CN110599561B - 一种波形渐变缎及其数码纹理数据生成方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种波形渐变缎及其数码纹理数据生成方法，波形渐变缎以正弦波图形和正反雅纹缎组织呈现花型，波层与波层之间以设定函数实行无级渐变过渡。本申请还包括波形渐变缎数码纹理数据生成方法，1、确定基本参数；2、利用斜帐篷映射生成随机数列；3、生成雅纹缎纹理网；4、根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理；5：将波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并。本申请具有随机纹理的错落感，实现无缝拼接，缎面呈现漫反射光泽柔和细腻，以正弦波呈现花型，底纹组织横向无规律性，抗仿制能力强。

Description

一种波形渐变缎及其数码纹理数据生成方法

技术领域

本申请涉及一种波形渐变缎及其数码纹理数据生成方法，主要适用于纺织行业中的数码提花剑杆织机上开发高纹针数(10760针以上)的带有正弦波无级渐变组织结构和纹理的丝绸新产品。

背景技术

传统波形图案是由绘图工具(如PHOTOSHOP等)绘就，渐变纹理再用画笔局部拉出，缎面是采用规则的五枚缎或八枚缎平铺，其缺陷主要包括：(1)波形做不到本申请所用到时的代码+算法生成的正弦波那么规整；(2)织纹非常规则，缎面光线反射方向一致，肌理感不够柔和；(3)渐变过程比较生硬，通常是先设计一系列相同缎纹组织循环下经纬组织点变化的若干个(级)组织，依顺序从经面组织有级过渡到纬面组织。本申请在专利申请号为201811048300.1，专利名称为“一种雅纹缎及其数码纹理数据生成方法”的基础上改进。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种利用现代算法技术，设计一种新型缎纹变化织物-波形渐变缎及其数码纹理数据生成方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：

一种波形渐变缎，以正弦波图形和正反雅纹缎组织(一种枚数与飞数在设定范围内皆随机变化的缎纹组织，缎面以经浮点为主，纬浮点以散点形式随机均匀分布，任意经线上所有纬浮点均不相接，相邻纬浮点之间间隔l～r个经浮点，任意纹理上下左右连接处均满足纹理要求)呈现花型，波层与波层之间以设定函数实行无级渐变过渡。所述以正弦波图形和正反雅纹缎组织呈现花型是指由正弦或余弦概率密度函数生成的波形渐变纹理(具有正弦波特性)与正反雅纹缎组织(雅纹缎组织的正面和反面)依据雅纹缎纹理网规则生成的缎纹组织，该缎纹组织结合了波形渐变纹理和正反雅纹缎组织的特点。

本申请波峰循环、经向和纬向的连续浮长及组织点分布符合面料规格(设计)要求，使得面料既有柔和光泽的缎面，又有细腻的绉面，从波层的缎面到绉面再到缎面之间实现平滑无级渐变过渡。

本次设计渐变过程设定以余弦函数曲线为概率分布，经纬连续浮长最大不超过l(l＝6可事先给定)。

算法程序在MATLAB语言下自动生成纹样，并以位图文件呈现，已自动接回头，四方连续，并精确计算每根经丝的交织点数量，确保在织机上织造时张力均匀。将位图文件通过纹织CAD直接生成花本文件。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，主要分为以下五个步骤：

S1：根据设计纹理要求，确定纹理的基本参数，如一个循环的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s，经纬浮点间隔范围l，斜帐篷随机数初始参数x₀，p，L等。

S2：根据确定的参数，利用混沌算法——斜帐篷映射(Skew Tent Chaotic Map)生成Monte Carlo方法所需要的随机数列。

S3：通过马尔科夫场纹理生成方法与标记筛选法生成总的经纬向(经向纬向)像素点相等的雅纹缎组织(在连续最大浮长设定的范围内枚数和飞数皆随机变化的缎纹组织)，依据雅纹缎纹理网规则生成雅纹缎纹理网。

