（纺织材料与纺织品设计专业论文）基于均匀随机网图形的织物纹理设计.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 均匀随机网是非线性理论的重要研究内容，是目前科学研究领域的热点。近几年来， 非线性理论在纺织上的应用也越来越多，主要集中在：将非线性图形作为一种艺术资源， 转化为织物的纹样题材，进行新品种的开发设计。均匀随机网图形是一类典型的非线性图 形，其结构极其细腻和复杂，富有特色。本文的目的在于：根据均匀随机网图形的结构特 点，借助电子提花机和纹织c a d ，对基于均匀随机网图形的织物纹理设计方法和途径进行 研究。 本论文研究主要集中在以下几个方面：1 、根据均匀随机网的动力学原理，借助v b 语 言编程，通过计算机的绘图实验，对均匀随机网的可视化方法进行研究；并且，运用参数 与函数变换等手段，通过均匀随机网数学模型的演变，生成具有特殊结构的均匀随机网图 形。2 、利用均匀随机网图形特殊的骨架结构，如散点、细线条等构图，结合运用图形二 次设计方法，进行具有特殊纹理效果的织物设计研究，并借助电子提花机进行织造实验， 探讨设计预期的特殊纹理效果转化为织物实际效果的成型方法。3 、重点讨论运用分形理 论，根据分形计盒维数的概念，借助计算机编程，通过对织物样品图像的分形维数进行测 量，实现用分形维数对织物纹理的定量描述，即运用分形维数分别刻画织物组织点、纬纱 组数、图形大小比例、纹样散点密度等因素的变化对织物纹理效果的影响。 研究结果表明，基于均匀随机网图形，设计织造出具有特殊纹理效果的织物是可行的； 运用分形维数对此类织物的纹理效果进行定量描述与刻画，达到运用相关参数控制织物表 面纹理效果，这对改善织物的外观效果具有一定的现实意义。 关键词：均匀随机网图形、织物纹理、织物组织、分形维数、设计方法 浙江理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t y p i c a lf o r m - u n i f o r ms t o c h a s t i cw e bi sa ni m p o r t a n ts t u d yo fn o n l i n e a rt h e o r y , a n di sah o tr e s e a r c hf i e l d i nr e c e n ty e a r s ，t h en o n l i n e a rt h e o r yi nt h ea p p l i c a t i o no ft e x t i l e si sm o r ea n dm o r e c u r r e n t l ym a i n a p p l i c a t i o n c o n c e n t r a t e do n ：u s i n gn o n l i n e a rg r a p h i c s 勰ak i n do fa r tr e s o n r c e sf o rd e s i g n e r st o p r o v i d en e wd e s i g n m a t e r i a l s ，w h i c hw i l lh e l pt op r o d u c et h en e wv a r i e t i e so fd e s i g n t y p i c a lf o r m u n i f o r ms t o c h a s t i cw e bi sa k i n do ft h et y p i c a lc o m p l e xn o n l i n e a rg r a p h i c s t h es t r u c t u r eo fg r a p h i c si sv e r yc o m p l e xa n de x q u i s i t e t h i s s t u d yf o c u so nh o wt o 晒et h et y p i c a lf o r m - u n i f o r ms t o c h a s t i cw e bs t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c ，w i t ht h eh e l po f e l e c t r o n i cj a c q u a r dm a c h i n ea n dj a c q u a r dd e s i g nc a d ，d e s i g na nu n i q u es t y l eo ff a b r i cw i t has p e c i a lt e x t u r e e f f e c t s i nt h i sp a p e r , t h em a i ns t u d yf o c u s e so nt h ef o l l o w i n g a s p e c t s ：f i r s t l y , a c c o r d i n gt o t h et y p i c a l f o r m 。