基于分形的数码纺织艺术设计系统

1、基于分形的数码纺织艺术设计系统    第一章 绪 论 1.1课题研究背景和意义 分形艺术是指将分形理论与计算机图像技术相结合,利用计算机图形学算法来构造形式,从生成各种分形图形，再经与图形处理软件相结合,最终得到绚丽多彩的艺术图像。计算机图形学中分形研究的深入发展和在图案设计中的应用,使得艺术家可以用更多的方式和思路来进行创作,也给图案设计带来了新的元素。分形艺术作为计算机图形学和美学的结合,是科学和艺术完美结合的典范,它的创新性对纺织品设计来说具有越来越重要的意义,尤其是在纺织品印花和织造图案设计中的应用，分形艺术与传统艺术相比无疑有较大的创

2、新。分形图形可以由不同的分形算法生成,图形绚丽多彩、风格多变。分形图形的形态造型有类似于自然景物的具象造型,例如树木、植物叶子、花朵、山峦、雪花等;以及自相似几何形体或偶然形体的抽象造型,抽象造型的分形图案与几何图形非常相似,不但可以自动生成形象的几何花型,这些分形图案都跟传统图形的某些类别相似,因此可以在分形图集中找出很多与传统纹样吻合的地方,并将其应用到计算机图案设计中,而部分分形艺术图形与传统纺织纹样相似,具备作纺织纹样的条件，因此可用作纺织纹样,再结合传统纺织艺术设计所提供的丰富形式和格律,就能开发出独具一格的纺织图案。由于分形图形具有无限的精细结构和意想不到的结果,利用分形艺术设计的

3、纺织图案,风格独特,时尚性强,个性突出,与纺织品需求多元化发展趋势相适应。因此，利用分形理论产生的分形图形设计有独特的魅力，它应用在纺织和纺织图案设计，必将开辟一个新的天地。 1.2分形研究 上世纪70年代，分形几何的概念第一次由波兰科学家芒德勃罗提出，目前，分形理论已成为非线性科学研究的重要理论。在过去数十年来，快速发展，现在的分形已成为自然科学研究的主要工具。从分形理论的概念引入到其成熟，到今天广泛应用于许多领域，主要经历了以下几个阶段。 第一阶段是从1827年到1925年。在此阶段，数学家们构造并且研究了种种奇异或病态的集合及其图像，而且试图对这类集合与经典几何的差别进行描述、分类和刻画

4、，其中一些后来被认为是典型的分形。19世纪60年代，人们已经认识到，一个连续但不可微曲线的存在，一般以为这种情况应该是很少见的。直到瑞典数学家科赫在1904年通过初定方法构造出了具有处处不可微的连续曲线，如今称之为“科赫曲线”，并且讨论了该曲线的性质，由于该曲线的构造方法极为简单，从而改变了人们认为构造连续不可微曲线的一定非常复杂的看法。在分形理论发展的第一阶段，人们已经提出了一些典型的“分形”对象和相关问题，并为讨论这些问题提供了一些最基本的数学工具。 第二阶段大致为1926年到1975年。在这半个世纪中，人们深入研究了分形性质，特别是分阶形维数理论方面取得了巨大成就。在这一阶段，系统、深入

5、的研究深化了第一阶段的思想，不仅逐渐形成的理论，而且将研究范围扩大到了数学的许多分支之中。在1968年，美国生物学家林得梅叶提出了研究植物形态与生长的“L系统”方法，在80年代“L系统”被引入计算机图形学从而广为人知，并成为生成分形图形的最典型方法之一。尽管在此阶段分形的研究取得了许多重要的成果，并且使这一学科在理论上初见雏形，但是在此阶段，绝大部分从事这一领域工作的人主要局限于纯数学理论的研究，而未与其他学科发生联系。但是，与此同时，在许多学科已经产生了很多与分形相关的问题，迫切需要有一种强大的理论工具对此进行解释，正是在这种情况下，芒德勃罗采用独特的想法，对海岸线结构、电子通信中的噪音、月

6、球的表面和典型的自然景观几何性质的分形现象进行了系统、深入、创造性的研究，并取得了一系列令人瞩目的理论成果。 第三阶段为1976年至今，这是分形形成了一门独立学科，在各个领域的应用取得全面发展。由于分形几何具在自然现象模拟有极强的应用性，所以在自然图形的模拟、图象压缩、地震断裂带分析、高分子的聚合、酶的生长等领域得到了广泛的运用，取得了可喜的成果。在应用学科和计算机图形的推动下，分形的随机理论，运动系统的吸引子理论与分形的局部结构等方面也获得了较深入的研究结果。 1.3纺织图案设计 纺织品设计是将工程与艺术相结合的一门技术，主要包括面料设计和服饰设计两大方面。面料设计是服饰设计的前道工序，具有