S4：根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理。

S5：将波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并，得到符合设计要求的波形渐变缎。

具体的步骤及说明如下：

根据设计纹理要求，确定纹理的基本参数，纹理尺寸m，n，纬浮点间隔范围l，r，斜帐篷随机数初始参数x₀，p，L，其中纹理尺寸m，n是指任意一个纹理图均由经方m像素纬方n像素构成；

利用斜帐篷映射生成Monte Carlo方法所需要的随机数列，所述斜帐篷映射的公式为

初始参数x₀、p选取于[0，100)，x_n保留4位小数，得到随机数列{x_L+1，x_L+2，x_L+3…}，保留小数部分，得到大于等于0小于1的随机数列

并用tent()表示取下一个随机数。

所述通过马尔科夫场纹理生成方法与标记筛选法生成总的经纬向像素点相等的雅纹缎组织，抽离出雅纹缎纹理网的步骤包括：

对于纹针数n针，循环数m的纹理，用一个m×n的比特矩阵来表示，其中0代表经浮点，1代表纬浮点，用比特矩阵表示为：

A＝{A_i，j}_m，n

其中i，j为整数且i∈{1,2,…m}，j∈{1,2,…n}；

由马尔科夫随机场的方法生成纹理比特矩阵时，比特矩阵每一个元素的值由带有随机参数的规则和其所属的环境共同决定，用A’_i，j表示A_i，j的环境，

A’_i，j＝{A_k，l|k，l为整数，且满足k≠i或l≠j}

规则用函数X表示，则有

A_i，j＝X(x，A’_i，j)

其中x为随机变量，通过斜帐篷映射tent()生成；

用马尔科夫随机场的方法按顺序逐点生成组织点，且存在X’使得

A_i，j＝X(x，A’_i，j)＝X’(x，A”_i，j)

其中A”_i，j＝{A_k，l|k≤i，l≤j且k，l不同时等于i，j}①

或A”_i，j＝{A_k，l|(k＜i且l＝j)或l＜j}②；

采用迭代拟合的无缝拼接方法，对所有图像最小单元边缘按照规则进行延拓，直到所有图像最小单元边缘与对应点符合相同的规则；

依据已生成的雅纹缎纹理比特矩阵A，生成雅纹缎纹理网矩阵

本申请所述根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理步骤包括：

通过循环的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s，生成二元波形概率密度函数b(i，j)：

由二元波形概率密度函数b(i，j)生成波形渐变纹理。

本申请所述波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并，得到波形渐变缎步骤采用：

当

时波形渐变缎对应点取值波形渐变纹理对应点值否则波形渐变缎对应点取值雅纹缎纹理网对应点值，由此得到波形渐变缎比特矩阵。

本申请与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计具有随机纹理的错落感，实现无缝拼接，实现方法可靠方便，缎面呈现漫反射光泽，雅致、柔和，面料绉面细腻，以正弦波呈现花型。产品极具个性化、唯一性、底纹组织横向无规律性，抗仿制能力强。

附图说明

图1是本申请实施例的原理示意图。

图2是本申请实施例雅纹缎纹理局部放大示意图。

图3是本申请实施例雅纹缎纹理网局部放大示意图。

图4是本申请实施例波形概率密度局部放大示意图。

图5是本申请实施例波形渐变纹理局部放大示意图。

图6是本申请实施例波形渐变缎局部放大示意图。

具体实施方式

本申请通过数学建模、计算机模拟等方法，利用计算机算法技术设计一种具有特殊组织结构的缎纹纹理，赋于缎类丝绸新产品。

参见图1～图6，本发明提供了一种结合混沌算法、数学规划、迭代拟合等方法的数字化纹理生成算法，由该算法设计生成的纹理——波形渐变缎包含雅纹缎组织的以下特点：

缎面以经浮点为主，纬浮点以散点形式随机均匀分布，任意经线或纬线上所有纬浮点均不相接，相邻纬浮点之间间隔l～r个经浮点，任意纹理上下左右连接处均满足纹理要求(即纹理规则或者说收束条件)，新增设计特点包括：