u n i f o r ms t o c h a s t i cw e bg e n e r a t i o nt h e o r y , u s i n gv bl a n g u a g et og e n e r a t et h i sk i n do f g r a p h i c s ，s t u d yt h e t y p i c a lf o r m 。u n i f o r ms t o c h a s t i cw e bv i s u a l i z a t i o nm e t h o d s ；s e c o n d l y , m a k et h eb e s to ff e a t u r eo ft h eg r a p h i c s s u c h 舔s p o ta n dl i n e s ，t od e s i g nt h ef a b r i cw i t hs p e c i a lt e x t u r e ；v i ae l e c t r o n i cj a c q u a r dw e a v i n ge x p e r i m e n t s ， m a k eaf u r t h e rd i s c u s sa b o u tt h i sk i n do ff a b r i cf o r m i n gm e t h o d ；t h i r d l y , f o c u so nt h eu s eo ff r a c t a lt h e o r y , a c c o r d i n gt ot h ef r a c t a ld i m e n s i o no ft h eb o xc o n c e p t ，u s i n gc o m p u t e rp r o g r a m m i n g ，t h r o u g hm e a s u r i n gt h e f r a c t a ld i m e n s i o no ft h ef a b r i cs a m p l e si m a g e s ，a c h i e v eu s i n gf r a c t a ld i m e n s i o nt od e s c r i b et h e f a b r i ct e x t u r e q u a n t i t a t i v e l y u s i n gt h ef r a c t a ld i m e n s i o nt op o r t r a yt h ei n f l u e n c e so ft h ef a b r i ct e x t u r ee f f e c tr e s p e c t i v e l y s u c h 雒f a b r i cw e a v e ，t h ew e f tn u m b e r s ，sg r a p h i c ss i z er a t i o ，p a t t e r n ss c a t t e r e dp o i n t s t h er e s u l t so ft h i ss t u d ys h o wt h a t ，b a s e do nt h et y p i c a lf o r m u n i f o r ms t o c h a s t i cw e b ，i ti sf e a s i b l et o d e s i g nf a b r i cw i t hs p e c i a lt e x t u r ee f f e c t ；u s i n gt h ef r a c t a ld i m e n s i o nt od e s c r i b et h ef a b r i ct e x t u r e q u a n t i t a t i v e l y ，v i ac h a n g i n gt h ef a c t o r st oc o n t r o lf a b r i cs u r f a c et e x t u r ee f f e c t ，t h i sm e t h o dh a ss o m ep r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ea b o u ti m p r o v i n gt h ea p p e a r a n c eo ff a b r i c k e yw o r d s ：t y p i c a lf o r m u n i f o r ms t o c h a s t i cw e b 、f a b r i ct e x t u r e 、t e x t i l ew e a v e 、f r a c t a ld i m e n s i o n 、 d e s i g nm e t h o d 浙江理工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 的指导卞，独立进行研究土作所取得的成果。