基于彩色圖像的灰度仿真數(shù)碼提花織物設計

周 赳，唐瀾倩

(浙江理工大學 先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室，浙江 杭州 310018)

中國古代紡織面料的黑白灰仿真設計大部分通過手工完成［1-2］，主要有2種方法：一是直接對黑白畫稿進行黑白灰仿真織物設計;二是利用彩色圖案進行黑白灰仿真織物設計。當彩色圖案用于黑白灰仿真效果的織物制作，傳統(tǒng)的提花織物設計方法需要先將彩色圖稿重新設計成黑白效果圖案，再針對性進行結構設計。其流程為：彩色圖稿—灰度圖像—結構設計—黑白仿真提花織物。

傳統(tǒng)的黑白仿真提花織物依賴視覺經(jīng)驗，以灰度模擬彩色的明度效果，在色彩與灰度的轉化過程中，會丟失很多色彩信息，仿真偏差很大。另外在結構設計上，采用一般的影光組織進行提花織物設計，由于結構間會產(chǎn)生相互遮蓋的效果，生產(chǎn)的織物無法與理論上的灰度仿真設計效果保持一致，而且設計過程費時費力，在技術上存在很多制約因素，無法進行大批量生產(chǎn)應用［3-5］。

隨著數(shù)碼設計技術的應用，數(shù)碼圖像可以直接用于提花織物的設計，而針對灰度仿真效果提花織物的設計往往直接應用黑白效果的數(shù)碼圖像［6-7］。研究發(fā)現(xiàn)，利用彩色效果的數(shù)碼圖像同樣可以進行灰度仿真效果提花織物的設計［8-10］，且其原理和方法與傳統(tǒng)方法不同。利用彩色數(shù)碼圖像與黑白效果相互轉換的原理，可方便地將組合結構應用于灰度仿真的數(shù)碼提花織物設計，并在灰度表達上能夠達到高保真的效果。

本文以數(shù)碼設計技術應用為前提，研究彩色圖像設計灰度仿真效果數(shù)碼提花織物的原理和方法。借鑒數(shù)碼圖像的色彩原理，采用分層組合設計方法，實現(xiàn)了基于彩色圖像的灰度仿真提花織物的設計創(chuàng)新，為數(shù)碼提花織物的設計創(chuàng)新提供借鑒。

1 基本原理與方法

1.1 基本原理

數(shù)碼彩色圖像每個像素點的色彩效果由原色數(shù)值混合而成。織物的顏色信息由經(jīng)緯紗線交織層疊傳遞，顯色效果與數(shù)碼彩色圖像顯色效果異曲同工。

當數(shù)碼彩色圖像直接轉變成黑白灰效果圖像，其像素點只有亮度值。若將數(shù)碼彩色圖像分成若干顏色灰度圖像層，將各層圖案明度信息用組織結構分開記錄，再用合理的組合方法將其組合疊加，得到的像素點即為若干顏色明度的疊加值，得到的織物組織結構圖保存了數(shù)碼圖案的明度信息。若干單層結構組合疊加原理更接近數(shù)碼圖案的色彩構成原理，彩色圖像的灰度仿真效果得到明顯提高，與傳統(tǒng)黑白仿真提花織物方法不同，創(chuàng)新的設計流程如圖1所示。

圖1 數(shù)碼灰度仿真提花織物設計方法流程Fig.1 Design process of digital grey simulative jacquard fabric

1.2 設計方法

根據(jù)圖2的流程，基于數(shù)碼技術的應用，提出一種彩色圖案制作灰度仿真數(shù)碼提花織物的設計方法。主要有3個步驟：彩色數(shù)碼圖案分色分層、全顯色組織的設計以及組織替換形成織物組織結構圖的設計。

1.2.1 彩色數(shù)碼圖案分色分層

先將彩色圖案數(shù)碼化處理。根據(jù)彩色數(shù)碼圖案的色彩效果確定基本色，對彩色數(shù)碼圖案進行分色分層處理，分色圖層數(shù)為偶數(shù)。特征在于每個分色圖層規(guī)格與原彩色數(shù)碼圖案規(guī)格相同且只包含其中1個基本色的色彩信息，1個基本色對應1個單色效果的色彩圖層，稱為單色圖層。

