CN108733900B - 一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，属于织物外观仿真领域。首先通过获取竹节纱外观数据和标记竹节位置，然后根据建立的织物组织变化模型、织物结构模型和织物光照模型，将竹节纱外观数据填充至织物中，实现竹节纱织物外观的仿真，最后将标记的竹节在模拟的织物外观中突出的显示出来，实现竹节纱织物外观的可视化评价。该方法可根据获得的竹节纱外观数据快速高效仿真出竹节纱织物外观并突出显示竹节所在位置，取代了打小样繁琐的流程，大大缩短产品的生产周期，并可一目了然的评价竹节在布面的分布情况。

Description

一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法
技术领域
本发明属于织物外观仿真领域，涉及一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法。
背景技术
竹节纱织物以其粗犷、朴素、自然的风格在装饰领域和服装领域得到广泛的应用。由于竹节的存在，使竹节纱布面具有特殊的风格特征，这种特殊的风格直接影响着竹节纱面料最后的视觉效果。对于生产的竹节纱面料是否符合企业或者消费者的需要，生产厂家一般在进行竹节纱织物产品设计时，通过打小样等手段来预先估计所生产的织物外观风格状态。这种方式完全依赖手工而后实验操作，不仅费时费力、效率低下，而且对缩短纺样设计的生产周期也极为不利。因此，运用计算机技术，实现竹节纱织物外观的仿真设计分析，突出显示竹节所在位置，将工艺员从冗繁的手工劳动中解放出来，对实现纺织产品设计和评估的自动化都具有特殊的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种可根据获得的竹节纱外观数据快速高效仿真出竹节纱织物外观并突出显示竹节所在位置的方法，进而取代打小样繁琐的流程，大大缩短产品的生产周期，并可一目了然的评价竹节在布面的分布情况。
基于上述目的，本发明提供的一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，通过获取竹节纱外观数据和标记竹节位置，根据建立的织物组织变化模型、织物结构模型和光照模型，将竹节纱外观数据填充至织物中，实现竹节纱织物外观的仿真，最后将标记的竹节在模拟的织物外观中突出的显示出来，实现竹节纱织物外观的可视化评价。
优选地，竹节纱外观数据的获取可通过以下方法：
(1)通过拍摄纱线图像，并结合图像技术手段获取竹节纱真实外观图像和数据；
(2)通过竹节纱检测仪器获得纱线外观直径数据；
(3)通过竹节纱模拟设计软件获得外观数据。
优选地，所述竹节位置的标记是将纱线段上的竹节利用某种颜色进行标记的过程。
优选地，所述织物结构模型为一种将纱线正常状态的横截面假设为圆形，在织物中的横截面假设为椭圆形，且两者周长相等，将交织结构假设为弹性曲线的模型。依据周长相等和设定椭圆离心率可计算出模拟织物时纱线直径在织物中的大小，同时依据弹性曲线模型可计算出织入织物两个交织点间纱线的弧长。
优选地，所述织物组织变化模型为一种利用布尔矩阵控制组织点起伏的模型。
优选地，所述布尔矩阵为只含有0和1元素的矩阵。
优选地，所述光照模型包括径向亮度正弦变化模型和轴向亮度弹性曲线变化模型。
优选地，所述竹节纱织物外观的可视化评价为将填充在竹节纱纱线段的其他颜色的竹节，根据织物模型显示在仿真的竹节纱外观织物中，从而更方便直观的观察竹节在织物中的分布，实现竹节的可视化评价。
本发明克服了现有技术的不足，取代打小样繁琐的流程，大大缩短产品的生产周期，并可一目了然的评价竹节在布面的分布情况。
附图说明
图1为本发明优选实施例的竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法流程图；
图2为10帧拼接后的竹节纱原始图像、处理后的二值图像以及外观直径数据：(a)原始图像；(b)处理后的二值图像；(c)获得的竹节纱外观直径数据；
图3为在纱线段中标记竹节位置的示意图；
图4两种纱线横截面假设示意图：(a)纱线正常状态圆形横截面；(b)纱线在织物中的椭圆形横截面；
图5为弹性曲线模型示意图以及其在平纹织物中的切面图：(a)弹性曲线模型示意图；(b)弹性曲线在平纹织物中的切面图；
图6为纱线和光源位置假设示意图和纱线在织物中径向光照分布数值变化曲线图：(a)纱线和光源位置示意图；(b)径向光照分布曲线图；
图7为平纹织物中纱线轴向光照分布曲线模型图；
图8为平纹中连续的四个组织点的模拟结果；
图9为40s经向竹节纱织物模拟结果；
图10竹节在织物中的标记效果图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。
