服装CAD系统的自适应排料方法研究与设计.pdf

收稿日期 2017 05 15 作者简介 张其梅 1982 女 山东梁山人 工程师 硕士 主要 研究方向为软件工程 服装 CAD 系统的自适应排料方法研究与设计 张其梅 陕西国际商贸学院 陕西咸阳 712000 摘 要 在服装制造过程中 衣片的排料结果直接影响耗材的多少 因此提高排料率是企业降低成本 提高竞争的一种重要 手段 为了提高排料的效率及排料率 文章设计了一种服装 CAD 系统的自适应排料方法 解决了其中衣片旋转 移动 衣片重 叠的判断 自动靠拢等问题 提高了排料的效率 关键词 服装 CAD 衣片自动靠拢算法 自适应排料方法 中图分类号 TP273 文献标识码 B DOI 编码 10 14016 j cnki 1001 9227 2017 09 108 Abstract In garmentl manufacturing process the pieces of layout results directly affects the amount of consumables therefore increase the rate of layout is the enterprise to reduce costs improve the competition of an important means In order to improve the efficiency of the layout and the layout rate This thesis presents an adaptive layout method which solves the problems of clothes pieces rotating moving overlapping judgment automatic close and so on and helps to improve the garment layout efficiency Key words garment CAD clothes pieces automatic close algorithm adaptive layout methods 0 引言 排料问题是指在一定的二维材料 如布料 皮革 金属 板 上排列出尽可能多的零件 从而提高材料的利用率 达到 节省材料的目的 传统的排料是由排料师手工完成 这种方 式要依赖于排料师的经验 个人技巧 并且这个过程相当耗 时 计算机辅助排料不但可以提高排料师的排料速度 减轻 排料师的劳动强度 并且可以提高原料利用率 因此国内外 的研究人员非常重视这一行业 特别是高度关注不规则图形 的自动排料 其解决方法涉及组合优化 人工智能 计算机几 何学等 目前企业采用的服装 CAD 系统 一般都采用手工排 料与自动排料相结合的方式完成 因此本文提出的自适应排 料算法具有重要的研究价值 1 排料数据结构的设计 为了设计排料阶段的数据结构 首先需要知道一个衣片 怎么用数据表示 服装设计师可以根据构思在画布区设计衣 片 衣片上的点分为 4 类 轮廓上的点分为关键点和控制点 另外还有孤立点和内部点 具体的表示如下 1 关键点主要用来标示衣片的轮廓 2 控制点主要用来标示衣服的弧线或拐角等需要多个 点来加以控制的部位 3 孤立点用来描述衣服上的扣子 饰品位置等 4 内部点可以定位一些口袋 对称线 缝合线等 一般通过这四类点就可以完整描述一个衣片的信息 而 且设计师在设计衣片的时候 顺序为先画关键点 之后关键点 和控制点可以交替出现直到完成一个衣片的外轮廓 之后可 以交替画孤立点和内部点 一旦开始画孤立点或内部点就表 示衣服的轮廓已经完成 则不能再画关键点和控制点 在设计师设计衣片的过程中 可以选择关键点来标示关 键的轮廓 可以选择控制点来精确的描绘衣服的弧度 另外为 了标示一些衣服内部的线和内部点也设计了孤立点和内部 点 外围的大点为关键点 外围的小点为控制点 衣片内部连 线的两个端点为内部点 衣片内部的其它四个点为孤立点 而排料过程是将多个衣片放置在一起 最主要的参数是衣片 的参数 并结合单个衣片的表示方法可知 只要知道每个衣片 的所有关键点的 x y 坐标就可以表示整个排料过程 即每个 衣片在整个布料当中的位置 根据上面的分析可以将衣片上的图形信息 即二维坐标 点 用三类数据表示 即坐标 x y 和特征 f 即每个点有三个 值 x y 是一个点在排料区的坐标 f 的取值为0 7 其中 f 0 为该衣片数据结束符 表示 下一行为下一个衣片的第一点 f 2 3 为该衣片轮廓线上的 点 各自含义不同 2 表示关键点 3 表示控制点 但只在绘图 时考虑 在排料过程中视为相同 每个衣片图形中必须有轮廓线上的点 放置在衣片图形 数据结构的前面部分 其次才是其它的点 