除文中邑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：7 - 丑香影 日期：洲年乡月弓日 浙江理工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。本人授权浙江理工 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。 本学位论文属于 保密口，在 不保密 。 学位论文作者签名： 7 骺杉 日期：留年多月 乡e t 年解密后使用本版权书。 指导教师签名： 日期：眇舞 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 非线性科学是人类知识长期积累和科学发展的必然结果。计算机技术和计算机图形学 的飞速发展，加快了非线性科学向传统领域的渗透。夕十年代初，研究者们借韵计算机编 程语言，利用计算机图形学，结合非线性理论，将原本看不见的数学信息，通过数形转 换，以图形的方式形象地展现出来班1 ，这大大加快了非线性科学的理论应用。謇前，非线 性理论已经渗入到物理、化学、生物学、天文学、生态学、气象学、医学、经济学、社会 学、纺织等各个领域。 均匀随机网是非线性理论中弱混沌的一种特殊表现形式，科学家发现：置于磁场中的 粒子受到由大量谐频的平面被叠加丽成的波包场话用时，粒子运动的相空闻中将出现具有 均匀宽度随机层的无限大随机网心1 。最近几年来，人们对均匀随机网的问题发生越来超浓 厚豁兴趣，从两开始了一大撬跨学科、跨领域的研究。如准晶体的几何结构与生长，粒子 沿准规则网的随机行走，流体力学的图样成因，平面准对称几何图案等口1 。 传统的织物纹理设计多是利焉纤维藏料不同、纱线的捻度不同、组织结构不同、盾整 理方式不同和纹样的色彩不同等方式来实现的【3 。9 1 。例如：采用两种不同吸色性能的纤维， 配置不同的捻度，间隔排列形成的条格绉类织物；采用两种或两种以上的组织，将其巧妙 地接结，使花纹凸起，织物表面产生强烈的浮雕感；利用经纬纱浮长的不同排列，在织物 表面产生凹凸不很明显，分布均匀的颗粒状的绉效采；剩用棉纤维受到浓碱液浸渍后，产 生收缩的特性，在织物表面产生泡泡的纹理效果等等【5 。9 1 。近年来，随着计算机技术的发展， 纺织行业也发生了翻天覆地的变化。这些变化主要体现在纹样设计和工艺处n _ l z t 垮l ，现代 的图像设计系统代替了传统的手工绘制纹样；电子纹板代替了传统的人工意匠和纸纹板。 但由予设计人员的视野仍然局限在所能看到的外在事物上，并受到个人想象力的限制，运 用设计软件，也仅仅是进行图形处理和工艺处理。计算机强大的数字处理功能并没有真正 介入到织物设计当中。 本文的研究正是在这背景下，根据均匀随机网图形的数字化属性，充分运用计算机 技术，将均匀随机网的产生原理与提花织造计术结合起来，进行纹理织物的开发与设计。 研究的过程中，一方面充分发挥数字信息技术的优势，探索纺织面料设计的新方法，；另 l 浙江理工大学硕士学位论文 一方蟊，探寻新的设计方法所带来织物的不同外观效果，戮适应消费者越来越高的需求。 1 。2 薷内外研究现状 近年来科学工作者们对非线性理论在纺织上的应用，进行了大量的研究，并取得了 一定的进步。 囡外，分形作为非线性图形的典型代表，应用领域及其广泛。作曲家道奇、波恩斯坦 等注意到分形对乐曲创作的重要性，并亲自尝试创作分形音乐；室内设计师们将分形图形 以马赛克瓷砖嘲、居室装饰画等装饰形式展现；服装设计师们尝试将美妙的分形图形印染 在面料上，以纺织艺术和时装艺术的表现形式展现出来。n e v e s ，j o r g e ：m a n u e l a 以及h u d e c g ：l i o v i cm 等人从上世纪9 0 年代中期开始，分别对非线性图形中的分形进行了研究，并 对在织造和印花设计中应用分形图案的可能性及前景进行了探讨n 副：j h a n eb a r n e s 于 2 0 0 1 年起在美国也将分形图案应用于提花织物与针织物中，形成了产品n 耵。 国内，非线性理论在纺织领域的应用也极为广泛。东华大学的赵强等人研究了棉条的 分形特征与均匀度【 1 ；2 0 0 6 年浙江大学的王双连基于非线性理论对织物悬垂时力学现象进 行分析n8 i ；天津工业大学的王春敏，应用弹性力学方法，分析了非加捻纤维柬线弹性的非 线性特征n 9 1 ；浙江工程学院的潘海鹏，将非线性理论应用到不确定性纺织生产过程中的自 组织模糊控制洳1 ；郑州纺织工学院的崔世忠用非线性理论描述了纺织材料的蠕变特性轻； 上海工程技术大学的蒋忠仁以及中国纺织大学的徐增波分别于2 0 0 7 、2 0 0 0 年发表论文讨 论了基于分形理论的织物疵点检测方法 2 2 - 2 3 1 ；江南大学的陆振乾、钱坤将分形理论用于求 解织物的渗透率f 2 4 】。 