工業(yè)刺繡軟件中基于加權(quán)網(wǎng)格的字符變形算法

劉 宇

（大連大楊服裝定制科技有限公司，遼寧 大連 116000）

計算機輔助刺繡設(shè)計是現(xiàn)代刺繡工業(yè)化的一個重要發(fā)展方式，通過算法進行輔助，可以實現(xiàn)實時編輯預(yù)設(shè)花紋、自動走針、效果預(yù)覽以及自動縫紉，可以提高工業(yè)刺繡的實際效果，改善現(xiàn)有的工藝水平，提升刺繡的綜合效率。字符是現(xiàn)代工業(yè)刺繡中使用率較高的一種圖案，多樣化的字符可以豐富刺繡的多樣性，并且可以應(yīng)用在商標制作、公司名稱制作、標語制作等場景中，通過變形化的字符開展工業(yè)設(shè)計，對原有圖形進行變形和升級，達到豐富效果的目的。

1 工業(yè)刺繡軟件字符變形現(xiàn)狀

現(xiàn)有的工業(yè)軟件主要是通過日本、德國開發(fā)的系統(tǒng)數(shù)字化軟件對已有文字進行變形，但是他們所開發(fā)的工業(yè)軟件是基于條塊化、模式化的變形方式，針對多樣化的圖形，應(yīng)用范圍較小，且字符變形缺乏靈活性。例如日本設(shè)計的Artist Plus輔助設(shè)計系統(tǒng)就是采取這種變形方法，預(yù)制一系列變形模板，再進行變形字符的套用[1]。德國的變形模板Taxgallery添加的工具與日本的變形軟件也十分類似，這種工具在應(yīng)用之前也要選擇一個變形模板，基于固定的變形塊狀物和條狀物進行調(diào)整。用戶在操作時，需要輸入一串字符，再通過固定的版型模式進行變形處理。雖然這兩種方法十分穩(wěn)定，但是在變形之后，都不可避免地出現(xiàn)一系列失真的情況。由此可見，以上兩種數(shù)字化的變形方法很難達到現(xiàn)代刺繡輔助設(shè)計的美觀性和可控性的要求，用戶的自主操作程度高，且外形輪廓的變形很有可能不受控，最終甚至?xí)耆鲎冃屋喞膊焕诓僮髡哌M行創(chuàng)造性的輔助設(shè)計。針對現(xiàn)有的不足，為了方便用戶調(diào)整大小和形狀，可以進一步擴大用戶自由創(chuàng)作的空間。

2 基于加權(quán)網(wǎng)格的字符變形算法優(yōu)化

從上文分析可以看出，基于算法優(yōu)化，盡可能地減少字符在變形過程中的失真情況，可以提高字符的美觀性，保障創(chuàng)作者創(chuàng)作自由?；谒惴?、缺省網(wǎng)格和加權(quán)網(wǎng)格，對以上內(nèi)容進行優(yōu)化，可以達到上述效果。

2.1 網(wǎng)格的變形

在這個步驟中，基于已有的計算機字符串開展外接矩形和內(nèi)接矩形的雙重設(shè)計，根據(jù)已知的字符邊界情況，把握構(gòu)造點的坐標，再對外接矩形的構(gòu)造點坐標進行數(shù)據(jù)模板的連接。這種缺省控制點的方法可以對已有的控制模板進行優(yōu)化，經(jīng)過編輯之后，剩下的點符號不作任何改變，就可以畫出一個字符變形之前的初始網(wǎng)格，對變形之后的字符網(wǎng)格進行控制[2]。初始網(wǎng)格的控制點主要為16個，按照變形的數(shù)字點靈活地調(diào)整，產(chǎn)生網(wǎng)格和節(jié)點數(shù)組之后，再根據(jù)虛線的外接矩陣與內(nèi)接矩陣，劃分變形網(wǎng)格為多個2×3的網(wǎng)格節(jié)點，將已有的主動控制點和被動控制點接入這個變形網(wǎng)格中。通過同行或同行的控制點一一對應(yīng)，可以獲得一個矩陣模型，在這個模型的基礎(chǔ)上，通過拉伸和變形獲得變形之后的網(wǎng)格控制點。當主控點移動到新的位置時，被動控制點也發(fā)生相應(yīng)的變化，例如原有的主動控制點為a，變形之后的控制點為a1，這里a和a1就是一一對應(yīng)的，同樣的變形放在其他控制點上就可以完成所有控制點移動和權(quán)值的計算（表1）。

