緯編提花織物計算機輔助設計模型與算法

王 薇， 蔣高明， 高梓越， 湯夢婷

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，其應用已經(jīng)深入到針織行業(yè)各個領域，從花型設計中應用的圖像處理技術，到工藝設計應用的信息處理技術，再到來樣處理及上機編織等均體現(xiàn)了針織行業(yè)的智能化[1]。緯編提花針織物是按照花紋要求將紗線墊放在所選擇的某些織針上進行編織成圈，從而在織物表面形成一定的花型圖案[2]。傳統(tǒng)的緯編提花針織產品花型組織的確定需要手工繪制并經(jīng)過不斷的上機打樣，生產周期長，生產成本較高[3-4]。隨著緯編提花織物的不斷發(fā)展，市場需求量不斷增加，傳統(tǒng)的手工設計已不能滿足市場需求。運用計算機輔助設計可提高設計人員的工作效率和設計精度[5]，提高產品附加值。

目前市場上現(xiàn)存的緯編提花織物設計軟件，如：WAC designer雖然界面操作簡單，但是功能較少，處理復雜的花型圖案較為繁瑣，且沒有工藝編織圖，表達不夠直觀；邁耶西的Pattern Knit軟件雖然比較成熟，但只與本廠的機型配套使用，兼容性不強，而且缺少重要的織物仿真功能[6]。

本文針對緯編提花織物特點建立數(shù)學模型，并探討轉化算法，根據(jù)理論算法開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的緯編CAD系統(tǒng)iKDS，該系統(tǒng)集花型設計、工藝設計、輸出上機文件功能于一體，最終通過C#、JavaScript編程語言實現(xiàn)。

每個政策制定主體都有自己的利益考量，要打破各個部門固有的利益藩籬絕非易事，因此要加強對各個政策制定主體的約束。要加強對各個部門制定的科技創(chuàng)新政策的評估力度，必要時可以引進第三方專家對科技創(chuàng)新政策進行政策一致性評估，保證各個部門所構成的科技創(chuàng)新政策集合的有效性。

1 緯編提花織物結構特點

提花組織是根據(jù)所設計的花型圖案，通過工藝處理生成對應的編織信息來控制織針編織成圈，在不成圈的織針上，紗線以浮線的形式處于織針的背面形成的一種緯編花色組織，包括單面提花組織和雙面提花組織2種。單面均勻提花組織一般采用不同顏色或種類的紗線進行編織，每種色紗在每個橫列都至少編織1次，不成圈的紗線以浮線的形式出現(xiàn)在線圈背面，但連續(xù)浮線數(shù)不能超過4～5個，在花型較大的組織中一般通過一定的間隔添加集圈的方法來解決該問題；單面不均勻提花組織常采用單色紗線進行編織，某些織針連續(xù)幾個橫列不編織從而形成拉長的線圈，這些拉長的線圈抽緊平針線圈，使織物表面產生凹凸效應。

式中，n為花型意匠圖中的顏色數(shù)。根據(jù)花型意匠矩陣C可得到花型意匠圖中存在的不同顏色的數(shù)量用n來表示，定義一維矩陣D來儲存花型意匠圖中不同的顏色值，從c(1,1) 開始到c(h,w)遍歷矩陣C得到的第1種顏色值賦給d(1)，第2種顏色值賦給d(2)，…，第n種顏色值賦給d(n)。在得到H、n和D后，可根據(jù)C計算得到工藝花型意匠信息，定義二維矩陣E來表示。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料采用t檢驗，計數(shù)資料采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結合知識點播放一段自然紀錄片，不但能引起學生的注意，還能印證教學內容中的基礎理論。通過提問和討論，往往會達到出乎意料的效果[2]。

2 花型意匠圖數(shù)學模型建立

提花組織的花型意匠圖用于表達提花織物花型意匠信息，表示的是織物最終的花紋效果，一般取最小的花紋循環(huán)，作為織物花型意匠圖的基本結構單元[8]。在意匠圖中每一行表示1個織物橫列，每一列表示1個織物縱行，每個意匠格不代表紗線顏色，而是表示織物表面各個位置不同顏色的線圈排列情況，或者1組線圈的組合情況，采用相對應的顏色號對不同顏色的線圈進行區(qū)分，其表現(xiàn)形式為二維平面圖，可利用二維矩陣對顏色信息進行描述，建立花型意匠圖二維矩陣C如下。