目前非线性图形在纺织品设计上的应用，主要体现在将图形作为一种艺术资源，作为 纹样的设计素材来进行运用。如2 0 0 4 年苏媸大学的杨旭红等在分形几何纺织品设计 开发应用的新正具一文中，提出分形几何作为技术与美学的结合，对纺织工业具有重要 意义，特别是应用在纺织品的印花和提花织造中堙铋。2 0 0 5 年长春工业大学的张永宁老师选 在论文中讨论了以经典数学理论及分形理论为基础，提出了自动生成纺织花型的新思路 测。苏州大学的颜晓华在学位论文中详细探讨了分形艺术图形在纺织上的表达，并对可行 性、适用性进行分析舱 。许鹤群在1 9 9 7 年出版的纺织设计c a d n 们和文献n 1 。1 2 1 中对分形 方法应用亦作了一定的涉及；在文献 2 7 3 3 】巾，涉及到弱混淹、i f s 系统、m a n d e l b r o t 集、 准规则斑图、l 系统、l o g i s t i c 映射等非线性图形在纺织止的运用。 2 浙江理工大学硕士学俄论文 浙江理工大学的张牵等人在2 0 0 2 年发表论文，讨论了纺织设计中菲线性可视化信息 表达方法【l 】，在此基础上根据弱混沌理论研究出了“数码绉 织物( 已申请发明专利) 。在 此项发明专利串，首次将菲线性餮形作为一种技术资源，通过编程语言对图形进行了微他 处理( 处理方法包括：图形的坐标缩小变换、加大所显示的图像密度等) ，间接改变织物 表面的外观效果。另井浙江理王大学帅沁芬的硕士论文中，研究基于i f s 理论生成随机点 的方法，构建组织结构，在织物表面获得不同的绉效剽3 4 】。 本文是充分利用均匀随机两图形这一技术资源，通过计算机语言对图形进行变换，产 生具有特殊结构的图形；充分利用该图形的骨架结构特点，结合织造工艺，进行新型纹理 织物的开发与设计，并对这种新的设计方法进行深入研究和探索。 3 本课题的研究意义 二十一世纪，随着科学技术的飞速发展，以混沌学为代表的菲线性科学占据了越来越 重要的地位。纽约时报认为非线性理论是继相对论、量子力学之后的又一个新发现。充分 利用均匀随机网图形的结构特点，进行织物的开发与设计，是非线性理论在纺织上的一种 应用。非线性理论给纺织品设计者提供了新的设计思路，织造给非线性理论转化为纺织艺 术品提供了一个展示的平台。因此本课题的目的与意义在于： 一运用均匀随机网的生成原理，借助计算机编程语言，将原本不可视的美学信息， 在织物表面很好地展现，从而有效地拓宽设计领域，形成新的设计理念。 一充分利用均匀随机网图形的特殊结构，配合工艺，结合材料，特别是将真丝特有 的光洁、细腻与图形的精细结构相结合，探索其可能带来的不同的纹理效果。 一通过均匀随机网图形的生成技术与纺织工艺相结合，促使纺织、数学和计算机图 形学等现代科学相互交融，产生新的织物纹理设计方法。 1 4 本课题的研究内容 本课题的具体研究内容如下： 1 产生各式各样的均匀随机隧图形 利用均匀随机网的生成原理，借助计算机编程语言，产生各种各样的均匀随机网图形。 2 。均匀随机网图形的变换 通过改变数学模型和内部的参量信息，不断变换均匀随机网图形，并根据变化的规律 3 浙江理工火学硕士学位论文 性，产生具有特殊结构的均匀隧机网图形。本文主要利用由线条和数点构成的两类均匀 随机网图形进行织物纹理设计。 3 基于均匀随机阏图形的织物纹理设计 充分利用均匀随机网图形的骨架结构特点，借助纹织c a d ，结合提花织造工艺，设计 具有特殊纹理效果的织物。并通过织物组织变化，纬纱组数的交化，纹样循环大小变化和 散点密度变化来设计出具有不同效果的织物纹理。 4 。基于分形维数的织物纹理效果研究 利用分形理论，借助分形维数对织物表面的纹理效果进行定量描述，通过分析分形维 数的变化规律，来探寻织物纹理变化的趋势。期待能够总结归纳出织物组织、纬纱组数、 散点密度等一些因素对织物纹理效果的影响，进而达到控制和改进织物表面纹理效果的目 的。 其中本文研究的重点和难点内容： 通过改变程序的数学模型和相关参数，生成不同形态的均匀随机网图形，并不断变换 产生所需要的由散点和线条构成的均匀随机网图形；充分利用这两类均匀随机网图形的结 构特点，结合真丝的细腻性，配置不同的组织结构，借助电子提花机，织造成型出具有特 殊纹理效果的织物；利用分形理论，借助分形维数来定量地描述织物表面的纹理效果，并 根据分形维数的变化趋势，分析相关影响因素对织物纹理的影响。 本文的创新点： 1 充分利用均匀随机网图形的特殊结构特点，设计出具有特殊纹理效果的织物。 2 本文的织物纹理主要来源于均匀随机网的产生原理，极其细腻和复杂，不能用 传统的数学方法来定量描述。本文通过利用分形理论，借助分形维数对织物表 面的纹理效果进行定量描述，实验证明这种方法是有效可行的。 4 浙江理工大学硕士学能论文 第二章均匀随机网图形的生成与特点 均匀随机网是非线性理论中弱混沌的一种特殊表现形式，科学家发现：置于磁场中的 粒子受到由大量谐频的平恧被叠加而成的波包场作用时，粒子运动的相空间中将出现具有 均匀宽度随机层的无限大随机网勰 2 。1 均匀隧视网的生成原理： 包电场e ( r ，t ) 中运动，粒子运动的洛仑兹力方程为乜1 ： 罗= 吾啪) + 譬b 。 