CN1587474A - 高经密非线性图案纹织物的制备工艺 - Google Patents

Abstract

高经密非线性图案纹织物的制备工艺，涉及一种制备高经密非线性图案纹织物的方法。本发明工艺步骤为，将准规则斑图图形、Julia集的图形、Mandelbrot集的图形、Newton变换的图形、L－系统系列的图形、IFS的图形等非线性图形转换为纹织图案，借助纹制CAD方法进行意匠图设计时，在计算机上，将电子意匠图放大到可使非线性图形的精细结构得到最大限度表达的最小倍数，再将放大的电子意匠图信息传送到电子提花机上进行提花织造生产，获得高经密非线性图案提花纹织物。本发明利用意匠图的特点，即所设计织物的经纬密一旦确定便不受意匠图放大与否的影响之特点，突破计算机分辨率的限制，使非线性图形的精细结构在高经密纹织物上得到最大限度表达。

Description

高经密非线性图案纹织物的制备工艺

技术领域  本发明涉及一种制备高经密非线性图案纹织物的方法。

背景技术  提花织物是指由提花机控制进行生产，由经纬纱根据一定的交织规律形成，并在织物上表现各类图案的纺织品，业内又称为大提花织物，主要用作服装面料、装饰用纺织品的原料。

由于提花织物可以生动地表现花卉虫鸟及山水风情、人物和动植物等图案，因此有较高的艺术附加值而受到广大消费者的喜爱。

传统的提花织物生产必须由图案设计人员创作设计出可供织造生产的意匠图，再经制作纹版，上机，才能进入织物生产环节。具体生产流程示意图如下：设计构思、画图、绘意匠图、轧纹版、上提花机得提花织物。

这种传统的生产方式在电子信息技术广泛应用于纺织工业的今天，尤其在电子提花机诞生之后，已经暴露出既费时又费力，成本高等方面的严重不足：

基于非线性图形设计生产的织物(简称“非线性图形织物”)是一种全新的织物。

与传统织物比，其“新”主要表现为：

1、图案设计方式新，在设计上运用了科学可视化方法，根据非线性图形生成原理，借助计算机图形技术产生图像，从而完成纹织图案设计；

2、生产工艺新，意匠图设计阶段，运用纹制CAD方法，用计算机进行织物意匠图设计与处理；

所以，与传统提花织物的设计方法相比，非线性图形织物具有以下两个特点：

1、数字化设计，具有快速、精确、便捷等优势；

2、非线性图形的可控性强，图形可以根据非线性科学原理进行无穷无尽的变化和转换，从而使织物图案千变万化，丰富多彩。

根据不同的生成原理，非线性图形又大致可分为准规则斑图、Julia集、Mandelbrot集、Newton变换、IFS、L-系统等图形。

非线性图形的生成方法举例如下：

例1、准规则斑图图形形成织物图案

采用本申请人申请的发明专利《数码绉的制备工艺》(专利申请号02139044.4)、《基于准规则斑图的纹织图案超精细加工工艺》(专利申请号02139.)中的方法，通过哈密顿量

$H_q^{\left(0\right)}=\underset{j=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\cos (u\cos \frac{2\mathrm{\πj}}{q}+v\sin \frac{2\mathrm{\πj}}{q})...\left(1\right)$

能面H_q ⁽⁰⁾的等高线 $H_q^{\left(0\right)}(u,v)=E$ 给出系统的各种形状和大小的闭合不变曲线族，这些不变曲线即构成图1所示的准规则斑图。

如以f(x)表示一组三角函数，则通过在(1)式中迭加由f(x)表示的这一组三角函数即可获得准规则斑图的变化图形，然后，通过选择即可形成织物图案。例如，

令 $f\left(x\right)=\frac{1}{5}\cos (x+y\cos \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right))+\frac{1}{5}\cos (x-y\sin \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right))$

则得：

$H_q=H_q^{\left(0\right)}+\underset{j=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}f\left(x\right)$

$=\underset{j=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\cos (x\cos \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right)+y\sin \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right))\underset{+j=1}{\overset{q}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{5}\cos (x+y\cos \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right))+\frac{1}{5}\cos (x-y\sin \left(\frac{2\mathrm{\πj}}{q}\right))$

