賈卡經編針織物的分析與應用

高 帥

（天津工業大學,天津 300160）

計算機應用

賈卡經編針織物的分析與應用

高 帥

（天津工業大學,天津 300160）

針對織物分析中賈卡效應層次分割費時繁瑣的問題 ,將圖像分割技術應用于賈卡花型設計。文章敘述了閾值分割及仿真方法和實際應用,介紹了賈卡針織物分析設計流程。該方法對由兩種組織區域組成的賈卡針織物特別適用,可以快速、準確得到織物花型圖,使花型設計過程大大簡化,提高設計效率和精度。

經編;賈卡針織物;閾值分割;仿真方法;織物分析;花型設計

賈卡經編針織物花紋圖案多變、花型豐滿、層次分明、質地穩定,它的風格在經編產品中獨樹一幟,受到人們廣泛青睞,產品廣泛應用于室內裝飾、高檔婦女內衣面料、花邊輔料等,有很好的開發前景。如何快速得到花型圖是加快花型設計速度的關鍵。針對此問題,將圖像分割技術應用于賈卡花型設計。用于高檔內衣的大量賈卡提花織物由兩種組織區域組成,閾值分割算法處理這類織物非常有效,可以快速、準確地得到織物花型圖,大大簡化花型設計過程。

1 閾值分割

閾值分割法是基于圖像的灰度進行分割的,是最經典也是十分重要的一種并行區域分割算法。其基本思想是在圖像的灰度取值范圍內確定一個閾值,將組成圖像的所有像素的灰度值與閾值進行比較,比較的結果將圖像的全部像素分為目標和背景兩類。閾值分割簡單方便,對目標和背景對比明顯的圖像分割效果顯著。

閾值分割法的基本原理如下：設原始圖像為Z（i,j）,以一定的準則在 Z（i,j）中找出灰度值 T作為分割閾值,將圖像分為目標和背景兩部分,分割后的二值圖像為 G（i,j）。

閾值分割的關鍵是確定一個合適的閾值。假如閾值選得過高就會將背景誤認為是目標;相反閾值選得過低則會將目標誤認為背景,使信息丟失。本文的分割是基于迭代閾值法[3],可以通過程序自動搜尋出比較合適的閾值。

2 賈卡經編針織物分析設計流程

掃描織物 →閾值分割 →生成意匠圖→換色→顏色定義 →織物仿真

2.1 掃描織物圖像得到灰度圖

掃描織物時,使用 180dpi的分辨率,直接得到灰度圖。下機后紗線內應力回復產生形變,分析過程中的人為牽扯,導致線圈的縱橫向并不絕對垂直,使花型產生了歪斜。在用掃描儀獲取數字圖像時,應盡量將織物擺正,對于不可回復的牽扯形變,應通過圖像處理軟件進行旋轉矯正,使得一個花紋循環上下左右接合良好。

2.2 生成意匠圖

閾值分割得到織物的花型圖后,在 W KCAD系統中輸入花高、花寬、縱密、橫密等基本工藝參數就能將花型圖直接、快速轉成意匠圖,意匠圖由意匠格組成,一個意匠格沿縱向代表兩個橫列,沿橫向代表相鄰兩根織針之間的距離。意匠圖的規格是根據織物的成品密度來確定的,因此意匠花型與掃描織物是保持恒定比例的。

2.3 換色

對賈卡織物進行分析,依據組織結構使用相應的賈卡基本色替換原始意匠圖中的顏色,即可得到賈卡花型意匠圖。本文成圈型賈卡織物采用3針技術,厚的部分采用的是全部紅色,薄的部分采用的是全部綠色。使用賈卡換色工具在賈卡選色區選擇相應的顏色對原始意匠圖中的顏色進行替換,得到織物花型意匠圖。

