紋織CAD中冰片泥地算法的實(shí)現(xiàn)

羅炳金，劉洋飛

(1.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織學(xué)院，浙江寧波315211;2.杭州浙大經(jīng)緯計(jì)算機(jī)公司，杭州310012)

泥地是裝飾紋織物意匠設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)之一，它采用漸變和渲染的筆法，以一定的隨機(jī)性對(duì)光線形成不同角度和亮度的漫反射，使色光和花紋由暗到明或由明到暗進(jìn)行層次變化，使裝飾紋織物富有立體感，使織物花紋形態(tài)別具一格。裝飾紋織物意匠設(shè)計(jì)中，泥地沒有固定的組織循環(huán)，它是通過在意匠圖上自由點(diǎn)繪，使組織點(diǎn)從稀疏到密集進(jìn)行不規(guī)則排列，來實(shí)現(xiàn)紋織物圖案和底紋的裝飾效果。在傳統(tǒng)的裝飾紋織物設(shè)計(jì)中，泥地繪制都是靠手工操作，文獻(xiàn)［1-3］從織物組織變化角度歸納了手工繪制泥地方法:格子鑲嵌法、填加法、錯(cuò)位排列法、旋轉(zhuǎn)法、平面組合方法、組合重疊方法等。這幾種方法都是在傳統(tǒng)的意匠紙上，以織物的三原及其變化組織為基礎(chǔ)，通過組織排列次序變化、浮長線長短變化、不同類型的組織組合而手工制作泥地。手工繪制泥地效率低下，設(shè)計(jì)強(qiáng)度比較大，一幅簡單的泥地圖案，通常要幾個(gè)小時(shí)甚至幾天才能繪制完成。

在裝飾紋織物中，按照所表現(xiàn)的機(jī)理和形態(tài)，常用的泥地類型有冰塊泥地、影光泥地、燥筆泥地等類型［4］，其中冰塊泥地設(shè)計(jì)最復(fù)雜，影光泥地設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，而燥筆泥地形成的方式與冰塊泥地相似。冰片泥地的特點(diǎn)是整體效果如敲碎的冰面，它的冰紋塊形狀、大小具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和紋理性，在意匠圖上冰塊泥地大至十多梭，小至二三梭［5］。

本研究根據(jù)傳統(tǒng)手工繪制泥地的方法和冰片泥地的特點(diǎn)，討論在紋織CAD中利用計(jì)算機(jī)算法，模擬實(shí)現(xiàn)冰片泥地的效果，這將極大降低冰片泥地設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使冰片泥地效果更好地應(yīng)用到裝飾紋織物花型設(shè)計(jì)中。

1 冰片泥地效果的特點(diǎn)分析

冰片泥地的紋理效果可應(yīng)用于各類家居飾品的圖案設(shè)計(jì)中，圖1為一幅較為典型的冰片泥地作底紋的效果圖。

圖1 冰片泥地作裝飾織物底紋的效果Fig.1 Effect chart of borneol mud for making bottom pattern of decorative fabric

從圖1可以看出，冰片泥地由一個(gè)個(gè)小的冰片單元組成，每個(gè)冰片單元由短直線條包圍而成，單元的面積相仿，形狀和位置具有一定的隨機(jī)性。

由于冰片單元邊界的分割，每個(gè)冰片單元都形成一個(gè)凸形的獨(dú)立連通區(qū)域。并且，每個(gè)冰片單元的重心位置，相對(duì)均勻的分布在空間中，冰片單元邊界線條的粗細(xì)也大體一致。

根據(jù)冰片泥地的這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種冰片種子膨脹實(shí)現(xiàn)冰片泥地效果的計(jì)算機(jī)算法。

2 基本冰片泥地算法的實(shí)現(xiàn)

2.1 算法核心

在冰片泥地區(qū)域中，根據(jù)冰片單元的密度，隨機(jī)產(chǎn)生冰片單元種子點(diǎn)。以種子點(diǎn)為中心，進(jìn)行膨脹擴(kuò)散，直至在不同種子點(diǎn)之間形成分界線。這些分界線為冰片單元的邊界線，邊界線分割出的獨(dú)立的單元塊，即為冰片單元。