2 娟， 由此写出粒子在x y 平面的运动方程为： 三= 彩。；：昙层( x ，f ) 2 一( 2 ) 【y = 一彩o x 其中国。= g 乡c 是带电粒子在磁场中的网转频率。设波包场是由一个等振幅、等波长及 e ( x ，f ) = 一e 。s i n k x 一( 彩。+ 以a c o ) t = 一e os i n ( 概一国o t ) o oc 。s ( n mc o t ) 2 堋) 可将粒子的运动方程写成如下形式： 要+ 彩= 孚s i n ( 厩一训兰0 0 川) 2 州， 如果把脉冲作用看作是扰动的，因而可以期待系统在相空间内出现均匀随机网结构。 浙江理工大学硕士学位论文 2 1 1z z s u c 叠维扭转映射 脉冲驱动转子方程可以通过积分化为标准映射，同样的道理也可以通过脉冲驱动转子 方程一( 2 4 ) 积分而得到一个二维映射，将此二维映射经过变换处理可得到如下映射f 衍g = 2 时，共振扭转映射对应于 不可积哈密顿系统，有可能产生混沌。如下的q 值集合 q 。 篇 1 , 2 ，3 ，4 ，6 ，) 对应于相平面上的 无限大周期性均匀随机网，平移对称与转动对称共存；而当q 茌备。) 时，例如q = 5 ，7 ，8 时， 则可形成具有各种对称美的精致丽复杂的准周期网。生成的均匀随机网图形的结构不仅与 q 值有关，还与扰动强度k 有关，以下将作详细的分析。 2 2 均匀随机网图形生成方法 采用计算械编程语言，程序设计如- f ： p r i v a t es u bd r a w _ c ii c k0 d i mia si n t e g e r ，n xa si n t e g e r ，n ya si n t e g e r d i mh ，r ，x 0 ，y o ，x ，y ，x m i n ，y m i n ，x l l l a t x ，y m a x ， d i ms ，k ，d d 6 浙江理工大学硕士学位论文 p i c t u r e l c l s x m i n = v a l ( t e x t l ( 3 ) ) ：y m i n = v a l ( t e x t l ( 4 ) ) x m a x = x m i n + s 宰p i ：y m a x = y m i n + s 水p i d e l t a x = ( x m a x x m i n ) w ：d e l t a y = ( y m a x 一y m i n ) w c c o s = c o s ( 2 木p i q ) ：s s i n = s i n ( 2 木p i q ) f o rd l = 1t ow ，i c6 y s = d l 3 ：d d = d 3 f o rc = 1t ow 水6 x s = c 3 f o ri = 1t o 1 0 l i n s = x s + k 水s i n ( y s ) x e = 1 i n s 木c c o s + y s 木s s i n ：y e = 一l i n s ，i cs s i n + y s ，i c x s2x e ：y s5y e n e x ti f o rj = 1t o1 0 0 0 1 i n s = x s + k 木s i n ( y s ) x e = l i n s 木c c o s + y s 木s s i n ：y e = 一1 i n s 木s s i n + y s 木 x = f i x ( x e ，l c1 ) ：y = f i x ( y e 木1 ) d = d l + a i fd = 1 3a n dd = 2 6a n dd = 4 2a n dd = 5 8a n dd = 7 2a n dd 0 1 0 9 m ( f ) 的闭球的最少个数，如果极限l 册_ 石存在，则称该极限为集f 的盒维数，记为 1 0 9 n ( 尸) f 见：l 册i 。 为了计算一个平面集s 的计盒维数，可以构造一些边长为6 的正方形，即盒子，去覆盖 平面集s 然后计算不同6 值的“盒子”和s 相交的个数( 万) ，当万寸0 时，l o g n ( 8 ) 对于1 0 9 d 作图得到一条直线，说明具有分形特征，直线的斜率即为所求的盒维数。线形关 系越好，分形特征越显著。 4 1 2 织物纹理的分形维数计算 4 1 2 1 图像的获取 仪器：清华紫光m 6 0 0 扫描仪+ 主机+ 高分辨率显示器 相关参数：扫描仪最大分辨率：9 6 0 0 9 6 0 0 d p i ：灰度级：1 2 b i t ( 4 0 9 6 级灰度) 亮度、对比度：2 5 5 级；扫描面积：2 9 7 4 3 l m _ r n ； 显示器分辨率1 2 8 0 1 0 2 4 d p i 不同类型的织物各取几块，作为实验的样品，并编号( a 、b 、c ) ：将样品平整地 放在扫描仪上，进行扫描，图片保存为，i c b m p 格式。实际处理时只需截取1 0 2 4 1 0 2 4 像素 的图像。