《英語課程標準》設置九級目標體系，其中三至五級為初中階段英語課程目標，五級為初中畢業(yè)時應達到的基本要求。初中英語教學評價應嚴格依據(jù)課程目標要求來確定評價內容與標準。評價包括對學生認知領域的評價和情感領域的評價兩個層面。認識領域的評價包括對知識、技能和智力的評價。情感領域的評價包括態(tài)度、習慣、興趣、意志、品德及個性形成等的評價。

(1)

式中：h為花高；w為花寬；j為花紋循環(huán)的橫列號，取值范圍為 1，2，…，h，從下至上編號；k為花紋循環(huán)的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w，從左至右進行編號；c(j,k) 為花紋循環(huán)中第j橫列第k縱行處的意匠信息，利用顏色編號來賦值，具體取值為0，1，…，15，分別代表不同的顏色信息。選用不同顏色對意匠格進行點擊填充后，意匠信息將以二維矩陣的形式被定義并保存。

他聲音低沉得像個真正成熟的大人，穩(wěn)健的腳步一步步撕開我記憶中的黑幕，那條路在我顛倒的視線里漸漸清晰明了。

在提花組織的設計中繪制完花型意匠圖后，可得到花寬w、花高h，以及花型意匠信息矩陣C。定義H為工藝花高，則其與花高存在一定的轉化關系：

H=nh

(2)

雙面提花組織是在具有2個針床的圓緯機上編織的，織物兩面都顯示正面線圈效果，以兩色、三色、四色最為常見，也有六色提花針織物的設計開發(fā)[7]，織物的反面效應有橫條、縱條、芝麻點以及空氣層。橫條反面雙面提花組織的正面由不同的色紗形成一個提花線圈橫列，反面由一種色紗編織一個橫列，形成橫條效應，正面線圈面密度為反面的n(色紗數(shù))倍。在編織縱條反面雙面提花組織時，每種色紗都只墊放在相同的針盤織針上，形成縱條效應。為克服縱條織物的露底現(xiàn)象，在生產中通常使2種色紗的反面線圈呈一隔一配置，即芝麻點反面提花組織?？諝鈱与p面提花針織物兩面花型相同，顏色互補，因此，該類織物表面線圈較為平整，線圈變形可忽略。

D=[d(1)…d(i)…d(n)]

(3)

(4)

雙面提花織物是由針筒和針盤同時編織形成一種線圈類型的組織，為方便計算，將矩陣S分為針筒矩陣T和針盤矩陣P2個矩陣。

以常規(guī)護理方式為對照組患者開展護理,包括接受患者電話咨詢、發(fā)放健康知識手冊等,觀察組則在此基礎上行網(wǎng)絡健康護理干預,具體措施如下。

式中：H為工藝花高；w為花寬；j為花紋循環(huán)的橫列號，取值范圍為 1，2，…，H；k為花紋循環(huán)的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w；t(j,k)為花紋循環(huán)中針筒在第j橫列第k縱行處的編織信息；P(j,k)為花紋循

在梁體混凝土澆筑過程中，現(xiàn)場試驗員除按規(guī)范要求的取樣頻次隨機對混凝土進行取樣外，還應根據(jù)情況至少多取5～10組同條件養(yǎng)護抗壓試件，將試件放置在構件上或旁邊隨構件一起養(yǎng)護并逐日記錄同條件養(yǎng)護溫度；混凝土澆筑完成一天后每隔12h取一組同條件養(yǎng)護試件在商品混凝土公司試驗室進行試壓，測出的混凝土強度滿足張拉或拆模要求后再送檢測機構檢測并及時取得檢測報告，根據(jù)檢測報告的結果決定拆模或進行預應力張拉壓漿，全部工序完成并經(jīng)驗收后再進行下一節(jié)段的施工。

表1 e(j,k)與c(j,k)的對應關系Tab.1 Correspondence of e(j,k) and c(j,k)

注：m為整數(shù)；j表示第j行；e(j,k)表示第j行第k列的工藝花型意匠信息。

3 工藝編織圖數(shù)學模型建立

在緯編電腦提花圓機中，一般采用工藝編織圖來描述織針的編織情況。工藝編織圖是一種將針織物的橫截面形態(tài)按編織順序和織針的工作情況用圖形表示的方法[9-10]?？椺樃鶕?jù)每個編織信息進行選針成圈、集圈或浮線。在計算機中為方便準確地識別選針信息，通過二維矩陣對編織信息進行描述，建立如下矩陣：

(5)

