层，而且正反两层都有纹理。因此双面编织物有正反两 层基本结构组成，它的基本结构和单面编织物有所不同： 双面编织物的k n i t 结构和单面编织物一样，一个完整的k n i t 是在编织物同 一层上，如图2 2 所示，从图中可以看到，同一根纱线的结构会在编织物正反面 交错，这是由编织物针法所确定的。 1 0 浙江大学硕士学位论文编织物针法数据的提取 图2 - 2 双面编织物的三种基本结构 双面编织物的t u c k 结构和单面编织物有较大不同。从图2 2 中可以看到， 双面编织物中t u c k 结构连接编织物正反两面。图2 2 中t u c k 结构从编织物反面 出发，钩住正面一个k n i t 结构。 双面编织物中w e l t 结构和单面编织物中一样，都表示这一针是跳针。 因为织物是双面的，所以表现针法的字母必须能够体现出所代表结构是在正 面还是在反面。规定大写字母表示正面，小写字母表示反面，即：k ( k n i t ) 、t ( t u c k ) 、w ( w e l t ) 表示是正面结构，k ( k n i t ) 、t ( t u c k ) 、w ( w e l t ) 表示反 面结构。 2 3 针法提取原理 针法提取是根据一张编织物纹理图片得到模拟这张图片的针法数据。针法数 据不仅跟纹理图片相关，而且跟编织机器属性也有关系，不同机器属性会得到不 同针法数据。图2 - 3 是针法提取算法流程图： 浙江大学硕士学位论文确5 织物幸4 - 法数据的提取 图2 - 3 针法提取算法流程图 2 3 1 针法结构数据提取 要模拟编织物纹理图片中的编织物，首先要分析织物纹理图片，得到针法数 据。假定一张编织物纹理图片上有6 种颜色，那么对应系统中也有6 种不同颜色 的纱线，其中颜色种类跟机器属性有关。一般编织机器一组纱线有6 根或者1 2 根，那么最多这一组纱线中每根纱线颜色都不一样，就是说最多有6 种或者1 2 种颜色，当然，如果小于6 种或小于1 2 种颜色也可以。 在分析一张编织物纹理图片时，设定图片上一排像素点对应6 根不同颜色纱 线。对每一个像素点，读取它颜色的r g b 值，如果某一个像素点是红色，那么在 软件模拟中，编织物对应位置上，由红色纱线生成一个k 结构，并设置到编织物 浙江大掌硕士学位论文编织物针法数据的提取 表面，而其他颜色纱线就生成一个w 结构，相当于被红色k 结构覆盖。 比如图2 - 4 所示一排颜色： 一一一 图2 - 4 一排颜色 分析为了织出这么一排颜色，纱线应该是怎么走针。从图2 - 4 中可以看到， 总共有三种颜色：红、绿、蓝。图2 - 5 是红、绿、蓝这三种纱线的走针图。其中， 图上方的数字是机器钩针的编号，针对每个钩针，必须要有一个针法数据。黑色 竖线代表钩针，中间三种颜色的折线代表纱线。如果纱线和钩针相连了，那就表 示表示纱线在这一针是k n i t 结构。不然，就表示是w e l t 结构。 一三删栅：棚j 且j j 必j j j j j l i 图2 - 5 ( a ) 红色纱线的走针示图囝2 - 5 ( b ) 蓝色纱线的走针示图 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 12 3 4 5 6 7 反一 正面翻寨鞭纛一一一一一一 圉2 - 5 ( c ) 绿色纱线的走针示图 根据上面纱线走针图，分析图2 4 中第一个颜色块：红色。红色纱线是与正 面第一针相连，如图2 5 ( a ) 所示，而蓝色和绿色纱线都不与正面第一针相连， 如图2 5 ( b ) ( c ) 所示。这样，红色纱线第一针针法是k ，蓝色和绿色纱线第一针 针法是w 。对于图中第三个颜色：蓝色。蓝色纱线与正面第三针相连，如图2 5 ( b ) 所示，而红色和绿色纱线都不与正面第一针相连，如图2 - 5 ( a ) ( c ) ，所以蓝色纱 线第三针针法是k ，红色和绿色纱线第三针针法是w 。 浙江大掌硕士掌位幸色0 编织物针法数据的提取 2 3 2 针法长度和正反面针法 在针法数据中，不仅要有针法类型数据，还必须要有针法长度数据。在编织 时，各种颜色的纱线按照顺序摆放。如图2 6 ( a ) 所示，是两组由6 种颜色纱线 组成的纱线组，当红色纱线上是一个k 结构时，其他5 种颜色纱线就是w 结构， 所以这个k 结构必须要跨过6 个单位的纱线间距，如图2 - 6 ( b ) 所示。这个6 就是 针法结构长度。 ( c ) 图2 - 6 针法长度示图 ( b ) 但在很多时候，红色k 结构下面并不一定还是红色k 结构，这时候就要根据 它实际跨过的纱线数目得出结构长度。如2 6 ( c ) 所示，这时红色k 结构的长度 就变为8 了。 