扫描图像时要注意，经纱与垂直方向平行，纬纱与水平方向平行，要求尽可能平 行。若织物放置不当，织物的经向和纬向的信息发生混乱，会引入一定得误差，不利于我 们的分析。 4 2 2 2 分形维数的计算 本文的计算是通过计算机编程语言来实现的。其工作程序如下图： 浙江理工大学硕士学位论文 图4 1 分形维数计算流程图 首先将扫描仪获取的图像，转化为灰度图像，由于图像在生成和传输过程中，受到各 种因素的影响，导致图像的质量变差，所以需要对图像进行灰度滤波处理，去除噪音。一 般将灰度分为2 5 6 个等级，0 表示黑，2 5 5 表示白。分形维数的计算主要是根据图像灰度 的分布情况来判断的。多灰度图像作为一种模拟信号，必须完成数字化过程，将其他干扰信 息去除，提取出有效的分形图像，并在最佳的对比状态下进行分形特征参数值的提取。图像 数字化处理的首要问题是将其多灰度图像转换为黑白二值化的图像，其基本思路是采用阈 值法对图像进行二值化处理。即通过设定某个阈值0 ，并以该阈值为门限，把多灰度图像 转换成黑白图像，便于结构测量和分析。在处理过程中，阈值o 的可调范围一般设定在 ( 0 ，2 5 5 ) 之间，阈值0 越大，黑与白的反差就越大，反之则越小。 本文是采用计盒维数的方法来测量织物表面纹理的分形维数，设置边长为6 像素大小 的盒子，去覆盖织物样品图像( 织物中地部均为经面缎纹，纹理部分为纬面组织) ，6 像 素即为盒子边长，然后开始数数，只要盒子中存在曲线，就要计数，该数目为川p ) 。改变 6 的大小，获得不同的( j ) 。这样就得到多组数据，于是作出l o g n ( 3 ) 和一l 0 9 8 的关系图， 如果这个图是一条直线，那么直线的斜率即分形维数。 实验所用的程序对话框截图如下： 折“理i 学顾学位论 1 = 品样晶2 * h 日t 学【 亿tz 样品3 圈43 样品灰度图象 4 13 小l 刊组织对织物纹理效果的影响 样晶4 吱验共有】5 个样品，为了使洲试的结果更加精确，在饵块样布i 任意截取3 块2 5 6 * 2 5 6 像素人小的图像，分剧进行分形维数的计算，然后墩其、p 均值作为此块样布的最终分形维 数。住组织的实验中，我们选取了5 块由不同均匀随机刚设计的纹理织物，分刖用了2 、3 和4 个组织进行织造，测其分形维数，实验数据如i - ： 表4 1 两个组织的织物分形维数 浙江理工大学硕士学位论文 表4 2 三个组织的织物分形维数 浙江理t 太学埘学位论z 一 l 一一一r j l 一7 砷1 i 一“ ， x = 2 x = 3 x = 4 组织数 + 样品1 一样品2t 样品3 一样品4 * 一样品5 图4 , 4 组织一分形维数的曲线图 一般柬随，同一个纹样，导入纹织c a d 中，由于分色后所保留的颜色数口不等，所 用到的组织数目亦不等，织物表面的纹理也有所区别。从图4 4 中的曲线可以看出，x = 3 时t 即织物表面有三种组织的样本分形维数明显比相对应的x - 2 时的样本维数要大一些， x = 4 时样本的维数比相对应的x 一3 时样本维数稍大这说明织物表面的纹理与组织有很人 的关系。织物中所用到的组织越多，经纬纱交织越复杂，织物表面体现出的细节越多，纹 理也越复杂、越精致，这与分形维数的变化规律完全吻台。另外在曲线图中还可以看山： 从2 个组织到3 个组织，织物表面的分维数变化较快，从3 个组织到4 个组织，分维数的 变化较平缓，这说明在设计的过程中，要根据纹样的特点，达到效果要求的基础上，选择 恰当的组织层次。 4 1 4 不同纬纱对纹理效果的影响 本文在实验的过程中，尝试采用多组纬纱对这种特殊的纹理织物进行织造，观察其不 同的纹理效果。 黯弱驰弛鸺拍姐心“ 浙江理工大学硕士学位论文 表4 4 一组纬纱的织物分形维数 * 4 太学顶1 学位论史 ! ! 互；瓶擅! 。曼l e 至i 曼墨 量糯曩；蚤 册_ 黑 懿。1 敞点致粜幽 i = 【l o 样c 1 0 【哺1 0 - 2 图4 6 散点类空物样品罔 表4 6 小l 可散点密度的分形维数 浙江理工大学硕士学位论文 1 d 爹7 j 。二一太“，。 坼嚣7 1 5 9 1 5 8 ，一一 土墨1 5 7 厂j j 器1 5 6 ir 蚕1 5 5 震1 5 4 1 嵴1 5 3 、-i 1 5 2 1 5 1 1亡 ，。 、。i 盘? 上u x = lx = 2 x = 4 瞅恳馏发 l i + 样品1 0 一样品1 1 图4 7 散点密度比分形维数的曲线图 样品1 0 是由参数0 - - 4 ，k = 2 3 时的均匀随机网图，编辑处理织造而成。样品1 0 1 是 样品1 0 的纹样经过处理后，散点密度变为原来的2 倍，样品l o 2 散点密度变为原来的4 倍。从曲线图中分维数的变化可知：在散点密度较小的情况下，加大散点密度，织物表面 体现出的细节越多，分形维数也相应增大；随着点的密度逐渐增大，大到一定程度后，散 点的高度密集，形成光滑的平面，织物表面的细节减少，分形维数开始急速下降，织物表 面精致性也大大降低。 