緯編仿蕾絲織物的設(shè)計(jì)與仿真

張永超，叢洪蓮，張愛(ài)軍，蔣高明

(江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無(wú)錫 214122)

緯編仿蕾絲織物的設(shè)計(jì)與仿真

張永超，叢洪蓮，張愛(ài)軍，蔣高明

(江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無(wú)錫 214122)

為實(shí)現(xiàn)緯編仿蕾絲織物的快速設(shè)計(jì)，提出了花型意匠模型、編織意匠模型，并構(gòu)建了二者之間的變換關(guān)系。在深入研究這類(lèi)織物各部分結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，建立了織物理想狀態(tài)下線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的基本模型，確定了線(xiàn)圈中各控制點(diǎn)的位置，并對(duì)線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析，得出該類(lèi)型織物線(xiàn)圈變形規(guī)律。利用VC++.NET設(shè)計(jì)程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)緯編仿蕾絲織物的仿真。在結(jié)合意匠信息的基礎(chǔ)上，織物仿真還考慮到紗線(xiàn)原料的粗細(xì)、顏色等因素，具有較好的外觀模擬效果。

緯編;仿蕾絲;設(shè)計(jì);仿真

針織物仿真是在建立線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上，對(duì)針織物整體結(jié)構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行模擬的技術(shù)。目前對(duì)于針織物仿真的研究主要包括二維和三維仿真2種。針織物三維仿真是通過(guò)構(gòu)建線(xiàn)圈的三維結(jié)構(gòu)模型，在計(jì)算機(jī)上得到織物的模擬效果，該類(lèi)模擬方法能夠展示出織物三維立體效果［1］，但是其數(shù)據(jù)信息量大，模擬速度慢，因此主要集中在緯平針、雙反面、羅紋等基本組織的三維仿真上［2－3］。對(duì)于緯編提花針織物的三維仿真也有一些研究［4］，但主要是針對(duì)簡(jiǎn)單的毛衫提花組織。針織物二維仿真是建立在平面線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)織物進(jìn)行模擬。這種方法數(shù)據(jù)信息量小，能夠模擬花型數(shù)據(jù)信息較大的提花類(lèi)產(chǎn)品。目前，對(duì)于經(jīng)編提花類(lèi)產(chǎn)品的仿真研究較多，包括成圈型賈卡、浮紋型賈卡經(jīng)編針織物的仿真、無(wú)地網(wǎng)多梳拉舍爾花邊產(chǎn)品的仿真［5－7］等，而對(duì)于緯編提花類(lèi)產(chǎn)品的仿真研究還很少。緯編仿蕾絲面料是具有蕾絲外觀風(fēng)格的織物，該織物如經(jīng)編蕾絲面料般輕盈通透、性感神秘，然而又較經(jīng)編蕾絲面料柔軟舒適富有彈性、延伸性，其巧妙地結(jié)合了經(jīng)編蕾絲面料的風(fēng)格和緯編面料的性能特點(diǎn)，在內(nèi)衣、裝飾等各領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。緯編仿蕾絲面料與常規(guī)的緯編面料有所差別，其采用了褶裥結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的仿真方法不能對(duì)該類(lèi)織物進(jìn)行很好的仿真，因此要實(shí)現(xiàn)該類(lèi)面料的仿真還需要進(jìn)行深入研究。本文對(duì)緯編仿蕾絲面料的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，通過(guò)建立線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合線(xiàn)圈的變形規(guī)律實(shí)現(xiàn)對(duì)這類(lèi)面料的設(shè)計(jì)與仿真，為這類(lèi)面料的設(shè)計(jì)提供方法，使得在設(shè)計(jì)這類(lèi)面料的同時(shí)能夠直觀地看到織物的結(jié)構(gòu)與外觀，以提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