表1 層次判斷矩陣與權(quán)重計算

2.2 權(quán)值計算

在計算過程中，為了避免各自節(jié)點相互交叉或重疊，要限制主動控制點的移動附加約束條件，在移動時確定移動點的范圍，依據(jù)相鄰坐標的實際邊界開展位移點的控制。將相鄰的左右兩個控制點標注清楚，如兩個控制點的x坐標不能超過上下限相鄰兩個點的y坐標。通過這樣的坐標控制法和象限控制法，盡可能地減少整體位移而造成的變形情況。以上文的a控制點和a1控制點兩個點為例，y坐標不能超出c1點的y坐標?；谶@種控制方法，可以取得較好的運行效果，在權(quán)值計算的狀態(tài)下，要對a1點的原始狀態(tài)進行標注，對當前的坐標點進行移動后的更新，當移動點沒有任何控制點時，對其限制情況進行標注。移動后的新坐標也要標注清楚，同時設(shè)定簡單的權(quán)值計算規(guī)則，對于變形前和變形后的圖形進行同行或同列的距離計算，在這里分析不同的移動方法對坐標點位置的影響。在被動控制點移動的過程中，x軸和y軸產(chǎn)生兩個相應(yīng)的位移，這里的權(quán)值計算就要對不同的移動點進行相似的處理。在完成移動之后，根據(jù)變形的需要，對主動控制點的位置進行附加升級，通過遞歸算法對主動控制點在移動和變形以后的網(wǎng)格進行多次權(quán)值計算，進而獲得有效的位移變形效果[3]。

2.3 字符構(gòu)造點的定位

對字符變形也就是對構(gòu)造字符的點進行聯(lián)動和升級。當所有的構(gòu)造點重新連接之后，變形的效果就比較順滑，不顯突兀，這里的變形要創(chuàng)造后一步位移的條件，同時，根據(jù)變形的構(gòu)造點進行系統(tǒng)的定位。如果定位不夠清楚，那么后續(xù)的變形就很有可能超過原本預(yù)判的框架。本次變形計算算法的目的是在觸發(fā)變形之前，就對構(gòu)造點的位置進行定位，再去找出不同的對應(yīng)網(wǎng)格進行比例計算，最終計算出構(gòu)造點變形之后的新坐標，從而開展有效的變形識別。對于變形前的一個網(wǎng)格所具有的不同坐標，要抓取字符象限中的任意點在網(wǎng)格當中的不同角標位置進行標注，例如一個字符的寬度為w，高度為h，在進行計算時，就要通過定義的變形來保障對應(yīng)構(gòu)造點的位置，可以及時發(fā)生移動變形，之后的頂點要根據(jù)算法得出，通過不同的比例變化就可以得到不同的新坐標。網(wǎng)格是字符串變形的框架，在不同的變形方法中，要對位置點進行系統(tǒng)性的構(gòu)造。

通過上述分析可以看出，針對不同的字符串，要把握添加控制點的數(shù)量，再根據(jù)這個位移情況及時進行網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的調(diào)整，依據(jù)這種變化和構(gòu)造點的定位，計算出新的構(gòu)造點位置。在定位完成之后，對已有的定位進行更新，消除原有的定位，獲得變形之后坐標更新的結(jié)果。根據(jù)字符串的變形情況，就可以獲得控制點矩陣的改變模型，進一步降低對同行或同列其他控制點產(chǎn)生的影響。保障變形之后的精度，根據(jù)不同的權(quán)值矩陣，獲得較好的矩陣升級效果。但是，這種變形方法也要注意控制點的數(shù)量，需要根據(jù)不同字符串的大小、位置和變形的實際需求進行改變。當變形的數(shù)量增多，在超出現(xiàn)有的計算矩陣平滑限值的情況下，也可以得到近似曲線邊緣的變形。上述算法需要對網(wǎng)格字符的定位情況進行加權(quán)創(chuàng)建，避免字符的變形失真，用戶也可以根據(jù)不同的主動控制點的矩陣圖形來獲得更好的效果。創(chuàng)作者可以依靠自己的想象來對數(shù)值情況進行及時的調(diào)整，拓展創(chuàng)作空間。整體來看，這種算法的穩(wěn)定度、美觀度都符合現(xiàn)代工業(yè)刺繡的系統(tǒng)要求，適應(yīng)當前工業(yè)刺繡軟件的整體要求，在輔助設(shè)計領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

在軟件技術(shù)不斷升級的當下，這種基于字符自動優(yōu)化和變形處理的軟件還需要結(jié)合其他算法進行升級，對當前可能存在的一些矩形變形的問題開展復(fù)雜的填充，有效地避免數(shù)據(jù)失真的情況。在復(fù)雜區(qū)域開展變形填充，需要結(jié)合電腦刺繡CAD系統(tǒng)進行條塊分割和數(shù)據(jù)計算，進一步滿足現(xiàn)代針法的要求。通過改進的直線條分析，更好地滿足整體刺繡軟件的計算要求，提高制作精度，如在具體的字符形狀分割過程中，可以基于凹角點和凸多邊形的敏感邊界情況開展字體格式的有效設(shè)計，根據(jù)自動編針預(yù)先置入文件，避免字體增加過多而產(chǎn)生過于混亂的情況。在變形的同時，還要對字符形狀的定位點進行輪廓信息的加權(quán)計算。

3 結(jié)語

本研究對工業(yè)刺繡軟件的字符變形情況進行探討，有助于對算法進行升級?，F(xiàn)有的操作算法體塊分割的數(shù)量較小，無法滿足創(chuàng)造性的要求。因此，在未來的算法升級上，要考慮到實際操作的變形情況，基于算法的加權(quán)優(yōu)化，確保當前的工業(yè)刺繡控制點可以基本滿足外接矩形變形，通過曲線邊緣的有效控制，提高整體的控制精度，盡可能地減少不當操作造成的損失和缺陷。