本发明实施例提供一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，通过获取竹节纱外观数据和标记竹节位置，根据建立的织物组织变化和结构模型，将竹节纱外观数据填充至织物中，实现竹节纱织物外观的仿真，最后将标记的竹节在模拟的织物外观中突出显示出来，实现竹节纱织物外观的可视化评价。
作为优选实施例，参考图1，为本发明优选实施例的利用图像技术处理竹节纱图像，并依据处理结果构建竹节纱织物外观及可视化评价方法的流程图。
本实施案例通过拍摄竹节纱图像，并结合图像技术手段获取竹节纱真实外观图像和数据。拍摄的10幅竹节纱图像拼接后的图像、处理后的图像、以及该图像的外观直径数据如图2所示。
利用红色这一较为明显的颜色对处理后的竹节纱图像中的竹节进行标记，标记后的图像如图3所示。
将采集的纱线的横截面假设为圆形，织物中的纱线由于压扁的作用，其横截面假设为椭圆形，如图4所示。在进行织物模拟时，纱线圆形结构需转换为椭圆形，转换公式如下：
Figure BDA0001647638980000041
Figure BDA0001647638980000042
Figure BDA0001647638980000043
其中C1和C2分别表示圆形和椭圆形的周长，e表示椭圆离心率，也就是织物中纱线的压扁系数。根据周长相等的假设条件以及上述三个公式，可计算出纱线图像中的某个直径值d1转换为织物中的直径d2的调整系数RC1：
Figure BDA0001647638980000044
作为优选实施例，设e＝0.6，则当C1＝C2时，可得RC1＝1.17。
将织物中的交织结构假设为弹性曲线，其示意图以及在优选实施例平纹织物中的结构如图5所示。纱线在织物中交织点间的弹性曲线弧长S(S1或S2)的参数方程表示可用如下公式：
Figure BDA0001647638980000045
Figure BDA0001647638980000046
Figure BDA0001647638980000051
Figure BDA0001647638980000052
其中S＝S1或S2,V是交织点的剪切力,B表示纱线的弯曲刚度，θ是织造角。将α的上限α＝0，下限α＝θ带入公式(7)中可得
Figure BDA0001647638980000053
Figure BDA0001647638980000054
由于纱线在织物中的单位间距长度P满足：
Figure BDA0001647638980000055
因此织物两个交织点间的纱线卷曲长度(弧长)S可被计算为：
Figure BDA0001647638980000056
根据辛普森法则，假设区间[a，b]被分割成n个子区间，n是偶数。函数f(x)的定积分可表达为：
Figure BDA0001647638980000057
作为优选实施例，本发明采用40度织造角，即θ＝40，设P＝100像素点。在织物模拟时，首先根据设定的P计算出S，然后从纱线直径外观数据中取出S长度的纱线数据，最后根据调整系数RC2将纱线S长度的数据调整为P长度，织入织物中。其中调整系数RC2可根据公式(14)计算得到：
Figure BDA0001647638980000058
其中，当织物交织点连续相同时，即连续为经组织点或纬组织点时，S＝P。
为使模拟的织物具有立体感，需要对调整后的纱线进行添加光照处理。在纱线径向方向，根据朗伯余弦定律将光照数值在纱线径向上的分布模型化为公式(15)，模型示意图如图6所示。
Figure BDA0001647638980000061
L表示光强系数，作为优选实施例，设L＝130。根据公式(15)，通过以下函数模型赋予每个织物组织点上的像素点的亮度，来模拟灰色纹理分布，体现立体效果。
Figure BDA0001647638980000062
假设纱水平放置，B1和B2是其下边界和上边界。这里Lx是在B1和B2之间的中心线的强度值。W(i，j)是将被模拟的组织点的图像矩阵。i是行索引，j是列索引。当x＝i时，W(i，j)是纬组织点上的的光强分布矩阵。当x＝j时，W(i，j)是经组织点上的的光强分布矩阵。
当经纬纱相互交叉时，两条纱线的轴向方向将产生弯曲。为模拟组织点上轴向光照变化的纹理，本发明采用弹性曲线的函数方程进行模型。作为优选实施例的平纹织物的弹性曲线的函数方程分布如图7所示，函数表达式为：
Figure BDA0001647638980000063
其中，i表示第i个组织点，P是每个组织点的长度，Lset是光强系数，其数值等于优选实施例中的L为130。
作为优选实施例，利用上述模型对平纹织物中4个组织点的处理结果如图8所示。
为使模拟的织物组织类型可调，布尔矩阵被用来表示织物的组织变化模型。在一个布尔矩阵中的所有元素都是0或1，"0"代表纬组织点和"1"分代表经组织点。假设一个单元布尔矩阵是F(Rw×Rj，Rw,Rj是单位矩阵中纬纱和经纱的数量)，其可以由下面的方程给出：
Figure BDA0001647638980000071
对于一个多元循环矩阵V(H1×L1)，它的布尔矩阵可以通过以下公式来推断：