2.2 算法實(shí)現(xiàn)步驟

圖2為冰片泥地算法的過程:1)設(shè)置種子點(diǎn)寬高間隔和種子偏移隨機(jī)度。2)根據(jù)種子點(diǎn)寬高間隔，確定每個(gè)種子點(diǎn)初始位置。3)根據(jù)種子點(diǎn)偏移隨機(jī)度，隨機(jī)產(chǎn)生偏移，偏移后的位置，作為種子點(diǎn)位置。4)建立擴(kuò)散點(diǎn)順序表，擴(kuò)散點(diǎn)順序是根據(jù)距離中心點(diǎn)的遠(yuǎn)近確定的，原則為先近后遠(yuǎn)。5)根據(jù)擴(kuò)散點(diǎn)順序表順序，對(duì)每個(gè)種子點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散。先在擴(kuò)散點(diǎn)順序表中取出第1個(gè)偏移位置，對(duì)所有種子點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散;再在擴(kuò)散點(diǎn)順序表中取出第2個(gè)偏移位置，對(duì)所有種子點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散，依次進(jìn)行下去。6)對(duì)于擴(kuò)散位置上，已有其他種子點(diǎn)的擴(kuò)散點(diǎn)，則對(duì)該點(diǎn)不進(jìn)行替換。7)對(duì)于擴(kuò)散位置上，本身是空白點(diǎn)，但緊鄰(4連通)已填充的擴(kuò)散點(diǎn)，就作為邊界點(diǎn)進(jìn)行保留。8)為了能及時(shí)停止擴(kuò)散操作，當(dāng)連續(xù)N次一個(gè)點(diǎn)都沒有替換，就停止擴(kuò)散。

2.3 算法實(shí)現(xiàn)效果

利用Visual C++6.0軟件開發(fā)平臺(tái)，對(duì)基本冰片泥地的算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。測試結(jié)果體現(xiàn)了該算法能很好地表現(xiàn)冰片泥地的形態(tài)和隨機(jī)性。圖3為橫向間隔20，縱向間隔20，種子點(diǎn)隨機(jī)度50%冰片泥地效果;圖4為橫向間隔20，縱向間隔20，種子點(diǎn)隨機(jī)度70%冰片泥地效果。

3 漸變冰片泥地算法的實(shí)現(xiàn)

3.1 算法核心

漸變冰片泥地和基本冰片泥地的區(qū)別在于冰片種子點(diǎn)的分布?；颈嗟氐姆N子點(diǎn)分布是相對(duì)均勻等距的，而漸變冰片泥地的種子點(diǎn)分布是根據(jù)漸變方式間距按一定規(guī)律進(jìn)行改變的。

以圓形漸變冰片泥地為例，種子點(diǎn)分布的初始位置是以原點(diǎn)為中心，逐漸向外擴(kuò)散，種子點(diǎn)密度也隨向外擴(kuò)散而變稀疏或緊密。

3.2 圓形漸變冰片泥地函數(shù)流程

圓形漸變冰片泥地函數(shù)流程見圖5。

圖2 冰片泥地基本算法的過程Fig.2 Basic algorithm process of borneol mud

圖3 橫向間隔20，縱向間隔20，種子點(diǎn)隨機(jī)度50%冰片泥地效果Fig.3 Borneol mud effect under conditions of lateral interval 20，longitudinal interval 20，randomness degree of seed points 50%

圖4 橫向間隔20，縱向間隔20，種子點(diǎn)隨機(jī)度70%冰片泥地效果Fig.4 Borneol mud effect under conditions of lateral interval 20，longitudinal interval 20，randomness degree of seed points 70%

圖5 冰片泥地函數(shù)流程Fig.5 Flow chart of function for borneol mud

3.3 圓形漸變冰片泥地算法實(shí)驗(yàn)效果

利用Visual C++6.0軟件開發(fā)平臺(tái)，對(duì)圓形冰片泥地的算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。漸變冰片泥地算法的實(shí)現(xiàn)效果見圖6、圖7。

圖6 冰片單元由中心向外逐漸放大的效果Fig.6 The gradually amplifying effect of borneol unit from center to outward

圖7 冰片單元由中心向外逐漸縮小的效果Fig.7 The diminishing effect of borneol unit from center to outward