由此可获得相应的织物图案。

例2、Julia集的分形图形产生织物图案花型

J集的定义见文献《纺织设计中Julia集可视化方法研究》《苏州大学学报》(工科版)2002年第1期；

典型的J_f产生方式是在复平面上考虑一个迭代过程：

$z_{n+1}=z_n^2+\mathrm{\μ},N=\mathrm{0,1,2},...$

式中z＝x+yi，x、y为变量，μ＝p+qi，p、q均为常数。

当μ值固定时，给定复数z₀作初始值，即可在计算机上进行计算并绘制Julia图。

当μ分别取不同的值时即可在计算机上绘制出的几幅如图2所示的图形。

例3、Mandelbrot集产生织物图案花型

Mandelbrot集(以下简称M集)的定义见文献《纺织设计中Mandelbrot集可视化方法研究》《苏州大学学报》(工科版)2002年第2期

在生成M集图形时，在复平面上考虑迭代过程：

$z_{n+1}=z_n^2+v$

式中，z＝x+iy，x、y为常数；v＝p+iq，p、q均为变量。

当z值固定时，对给定复数v₀作初始值进行迭代运算。即v值变化，z值固定不变。可在计算机上进行计算并绘制Mandelbrot集的图形。

在计算机上绘制的M集图形见图3。图3(a)-(g)展示了逐级放大的画面。

例4、L-系统系列产生织物图案花型(见文献《基于L-系统的纺织纹饰设计初探》纺织学报2003年第4期)

L系统基于“符号重写系统”，即用一组重写规则(或生成规则)逐次地置换一个简单的初始对象的各个部分来确定一个复杂的对象，其中初始对象为一个字符串(或一个字母)，可以按一组生成规则来取代字符串中的每一个字母。具体讲，其定义为：

1、令V表示字母集；是一个非空单词，称为“公理”；P是生成规则的集合，用

表示a为p的“前驱”，x称为p的“后继”，一个DOL系统是一个有序三元组G＝<V，ω，P>，规定对每一个a∈V至少存在一个非空单词x，使得a→x，若某个前驱a∈V没有显式地给出x，则假定a→a恒等变换，此即确定性的DOL系统。

为便于绘图，需借助LoGo-Style Turtle表示法，即龟行表示法，以解释重写以后的字符串。为此：

2、设v是一个字符串，(x₀，y₀，α₀)是龟的初始状态，d是前进增量，δ是角增量参数，通过龟对字符串v的解释所画出的图称为v的龟(turtle)表示，龟按以下命令动作：

F：向前移动一步，步长为d，龟的状态为(x′，y′，α)，x′＝x+dcosα，y′＝y+dsinα，从(x，y)向(x′，y′)画一直线段；

E：向前移动一步，步长为d，不画；

+：向左旋转δ角，则龟下一状态为(x，y，α-δ)，规定正向角为逆时针方向，负向角为顺时针方向；

-：向右旋转δ角，龟下一状态为(x，y，α-δ)。

例如：图6(a)中的Koch曲线的生成：

K＝<V，ω，P>

式中：符号集  V＝{F，+，-}；α＝60°，起始符号元ω＝F，生成规则集P＝{F→F+F--F+F}，循环次数为n。

上述生成方法可用表格表示，其中生成规则用链式语言表达，

表1：

初始角度	0度
		角增量	60度
画线缩小比例因子	1/3
		公理	F-F-F-F
循环次数n	5
		生成规则(第一次递归)	F：F+F--F+F
第二次递归	F：F+F--F+F+F+F--F+F--F+F--F+FF+F--F+F+F+F--F+F

运用相同的方法，可以用不同的生成规则在计算机上绘出如图4所示的风格不同的各种图形。

例5、IFS图形产生织物图案花型

IFS定义见文献《基于IFS的纹织设计初探》纺织学报2004年第2期

设二维欧氏空间中的仿射变换为：

w：R²→R²。X＝[x，y]^T是此空间中的一点，则其仿射变换映射像为X′＝[x′，y′]^T。写成矩阵形式：

$\left[\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}\\ y^{\&prime;}\end{array}\right]=w\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right]$

其中的a，b，c，d，e，f六个参数均为实系数，它们完全确定一个仿射变换。可以将其分解为平移旋转和比例放大等，用下式表示：

其中，e，f是x和y方向上的平移分量，θ，分别是绕x，y轴的转角，r和q可以看作是x和y方向上的比例放大倍数。

在上式中，当θ＝，r＝q时，得到的变换为相似变换，因此相似变换只是仿射变换的特殊情况。它可写为：

$\left[\begin{array}{c}{x}^{\&prime;}\\ y^{\&prime;}\end{array}\right]=r\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\&theta;}& -\sin \mathrm{\&theta;}\\ \sin \mathrm{\&theta;}& \cos \mathrm{\&theta;}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right]$

依据仿射变换，可以将要模拟的自然景物作为目标图形，用一组压缩仿射变换{w，i＝1，2，…，N}来构形。而求这些仿射变换系数a，b，c，d，e，f，可以采用三点对应方法解线性方程组求得。