以正弦波呈现花型，波层与波层之间以二次余弦为概率密度的渐变过渡。

本申请波峰循环、经向和纬向的连续浮长及组织点分布符合面料规格(设计)要求，使得面料既有缎面的柔和光泽和绉面的细腻，又有渐变纹理的平滑过渡。

渐变部分平滑过渡，实现无级渐变，经纬浮长最大也不超过l(l＝6可事先给定)。

算法程序在MATLAB语言下自动生成纹样，并以位图文件呈现，已自动接回头，四方连续，并精确计算每根经丝的交织点数量，确保在织机上织造时张力均匀。通过纹织CAD直接生成花本文件。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括上述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，主要分为以下步骤：

根据设计纹理要求，确定纹理的基本参数，如一个循环(图像最小循环单元)的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s，经纬浮点间隔范围l，斜帐篷随机数初始参数x₀，p，L等。

根据确定的参数，利用混沌算法——斜帐篷映射(Skew Tent Chaotic Map)生成Monte Carlo方法所需要的随机数列，具备正弦波图形。

通过马尔科夫场纹理生成方法与标记筛选法生成总的经纬向(经向纬向)像素点相等的雅纹缎组织(在连续最大浮长设定的范围内枚数和飞数皆随机变化的缎纹组织)，抽离出雅纹缎纹理网。

根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理。

将波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并，得到符合设计要求的波形渐变缎。

具体的步骤及说明如下：

基于混沌算法的随机数生成

纹理生成需要运用到Monte Carlo方法，该方法会引用一个随机数列，本发明中采用一种经典的混沌算法——斜帐篷映射(Skew Tent Chaotic Map)作为随机数发生器。

混沌系统是非线性的系统，表现出非常复杂的伪随机性，它对初始条件和控制参数非常敏感，任何微小的初始偏差都会被指数式放大，同时它又是确定性的，可由非线性系统的方程、参数和初始条件完全确定。因此，初始状态和少量参数的变化就可以产生满足算法需求的随机数列。

斜帐篷映射(Skew Tent Chaotic Map)的迭代公式如下：

初始参数x₀、p与初始迭代次数L任意选定，迭代L次后获得随机数列{x_L+1，x_L+2，x_L+3...}。

在本发明中，为了获得更为均匀的大于等于0小于1的随机数列，我们对斜帐篷映射做了如下一些调整

初始参数x₀、p选取于[0，100)，x_n保留4位小数，可以得到随机数列{x_L+1，x_L+2，x_L+3...}，保留小数部分，即可得到大于等于0小于1的随机数列

我们用tent()表示取下一个随机数。

利用雅纹缎生成方法生成雅纹缎纹理

本发明所生成的纹理以位图的形式呈现，因此可以用一个矩阵表示。例如对于纹针数n针(即横向总像素点)，循环数m(即纵向总像素点)的纹理，我们可以用一个m×n的比特矩阵来表示，其中0代表经组织点(经线在上)，1代表纬组织点(纬线在上)。我们用以下形式表示：

A＝{A_i，j}_m，n

其中i，j为整数且i∈{1,2,…m}，j∈{1,2,…n}；

本发明对纹理生成采用马尔科夫随机场的方法，基底上的一个像素点的设定，可以被认为仅与其周边的微环境有关，因此可以将纹理的设计要求作为约束条件，利用MonteCarlo方法逐点生成。

由马尔科夫随机场的方法生成纹理矩阵时，矩阵每一个元素的值由带有随机参数的“规则”和其所属的“环境”共同决定，我们用A’_i，j表示A_i，j的环境，一般来说，

A’_i，j＝{A_k，l|k，l为整数，且满足k≠i或l≠j}

同时规则用函数X表示，则有

A_i，j＝X(x，A’_i，j)