式中：H為工藝花高；w為花寬；j為花紋循環(huán)的橫列號，取值范圍為 1，2，…，H；k為花紋循環(huán)的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w；s(j,k) 為花紋循環(huán)中第j橫列第k縱行處的編織信息，可用編織動作編號m來賦值，其具體取值為1(針筒成圈針盤浮線)、2(針筒浮線針盤成圈)、3(針筒集圈針盤浮線)、4(針筒浮線針盤集圈)、5(針筒成圈針盤成圈)、6(針筒成圈針盤集圈)、7(針筒集圈針盤成圈)、8(針筒集圈針盤集圈)、0(針筒浮線針盤浮線)。

式中：n為花型意匠圖中的顏色數(shù)；d(i)為第i種顏色的顏色值；H為工藝花高；w為花寬；j為花紋循環(huán)的橫列號，取值范圍為 1，2，…，H；k為花紋循環(huán)的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w；e(j,k) 為花紋循環(huán)中第j橫列第k縱行處的工藝編織信息。

(6)

(7)

矩陣E與C之間存在一定的轉換關系，如表1所示。

通過自主設計或導入bmp圖片的方法完成花型意匠圖的設計，當設計完成后意匠信息將被保存，根據(jù)花型信息可得到相應的花型數(shù)據(jù)，包括花型意匠圖矩陣(C)，花寬(w)、花高(h)以及花型意匠圖的顏色數(shù)(n)等。圖1示出兩色提花組織花型意匠圖及其對應的矩陣，由圖1(a)可得到相應的花型數(shù)據(jù)：w=6，h=6，n=2，W=w=6，H=2h=12以及花型意匠圖矩陣C(j,k)，由C(j,k)和顏色數(shù)n經(jīng)過表1的相應算法可得到工藝花型信息矩陣E(j,k)，定義該組織為芝麻點反面雙面提花織物，根據(jù)花型意匠信息C(j,k)和工藝花型信息E(j,k)經(jīng)過一定的算法可得到相應的工藝編織信息s(j,k)，其轉化流程圖如圖2所示。圖3(a)示出由圖1(a)經(jīng)過轉換得到的反面芝麻點雙面提花組織的工藝編織圖，圖3(b)示出其所對應的矩陣。

4 提花織物模型轉化算法

環(huán)中針盤在第j橫列第k縱行處的編織信息，其具體取值為0(浮線)、1(成圈)、2(集圈)。

圖1 兩色芝麻點花型意匠圖及對應編織圖Fig.1 Pattern view of two-color sesame jacquard.(a) Pattern view; (b) Array of pattern view

圖2 花型意匠信息和工藝編織信息轉化流程圖Fig.2 Flow chart of transformation from jacquard pattern to drawing knitting plan

圖3 兩色芝麻點提花組織工藝編織圖及對應矩陣Fig.3 Technical view of two-color sesame jacquard.(a) Technical view; (b) Array of technical view

4.1 短浮線單面不均勻提花組織轉換算法

單面不均勻提花組織也可用來編織短浮線的單面多色提花組織，此時為使浮線減少而將提花線圈和平針線圈按照一定的比例適當排列，俗稱混吃條。編織時，提花線圈縱行對應的織針按照花紋選針編織，平針線圈縱行對應的每個成圈系統(tǒng)織針均參加編織[10]。設計時可按花紋風格要求，將提花線圈縱行與平針線圈縱行按照2∶1、3∶1或4∶1間隔排列。

基于單面不均勻提花的以上特征，在繪制完花型意匠圖后，可得到花型意匠數(shù)據(jù)C(j,k)、顏色數(shù)n以及一維顏色值矩陣D，進而得到s(j,k)。表2、3分別示出當n=2和n=3時短浮線的單面多色提花組織的工藝編織信息。

表2 兩色不均勻提花組織編織信息Tab.2 Knitting information of two-color uneven jacquard

注：m表示整數(shù)；k=2m表示偶數(shù)列；j=2m表示偶數(shù)行；100表示成圈；50表示浮線。

表3 三色不均勻提花組織編織信息Tab.3 Knitting information of three-color uneven jacquard

注：m表示整數(shù)；k=3m表示能被3整除的橫列；j=3m-2表示除以3余2的縱行；100表示成圈；50表示浮線。

4.2 單面均勻提花組織轉換算法

單面均勻提花組織也稱浮線提花組織，一般由不同顏色或種類的紗線編織而成，上機時織針根據(jù)花型的工藝編織信息進行選針編織，在不成圈的位置紗線以浮線形式存在于織物反面，基于單面均勻提花組織的結構特征，在繪制完花型意匠圖后，根據(jù)花型意匠圖矩陣C可得到相對應的工藝編織圖矩陣T，具體轉化算法見表4。以此來確定單面均勻提花組織編織圖的工藝編織信息。