Figure BDA0001647638980000072
Figure BDA0001647638980000073
Figure BDA0001647638980000074
其中，
Figure BDA0001647638980000075
和
Figure BDA0001647638980000076
分别代表i除以Rw和j除以Rj的余数。H1×L1表示矩阵V的尺寸大小，t1,t2是常量和整数值。
通过修改单元布尔矩阵的0与1位置，可以改变模拟织物的类型，利用方程(20)来计算不同的多元循环布尔矩阵，这样讲更容易地模拟出不同的织物类型。
作为优选实施例，经纱采用40s竹节棉纱，纬纱采用21s正常棉纱模拟出的竹节纱平纹织物如图9所示。
作为优选实施例，将在竹节纱线段标记的竹节位置，用红色突出的显示在模拟的织物中的效果图如图10所示，进而可根据在模拟织物中突出显示的竹节对竹节分布情况进行预测和评价。

Claims (5)

1.一种竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，其特征在于，
通过获取竹节纱外观数据和标记竹节位置，并根据建立的织物结构模型、织物组织变化模型和织物光照模型，将竹节纱外观数据填充至织物中，实现竹节纱织物外观的仿真，最后将标记的竹节在模拟的织物外观中突出的显示出来，实现竹节纱织物外观的可视化评价；
所述织物结构模型，是将纱线正常状态的横截面设为圆形，在织物中的横截面设为椭圆形，且两横截面的周长相等，将平纹织物的交织结构设为弹性曲线的模型；依据周长相等和设定椭圆离心率计算出模拟织物时纱线直径在织物中的大小，同时依据弹性曲线模型计算出织入织物两个交织点间纱线的弹性曲线弧长；所述织物组织变化模型，为利用布尔矩阵控制组织点起伏的模型；所述织物光照模型包括径向亮度正弦或余弦变化模型和轴向亮度弹性曲线变化模型；
将平纹织物的交织结构设为弹性曲线的模型，因此平纹织物的弹性曲线的函数方程函数表达式为：
Figure FDA0003695043740000011
其中，i表示第i个组织点，P是单位间距长度，Lset是光强系数；
所述的纱线在平纹织物中交织点间的弹性曲线弧长S的参数方程表示用如下公式：
Figure FDA0003695043740000012
Figure FDA0003695043740000013
Figure FDA0003695043740000021
Figure FDA0003695043740000022
其中S＝S1或S2,V是交织点的剪切力,B表示纱线的弯曲刚度，θ是织造角；α表示曲线上任意一点的切点与平纹织物平面轴线形成的角度，最小为0，最大为θ；将α的下限α＝0，上限α＝θ代入公式(5)和公式(7)中得
Figure FDA0003695043740000023
Figure FDA0003695043740000024
由于纱线在平纹织物中的单位间距长度P满足：
Figure FDA0003695043740000025
因此平纹织物两个交织点间的纱线弹性曲线弧长S被计算为：
Figure FDA0003695043740000026
根据辛普森法则，假设区间[a，b]被分割成n个子区间，n是偶数；函数f(x)的定积分表达为：
Figure FDA0003695043740000027
根据设定的单位间距长度P计算出弹性曲线弧长S，然后从纱线直径外观数据中取出长度为弹性曲线弧长S的纱线直径外观数据，最后根据调整系数RC2将纱线长度为弹性曲线弧长S的纱线直径外观数据调整为单位间距长度P，织入平纹织物中；其中调整系数RC2根据公式(14)计算得到：
Figure FDA0003695043740000028
其中，当平纹织物交织点连续相同时，即连续为经组织点或纬组织点时，S＝P。
2.根据权利要求1所述的竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，其特征在于，
所述获取竹节纱外观数据的方法：通过拍摄纱线图像，并结合图像技术手段获取竹节纱真实外观图像和数据；或者，通过竹节纱检测仪器获得竹节纱纱线外观直径数据；或者，通过竹节纱模拟设计软件获得竹节纱外观数据。
3.根据权利要求1或2所述的竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，其特征在于，所述标记竹节位置是先将纱线段上的竹节利用某种颜色进行填充，然后在将填充后的纱线段根据所建模型进行平纹织物的模拟。
4.根据权利要求1或2所述的竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，其特征在于，所述布尔矩阵为只含有0和1元素的矩阵。
5.根据权利要求3所述的竹节纱织物外观模拟及可视化评价方法，其特征在于，所述布尔矩阵为只含有0和1元素的矩阵。
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