1.2.2 全顯色組織的設計

全顯色組織設計要求在全息組織設計過程中設置全顯色技術點，應用全息組織設計每個單色圖層的結構圖，多個單色圖層的結構圖組合后顯色點彼此互相不遮蓋，能達到全顯色的效果。具體方法包括全顯色組織點的設計、基礎組織的設計以及配合組織的設計應用3個步驟，本文以16枚組織為例進行設計說明。

1)全顯色組織點的設計。選擇2個基本組織A、B，A和 B組織循環(huán)數(shù)相同，但具有不同的起始點。

根據(jù)B的組織特征，對A設定全顯色技術點，根據(jù)A的組織特征，對 B設定全顯色技術點［11］，如圖2所示。

圖2 基本組織A、B及其全顯色技術點Fig.2 Primary weave A and B and its full-color points.

2)基礎組織的設計。以A的原組織點為起始點，在保持全顯色技術點不被遮蓋的前提下設計1組影光效果的組織，稱之為基礎組織。圖3所示為16枚緯向加強的基礎組織的設計效果。

圖3 基礎組織設計(緯向加強)Fig.3 Basic weaves design(weft-reinforcing)

圖4 配合組織設計(緯向加強)Fig.4 Joint weaves design(weft-reinforcing)

3)配合組織的設計。以 B的原組織點為起始點，在保持全顯色技術點不被遮蓋的前提下設計1組影光效果的組織，稱之為配合組織。圖4所示為16枚緯向加強的配合組織的設計效果。

1.2.3 組織替換形成織物組織結構圖的設計

將分色獲得的單色圖層處理成灰度模式，各圖的灰度級別不超過設計的全顯色組織數(shù)目，確定灰度圖像中黑到白與全顯色組織中的緯面到經(jīng)面組織的替代關系，并保持不變，將組織分別與單層圖中相應的灰度級一一替換，形成對應的織物單層結構圖;將所有單層織物結構圖組合形成一個織物組合結構圖，具體步驟如下。

1)將完成的單色圖層中奇數(shù)層圖像灰度與基礎組織一一替換，形成各自的單層織物結構圖。

2)將完成的分色圖層中偶數(shù)層圖像灰度與配合組織一一替換，形成各自的單層織物結構圖。

3)將單層織物結構圖按相同起始位置沿緯向1∶1進行組合，得到組合效果的灰度仿真提花織物結構圖。

將灰度仿真提花織物結構圖加上選緯信息，選擇1組白色紗線做經(jīng)紗，選擇與基本色灰度相同的紗線做緯紗，緯紗的色彩為每個基本色去色后的灰度色彩，該織物結構圖能直接用于生產(chǎn)偶數(shù)緯灰度仿真提花織物。不同于傳統(tǒng)灰度仿真提花織物設計，由于增加了灰色紗線，獲得的灰度仿真效果織物能表現(xiàn)細膩的灰度變化效果。另外，由于獲得的灰度仿真提花織物的分層結構保留了分色信息，若將灰度紗線換成有色紗線，則可以在灰度仿真提花織物基礎上設計各種彩色效果的數(shù)碼提花織物。

2 設計實踐

數(shù)碼分層組合設計模式的應用和組合全顯色結構設計方法的提出，使得直接運用彩色數(shù)碼圖案織造灰度仿真數(shù)碼提花織物成為可能［12］。設計出的織物能夠表現(xiàn)細膩的灰度過渡效果及還原逼真的圖像灰度效果。

提花織物設計以人物肖像仿真要求最高，將設計所得的16枚53級全顯色組織用于設計實踐，以彩色數(shù)碼照片設計灰度仿真數(shù)碼提花織物為例，將數(shù)碼圖像分為青藍、玫紅、黃色、黑色4個單色圖層，并根據(jù)實際效果處理成53級以下的灰度模式，根據(jù)圖案中不同灰度的亮度值，進行全顯色組織替換，得到各自的單層結構圖。方法是將奇數(shù)層的青藍和黃色單色灰度圖分別對應全顯色基礎組織，將偶數(shù)層的玫紅和黑色單色灰度圖分別對應全顯色配合組織，進行灰度與組織的一一替代，形成對應的只有黑白2色的4個單層結構圖，規(guī)格不變。

將4個單層結構圖按相同起始位置沿緯向1∶1∶1∶1進行組合，即按青藍、玫紅、黃色、黑色將4個單層結構圖的緯紗依次排列，形成只有黑白2色的組合織物結構圖，選擇與青藍、玫紅、黃色、黑色對應的灰度紗線(明度相同)做緯紗，以白色紗線做經(jīng)紗，該組合結構圖可以用于灰度仿真織物生產(chǎn)?？椢飯D效果如圖5所示。

圖5 設計實例效果圖Fig.5 Design creation of grey simulative fabric.