其中x为随机变量，通过斜帐篷映射tent()生成。

最常用的纹理矩阵通常是用点阵表示，即用0与1组成的比特矩阵(在纺织组织中分别表示经组织点或纬组织点)。用马尔科夫随机场的方法按顺序逐点生成组织点，该方法的前提是规则必须能够变形成为对半全局环境的规则，即存在X’使得

A_i，j＝X(x，A’_i，j)＝X’(x，A”_i，j)

其中A”_i，j＝{A_k，l|k≤i，l≤j且k，l不同时等于i，j}①

或A”_i，j＝{A_k，l|(k＜i且l＝j)或l＜j}②

在此条件下(如①)，按照i、j逐点生成，每个点只需考虑已有的环境，而后续生成的点不会影响到已经生成的点的规则。

Matlab的伪代码如下：

/>

注释：伪代码(Pseudocode)是一种非正式的，用于描述模块结构图的语言。使用伪代码的目的是使被描述的算法可以容易地以任何一种编程语言实现。伪代码结构清晰、代码简单、可读性好，并且类似自然语言，方便地表达出程序的设计思路和算法职能。上述这段代码的含义是：在A_i，j＝X’(x，A”_i，j)约束条件下逐行逐列生成比特矩阵。

在本发明中，因为约束条件的特殊性，我们在采用马尔科夫场纹理生成方法的同时引入标记筛选法。标记筛选法的原理是对每一个纬组织点，对其经向与纬向的影响范围进行标记，以便于Monte Carlo方法计算。

纹理无缝化是指在纹理拼缝处，也能够满足或一定程度上满足纹理的约束条件，以致肉眼无法在拼接后的纹理中找到拼缝。无缝拼接分为低要求的整体无缝与高要求的局部无缝。前者指将整块纹理图上下左右相连，形成阵列，无拼接痕迹；后者指取纹理中任意的两个部分(保证最小单元)任意拼接，无拼接痕迹。

本发明则采用迭代拟合的无缝拼接方法，即在图像边缘处(指图像最小单元边缘)按照规则进行延拓，直到该点与对应点符合相同的规则。伪代码如下

这段代码的含义是图像最小单元边缘点与邻接的图像最小单元边缘点约束条件一致且符合整体约束条件。

通过该方法能保证边缘衔接处纹理的约束条件与整体约束条件一致，实现完美的无缝拼接。

由已生成的雅纹缎纹理矩阵A，生成雅纹缎纹理网矩阵

方法如下：

上式称为雅纹缎纹理网规则，其中雅纹缎纹理网矩阵

在某点(i,j)取值1表示采用雅纹缎纹理上浮点；0表示采用雅纹缎纹理下浮点；-1表示雅纹缎纹理网镂空(透明不表达)部分，在本实施例情况下就是指采用波形渐变纹理。

根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理

通过循环的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s，生成二元波形概率密度函数b(i，j)：

/>

由二元波形概率密度函数b(i，j)生成波形渐变纹理，伪代码如下：

这段代码的含义是通过密度函数b(i，j)生成纹理的比特矩阵，其中rand()表示斜帐篷映射生成的随机数，由Monte Carlo方法生成波形渐变纹理。

合并波形纹理与雅纹缎纹理网

将波形纹理与雅纹缎纹理网合并，得到波形渐变缎矩阵S，伪代码如下：

这段代码的含义是当

时波形渐变缎对应点取值波形渐变纹理对应点值，其他则取值雅纹缎纹理网对应的点值，由此得到波形渐变缎矩阵S。

采用本发明设计生成的数码纹理(命名为波形渐变缎)在提花织机上织就的绸缎新产品，缎面呈现漫反射光泽，雅致、柔和，绉面细腻，从波层的缎面到绉面再到缎面之间实现平滑无级渐变过渡。产品极具个性化、唯一性，抗仿制能力强。其与现有技术的对比