2.4 對賈卡顏色進行定義

對花型意匠圖上的各個顏色進行定義,即對綠、紅、白等顏色指定實際的控制信息,即賈卡偏移信息,見表1。

表1 賈卡顏色信息表

賈卡顏色定義完畢后,所得到的由基本色構成的賈卡意匠圖表述了厚、薄、網孔等顏色效應,便可以進行賈卡織物仿真。

2.5 賈卡針織物仿真

在得到賈卡織物的意匠圖后,需對墊紗數碼、原料、穿經等工藝參數進行設置,并適當調節紗線張力,即可獲得織物的仿真圖。由于賈卡導紗針在進行偶數橫列的偏移時其效應總是滯后一個縱行,必須令拉舍爾技術參數 RT=1,才能使實際織物花型與設計效應相一致。

3 賈卡經編針織物的應用

3.1 浮紋型賈卡經編針織物

浮紋型賈卡經編針織物有別于一般的經編針織物,其底布精致輕透,浮紋花紋散落鑲嵌在底布之上,立體感強且浮紋花紋區域之間無多余的紗線相連接。這是由于浮紋型賈卡經編機的配置有別于一般的經編機,它有兩把賈卡梳櫛,一把壓紗型賈卡梳櫛JB1.1和一把襯緯型賈卡梳櫛 ,并配有單紗選擇裝置 EFS。JB1.1與 EFS都是半機號配置,兩者組合成為滿機號,相互協調配合,既可以橫向偏移,又可以在縱向上控制浮紋紗線進入和退出編織。JB1.1配置在偶數行,以壓紗形式墊紗,形成浮紋花紋;襯緯型賈卡梳櫛含有兩把分離的以半機號配置的賈卡梳櫛,兩者交錯排列組合成為滿機號,以襯緯形式同向墊紗,形成變化的花式底布。地梳以成圈形成編鏈,也可配置地梳以襯緯編織氨綸,還可配置花梳形成花邊的牙邊。

該類織物用途十分廣泛,主要用于網眼窗簾、臺布,有牙邊或無牙邊的花邊,非彈性或彈性花邊,以及女性內衣和外衣面料等。

3.2 成圈型賈卡經編針織物

目前,成圈型賈卡選針技術主要有兩針、三針及四針技術之分,不同選針技術的應用將形成織物中不同的賈卡組織結構進而產生不同的賈卡花型風格。

3.2.1 兩針技術

兩針技術是成圈賈卡經編針織物所特有的一種選針技術,在其他類型的賈卡經編提花中沒有應用,兩針技術的基本墊紗為編鏈組織1-0/0-1//。

兩針技術不是用來形成織物的厚薄網孔效應,而是利用與地組織的同向或反向墊紗紗線在織物表面的顯露關系來隱現賈卡花型 ,形成織物花紋。利用這種方法所形成的花紋效應較為平坦。

3.2.2 三針技術

三針技術是成圈型賈卡經編針織物中應用最多的一種選針技術 ,三針技術的基本墊紗為1×1經平組織1-0/1-2//。

利用三針技術所形成的賈卡花型效應較為全面,可以為厚組織效應、薄組織效應,甚至在一些地組織的配合下還可以形成網眼或小網眼效應。

3.2.3 四針技術

四針技術也是成圈型賈卡經編針織物中應用較多的一種選針技術,四針技術的基本墊紗為2×1經平組織1-0/2-3//。

四針技術同樣可以形成為凹凸與平坦效應,而且其厚組織效應較三針技術更為明顯,賈卡花型效應的立體感更強。四針技術可以形成的三種基本效應層依次為“厚、次厚、薄”。

4 仿真方法

4.1 確立經編線圈結構模型

對經編針織物線圈結構的模擬,前人曾提出不同的模型。P.Grosberg結構模型將線圈看成一個彈性體,根據織物組織相互作用的關系,將前后梳櫛的紗線消耗量用不同的公式來表示。機上狀態線圈結構模型主要反映機上狀態織物測量和紗線消耗量之間的關系。目的是在于找出織物參數和織物尺寸之間的一些關系,用于工廠中產量計算和預測織物性能等。

通過上述分析可知,早期用的線圈結構幾何模型是對線圈結構的二維描述,主要是用于計算線圈長度、送經量,以及由此來計算產量等。并且以往的模型由于采用過于簡化的幾何假定,使結果誤差太大,不能直接應用于工程實際;P.Grossberg先生提出的將線圈主干作為一彈性桿進行數學力學分析,得到線圈結構參數間的幾何數量關系,修正的彈性桿模型同時考慮了線圈的傾斜和延展線的彎曲,但是由于計算方法太過復雜,結果與實際有一定誤差;另外還有用試驗統計方法研究經編針織線圈結構幾何學的實踐,同樣也存在較大的誤差。