如图2 7 这样一张图片，它正反面颜色分布如下所示，其中正面图案中颜色 变化没有规则，而反面图案为了简便起见，做了简单统一处理。 浙江大掌硕士学位论文编织物针法数据的提取 正面 o l 一2 3 4 5 6 7 8 一一一一一 一一一 一一一一一一 一 反面 0 一1 2 3 4 5 6 _ 7 。8 一 一一一一 一一一 一一 图2 7 编织物纹理图案 为了更加形象说明原理，下面给出了上述图案的编织物针法模拟图： 3 2 l o 正面反面 v v ￥v v vv v 筻蔓聱聱y v y ￥ v y v y v v vv v v v v v v vv v 图9 - 8 编织物针法模拟图 根据上述针法原理，对正面图案进行分析，可以得到它的针法数据是 第o 排颜色方块：第l 排颜色方块： 红色纱线：kk wwwwwkw kkwkwwwkw 蓝色纱线：wwkwwkwww wwkwkwkww 绿色像素；ww 耳kkwkwk 耳kkw1 j kkkk 第2 排颜色方块： 第3 排颜色方块： 红色纱线：kkwkwwwkw kkwkwwwkw 蓝色纱线：wwkwwk1 】l rww wwkwk _ i kww 绿色像素：ww wkkwkwk wkkwwkkkk 接下来计算它们的长度，算法如下： 1 从第一列数据开始搜索 2 遇到第一个k 结构，记下它的位置a l 3 继续往下搜索，遇到第二个k 结构，记下它的位置a 2 1 5 浙江大学硕士学位论文编织物针法数据的提取 4 a 卜a 2 就是第一个k 结构的长度 5 如此熏复计算每两个相邻k 结构之间距离，当作前一个k 结构的长 度 6 w 结构的长度统一设置为1 7 ，每列数据都如此处理，得到所有针法长度。 对于反面图案，也进行同样处理。但是同一根纱线有正面结构也有反面结 构，因此正面针法数据和反面针法数据必须交错排列才能真正反映出编织图案纹 理。 结合针法长度和反面针法数据，图中完整针法数据如下所示： 第o 排：红色纱线：3 kl k3 kl kl w1 k 1 w1 k 1 w 1 k1 w l k1 w1 k 3 k 1 k1 wl k 蓝色纱线：1 w1 k1 wl k3 kl kl w1 k1 w 1 k4 k1 kl wl k1 w1 k 1 w 1 k 绿色像素：1 1 v1 k 1 w 1 k 1 w 1 k 1 k 1 k2 kl k l w 1 k2 k1 k 1 w 1 k 3 k 1 k 第1 排：红色纱线：3 k1 k2 k1 k 1 w 1 k3 k1 k 1 wl k1 wl kl w l k2 kl kl w1 k 蓝色纱线：1 wl k l w l k l k l k 1 w l k4 k1 k 1 w 1 k l k l k 1 w 1 k l w l k 绿色像素：1 w1 k l k 1 k3 kl k 1 w 1 kl wl k2 k1 k3 k1 k 1 k i k3 k1 k 第2 排：红色纱线；3 k1 k3 kl k 1 w 1 k2 k 1 k l w 1 k 1 w 1 k1 w1 k3 kl k1 wl k 盔色钞线：1 w1 kl w1 k3 k1 k l w1 k l wl k4 k1 k1 w l k 1 w1 k 1 wl k 绿t 像素；l 坩l k1 w1 kl wl k l k l k2 kl kl wl k2 kl k1 w1 k3 k1 k 第3 排：红色纱线：3 kl k2 kl k 1 w 1 k3 k l k l w 1 k 1 w 1 k1 w1 k2 kl k 1 w 1 k 蓝色纱线：1 w1 k l w 1 k1 k1 kl _ i 】1 k2 k1 k l w 1 k 1 k 1 k 1 w 1 k1 w1 k 绿色像素：1 wl k 1 k 1 k 1 k l k l w 1 k l w 1 k l k l k 1 k 1 k 1 k 1 kk1 k 2 4 根据机器特征的针法数据提取。 编织物针法提取不仅取决与编织图案纹理，还和编织机器特性有关，不同编 1 6 浙江大学硕士学位论文编织物针法数据的提取 织机器，得到不同针法数据。因此要根据机器属性对针法提取算法做一定修正。 影响到针法提取的机器特性主要是机器钩针排列类型，分为l i b 型和i n t e r l o c k 型。 2 4 1l i b 特征 编织机结构如图2 - 9 所示： 反面构幸 正面钩针 图2 - 9 编织机钩针示意图 水平一排钩针是反面钩针，用来编织反面，垂直一排是正面钩针，用来编织 正面。这里就涉及到正反面钩针的摆放位置。 在l i b 结构中，正面钩针和反面钩针交错排列，如图2 一l o 所示： 反面 正面 l i l 吐。m 。