組織點(diǎn)拼接模式的機(jī)織物模擬軟件開(kāi)發(fā)研究

王 旭，袁惠芬，畢松梅，劉新華

（1. 安徽工程大學(xué) “紡織面料”安徽省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000；2. 安徽工程大學(xué) 紡織行業(yè)科技公共服務(wù)平臺(tái)，安徽 蕪湖 241000）

組織點(diǎn)拼接模式的機(jī)織物模擬軟件開(kāi)發(fā)研究

王 旭1,2，袁惠芬1，畢松梅1，劉新華1,2

（1. 安徽工程大學(xué) “紡織面料”安徽省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000；2. 安徽工程大學(xué) 紡織行業(yè)科技公共服務(wù)平臺(tái)，安徽 蕪湖 241000）

研究機(jī)織物組織的計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程，建立組織點(diǎn)模型，結(jié)合組織矩陣和組織點(diǎn)拼接模式，實(shí)現(xiàn)了機(jī)織物模擬，并討論機(jī)織物模擬軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。研究表明：機(jī)織物模擬圖和小樣試織的實(shí)物照片具有較好的相似性。研究結(jié)果對(duì)開(kāi)發(fā)機(jī)織物模擬軟件，具有一定的參考價(jià)值。

組織點(diǎn)；組織矩陣；拼接；織物模擬

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)向紡織行業(yè)的不斷滲透，CAD已經(jīng)越來(lái)越多的被引入到紡織設(shè)計(jì)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中織物模擬逐漸受到研究者的重視。郭新生等[1]發(fā)現(xiàn)組織點(diǎn)和浮長(zhǎng)線對(duì)織物的外觀有影響，并根據(jù)浮長(zhǎng)線的空間位置和光澤變化，提出提高織物模擬真實(shí)感的方法。王志東等[2]通過(guò)分析紗線和織物的空間幾何結(jié)構(gòu)，建立其表面光照模型，并提取出織物表層信息，增強(qiáng)了織物模擬的立體感。賈志國(guó)等[3]通過(guò)對(duì)紗線圖像的分析，運(yùn)用多項(xiàng)式擬合得到紗線顏色的變化規(guī)律，并開(kāi)發(fā)了織物模擬軟件。陸洪斌等[4]從反映交織規(guī)律的組織矩陣獲取了浮長(zhǎng)矩陣，提高了提花織物模擬真實(shí)感, 并提出優(yōu)化算法提高模擬速度。劉驪等[5]提出基于幾何測(cè)量和網(wǎng)格變形的織物模擬方法，從反映面料幾何屬性復(fù)原性、拉伸性和彎曲性建立變形能量函數(shù)，并模擬真實(shí)織物的行為。已有的研究表明，CAD是織物模擬重要的手段。

1　組織點(diǎn)拼接模式的原理

機(jī)織物由于經(jīng)緯交織帶來(lái)的紗線遮擋效應(yīng)，使得織物外觀呈現(xiàn)出組織點(diǎn)和浮長(zhǎng)線有規(guī)律組合的效果。組織點(diǎn)拼接模式是一種通過(guò)組織點(diǎn)相互連接形成機(jī)織物的模擬方式。通過(guò)建立組織點(diǎn)模型，并根據(jù)織物矩陣體現(xiàn)的交織規(guī)律，把組織點(diǎn)相互連接，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)織物組織圖案的模擬。

1.1 機(jī)織物組織點(diǎn)模型

機(jī)織物由經(jīng)緯紗交織形成，經(jīng)緯紗交織處為組織點(diǎn)，當(dāng)經(jīng)紗在緯紗之上或緯紗在經(jīng)紗之上分別稱(chēng)經(jīng)組織點(diǎn)或緯組織點(diǎn)。因此，織物外觀可通過(guò)經(jīng)、緯組織點(diǎn)相互拼接模擬形成?？椢锝M織點(diǎn)模型外輪廓ABCD，如圖1所示，其中圖1（a）表示經(jīng)組織點(diǎn)，即交織處經(jīng)紗EFGH在緯紗IJKL之上。圖1（b）表示緯組織點(diǎn)，即交織處緯紗IJKL在經(jīng)紗EFGH之上。組織點(diǎn)模型包括以下6個(gè)參數(shù)：w，h分別表示組織點(diǎn)寬和高；x1，x2分別表示經(jīng)紗、緯紗表觀直徑；y1，y2分別表示相鄰經(jīng)紗或相鄰緯紗間縫隙的一半。其中w，h由織物經(jīng)、緯密度決定；x1，x2由經(jīng)紗、緯紗直徑?jīng)Q定；y1，y2由經(jīng)緯密度與經(jīng)緯紗直徑的差值決定。

圖1　織物組織點(diǎn)模型示意圖

通常，織物的經(jīng)緯密和紗線直徑均不同，當(dāng)x1=x2且經(jīng)密度大于緯密度，則w＜h；當(dāng)經(jīng)密度=緯密度且x1＞x2，則y1＜y2。