表4 兩色提花織物針筒編織信息的數(shù)學表Tab.4 Mathematical expressions of knitting needle information of two-color jacquard notation

注：m表示整數(shù)；k=2m表示偶數(shù)列；j=2m表示偶數(shù)行；100表示成圈；50表示浮線。

4.3 橫條反面雙面提花組織轉換算法

在編織橫條反面雙面提花組織時，針盤的每個成圈系統(tǒng)所有的織針均參加編織。正面由2根或3根不同色紗形成1個線圈橫列，由上機文件控制選針編織形成一定的花紋圖案，反面由1種色紗編織1個線圈橫列，形成橫條效應[11]。

基于橫條反面雙面提花組織的以上特征，在繪制完花型意匠圖后，得到相應的花型意匠圖信息c(j,k)、花寬(w)、花高(h)、工藝花高(H)、顏色值數(shù)組d(i)以及e(j,k)，根據(jù)得到的這些信息經(jīng)一定的算法計算得到t(j,k)和p(j,k)，具體算法見表4～7，在得到t(j,k)，p(j,k)后可根據(jù)表8得到s(j,k)，以此來確定橫條反面雙面提花組織編織圖的編織信息。

4.4 縱條反面雙面提花組織轉換算法

在編織縱條反面雙面提花組織時，每種色紗都只墊放在相同的針盤織針上。根據(jù)縱條效應的結構特點，在繪制完花型意匠圖后，根據(jù)得到的相關信息經(jīng)一定的算法計算得到t(j,k)和p(j,k)，具體轉換算法見表4～7，在得到t(j,k)，p(j,k)后可根據(jù)表8確定s(j,k)，以此來確定縱條反面雙面提花組織編織圖的編織信息。

4.5 芝麻點反面雙面提花組織轉換算法

在芝麻點反面雙面提花組織中，不管色紗數(shù)為多少，織物反面每個橫列的線圈都是由2種色紗編織而成，并成一隔一排列，其正反面線圈的縱密差異隨色紗數(shù)的不同而不同，當色紗數(shù)為2時，正反線圈縱密比為1∶1；色紗數(shù)為3時，正反面線圈密度比為2∶3[12]。

基于芝麻點反面雙面提花組織提花的以上特征，在繪制完花型意匠圖后，可根據(jù)相關花型信息得到t(j,k)，p(j,k)，見表4～7。在得到t(j,k)，p(j,k)后可根據(jù)表8得到s(j,k)，以此來確定芝麻點反面雙面提花組織編織圖的編織信息。

4.6 空氣層提花組織轉化算法

空氣層提花組織是指針盤和針筒均為電子選針，按照花型信息進行選針編織的提花組織?；趦擅嫣峄ńM織提花的以上特征，在繪制完花型意匠圖后，得到相應的花型意匠圖信息c(j,k)、花寬(w)、花高(h)、工藝花高(H)、顏色數(shù)(n)、顏色值數(shù)組d(i)以及工藝花型信息e(j,k)，根據(jù)得到的這些信息經(jīng)一定的算法計算得到t(j,k)和p(j,k)，兩色空氣層提花組織轉換算法見表4、5，三色空氣層提花組織轉換算法見表6、7，在得到t(j,k)，p(j,k)后可根據(jù)表8得到s(j,k)，以此來確定空氣層提花組織編織圖的編織信息。

表5 兩色提花織物針盤編織信息表Tab.5 Mathematical expressions of knitting dial information of two-color jacquard notation

注：m表示整數(shù)；k=2m表示偶數(shù)列；j=2m表示偶數(shù)行；100表示成圈；50表示浮線；j=4m′-3表示m為奇數(shù)；j=4m′-1表示m為偶數(shù)。

表6 三色提花織物針筒編織信息表Tab.6 Mathematical expressions of knitting needle information of three-color jacquard notation

注：m表示整數(shù)；k=2m表示偶數(shù)列；j=2m表示偶數(shù)行；100表示成圈；50表示浮線。

表7 三色提花織物針盤編織信息表Tab.7 Mathematical expressions of knitting dial information of three-color jacquard notation

注：m表示整數(shù);k=2m表示偶數(shù)列;j=2m表示偶數(shù)行;100表示成圈;50表示浮線。

表8 由針筒針盤編織信息來確定s(j,k)Tab.8 Determine ation of s(j,k) by knitting dial information and knitting needle information