4 1 6 比例变化对纹理效果的影响 同一个纹样在导入纹织c a d 中，进行不同的比例缩放，织物表面的纹理变化如下： 表4 7 不同比例的织物分维 浙江理工大学硕士学位论文 上o j带7 1 6 2 。 1 6 1 黎1 6 媒1 5 9 ： 碘1 5 8 ，_ _ ，一 求1 5 7 ie ；二_ 一 1 5 6 1 5 5 2。 1 0 x = o 2 5x = o 5x = l 缩放比例 l 一样品1 2 一样品1 3 图4 8 比例缩放一分形维数的曲线图 表6 中，样品1 2 和1 3 是2 个由不同的均匀随机网图形设计出的线条类纹样，纹样的 循环大小为4 0 0 0 * 3 6 0 0 像素，样品1 2 1 和1 3 1 是与样品1 2 和1 3 纹样相同，经纬纱密度 相同、组织相同，纹样循环大小为原来的1 2 即2 0 0 0 1 8 0 0 像素。样品1 2 2 和1 3 2 的经纬 纱循环数为1 0 0 0 9 0 0 ，为原纹样的1 4 大小。观察其分形维数的变化，1 1 4 的两个样品的 分形维数稍小，1 2 的样品分维数居中，没有经过缩放的样品分形维数较大。这是因为没 有经过缩放的均匀随机网图形本身就很精致细腻，缩放之后，线条变细变窄，失去了其原 有的弧度和曲度，线条间的距离缩小，越来越接近于面的状态，细节也大大减少，这与实 验测得的分形维数逐渐减小的变化趋势基本吻合。观察1 4 的织物表面，已看不到线条的 形态，散乱的点杂乱地聚集在一起，高度密集的地方就形成了光滑的小块面，原本的纹理 效果受到破坏。 4 2 均匀随机网图形生成的参数调整讨论 参数q 主要控制图形的整体形态，q 值取1 、2 3 4 6 时，对应于相平面内产生无限大 周期性均匀随机网，图形具有平移对称和转动对称的特点：而q 取其他值时，例如q = 5 、7 、 8 时，则可形成具有各对称美的精致而复杂的准周期网，此时图形只是转动对称，平 移对称消失。而扰动强度k 对图形的细节影响较大。经过无数次的参数变化，发现在扰动 强度k ( 与1 相比) 比较大时，产生的均匀随机网图形多是由稀疏不等的散点构成。同时 发现在扰动强度k 很小，趋近于0 时，产生的图形多是由不同弧度的线条构成。通过对这 浙江理工大学硕士学位论文 两类不同的图形进行编辑处理，借助纹织c a d 和电子提花技术，设计出具有特殊纹理效 果的织物。 均匀随机网图形的产生是数学原理的可视化过程，理论来源于非线性理论，以计算机 编程语言作为工具，图形本身具有独特的魅力。通过改变程序设计中的参数设置，间接改 变织物的外观效果，并且此类织物的纹理非常细腻、具有高度的自相似和精致性，是传统 的设计方法所不能达到的。 4 3 材料因素对织物纹理效果的影响 材料设计是纺织品设计的根本，材料本身的材质肌理对纺织品的风格、外观有直接、 重要的影响。不同属性的纤维材料，有不同的形态特征，从而直接影响织物的外观；例如 锦纶与有光涤纶采用平纹交织，具有双色效果和闪光效应、长丝的运用使织物更加挺括、 滑爽等等。而本课题选用的纹样本身具有复杂性和精致性，这就要求材料要细腻、较好的 光泽、纱线的密度可以尽可能的大。棉织物的密度最多7 旺8 0 根c m ，真丝的密度最大可 达1 8 5 根c m 。因此可见真丝在体现织物的细致性结构上，明显占有很大的优势，为此我 们选用真丝作原料，同时也可尝试采用棉纱、雪尼尔、涤纶等其他原料来获得不同风格的 面料效果。 纱线的选择：纱线分单纱和股线，按捻度分s 捻和z 捻，织物经纬纱的捻度配置不同， 织物表面的光泽也不同。如果采用不同捻向的纱线间隔排列，可获隐格隐条效果；如果经 纬线的捻度差异大，可以产生“绉 效果；本文的实验中，受到工厂实际条件的限制，纱 线的线型比较单一，也可尝试选用花饰线等一些不同风格的纱线进行织造，从而获得不同 的织物外观效果。 4 4 图形排列对织物纹理效果的影响 实验证明：纹样中均匀随机网图形排列的规律性不能太强，循环要尽可能大，否则很 容易看出循环，破坏织物表面的纹理效应。另外纹样设计时，不能有明显的横向、斜向、 纵向的纹路，否则破坏织物表面的纹理效应。纹样中不同弧度的线条要错落有致，不同密 度的散要稀疏分布，这样织物表面看起来大方、活泼。 4 1 浙江理工大学硕士学位论文 5 1 结论 第五章结论与展望 ( 1 ) 基于均匀随机网图形原理，借助计算机编程语言，结合电子提花织造技术，将 均匀随机网图形的特殊结构特点展现在织物上，设计出具有特殊纹理效果的织物是现实可 行的。 ( 2 ) 均匀随机网图形产生于非线性动力学理论，通过改变其数学模型及其相关参量， 产生形态各异的图形，并由此可以影响织物表面的纹理效果。 ( 3 ) 织物纹理多种多样，结构比较复杂，很难用传统的数学方法来表征。本文引入 分形维数的概念，通过测量织物表面的分形维数，来定量描述织物表面纹理效果，是一条 有效的途径。实验证明：分形维数越大，织物表面体现出的细节越多，织物越精致。 ( 4 ) 借助分形理论和计算机编程语言，实现织物表面分形维数的测量，并通过分形 维数的变化，分析不同组织点、不同纬纱组数、不同纹样比例、不同图形散点的密度等变 化因素对织物纹理效果的影响，从而达到控制织物表面的纹理效果的目的，对改善织物的 外观具有现实意义。 