7、基础性地位，面料设计的好坏，也制约着服饰设计成功与否。 面料设计从其在生产工艺上实现来分，主要包括织花图案和印花图案设计两方面，织花图案设计主要用于织物生产过程，生产织物的机器可分为提花织机和非提花织机，提花织机主要用于生产含有复杂颜色结构图案的织物，是在古代普通织机基础上，通过提综和换梭（换色）方法生成图案，生产出的织物不需要进行印花，可直接用于服饰生产，但生产较慢效率较低。非提花织机，如喷气（喷水）织机，主要用于简单循环重复的图案，生产较快效率较高，可是普通织机的十几倍，甚至几十倍，一般地，生产出的织物颜色少、图案简单，需要进行印花。印花图案设计，就是借助于化学药剂对织物的染色作用，利用套

8、印的方法，在已织好的纺织品面料上，印上适合需要的色彩缤纷的图案。 织物图案设计和印花图案设计过程实质上是结合生产工艺特点，进行图案设计的过程，图案设计是它们共有的重要组成部分。近年来，随着计算机应用的推广运用，工艺上有些过程可以由计算机自动处理，织物图案设计和印花图案设计人员主要精力就是运用计算机进行纺织品图案创意设计。图案设计也渐渐地独立于织花图案设计和印花图案设计，成为纺织品生产企业一个专门的职位。 纺织品设计在纺织生产中的一个非常重要的作用，今天，随着人们生活水平的不断改善，人们悦来越追求时尚，对纺织品和消费产品的选择，不但重视产品的质量，同时也注重纺织消费品图案的时尚性和艺术内涵。而且

9、，时尚是变化的，速度越来越快，纺织品生产企业要实现其销量和利润的增长，就必须不断推出适合时尚和具有艺术内涵纺织新品，推陈出新的速度往往成为一个企业生存和发展的决定性因素，这就是对纺织品图案设计人员提出了很高的要求。 中国是个纺织品出口大国，全球大约有一半以上的纺织消费品产于中国，但是，我国的绝大多数纺织品都处于市场低端，靠量大价廉取胜，难以走进高端市场，企业利润微薄。主要原因是我国纺织品在图案设计创意和工艺创新方面与发达国家存在很大差距。 1.4数码图案设计软件现状 纺织品图案设计人员使用的图形处理软件主要可分为通用软件和纺织图案设计专用软件两种。目前，通用软件主要有以下几种： Photosh

10、op，是Adobe公司的研制开发的一款图像处理软件，在中国，有相当多的专业图案设计者都在使用该软件。无论是图案的绘制，还是图案效果的处理，它都是必不可少的工具，而且随着数码技术的发展，电脑的普及，Photoshop的应用也越来越广泛。Photoshop对于图案的处理具有强大的功能，拥有多种选择工具，而且这些选择工具可以结合起来选择较为复杂的图像，这样对于图案的编辑就相当的方便；Photoshop自带多种滤镜，而且还支持外挂滤镜，它的滤镜可以说“取之不尽，用之不竭”，这样对于图案的特殊效果的处理就显得游刃有余。Photoshop简单易学，功能强大，适合于不同水平的用户，更适合于专业设计基础较强，

11、但电脑水平一般的专业设计人士。 CorelDarw：应该说是应用最为广泛的平面设计软件之一，也是相当出色的矢量绘图软件。它是一个很好的工具，它能令你事半功倍。使用它来制作和设计作品，不仅得心应手，还会在创作的过程中，从它那里得到源源不断的启发，创造出更美好的，更让人不可思议的图案。它以功能丰富而著称，而且在新的版本上功能不断的强大。 纺织图案设计专用软件主要有： AT-DESGIN，是浙江杭州宏华电脑技术有限公司研制开发的产品，1997年推出的纺织品设计软件，该软件是以印花图案设计及服装款式设计为主的设计系统。跟一些单一的设计软件相比，该软件保持了分色系统的全面、实用的特色，同时该系统提供了图

12、案绘制、花型组合、纹理效果、单元循环和云纹制作等工具，在纺织面料领域获得应用;也提供服装款式设计以及服装的模拟，并且，可以用作装饰面料在不同的场景中的进行立体式的模拟，而且提供颜色的自动配色功能及对局部和整个图形进行调色处理。在广度和深度上，该软件都占有很大的优势。它的推出无疑让一直停留在手工制绘阶段的设计师眼前为之欣喜，成为服装设计师、纺织图案创意设计师最理想的设计工具。 AT-ADSL，是矢量电脑分色印花软件，由浙江杭州宏华电脑技术有限公司1997年研制成功，是一款对各种印花图案进编辑、分色、设计及其工艺后处理的标准程序软件。AT-ADSL是印花CAD领域的先驱，它可以快捷的分色描稿、真正