这些点非必须 有 些衣片没有 轮廓线上的点按顺时针方向依次存储 故每个 衣片的第一点的特征一定是 f 2 最后一点的特征值不一定 是 2 对于具有其它特征的点 在排料过程中没用用处 排料模 块可以在读取文件时将其过滤掉 衣片轮廓线上的点 由第 一点开始 每个点顺次相连 输出 包括显示 绘图等 时要 将最后一点与第一点自动封口 形成一个封闭的多边形 在排料过程中 首先要读取服装名称 衣片名称 衣片图 形信息 在衣片信息中 关键点和控制点是非常关键的两个 点 需要通过衣片上的这些点 来判断衣片是否重合 是否可 以更紧凑点 故排料的数据结构必须包含以上的信息 另外还需要设计几个数组 用来存储排料过程中的所用 的数据 由于从上面知道有些数据是整型 还有的是无符号长 整型 有的是无符号短整型 故适合用结构型数组 2 自适应排料方法的设计 从前面知道 基于节约原材料考虑 一般都是采用手工 自动方式进行排料 本文在此混合方法基础上 设计了一种自 适应的排料方法 该方法采用衣片自动靠拢方法解决手工拖 动排料过程中存在的浪费布料及衣片重叠问题 其思想是 通 过检测线条是否相交能够判断出排料是否覆盖 并且在一定 区间内 衣片自动靠拢 让衣片自动沿该方向平移 一直移动 到布料的边界或与前方的其它衣片相切为止 本文设计的自适应排料方法的目的 1 避免了手工排料的工作量大 出错率高 特别是两个 801 服装 CAD 系统的自适应排料方法研究与设计 张其梅 衣片重合的时候在计算机上不容易发现等问题 2 避免全自动排料解决 NP 问题的复杂度及与特定外 界环境的强相关性 从上面两个方面考虑 本文需要解决手工 全自动排料 的缺点 并且能够适应中小型服装制造企业的要求 因此 本 文第一个问题就是衣片重叠的自动判断 这样就可以节省排 料师大量的工作时间 另外 对于排料过程中另外一个耗费时 间比较多的是在两个衣片的靠拢上 如果采用手工操作需要 排料师一点一点的移动靠近 并每一步都要判断衣片是否重 叠 这个过程非常耗时而且麻烦 自适应排料方法就是解决 上面提到的两个问题 而且采用常规的方法 不采用 NP 求解 方法 即可节约了排料师的工作量 又不会让系统复杂难用 自适应排料方法主要是自动排料和手工排料的混合使 用 对于衣片是否重叠 相互靠拢采用自动的方式来减少排料 师的工作量及误差 对于调整衣片的角度及大体位置采用手 工的方式 这样就能避免系统设计过于复杂 而且又符合现有 服装 CAD 系统的要求 因此 本文的自适应排料方法表现在 能够自动的判断出衣片是否重叠及衣片相互间自动靠拢到最 佳位置 从上面的分析知道 本文设计的自适应排料方法核 心就是重叠的判断和自动靠拢算法的设计 另外在此过程中 还需要解决在排料中衣片的拾取问题 后续会对衣片拾取方 法 衣片重叠判断 自动靠拢算法进行详细的设计 3 衣片拾取方法的设计 在排料过程中 最关键是的是选取衣片 那怎么判断哪个 衣片被鼠标选中是一个关键的问题 本文采用比较通用的方 法 当按下鼠标左键时 先拾取鼠标当前的坐标点 对已经排 版的每个衣片进行循环 判断该点是否在已经排版的每个衣 片的外接矩形内 若在某衣片的外接矩形内 则由此点向右 引一条射线 循环求该衣片轮廓线上的每条线段与该射线的 交点 若交点数为奇数个 则 P 在该衣片内 表示该衣片被选 中 否则该衣片不被选中 另外 需要考虑下面 2 个特殊 情况 1 若衣片轮廓上的点在射线上 那么 与该点相关的两 条线段的另外两个端点若在射线的同侧 则该交点要么不统 计 要么统计两次 2 若衣片轮廓的整条线段在射线上则仿照上边的处 理 可以不考虑与射线重合的线段 把与射线重合的一条线段 浓缩为一个点 从上面的分析可知 最主要的问题是判断一条线段是否 与射线相交的方法 本文采用的具体算法如下 设射线 L 的方向为水平向右 其起始点为 O x0 y0 线 段 P 的两个端点为 P1 x1 y1 P2 x2 y2 设 x1 x2 即在判 断前先将 P 的两个端点按 x 坐标递增排序 比较方便 若不 排序 也行 但下边的判断过程要修改 如图 1 所示 图 1 射线与线段的交点情况 1 若 x1 x0and x2 x0 则 P 与 L 不相交 P 在 L 的左 边 2 若 y1 y0and y2 y0 or y1 y0and y2 y0 则 P 与 L 不相交 P 在 L 的下方或上方 3 若 y0 y1 y2 and x1 x0and x2 x0 则 P 与 L 相 交 称为 P 在 L 上 且有无穷多个交点 4 若 y0 y1 y2 and x1 x0and x2 x0 则 P 与 L 部分 相交 且交点有无穷多个或者一个 有一个时 交点为 O x0 y0 5 若 y0 y1or y0 y2 则 P 与 L 交于一点 交点为 P1 x1 y1 或 P2 