1 緯編仿蕾絲面料的結(jié)構(gòu)特征

緯編仿蕾絲面料花紋處和底紋層次分明，可通過(guò)在某幾路穿入較粗的彈性紗，其余各路穿入細(xì)有光絲，并結(jié)合緯編褶裥組織形成具有蕾絲風(fēng)格的面料。圖1(a)示出緯編仿蕾絲小花整體圖，其花紋清晰，底紋與花紋界限明顯;圖1(b)示出花型的底紋，其覆蓋了大循環(huán)褶裥組織，形成了不規(guī)則的類(lèi)網(wǎng)眼結(jié)構(gòu);圖1(c)示出花紋的輪廓，其采用一隔一褶裥組織，形成了厚組織結(jié)構(gòu);圖1(d)示出的花瓣及花心處覆蓋小循環(huán)褶裥組織，形成了六邊形的小類(lèi)網(wǎng)眼組織。這類(lèi)織物組織效應(yīng)豐富，花紋清晰，通過(guò)某幾個(gè)織針連續(xù)不編織的方式，形成了類(lèi)似經(jīng)編蕾絲風(fēng)格的面料。

圖1 緯編仿蕾絲面料效應(yīng)圖Fig.1 Effect diagram of weft knitted imitation lace fabric.(a)Weft knitted imitation lace fabric;(b)Enlarged view of region A;(c)Enlarged view of region B;(d)Enlarged view of region C

2 緯編仿蕾絲面料的設(shè)計(jì)模型

2.1 花型意匠模型

在提花織物設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)確定織物的最小重復(fù)單元，即織物的花型循環(huán)［8］，并對(duì)該花型循環(huán)進(jìn)行處理，減少其顏色數(shù)，便于后續(xù)操作。花型循環(huán)數(shù)據(jù)為提花織物中花型的原始數(shù)據(jù)，可用二維數(shù)組P(i，j)表示。

式中:i=0，1，2，…，w －1;j=0，1，2，…，d －1;P(i，j)表示第i+1根針在第j+1路的花型信息;w表示花紋循環(huán)的寬度;d表示花紋循環(huán)的高度。

2.2 編織意匠模型

在電腦提花圓機(jī)中，一般采用組織意匠圖來(lái)描述機(jī)器的編織狀態(tài)。機(jī)器根據(jù)每個(gè)意匠格不同的信息來(lái)選擇織針成圈、集圈或浮線(xiàn)。在計(jì)算機(jī)中為了方便準(zhǔn)確地識(shí)別選針信息，常通過(guò)建立二維數(shù)組F(i，j)對(duì)其進(jìn)行描述。

式中:i=0，1，2，…，w －1;j=0，1，2，…，d －1;F(i，j)表示第i+1根針在第j+1路的編織信息。當(dāng)F(i，j)=0時(shí)，在第j+1路第i+1針織針未被選中，編織浮線(xiàn);當(dāng)F(i，j)=1時(shí)，在第j+1路第i+1針織針被選中，編織成圈。

在不同的機(jī)器設(shè)備中，編織信息所識(shí)別的顏色不同，如在TNY無(wú)縫織機(jī)上成圈識(shí)別的顏色為綠色(1號(hào)色)，浮線(xiàn)識(shí)別的顏色為黑色(0號(hào)色)。

2.3 花型意匠圖與編織意匠圖間的轉(zhuǎn)換

在設(shè)計(jì)提花產(chǎn)品時(shí)，需要將花型信息轉(zhuǎn)化成編織信息，即將已有的花型意匠圖轉(zhuǎn)換成編織意匠圖，因此需要對(duì)花型進(jìn)行組織覆蓋。在組織覆蓋過(guò)程中，將需要鋪設(shè)的花型意匠圖中相應(yīng)的顏色替換成編織意匠圖的最小組織循環(huán)。首先假設(shè)編織意匠圖最小組織循環(huán)的高度為sk，寬度為uk(k表示系統(tǒng)的色號(hào)數(shù)，k=0，1，2，…，n)，定義二維數(shù)組 Fk(i，j)。

式中:i=0，1，2…，uk－1;j=0，1，2…，sk－1;Fk(i，j)表示覆蓋k號(hào)色的最小組織循環(huán)中第i+1根針在第j+1路的編織信息。根據(jù)式(4)將花型意匠圖中每個(gè)顏色轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的組織循環(huán)中的數(shù)據(jù)。

式中:i=0，1，…，w －1;j=0，1，…，d －1;% 表示取余。

圖2示出花型意匠與編織意匠轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)式(4)中二者的函數(shù)關(guān)系，圖中各個(gè)顏色將被相應(yīng)的最小組織循環(huán)替換。替換后結(jié)果如圖3所示。