13、的矢量化处理、并有独创的六分色功能，具有智能化线条描绘功能，可以轻松的处理超大型的图像。新的版本增加了更多的新功能:对于扫描图像可以去除网纹;可以调整图像的明亮度和对比度:增加了喷笔的多种效果，可以绘制风格各异的图案；它的对于图案的强大的连晒功能也给设计师提供了极大的便利。AT-ADSL友好的界面、强大的功能和方便的操作已经得到用户的青睐，是电脑印花分色设计系统的再一次突破。 金昌印花EX900O分色系统，是金昌软件开发公司研发的分色制版系统，是国内著名的印染分色软件，其快捷的速度，完善的功能，使得它在印花行业中占据一席之地。它具备处理高精度、高难度花稿的能力和无与伦比的可靠性。 1.5基于分

14、形的数码纺织艺术设计系统 目前，常用的纺织品图案设计软件具有图像处理能力强，图案编辑方便、色彩处理丰富等特点，但与市场对纺织品设计的要求相比，仍一些不足，一是对设计者的依耐性很高，如果没有一定的艺术修养一级对这些软件的熟练掌握，无法创作出别致新颖的设计图案；二是图案设计速度慢，需要多天的时间；三是对素材要求较高，缺乏素材后果严重。 为此，本设计把分形理论引进纺织品图案设计过程中来，运用Visual C+6.0作为软件开发语言，设计开发出一个具有人机交互界面的图案分形设计系统。该系统采取理论比较成熟的四个分形图形产生子系统组成，它们分别是函数递归分形系统、林氏系统（L系统）、迭代函数系统分形系统

15、和复数运算与点列迭代分形系统。 函数递归分形生成系统，它生成原理是一个由线段组成的图形，将原图的每个线段单元用缩小后的原图代替，反复迭代，生成图形。通过定义一个由线段组成的简单图形，反复迭代，生成复杂的分形图形。 林氏系统，又称L系统，实际上是一种字符串重写系统。它主要由一个公理(原始符串)和一组替代规则（字符串产生式）组成，通过字符反复迭代替换生成复杂长字符串，再用字符控制龟标绘制图形。 迭代函数系统分形系，由多条线性变换规则组成，每个规则把坐标点<x,y>进行线性变换<x=ax+by+e,y=cx+dy+f>,每个变换规则按某种概率分布，随机的采用各个规则进行变换，

16、最后根据生成的所有点<x,y>绘制图形。 复数运算与点列迭代分形系统，主要是通过产生芒德勃罗集（Mandelbrot set）、朱丽亚集(Julia)和牛顿盆 (NewTon basin)这三个经典的复数分形图，因为这三个图可以无限放大，因此，这三个图形内部包含了无数个形态各异的分形子图，设计者可以查看放大后的图片，选取一部分作为自己的设计之用。 该图案分形设计系统具有生成方法多样、图形参数输入简单、生成原理易于理解等特点，生成的图形既源于现实世界，又不同于现实世界，内涵丰富、形状多样，可成为图案设计者创意设计的重要来源之一。同时，该系统还具有分形数据存储功能和初步的图像编辑处理功

17、能，使设计者更方便地进行图形设计创作。 1.6纺织品分形设计现状 近年来，随着计算机应用的普及，分形的发展很快，特别是在应用方面，在物理相变理论、材料的结构与控制、力学中的断裂、高分子链的聚合、自然图形的模拟、酶的生长等领域取得了令人瞩目的成果。在应用学科和计算机图形的推动下，分形的随机理论，运动系统的吸引子理论与分形的局部结构等方面也获得了较深入的研究结果。 在应用于纺织品图案设计方面，也有人进行了尝试，取得了一些成果，但许多应用方法单一，缺乏系统性，有很大的局限性。到目前为止，尚一款成熟的基于分形的纺织品图案通用设计软件。因些，研发一种集多种分形方法的功能强大的通用纺织品图案设计软件非常有

18、必要。 1.7 Visual C+ 6.0简介 Visual C+ (简称VC)是在Windows平台下构建32位应用程序的强大而又复杂的可视化软件开发工具，是目前世界上使用最多的开发工具之一。VC+的应用非常广泛，从桌面应用程序到服务器端软件，从系统软件到应用软件，从单机程序到分布式应用程序，从图形图像处理到游戏的开发，VC+无所不在。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，随着其新版本的不断问世，Visual C+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。 Visual C+6.0不仅是一个C+编译器，而且是一个基于Windows操作系统的可视化集成开发环境（integrated development environment,IDE）。Visual C+6.0由许多组件组成，包括编辑器、调试器以及程序向导AppWizard、类向导Class Wizard等开发工具。 这些组件通过一个名为Developer St