4 紋織CAD中冰片泥地應(yīng)用的相關(guān)問題

針對(duì)紋織物設(shè)計(jì)的實(shí)際特點(diǎn)，冰片泥地算法在實(shí)際紋織CAD中應(yīng)用時(shí)，還應(yīng)考慮以下問題:經(jīng)緯密問題、邊界線條粗細(xì)問題和接回頭問題。

4.1 經(jīng)緯密問題

紋織物表層經(jīng)緯密度往往并不相同，如不考慮經(jīng)緯密度，設(shè)計(jì)后的冰片泥地效果就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形，冰片泥地邊界線條也會(huì)產(chǎn)生粗細(xì)不均或斷裂的問題。

設(shè)計(jì)冰片泥地時(shí)，應(yīng)在排列種子點(diǎn)初始位置時(shí)，就考慮織物的經(jīng)緯密度。根據(jù)實(shí)際經(jīng)緯密度和冰片泥地種子間距，換算成確定的意匠坐標(biāo)位置，這樣就能很好地解決經(jīng)緯密不同的問題了。

4.2 邊界線條粗細(xì)問題

根據(jù)紋織物的特點(diǎn)和圖案設(shè)計(jì)的要求，冰片泥地邊界線條的粗細(xì)經(jīng)常需要做一定調(diào)整，如經(jīng)線線條至少2根。改變邊界線條粗細(xì)，可在按上述算法繪制出單根線條的冰片泥地效果后，對(duì)邊界線進(jìn)行后期調(diào)整。應(yīng)用基本膨脹算法，對(duì)邊界線條橫向或縱向進(jìn)行膨脹，即可改變邊界線條的粗細(xì)。

4.3 接回頭問題

對(duì)于裝飾紋織物圖案，經(jīng)常需要能夠上下左右接回頭。這樣，在算法實(shí)現(xiàn)時(shí)，種子點(diǎn)排布和擴(kuò)散都要考慮圖案的邊界問題。左邊界種子點(diǎn)，要考慮右邊界對(duì)其的影響;上邊界種子點(diǎn)，也要考慮下邊界對(duì)其的影響。在分布確定種子點(diǎn)位置后，膨脹過程仍要考慮圖案邊界的接回頭。這樣，算法生成出的冰片泥地效果，就可以滿足裝飾紋織物紋樣圖案接回頭的要求了。

5 結(jié)論

在紋織物CAD中，裝飾紋織物的意匠的陰影畫法常常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，泥地的設(shè)計(jì)又是裝飾紋織物設(shè)計(jì)過程中必不可少的。通過對(duì)紋織CAD中冰片泥地算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了一定的實(shí)驗(yàn)測試，證明用種子膨脹算法實(shí)現(xiàn)冰片泥地是可行的，不僅可以控制冰片泥地的形態(tài)和隨機(jī)性，還可以繪制出用手工基本無法實(shí)現(xiàn)的漸變冰片泥地效果。此設(shè)計(jì)方法給紋織CAD裝飾紋織物意匠圖的設(shè)計(jì)帶來了方便，加強(qiáng)了意匠圖的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，為數(shù)碼化的裝飾織物特別是多色彩多層次的裝飾織物(如像景織物)設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］楊順寶.談提花織物中泥地組織的簡易繪制［J］.紡織裝飾科技，1996(1):14-15.YANG Shunbao.Disscussion on the simple drawing of mud texture weaves on jacquard fabric［J］.Textile Decoration Technology，1996(1):14-15.

［2］陳松竹.試談泥地的畫法［J］.絲綢，1988(1):34-36.CHEN Songzhu.Discussion on drawing of mud texture［J］.Journal of Silk，1988(1):34-36.

［3］俞興華.泥地花織物花本的簡易制作［J］.絲綢，1989(1):24-27.YU Xinghua.Simple to make the jacquard boards of mud texture jacquard fabric［J］.Journal of Silk，1989(1):24-27.

［4］陳亞卿.意匠圖的泥地描繪方法［J］.絲綢，2000(3):12-15.CHEN Yaqin.Drawing method of mud texture of jacquard pattern grid［J］.Journal of Silk，2000(3):12-15.

［5］黃翠蓉.織物泥地組織的設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2003(3):14-16.HUANG Cuirong. Design ofmud textureweaves［J］.Advanced Textile Technology，2003(3):14-16.