1.2 組織矩陣與組織點(diǎn)拼接

按照?qǐng)D1所示的組織點(diǎn)模型，可根據(jù)組織點(diǎn)拼接模式實(shí)現(xiàn)機(jī)織物組織模擬，其中織物的寬度可根據(jù)經(jīng)組織點(diǎn)寬度與經(jīng)紗根數(shù)乘積確定，織物的高度可根據(jù)緯組織點(diǎn)高度與緯紗根數(shù)乘積確定。圖2為以平紋織物為例的組織點(diǎn)拼接模式示意圖。令織物組織矩陣中元素1、0分別表示經(jīng)、緯組織點(diǎn)，那么拼接法形成織物的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是根據(jù)織物組織矩陣，在元素1的位置鋪放經(jīng)組織點(diǎn)，在元素0的位置鋪放緯組織點(diǎn)。

圖2　組織點(diǎn)拼接模式示意圖

2　機(jī)織物組織模擬軟件的開(kāi)發(fā)

和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)不同，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)采用事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，程序包括對(duì)象及代碼，當(dāng)觸發(fā)對(duì)象的某個(gè)具體事件（如命令按鈕的單擊），則啟動(dòng)預(yù)先設(shè)置的程序代碼?？椢锝M織模擬軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程包括界面設(shè)計(jì)及代碼編程兩個(gè)部分。

2.1 軟件界面設(shè)計(jì)

以Visual Basicc 6.0為開(kāi)發(fā)工具，軟件界面設(shè)計(jì)如圖3所示，其中窗體內(nèi)含如下控件：窗體中央1個(gè)圖片框控件（PictureBox）用來(lái)顯示織物組織模擬效果，其左側(cè)和下側(cè)各有1個(gè)長(zhǎng)方形圖片框控件，分別用來(lái)顯示經(jīng)紗、緯紗；1個(gè)水平滾動(dòng)條控件（HscrollBar）和1個(gè)垂直滾動(dòng)條控件（VscrollBar）用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖片框內(nèi)模擬圖片的移動(dòng)顯示；窗體右側(cè)的可通過(guò)2個(gè)組合框控件（ComboBox）分別實(shí)現(xiàn)經(jīng)緯紗根數(shù)及顯示精細(xì)程度選擇；5個(gè)命令按鈕控件（CommandButton），分別用來(lái)打開(kāi)織物組織數(shù)據(jù)文件，織物模擬，織物反面模擬效果，保存模擬圖像和退出功能。

圖3　織物組織模擬軟件界面

2.2 軟件代碼編程

單擊“打開(kāi)文件”按鈕，從預(yù)先存儲(chǔ)的織物組織數(shù)據(jù)文件，逐行讀取元素，并按行賦值給矩陣的每一行，從而建立組織矩陣A。矩陣A中列、行數(shù)分別表示經(jīng)、緯紗數(shù)，元素1、0分別表示經(jīng)、緯組織點(diǎn)。單擊“織物模擬”按鈕，可在窗體中央的PictureBox中模擬織物，包括組織點(diǎn)單元的建立和織物模擬兩個(gè)過(guò)程：

（1）經(jīng)、緯組織點(diǎn)單元的建立。先產(chǎn)生寬w高h(yuǎn)的圖片框，建立如圖1（a）所示的經(jīng)組織點(diǎn)單元時(shí)，先在圖片框水平居中位置繪制緯紗，再在圖片框垂直居中位置繪制經(jīng)紗。建立如圖1（b）所示的緯組織點(diǎn)單元時(shí)，先繪制經(jīng)紗，再繪制緯紗。

Visual Basic 6.0中Picturebox控件提供的PaintPicture方法，可實(shí)現(xiàn)組織點(diǎn)的繪制，其語(yǔ)法如下：

object.PaintPicture picture, xcoordinate1, ycoordinate1, w1, h1, xcoordinate2, ycoordinate2, w2, h2

其中object表示目標(biāo)控件；picture表示圖片源，xcoordinate1, ycoordinate1表示圖片源中繪圖起始點(diǎn)x，y坐標(biāo)；w1, h1表示從圖片源中繪制的寬度和高度；xcoordinate2, ycoordinate2表示在目標(biāo)控件中繪圖的起始點(diǎn)x，y坐標(biāo)；w2, h2表示在目標(biāo)控件中繪制的寬度和高度。默認(rèn)狀態(tài)下，通常Picturebox控件的坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角。水平右方向?yàn)閤軸正向，垂直下方向?yàn)閥軸正向。

根據(jù)圖1的組織點(diǎn)模型，假定經(jīng)、緯組織點(diǎn)圖片框控件名稱(chēng)分別為Picture2、Picture4，經(jīng)紗單元EFGH圖片源為Picture1，其寬度和高度分別為x1，h，緯紗IJKL圖片源為Picture3，其寬度和高度分別為w，x1，則由圖1（a）在Picture2控件中先繪制緯紗源圖片后繪制經(jīng)紗源圖片，形成經(jīng)組織點(diǎn)，具體如下：