2.4 穿紗模型

穿紗是織物編織的重要環(huán)節(jié)，采用不同的穿紗方式，對(duì)織物花紋形成具有很大的影響［9］，現(xiàn)采用二維數(shù)組L(i，j)來(lái)表示每路導(dǎo)紗嘴的喂紗信息。

式中:m表示每路導(dǎo)紗嘴的數(shù)量;f表示機(jī)器的路數(shù)。當(dāng)L(i，j)=0時(shí)，表示第j+1路第i+1個(gè)導(dǎo)紗嘴不墊入紗線(xiàn);當(dāng) L(i，j)=1時(shí)，表示第 j+1路第i+1個(gè)導(dǎo)紗嘴墊入紗線(xiàn)。

圖2 花型意匠與編織意匠轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.2 Transformational relationship between original Jacquard pattern grid model and knitting grid model.(a)No.1 color of system;(b)Minimum structure cycle corresponding to No.1 color;(c)No.3 color of system;(d)Minimum structure cycle corresponding to No.3 color;(e)No.5 color of system;(f)Minimum structure cycle corresponding to No.5 color.

圖3 花型組織替換Fig.3 Replacement of pattern structure.(a)Jacquard pattern grid;(b)Knitting grid

3 緯編仿蕾絲面料仿真

3.1 線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型的建立

緯編線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)包括針編弧、圈柱和沉降弧3個(gè)部分組成，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，本文在六點(diǎn)模型［10］的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用8個(gè)點(diǎn)(P1～P8)對(duì)線(xiàn)圈的形狀進(jìn)行定義。圖4示出線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型。圖中h為圈高，r為圈距。根據(jù)織物的實(shí)際形狀，使用程序多次驗(yàn)證，并與實(shí)際織物進(jìn)行比較，從而確定圖中的h1，r1，r2，r3，r4的取值:h1=0.70h;r1=r3=0.17r;r2=r4=0.34r。

圖4 線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Loop structure model

在理想線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型狀態(tài)下，確定線(xiàn)圈各點(diǎn)的坐標(biāo)為:p1(－ r3，0);p2(－ r2，h1);p3(－ r1，(h+h1)/2);p4(r1，(h+h1)/2);p5(r2，h1);p6(r3，0);p7(r4，(h1－h(huán))/2);p8(r－r4，(h1－ h)/2)。

3.2 線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，線(xiàn)圈會(huì)受到拉伸、壓縮等作用的影響，從而產(chǎn)生拉長(zhǎng)、縮短等現(xiàn)象，因此理想狀態(tài)的線(xiàn)圈模型并不能準(zhǔn)確地模擬織物結(jié)構(gòu)，還需對(duì)線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行探討。

織物結(jié)構(gòu)變形通常體現(xiàn)在橫向和縱向，對(duì)于緯編仿蕾絲面料而言，其縱向的變形遠(yuǎn)大于橫向，因此僅考慮其在縱向上的變形。如圖5(a)所示的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)實(shí)物圖，線(xiàn)圈在連續(xù)不編織的狀態(tài)下會(huì)沿著線(xiàn)圈長(zhǎng)度方向拉長(zhǎng)，由此建立圖5(b)所示的線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)示意圖。由于連續(xù)不編織紗線(xiàn)通常采用氨綸包覆紗;所以其在縱向方向上拉長(zhǎng)的長(zhǎng)度與所用力的大小有關(guān)，因此該長(zhǎng)度由織物定型時(shí)所受到的力決定。假設(shè)拉長(zhǎng)線(xiàn)圈對(duì)周?chē)?個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生影響，且影響較為均勻。根據(jù)相似三角形定則，各線(xiàn)圈形變后的線(xiàn)圈高度如下。

式中:hp表示與拉長(zhǎng)線(xiàn)圈相鄰的線(xiàn)圈高度，mm;h表示不受影響的線(xiàn)圈高度，mm;n表示與拉長(zhǎng)線(xiàn)圈相隔的針距數(shù);t表示連續(xù)不編織次數(shù);h3表示拉長(zhǎng)線(xiàn)圈高度，mm。