5 2 展望 基于均匀随机网图形的织物纹理成型设计方法可为市场提供更多种类的纺织面料，因 而具有一定的市场前景。进一步的研究应该是把这种图形应用到各类面料设计与成型中， 拓展均匀随机网图形的应用空间，同时追求更为新颖的面料效果，深度发掘此类图形的技 术利用价值。另一方面，应该把此类图形作为一种艺术资源与工艺开发充分结合，致力于 高技术含量，高艺术附加值的提花面料研发。 4 2 浙江理工大学硕士学位论文 参考文献： 1 张聿纹织设计中的非线性科学可视化方法初探 j 纺织学报，2 0 0 2 0 3 ：3 6 3 - 3 6 4 2 汪秉宏弱混沌与准规则斑图 m 上海：上海科技教育出版社，1 9 9 6 ：6 9 8 2 3 睦建华装饰织物的纹理设计 j 丝绸，2 0 0 2 年第1 0 期：4 0 - 4 2 4 林竟路谈纺织品设计的肌理美 j 丝绸，2 0 0 2 年第6 期：3 0 - 3 9 5 吴微微论织物肌理的设计 j 丝绸，1 9 9 5 年第1 0 期：3 8 - 3 9 6 吴微微国外纺织品材质风格设计探讨 j 丝绸，2 0 0 3 年第1 期：1 0 - 1 3 7 陈超组织结构型点纹织物的形成 j 丝绸，2 0 0 6 7 ：1 0 - 1 2 8 睦建华室内装饰织物设计的研究与产品开发 d 苏州：苏州大学，2 0 0 3 9 罗炳金纬重装饰纹织物结构设计 j 上海纺织科技，2 0 0 3 6 第3 1 卷第3 期：2 3 - 2 4 1 0 许鹤群纺织产品c a d m 北京：中国纺织出版社，1 9 9 8 ：1 5 1 - 1 5 4 1 1 张森林，姜位洪纹织c a d 技术的应用及其发展方向 j 纺织学报，2 0 0 4 ，v 0 1 2 5 ， n o 3 ：1 2 6 - 1 2 9 1 2 胡瑞安，胡纪阳，徐树公分形的计算机图像及其应用 m 北京：中国铁道出版社 1 9 9 5 1 ：1 8 1 3 n e v e sj o r g e ，n e v e sm a n u e l a l an e wt o o lf o rt e x t i l ed e s i g nd e v e l o p m e n t a p p l i c a t i o n s i n p r i n t i n g j i n t e r n a t i o n a lj o u r n a l o f c l o t h i n gs c i e n c e ， 1 9 9 4 ：2 8 - 3 6 1 4 h u d e cg ，l i o v i c ，m a l e t f r a c t a l sa n di t sa p p l i c a t i o n si nt e x t i l ep a t t e r n d e s i g n j t e k s t i l ，1 9 9 9 ，v 4 8 ，n 9 ( s e p ) ：4 4 8 4 5 1 1 5 a m i d o nc m a t e r i a l i z i n gt h ei n v i s i b l e j s u r f a c ed e s i g nj o u r n a l ，2 0 0 2 第2 6 卷 第4 期：2 8 - 3 3 1 6 r o d i ej b c o m f o r t a b l e1 i v i n g j ，t e x t i l ei n d u s t r i e s ，2 0 0 1 ，第3 0 卷第6 期：5 8 6 0 1 7 赵强，孟祥龙，刘鹏，孟大志棉条的分形特征和均匀度 j 纺织学报，2 0 0 5 6 ，第 2 6 卷第3 期：8 - 1 3 1 8 王双连织物悬垂性的有限元计算分析 j 纺织学报，2 0 0 4 1 2 第2 5 卷第6 期：6 0 - 6 2 1 9 王春敏纤维束的弹性性能 j 纤维复合材料，2 0 0 5 9 第3 期：3 2 - 3 4 2 0 潘海鹏一类不确定纺织过程的模糊控制 j 纺织学报，2 0 0 4 年第2 4 卷第5 期：1 7 - 1 9 4 1 浙江理工大学硕士学位论文 2 1 崔世忠，李克兢，王善元纺织材料的非线性蠕变特性研究 j 郑州纺织工学院学报， 1 9 9 9 年9 月第1 0 卷第3 期：1 - 4 2 2 蒋忠仁织物疵点检测中的分形法 j 微计算机信息，2 0 0 7 年第2 3 卷第4 期：2 9 7 - 2 9 9 2 3 徐增波，贡玉南，黄秀宝基于w o l d 纹理模型和分形理论的织物疵点检测 j 纺织学 报，2 0 0 2 2 ，第2 6 卷第l 期：6 - 9 2 4 陆振乾，钱坤利用分形理论求解织物渗透率 j 纺织学报，2 0 0 6 2 ，第2 7 卷第2 期： 1 7 - 2 0 2 5 杨旭红，唐人成，李栋高分形几何一纺织品设计与开发应用的新工具 j ，纺织导报 2 0 0 4 年第6 期：9 8 - 1 0 0 2 6 张永宁纺织花型的计