设变换 $w:R^2\&RightArrow;R^2,w\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}a& b\\ c& d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}e\\ f\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{ax}+\mathrm{by}+e\\ \mathrm{cx}+\mathrm{dy}+f\end{array}\right]$ 且具有压缩变换性质。如图5所示。在该图A图形中取三个点：Z₁＝(x₁，y₁)，Z₂＝(x₂，y₂)，Z₃＝(x₃，y₃)，经变换后得到图形B，其对应点为

$Z_1^{*}=(x_1^{*},y_1^{*}),$

$Z_2^{*}=(x_2^{*},y_2),Z_3^{*}=(x_3^{*},y_3^{*}).$ 由此可得： $\left[\begin{array}{c}{x}_1^{*}\\ x_2^{*}\\ x_3^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&alpha;}{x}_1+b{y}_1+e\\ \mathrm{\&alpha;}{x}_2+b{y}_2+e\\ \mathrm{\&alpha;}{x}_3+b{y}_3+e\end{array}\right];\left[\begin{array}{c}{y}_1^{*}\\ y_2^{*}\\ y_3^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}c{x}_1+d{y}_1+f\\ c{x}_2+d{y}_2+f\\ c{x}_3+d{y}_3+f\end{array}\right]$

通过解上述线性方程，即可求出仿射变换的系数a，b，c，d，e，f，或者进而求出r，q，θ，。于是便得到一组表示自然景物构形的IFS代码。

计算机上绘图方法(随机迭代算法)：对于一个迭代函数系统，先找到初始点Z0，依概率分布{p₁，p₂，…，p_N}，从{w_i，1≤i≤N}中选择一个仿射变换w_k。对Z₀作变换w_k，得到X₁，如此反复进行，当i充分大时，其序列点集将接近该IFS的吸引集或吸引子，将这些点标示出来即得其图形。此处以蕨类叶为研究对象，其IFS码分别见于表2中；。

用上述方法所绘图形分别见图6。

表2：蕨类叶的IFS码

i	ai	bi	ci	di	ei	f	pi
								1	0.00	0.00	0.00	0.16	0.00	0.00	0.1
2	0.85	0.04	-0.04	0.85	0.00	1.60	0.85
								3	0.20	-0.26	0.28	0.22	0.00	1.60	0.07
4	-0.15	0.28	0.26	0.24	0.00	0.44	0.07

由上述可见，非线性图形在结构上普遍具有自相似性，从理论上讲，具有无穷精细的特点。

将上述非线性图形转换为纹织图案的步骤如下：

第一步，将在计算机上产生的非线性图形信息转为电子提花机可以识别的文件格式，以实现顺利接口，例如采用*.bmp文件的格式。

第二步，根据织物的工艺与品种规格进行着色处理。一般，对于多层织物需进行多色设计；对单层织物则最少可仅用两色，即只需对所选图案花型进行两色处理。

第三步、利用图形软件进行二次设计。即对图形进行处理，使其符合纹饰艺术表现规律，从而适合市场需求。如：根据需要，图形的二次设计过程可在图形处理软件上进行。图形软件如：Potoshop等。

第四步、借助纹制CAD方法进行意匠图设计。

纹制CAD是目前已经普及的一种应用计算机技术对织物意匠图进行辅助设计的方法。根据提花机的情况，纹制CAD的软件又分为两大类，一类是与轧纹版机结合，通过控制轧纹版机轧出纹版供传统的提花机使用；另一类是与电子提花机配合使用，通过纹制CAD处理的意匠图信息可传送到电子提花机上进行提花织造生产。本发明经上述过程所获得的图形信息均为数字信息，可直接输入纹制CAD的电脑中进行处理。

转换后进行提花织造生产。

根据以上步骤，选择用图7作为实验用图案(准规则斑图)进行织造实验，所得产品(准规则斑图纹织物)见图8(照片)，其中在织物表面突出的部分为提花部分，即图7花型的花部，未突出部分为图7花型的地部。

应用以上方法生产出的提花织物就是常规方法设计生产的非线性图形织物。

然而，尽管非线性图形有如前所述的优点，相对于传统设计方法具有较大的优势，但由于真丝绸特别细腻，丝织物经密可达到每公分120根以上，即相当于相应方向的点距为0.083mm，其密度大大超过现有PC机(点距为0.18mm)的分辨率。所以，如果不能解决非线性图案的高经密纹织设计问题，则将无法充分表现出非线性图形的高精细化特点，则将导致非线性图形的优势大为弱化。例如，统一品名为“100/85花绉缎”的真丝绸织物，其织造工艺为30号筘4穿入，即机上经密为每公分120根；统一品名为“90/118花库缎”的真丝绸织物，其织造工艺为32号筘4穿入，即机上经密为每公分128根。故应用非线性图形对此类高经密织物进行纹织设计，则必须考虑运用新的方法使精细的及经精细化处理的非线性图形得到充分的表达(非线性图形的精细化处理方法见于《数码绉的制备工艺》(专利申请号02139044.4)、《基于准规则斑图的纹织图案超精细加工工艺》(专利申请号03125345.8)中)。