當(dāng) F(i，j)=1，F(xiàn)(i，j+1)=0 時(shí)，有△bj=0，否則

式中△hpn

圖5 線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)變形圖Fig.5 Deformation of loop structure.(a)Physical diagram of loop;(b)Schematic diagram of loop structure

本文利用超景深三維顯微鏡VHX-600，在織物橫向和縱向給定相同力的作用下對(duì)線(xiàn)圈的高度進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，結(jié)果如表1所示。

表1 線(xiàn)圈高度關(guān)系Tab.1 Relationship of loop height

將表中數(shù)據(jù)帶入式(3)，經(jīng)驗(yàn)證得出各項(xiàng)數(shù)據(jù)的誤差均保持在10%以?xún)?nèi)，且在不同連續(xù)不編織次數(shù)的條件下，h始終保持在0.19～0.21范圍內(nèi)，因此可以證明式(3)所作的假設(shè)成立。

3.3 緯編仿蕾絲面料仿真實(shí)現(xiàn)

在計(jì)算機(jī)仿真時(shí)，假設(shè)織物橫向不發(fā)生拉伸變形，計(jì)算機(jī)對(duì)織物縱向拉伸信息進(jìn)行判斷，確定縱向線(xiàn)圈位置，得到織物仿真效果。緯編仿蕾絲面料仿真的基本流程如下:建立線(xiàn)圈模型→確定線(xiàn)圈初始位置→判斷線(xiàn)圈變形信息，確定線(xiàn)圈縱向位置→線(xiàn)圈間相互穿套→形成織物模擬視圖。

在確定線(xiàn)圈初始位置時(shí)，橫向初始間距△a=5/PA，PA為成品橫密，單位為縱行/cm;縱向初始間距為△b。每個(gè)線(xiàn)圈橫向相對(duì)位置確定后保持不變，縱向初始位置為Aj。線(xiàn)圈經(jīng)變形拉伸后，其縱向位置為Bj=Aj+△bj。

結(jié)合織物的意匠圖、線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)模型以及紗線(xiàn)粗細(xì)、顏色等因素，利用Visual C++.NET進(jìn)行編程，得到圖6所示的仿真圖。該圖顯示的織物仿真效果與圖7所示的織物真實(shí)效果極其相似。

圖6 緯編仿蕾絲面料仿真圖Fig.6 Simulation of weft knitted imitation lace fabric

圖7 緯編仿蕾絲面料實(shí)物圖Fig.7 Weft knitted imitation lace fabric photo

4 結(jié)論

1)通過(guò)花型意匠圖與編織意匠圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)緯編仿蕾絲面料的快速設(shè)計(jì)。

2)在理想線(xiàn)圈模型的基礎(chǔ)上對(duì)緯編仿蕾絲面料中線(xiàn)圈的變形進(jìn)行分析，得出了織物變形規(guī)律，建立了這類(lèi)織物的仿真模型。仿真過(guò)程中結(jié)合紗線(xiàn)的粗細(xì)、顏色等因素，提高了仿真效果。

3)在織物設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者無(wú)需上機(jī)通過(guò)織物的仿真圖即可驗(yàn)證所做工藝的織物效果是否合理，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

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Design and simulation of weft knitted imitation lace fabric

ZHANG Yongchao，CONG Honglian，ZHANG Aijun，JIANG Gaoming
(Research Center of Knitting Engineering Technology，Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)

Original jacquard pattern grid and knitting grid model were proposed for the fast-design of weft knitted imitation lace fabric.In addition，the transformational relationship between two models was also developed.Based on the structure characteristic study of each part of weft knitted imitation lace fabric，the basic model of loop structure in ideal state was built and the positions of control points of the loop were determined.Subsequently，the loop structure deformation was analyzed and the deformation rule of the loop was revealed.The simulation of weft knitted imitation lace fabric was realized by VC++.NET.It shows a pretty good result of the simulation based on the fabric grid information when considtring the properties of yarn，such as the fineness and the color information into consideration.

weft knitting;imitation lace fabric;design;simulation

TS 186.2

A

10.13475/j.fzxb.20140600305

2014－06－04

2015－03－11

張永超(1989—)，女，碩士生。研究方向?yàn)獒樋棶a(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。叢洪蓮，通信作者，E-mail:cong-wkrc@163.com。