從線圈受力和幾何抱合出發,建立合理的線圈結構模型,利用計算機這一工具來描繪復雜的線圈將是研究賈卡經編針織物結構和仿真的基礎。線圈結構的描述可以分為二維和三維兩種。

對于二維線圈,可以采用一種比較簡單的方法來模擬每一根紗線。從視覺效果來講,紗線的最基本外觀是細長的圓柱體,假設紗線平放,其投影到二維平面,就是一個長方形。紗線的捻度紋理是由數根單絲的螺旋纏繞而成。在二維圖像中,采用近似的顏色漸變的一組平行直線來體現這種紋理。

如果考慮三維線圈,要考慮線圈的空間構成,可以考慮使用一定的曲線 （面）來表示。將紗線假定為規則的圓形截面的柱體,使用參數u（對于中心軸坐標）和v（對于截面坐標）來分別表示曲線 （面）的參數,這樣就能夠描述線圈的三維結構。由于建立三維結構需要很大的計算量,在織物仿真時,人們的要求是即時可見,因此我們的設想是對于不同類型的紗線,可以首先建立模擬仿真的紗線數據庫,然后在織物模擬時加以調用。

4.2 確立賈卡經編織物結構模型

賈卡經編針織物的結構相當復雜,首先其基本的織物結構就包括了襯緯、成圈和壓紗等幾種方式,其次在基本組織的基礎之上,還受到賈卡提花機構的作用,形成各種層次效應豐富的變化組織襯緯型、成圈型、壓紗型賈卡的基本結構。

賈卡經編針織物理論與實際形態的差異主要體現在賈卡組織的變形上。由于織物的底布受變化的賈卡紗線拉力的作用,因此織物在網孔組織處要發生變形,尤其在多列網眼處,變形最為明顯。由于網眼的形成方法、網眼的長短不同,因此其形態結構各異。鑒于此,可以考慮從物理和數學兩個角度采用有限元法對賈卡組織結構的變形進行求解處理。賈卡織物的復雜結構利用有限元分析方法,可以將復雜問題分解為較簡單的問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成,對每一單元假定一個合適的近似解,然后推導求解這個域總的滿足條件,從而得到問題的解。有限元不僅計算精度高,而且能適應各種復雜形狀,因而成為行之有效的工程分析手段。

根據設想,可以使用有限元方法,將織物結構轉換成由多個線段組成的 FEM模型,為了能夠有效地顯示紗線結構真實彎曲和變形情況,必須使用足夠多的線段,然后通過復制在計算機上顯示完整的針織物。實際上,每根紗線的彎曲和變形主要取決于紗線的張力,而影響張力的因素不光包括紗線的機械和力學性能,更重要還決定于織物的組織結構,必須通過大量的測試來研究賈卡經編針織物復雜的變形過程,確定各種參數對于紗線張力的影響效果。

5 結語

賈卡經編織物的分析與應用的發展與成熟一定會使賈卡經編織物在紡織產業及其他領域發揮出更大的作用與貢獻。

[1] 蔣高明.現代經編產品設計與工藝[M]北京：中國紡織出版社,2002.

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Analysisand Application of Jacquard Warp-kn itted Fabric

GAO Shuai
（Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300160,China）

Acco rding to time-consuming and overlabo rate p roblem s of level segementation of jacquard knitted fabric,the pattern segementation technique w as app lied to jacquard pattern design.The threshold segementation and simulation methods and their app lications w ere elaborated.The methods are app licable to jacquard knitted fabric composed of two kinds of stitch region,so as to get pattern fastly and accurately to simp lify pattern design p rocess and enhance design efficiency and accuracy.

w arp knitted;Jacquard knitted fabric;threshold segmentation;sim ulation method;fabric analysis;pattern design

TS184.1+11

B

1009-3028（2010）02-0034-04

2010-01-19

高 帥（1988—）,男,天津人,學士。