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种波形渐变缎，其特征是：以正弦波图形和正反雅纹缎组织呈现花型，波层与波层之间以正弦或余弦概率密度函数实行无级渐变过渡，所述雅纹缎组织为一种枚数与飞数在设定范围内皆随机变化的缎纹组织，缎面以经浮点为主，纬浮点以散点形式随机均匀分布，任意经线上所有纬浮点均不相接，相邻纬浮点之间间隔l～r个经浮点，任意纹理上下左右连接处均满足纹理要求。

2.根据权利要求1所述波形渐变缎，其特征是：波形渐变缎的波峰循环、经向和纬向的连续浮长及组织点分布符合面料规格要求。

3.一种权利要求1或2所述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，其特征是包括以下步骤：

S1：根据设计纹理要求，确定纹理参数，一个循环的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s，经纬浮点间隔l，斜帐篷随机数初始参数x₀，p，L；

S2：根据确定的参数，利用斜帐篷映射生成Monte Carlo方法所需要的随机数列；

S3：通过马尔科夫场纹理生成方法与标记筛选法生成总的经纬向像素点相等的雅纹缎组织，抽离出雅纹缎纹理网；

S4：根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理，所述根据波形概率密度函数生成波形渐变纹理步骤包括：

通过循环的纹理尺寸m，n，一个循环内的波峰数r，渐变轮数t，波动幅度s生成二元正弦或余弦概率密度函数；

由二元正弦或余弦概率密度函数生成波形渐变纹理；

S5：波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并，得到波形渐变缎。

4.根据权利要求3所述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，其特征是：所述斜帐篷映射的公式为

初始参数x₀、p选取于[0，100)，x_n保留4位小数，得到随机数列{x_L+1，x_L+2，x_L+3...}，保留小数部分，得到大于等于0小于1的随机数列

并用tent()表示取下一个随机数。

5.根据权利要求3所述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，其特征是：所述通过马尔科夫场纹理生成方法与标记筛选法生成总的经纬向像素点相等的雅纹缎组织，抽离出雅纹缎纹理网的步骤包括：

对于纹针数n针，循环数m的纹理，用一个m×n的比特矩阵来表示，其中0代表经浮点，1代表纬浮点，用比特矩阵表示为：

A＝{A_i，j}_m，n

其中i，j为整数且i∈{1，2，…m}，j∈{1，2，…n}；

由马尔科夫随机场的方法生成纹理比特矩阵时，比特矩阵每一个元素的值由带有随机参数的规则和其所属的环境共同决定，用A’_i，j表示A_i，j的环境，

A’_i，j＝{A_k，l|k，l为整数，且满足k≠i或l≠j}

规则用函数X表示，则有

A_i，j＝X(x，A’_i，j)

其中x为随机变量，通过斜帐篷映射tent()生成；

用马尔科夫随机场的方法按顺序逐点生成组织点，且存在X’使得

A_i，j＝x(x，A’_i，j)＝X’(x，A”_i，j)

其中A”_i，j＝{A_k，l|k≤i，l≤j且k，l不同时等于i，j}①

或A”_i，j＝{A_k，l|(k＜i且l＝j)或l＜j}②；

采用迭代拟合的无缝拼接方法，对所有图像最小单元边缘按照规则进行延拓，直到所有图像最小单元边缘与对应点符合相同的规则；

依据已生成的雅纹缎纹理比特矩阵A，生成雅纹缎纹理网矩阵

6.根据权利要求5所述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，其特征是：所述二元正弦或余弦概率密度函数采用以下公式获得：

由二元正弦或余弦概率密度函数b(i，j)生成波形渐变纹理。

7.根据权利要求6所述波形渐变缎的数码纹理数据生成方法，其特征是：所述波形渐变纹理与雅纹缎纹理网合并，得到波形渐变缎步骤采用：

当

时波形渐变缎对应点取值波形渐变纹理对应点值否则波形渐变缎对应点取值雅纹缎纹理网对应点值，由此得到波形渐变缎比特矩阵。

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