x2 y2 6 其它情形 求交点 Z xz yz 计算 xz x1 x 2 x1 y2 y1 y0 y1 yz y0 最后 若 xz x0 则交点即为 Z xz yz 否则不相交 通过上述的方法判断衣片是否被选中 较为简单而且符 合用户需求 需要注意的是画射线的目的是判断衣片是否拾 起 故在衣片排料界面上 射线无需显示出来 4 衣片重叠的判断 在排料过程中 另一个主要的问题是怎么判断两个衣片 是否已经重叠 如果重叠就必须重新排料 调整重叠的衣片 衣片重叠判断直接影响到排料的成功与否 本文的方法是每 次进行计算或判断重叠时 都要用实际绘图数据判断 即用数 组 A B D 中的数据 计算得出衣片轮廓点在排版区的绝对坐 标 然后进行判断 原因是衣片在屏幕上显示时 可能要缩小 几十倍 若用屏幕坐标计算 误差会较大 即用屏幕数据 C 判断衣片不重叠 而画出一比一的排料图时可能会重叠 反 之亦然 衣片平移动 是指衣片的中心平移的坐标值 是绝对 坐标 即它是相对于以布料左下角为原点的绝对坐标系而言 的 图 2 是衣片数据表现形式 首先可以通过图 2 中所示的衣片包围盒来做简单的判 断 衣片包围盒的坐标可以由衣片的长宽得到 原始的包围 盒由数组 A 得到 排版以后包围盒在排版区的绝对坐标由其 平移矢量和衣片长宽得到 即设衣片的平移矢量为 m xm ym 衣片长度为 L 宽度为 W 则衣片包围盒的边界为 xmin xm L 2 xmax xm L 2 ymin ym W 2 ymax ym W 2 判断衣片重叠时 若两个衣片的包围盒重叠 就要对两个 衣片进一步深入判断是否真的重叠 此时还得用衣片在排版 区的绝对坐标进行重叠判断 图 2 衣片数据表现形式 先判断衣片甲的每一个点是否在乙中 再判断乙是否有 点落在甲中 不能只判一个 以防整个小片全在大片中 也 不能根据大小 只判小片是否在大片中 5 衣片自动靠拢算法的设计 衣片自动靠拢算法是自适应排料方法的核心 为了减少 901 自动化与仪器仪表 2017 年第 9 期 总第 215 期 排料师的工作量 通过对两个衣片的自动靠拢 减少衣片因为 排料师在电脑上看不清而引起的衣片重叠问题 而且自动靠 拢也可以提高排料师的排料时间 自动靠拢算法的核心是寻找一个靠拢的方向 通过控制 靠拢的步长 不断的沿选中的方向靠拢 并且判断衣片是否重 合 图 3 是衣片自动靠拢过程 图 3 衣片自动靠拢过程 自动靠拢算法如下 1 设定一个衣片自动移动的步长的初始值 h 例如 h 1cm 2 先给衣片指定一个自动靠拢的方向 即用两点确定 一个矢量 设通过两点 P1 x1 y1 P2 x2 y2 的矢量为 r P1P 2 则 r x2 x1 y2 y1 矢 量 r 的 模 r r x2 x1 2 y2 y1 2 由此计算 h 在 x y 坐标轴的分解值 即投影分量 hx x2 x1 r hy y2 y1 r 3 若 h e 则自动靠拢结束 否则 转步骤 4 4 衣片沿 r 方向移动一个步长 h 即给衣片上所有点的 x 坐标加 hx y 坐标加 hy 5 判断当前衣片是否与其它已排衣片重叠 6 若不重叠 转步骤 4 7 若有重叠 将步长 h 折半 即令 hx hx 2 hy hy 2 则有 h h2 x h 2 y 当前衣片沿 r 的反方向移动一个步长 h 即衣片 上所有点的 x 坐标减去 hx y 坐标减去 hy 转步骤 3 其中 e 为误差值 如果 h 的值小于误差值 即靠拢结束 衣片自动靠拢算法的核心在于自动判断是否重叠及沿特 定方向靠拢定长的距离 这样就可以避免排料师手工的操作 减少排料师的工作量 提高了工作效率 另外需要注意的是 这种方法依赖步长的设定 这个可以根据排料区的大小进行 手工设置 一般情况下 设置 h 1cm 是最合适的 6 结束语 本文首先根据衣片的特点 设计了排料时所需的数据结 构 同时设计了衣片拾取的方法 衣片重叠的判断 解决了排 料过程两个重要的问题 最后完成了自适应排料的重要一环 衣片自动靠拢算法的设计 通过衣片自动靠拢算法能够减少 排料师的工作量及误差率 参 考 文 献 1 胡加宰 史伟民 杨亮亮 二维不规则样片自动排料算法的 优化研究 J 现代纺织技术 2014 05 26 30 2 宋丹 服装 CAD 技术的发展与应用 J 内蒙古科技与经 济 2016 18 68 69 3 王元芳 戚得众 黄俊敏 多排料方案下的加工排程优化 研究 J 机械设计与制造 2015 01 144 147 4 杨玫 探讨服装打板和排料理论及关键技术 J 自动化 与仪器仪表 2016 12 149 152 5 魏晓红 用服装 CAD 技术提高服装生产效率的改革研究 J 山东纺织经济 2016 11 8 9 6 吕师 不规则多边形排料算法的研究与应用 D 合肥 合 肥工业大学 2015 7 徐云云