发明内容本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能够突破现有计算机分辨率的限制，使非线性图形的精细结构在高经密纹织物上得到充分表达的高经密非线性图案纹织物的制备工艺。

本发明目的的实现方式为，高经密非线性图案纹织物的制备工艺，将准规则斑图产生织物图案花型、Julia集的分形图形产生织物图案花型、Mandelbrot集产生织物图案花型、Newton变换产生织物图案花型、L-系统系列产生织物图案花型、IFS图形产生织物图案花型类非线性图案转换为纹织图案，非线性图形转换为纹织图案的步骤如下：

第一步，将在计算机上产生的非线性图形信息转为电子提花机可以识别的文件格式，

第二步，根据织物的工艺与品种规格进行着色处理，

第三步、利用图形软件进行二次设计，

第四步、借助纹制CAD方法进行意匠图设计，

借助纹制CAD方法进行意匠图设计时，在计算机上，将电子意匠图放大到可使非线性图形的精细结构得到最大限度表达的最小倍数，再将放大的电子意匠图信息传送到电子提花机上进行提花织造生产，得高经密非线性图案提花纹织物。

本发明有以下优点：对于交织点密度大于现有计算机分辨率的高经密织物，通过运用放大电子意匠图的方法，突破计算机分辨率的限制，使非线性图形的精细结构在高经密纹织物上能够得到充分表达，从而使非线性图案的高精细化优势得到充分发挥，使非线性图案造型奇异的特点得到充分体现。

附图说明

图1计算机上绘制成的q＝3，5，8，12时的各幅斑图

图2当μ分别取不同的值时在计算机上绘制的几幅图形

图3(a)-(g)逐级放大的M集图形

图4(a)、(b)、(c)、(d)用不同的L系列生成规则在计算机上绘出的不同图形

图5压缩仿射变换所形成的图形

图6蕨类叶图形

图7纹织用图案(准规则斑图)

图8根据图7生产所获纹织物(照片)

具体实施方式本发明将准规则斑图图形、Julia集的分形图形产生织物图案花型、Mandelbrot集产生织物图案花型、Newton变换产生织物图案花型、L-系统系列产生织物图案花型、IFS图形产生织物图案花型类非线性图案转换为纹织图案，借助纹制CAD方法进行意匠图设计时，在计算机上，将电子意匠图放大到可使非线性图形的精细结构得到最大限度表达的最小倍数，再将放大的电子意匠图信息传送到电子提花机上进行提花织造生产。

本发明主要采用电子意匠图放大设计法。由于纹织意匠图是由代表经纬交织点的格子所组成，而意匠图的经纬比一经确定，则纹织花型的经纬向比例亦已确定。根据这些性质，便可通过计算求出，在具体某一台计算机的电子意匠图上，至少应将图形放大到多少倍(最小倍数)才可使非线性图形的精细结构得到最大限度的表达。

如设某一台计算机分辨率的点距为a(mm)，某品种高密织物的经密为b(根/cm)，则设应生成比原图至少放大Ma×b/10倍的非线性图形，即：

m＝计算机分辨率的点距a(mm)×经密为b(根/cm)/10

并在计算机上设计制作相应大小的意匠图，即可按前述的步骤生产出既符合原图大小又具有相应精细程度的纹织图案。

例如，在分辨率为0.18mm点距的计算机上设计经密为120根/cm的非线性图形纹织物，由于这里a＝0.18；b＝120，所以至少应该放大0.18*120/10＝2.16(倍)才可生产出具有相应精度的非线性纹织图案。

Claims (1)

1、高经密非线性图案纹织物的制备工艺，将准规则斑图图形、Julia集的图形、Mandelbrot集的图形、Newton变换的图形、L-系统系列的图形、IFS的图形等非线性图形转换为纹织图案，非线性图形转换为纹织图案的步骤如下：

第一步，将在计算机上产生的非线性图形信息转为电子提花机可以识别的文件格式，

第二步，根据织物的工艺与品种规格进行着色处理，

第三步、利用图形软件进行二次设计，

第四步、借助纹制CAD方法进行意匠图设计，

其特征在于借助纹制CAD方法进行意匠图设计时，在计算机上，将电子意匠图放大到可使非线性图形的精细结构得到最大限度表达的最小倍数，再将放大的电子意匠图信息传送到电子提花机上进行提花织造生产，获得高经密非线性图案提花纹织物。

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