3 結語

受數(shù)碼圖像色彩設計原理啟發(fā)，將彩色數(shù)碼圖像與灰度數(shù)碼圖像模式轉換的原理用于彩色數(shù)碼圖像設計灰度仿真提花織物，提出基于分層組合設計模式的多組緯灰度仿真提花織物設計方法。通過設計實踐，證明該原理和方法具有現(xiàn)實的應用價值，所設計的織物不僅能對原圖進行過渡細膩的灰度仿真，并能滿足大批量生產(chǎn)的技術要求，為數(shù)碼圖像設計灰度仿真提花織物提供了新的途徑。

［1］BELL T F.Jacquard Weaving and Designing［M］.London：Longmans Green and Co，1895：117.

［2］張序貴，朱利容.黑白像景紋織 CAD設計及產(chǎn)品開發(fā)［J］.絲綢，2008(1)：14-16.ZHANG Xugui，ZHU Lirong.Development of blackand-white fabric with figured and scenery images ［J］.Silk Monthly，2008(1)：14-16.

［3］李加林.現(xiàn)代絲織像景織物及結構設計特征［J］.絲綢，2004(3)：11-13.LIJialin.Modern silk woven photograph and its structure design features［J］.Silk Monthly，2004(3)：11-13.

［4］浙江絲綢工學院，蘇州絲綢工學院.織物組織與紋織學［M］.北京：中國紡織出版社，1997：68.Zhejiang Institute of Silk and Textiles，Suzhou Institute of Silk and Textiles.Weave and Structure of Woven Fabric［M］.Beijing：China Textile ＆ Apparel Press，1997：68.

［5］施國生，梁道雷.黑白像景織物的圖像分色方法的研究 ［J］.紡織學報，2003，24(5)：45-46.SHI Guosheng，LIANG Daolei.A colorseparating method of the black-white photographic woven fabrics［J］.Journal of Textile Research，2003，24(5)：45-46.

［6］KEIJIOsaki.High quality color reproduction on jacquard silk textile from digital color images［J］.AUTEX Research Journal，2003(3)：173-176.

［7］PHLIGreen.Understanding DigitalColor［M］.London：GATE Press，1999：34.

［8］周赳，蔣燁瑾.基于數(shù)碼技術的提花織物產(chǎn)品創(chuàng)新［J］.紡織學報，2009，30(11)：53-56.ZHOU Jiu，JIANG Yejin.Innovative design of jacquard fabrics based on digital technology ［J］.Journal of Textile Research，2009，30(11)：53-56.

［9］NG Frankie，ZHOU Jiu.Innovative layered-combination mode for digital jacquard fabric design ［J］.Textile Research Journal，2009，79(8)：737-743.

［10］周赳，吳文正.無彩數(shù)碼提花織物的創(chuàng)新設計原理和方法［J］.紡織學報，2006，27(4)：1-4.ZHOU Jiu，NG Frankie.Innovative principle and method of colourless digital jacquard fabric design［J］.Journal of Textile Research，2006，27(4)：1-4.

［11］浙江理工大學.全顯色提花織物結構設計方法：中國，200510050041.2［P］.2009-06-24.Zhejiang Sci-Tech University.Design method of fullcolor digital jacquard fabric structure：China Patent，200510050041.2［P］.2009-06-24.

［12］浙江理工大學.一種彩色圖案設計黑白仿真效果提花織物的方法：中國，201110273607.3［P］.2012-04-25.Zhejiang Sci-Tech University.Design method of grey simulative effect digital jacquard fabric based on colorful image：China，201110273607.3［P］.2012-04-25.