Picture2.PaintPicture Picture3.Picture, 0, 0, w, x2, 0,y2,w,x2

Picture2.PaintPicture Picture1.Picture, 0, 0, x1, h, y1,0,x1,h

同理，由圖1（b）在Picture4控件中先繪制經(jīng)紗源圖片后繪制緯紗源圖片，形成緯組織點(diǎn)，具體如下：Picture4.PaintPicture Picture1.Picture, 0, 0, x1, h, 0, x1,h

Picture4.PaintPicture Picture3.Picture, 0, 0, w, x2, 0,y2,w,x2

其中經(jīng)紗和緯紗單元的圖片源，可以預(yù)先使用圖像軟件設(shè)計(jì)或通過(guò)真實(shí)紗線掃描后獲得，本研究采用的是預(yù)先采用圖像軟件設(shè)計(jì)出具有捻度效果的單根紗線，并通過(guò)色彩調(diào)整得出多種不同顏色的經(jīng)、緯紗。

（2）織物的模擬過(guò)程。根據(jù)織物組織矩陣A的元素，運(yùn)用循環(huán)語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)在圖片框相應(yīng)的位置繪制組織點(diǎn)，其中元素為1時(shí)繪制經(jīng)組織點(diǎn)，元素為0時(shí)在相應(yīng)的位置繪制緯組織點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)織物組織的模擬。

單擊“反面效果”按鈕，可實(shí)現(xiàn)織物反面效果的模擬。根據(jù)織物經(jīng)組織點(diǎn)和緯組織點(diǎn)必然存在互反關(guān)系，則將組織矩陣A的元素，逐個(gè)進(jìn)行元素“1”和“0”互換，從而實(shí)現(xiàn)反面效果模擬。

單擊“保存圖像”按鈕，則執(zhí)行SavePicture語(yǔ)句，將PictureBox中顯示的織物模擬圖像保存。

3　機(jī)織物組織模擬實(shí)例

圖4所示為某色織縱條紋組織和變化方平組織的模擬圖及實(shí)物圖。圖4(a)為7枚3飛緯面緞與7枚2飛經(jīng)面緞并列形成的縱條紋組織，完全組織經(jīng)紗數(shù)Rj=14，完全組織緯紗數(shù)Rw=7。經(jīng)紗為21s×2藍(lán)色棉股線，緯紗為21s ×2紫色棉股線，圖4(b)為輸入縱條紋組織矩陣后，運(yùn)行軟件的模擬效果圖，圖4(c)為通過(guò)小樣織機(jī)織造的縱條紋實(shí)物照片。圖4(d)為運(yùn)用浮長(zhǎng)線變化形成的小提花組織，完全組織經(jīng)紗數(shù)Rj=29，完全組織緯紗數(shù)Rw=29。經(jīng)紗為21s×2米黃色棉股線，緯紗為21s×2紅色棉股線，圖4(e)為輸入小提花組織矩陣后，運(yùn)行軟件的模擬效果圖，圖4(f)為通過(guò)小樣織機(jī)織造的小提花實(shí)物照片。上述實(shí)例說(shuō)明，通過(guò)軟件產(chǎn)生的織物模擬圖能夠反映織物組織交織情況，和織造實(shí)物照片具有較好的模擬效果，故本文提出的基于織物組織點(diǎn)模型的機(jī)織物組織模擬方法可行。當(dāng)實(shí)際織物的經(jīng)緯密或紗線線密度等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)情況適當(dāng)修改組織點(diǎn)模型參數(shù)，以更真實(shí)的模擬實(shí)際織物的外觀。

圖4　機(jī)織物組織的模擬

[1] 郭新生，王躍存，鄭天勇．提高計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)織物模擬的真實(shí)感[J]．紡織學(xué)報(bào)，1996，17(6)：40-42．

[2] 王志東，顏鋼鋒．織物模擬CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)[J]．東華大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，30(5)：60-64．

[3] 賈志國(guó)，王學(xué)俊，汪德潢．織物模擬軟件的開(kāi)發(fā)[J]．大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23(4)：299-301．

[4] 陸洪斌，張森林．單層提花織物模擬算法[J]．紡織學(xué)報(bào)，2005，26(3)：60-62．

[5] 劉驪，王若梅，羅笑南．基于幾何測(cè)量和變形的真實(shí)感織物模擬[J]．軟件學(xué)報(bào)，2015，26(7)：1785-1799．

Weave Simulation Software Development Based on Interlacing Point Combination

WANG Xu1, 2, YUAN Hui-fen1, BI Song-mei1, LIU Xin-hua1, 2
(1. Anhui Provincial Key Lab of Textile Fabric, Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, China；2. The Science and Technology Public Service Platform for Textile industry, Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, China)

Weave computer simulation process was studied in this paper. The weave interlacing point model was established. Weave simulation was fulfilled by weave matrix and interlacing point combination. The software development process on weave simulation was discussed. The results indicated that weave simulation graph is similar to weave photo. This study provides reference for weave simulation software development.

interlacing point; weave matrix; combination; weave simulation

TS105.1

A

2095－414X(2016)03－0036－03

王旭（1973-），男，副教授，博士，研究方向：織物組織CAD設(shè)計(jì).

“紡織面料”安徽省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（2015FZ001）；安徽工程大學(xué)高等教育研究課題（2015gjxm023）.