注：100表示成圈；50表示浮線；0表示針筒和針盤浮線；1表示針筒成圈針盤浮線； 2表示針筒浮線針盤成圈；5表示針盤和針筒成圈。

5 結 論

本文研究了緯編提花織物計算機輔助設計的方法，構建了花型意匠圖模型和工藝編織圖模型，根據(jù)不同提花組織的結構特點總結出單面提花織物和雙面提花織物(反面芝麻點雙面提花織物織物、反面橫條雙面提花織物、反面縱條雙面提花織物以及空氣層雙面提花織物)花型意匠圖與工藝編織圖轉化關系的數(shù)學模型；結合理論算法，通過C# JavaScript編程實現(xiàn)了由花型意匠和結構意匠圖直接生成工藝編織圖。本文結論為緯編提花織物軟件設計提供了參考價值。

[1] 叢洪蓮, 張永超, 張愛軍, 等. 緯編均勻提花針織物仿真結構模型的建立[J]. 紡織學報, 2016, 37(8): 143-148.

CONG Honglian, ZHANG Yongchao, ZHANG Aijun, et al. Simulation structure model of weft knitted flat jacquard fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(8): 143-148.

[2] 萬愛蘭, 繆旭紅, 叢洪蓮. 緯編技術發(fā)展現(xiàn)狀及提花產品進展[J]. 紡織導報, 2015(7): 35-39.

WAN Ailan, MIAO Xuhong, CONG Honglian. Development status of weft-knitting technology and related jacquard products[J]. China Textile Leader, 2015(7): 35-39.

[3] 張永超. 緯編提花針織物的計算機仿真[D]. 無錫：江南大學, 2015:1-18.

ZHANG Yongchao. Computer simulation of weft knitted jacquard fabric[D]. Wuxi: Jiangnan Unversity, 2015:1-18.

[4] 金蘭名, 蔣高明, 叢洪蓮. 三維緯編提花織物的計算機仿真及系統(tǒng)實現(xiàn)[J]. 紡織學報,2016, 37(7): 155-161.

JIN Lanming,JIANG Gaoming, CONG Honglian. Computer simulation and system realization of 3-D weft knitted jacquard fabric[J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(7): 155-161.

[5] 郭晨, 蔣高明. 緯編提花毛圈織物計算機輔助設計[J]. 紡織學報, 2014, 35(4): 142-147.

GUO Chen, JIANG Gaoming. Computer aided designing system of weft knitted jacquard plush fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(4): 142-147.

[6] 張永超, 叢洪蓮, 張愛軍. 緯編CAD技術進與發(fā)展趨勢[J]. 紡織導報, 2015(7): 40-43.

ZHANG Yongchao, CONG Honglian, ZHANG Aijun. Progress and developing trend of weft-knitting CAD technology[J]. China Textile Leader, 2015(7): 40-43.

[7] 陳自義, 曹軫. OVJA1. 6E-3WT 提花機生產六色雙面提花織物[J]. 針織工業(yè), 2013(11):3-5.

CHEN Ziyi, CAO Zhen. OVJA1. 6E-3WT jacquard machine production double jacquard fabric with six color[J]. Knitting Industries, 2013(11): 3-5．

[8] 徐巧, 叢洪蓮, 張愛軍, 等. 緯編針織物 CAD 設計模型的建立與實現(xiàn)[J]. 紡織學報, 2014, 35(3): 136-140.

XU Qiao, CONG Honglian, ZHANG Aijun. etal. Establishment and implementation of weft-knitted fabric′s design model in CAD system[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(3): 136-140.

[9] 盧致文, 蔣高明. 基于紗線紋理的橫編線圈快速仿真與計算機實現(xiàn)[J]. 紡織學報, 2016, 37(2): 119-124.

LU Zhiwen, JIANG Gaoming. Rapid simulation and computer implementation of flat knitting loops based on yarn texture[J]. Journal of Textile Research, 2016, 37(2): 19-124.

[10] 瞿暢, 王君澤,李波. 緯編針織物三維仿真系統(tǒng)的開發(fā)[J]. 紡織學報, 2011, 32(4): 57-61.

QU Chang, WANG Junze, LI Bo. Development of 3-D simulation system of weft knitted fabric[J].Journal of Textile Research, 2011, 32(4): 57-61.

[11] SHA Sha, JIANG Gaoming, MA Pibo, et al. 3-D Dynamic behaviors simulation of weft knitted fabric based on particle system[J]. Fibers and Polymers, 2015, 16(8): 1812-1817.

[12] 蔣高明. 針織學[M]. 北京: 中國紡織出版社, 2012: 76-82.

JIGANG Gaoming. Knitting[M]. Beijing: China Textile & Apparel Press, 2012: 76-82.