蛐 图2 1 0l ib 结构中钩针排列顺序 这样，正反两个钩针之间的间距只有0 5 个n e e d l e w i d t h ，正反面对应的结 构要相互错开，因此对于相同序号的正反面钩针，一根纱线可以同时在正反两面 出现，如图2 1 1 所示： 浙江大学硕士学位论文编织物针法数据的提取 州： 图2 11 纱线在l i b 结构中的走针示圉 因此在生成纱线针法时，必须要有对应于正反两面每一根钩针的针法，而且 纱线相邻两个结构之间的距离只有0 5 个n e e d l e w i d t h 。 l i b 结构还有分l i b + 和l i b 一两种，l i b + 结构是正面钩针在反面钩针前0 5 个n e e d l e w i d t h ，而l i b 一结构是正面钩针在反面钩针后0 5 个n e e d l e w i d t h ， 如图所示： l | i i i i 反面 正面 图2 - 6l j b + 和l i b 一钩针排列顺序 这样，生成l i b 结构的针法数据时，对每一根纱线来讲，正面针法和反面针 法交错。只不过l i b + 针法是“正0 反0 正1 反1 正2 反2 正3 反3 ”的顺序， 而l i b 一针法是“反0 正0 反1 正1 反2 正2 反3 正3 ”的顺序。2 3 2 小节 最后的例子就是l i b + 结构。 2 4 2i n t e r l o c k 特征 i n t e r l o c k 的钩针排列和l i b 不同，i n t e r l o c k 正反面钩针是面对面，而不 是交错的。如图2 1 3 所示： 1 8 l埔i9-8t_-口lr口i4-，jn-_-ll10l_l ii l 9-8 l t i o 卜 i 5 n _l_i 4 i 3 i 2 i i _1 0 浙江大学硕士掌位论文编织物毒h 去数据的提取 图2 7i n t e ri o o k 结构钩针排列顺序 在i n t e r l o c k 中，相邻两个结构之间距离是一个n e e d l e w i d t h 。并且因为两 个钩针是面对面的，所以正反两面结构没有互相错开，相对于同一序号的正反面 钩针，一条纱线要么在正面，要么在反面，不可能同时在正面和反面。如图2 1 4 所示： 菔蕾 正霸 图表2 - 8i n t e rl o o k 结构中纱线走针示图 因此对于i n t e r l o c k 结构来说，每根纱线的针法数据中，相同序号正反面钩 针的针法数据只能出现一个，比如“0 正1 反2 正3 反4 正5 反6 正7 反” 例如图2 1 5 编织物纹理图案： 正面 0 一l z 一3 一 裹黑 反面 o l 一2 3 一 黑曩 图2 - 9 编织物纹理 它的编织针法模拟图如图2 一1 6 ： 正膏 反 y 够够黟y 够y 够 图2 - i6 编织物针法模拟示图 根据针法数据提取算法，得到正面针法数据是 浙江大学硕士学位论文编织物针法数据的提取 蓝色纱线：wkwk 绿色纱线：kwkw 黄色纱线：wkwk 红色纱线：kwkw 而反面数据是： 蓝色纱线：kwkw 绿色纱线：wkwk 黄色纱线：kwkw 红色纱线：wkwk 因为i n t e r l o c k 的特性，根据上面纹理图案，每根纱线只能有4 个基本结构， 所以必须把正反面针法数据合起来。 比如蓝色纱线正面第一个数据是w ，表示在正面第一个位置看不到它，但是 在反面第一个位置是k ，表示它在反面第一个位置有一个k 结构，因此综合起来， 蓝色纱线第一个位置的针法数据应该是k 。 按照规则，得到针法结构数据： 蓝色纱线：kk k k 绿色纱线：kk k k 黄色纱线：kk k k 红色纱线：k kkk 最后计算针法结构长度，按列搜索相同k 或者相同k ，得到最后针法数据： 蓝色纱线：2 k2 k2 k 2 k 绿色纱线：2 k2 k2 k2 k 黄色纱线：2 k2 k2 k2 k 2 0 浙江大掌硕士学位论文编织物针法数据的提取 红色纱线：2 k2 k2 k2 k 2 5 小结 在本章中，先介绍了从编织纹理图案中提取针法数据的算法以及算法流程 图；并针对两种不同机器钩针排列方式：l i b 和i n t e r l o c k ，提出了不同算法修 正。对于同样的纹理图案，根据l i b 方式得出每根纱线的针法数据要比i n t e r l o c k 方式多一倍，但是i n t e r l o c k 中每个结构的宽度要比l i b 大一倍，所以最后得到 模拟结果的大小一样。 2 1 浙江大学硕士学位论文编织物三嚣濮型构建和显示 3 1 引言 第3 章编织物三维效果显示 从基本结构可以看出，w e l t 结构只是一条直线，比较简单，而k n i t 结构和 t u c k 结构形状类似于“几”字型构，如图3 1 所示： ?