工業刺繡軟件中基于加權網格的字符變形算法

劉 宇

（大連大楊服裝定制科技有限公司，遼寧 大連 116000）

計算機輔助刺繡設計是現代刺繡工業化的一個重要發展方式，通過算法進行輔助，可以實現實時編輯預設花紋、自動走針、效果預覽以及自動縫紉，可以提高工業刺繡的實際效果，改善現有的工藝水平，提升刺繡的綜合效率。字符是現代工業刺繡中使用率較高的一種圖案，多樣化的字符可以豐富刺繡的多樣性，并且可以應用在商標制作、公司名稱制作、標語制作等場景中，通過變形化的字符開展工業設計，對原有圖形進行變形和升級，達到豐富效果的目的。

1 工業刺繡軟件字符變形現狀

現有的工業軟件主要是通過日本、德國開發的系統數字化軟件對已有文字進行變形，但是他們所開發的工業軟件是基于條塊化、模式化的變形方式，針對多樣化的圖形，應用范圍較小，且字符變形缺乏靈活性。例如日本設計的Artist Plus輔助設計系統就是采取這種變形方法，預制一系列變形模板，再進行變形字符的套用[1]。德國的變形模板Taxgallery添加的工具與日本的變形軟件也十分類似，這種工具在應用之前也要選擇一個變形模板，基于固定的變形塊狀物和條狀物進行調整。用戶在操作時，需要輸入一串字符，再通過固定的版型模式進行變形處理。雖然這兩種方法十分穩定，但是在變形之后，都不可避免地出現一系列失真的情況。由此可見，以上兩種數字化的變形方法很難達到現代刺繡輔助設計的美觀性和可控性的要求，用戶的自主操作程度高，且外形輪廓的變形很有可能不受控，最終甚至會完全超出變形輪廓，也不利于操作者進行創造性的輔助設計。針對現有的不足，為了方便用戶調整大小和形狀，可以進一步擴大用戶自由創作的空間。

2 基于加權網格的字符變形算法優化

從上文分析可以看出，基于算法優化，盡可能地減少字符在變形過程中的失真情況，可以提高字符的美觀性，保障創作者創作自由?；谒惴?、缺省網格和加權網格，對以上內容進行優化，可以達到上述效果。

2.1 網格的變形

在這個步驟中，基于已有的計算機字符串開展外接矩形和內接矩形的雙重設計，根據已知的字符邊界情況，把握構造點的坐標，再對外接矩形的構造點坐標進行數據模板的連接。這種缺省控制點的方法可以對已有的控制模板進行優化，經過編輯之后，剩下的點符號不作任何改變，就可以畫出一個字符變形之前的初始網格，對變形之后的字符網格進行控制[2]。初始網格的控制點主要為16個，按照變形的數字點靈活地調整，產生網格和節點數組之后，再根據虛線的外接矩陣與內接矩陣，劃分變形網格為多個2×3的網格節點，將已有的主動控制點和被動控制點接入這個變形網格中。通過同行或同行的控制點一一對應，可以獲得一個矩陣模型，在這個模型的基礎上，通過拉伸和變形獲得變形之后的網格控制點。當主控點移動到新的位置時，被動控制點也發生相應的變化，例如原有的主動控制點為a，變形之后的控制點為a1，這里a和a1就是一一對應的，同樣的變形放在其他控制點上就可以完成所有控制點移動和權值的計算（表1）。

表1 層次判斷矩陣與權重計算

2.2 權值計算

在計算過程中，為了避免各自節點相互交叉或重疊，要限制主動控制點的移動附加約束條件，在移動時確定移動點的范圍，依據相鄰坐標的實際邊界開展位移點的控制。將相鄰的左右兩個控制點標注清楚，如兩個控制點的x坐標不能超過上下限相鄰兩個點的y坐標。通過這樣的坐標控制法和象限控制法，盡可能地減少整體位移而造成的變形情況。以上文的a控制點和a1控制點兩個點為例，y坐標不能超出c1點的y坐標。基于這種控制方法，可以取得較好的運行效果，在權值計算的狀態下，要對a1點的原始狀態進行標注，對當前的坐標點進行移動后的更新，當移動點沒有任何控制點時，對其限制情況進行標注。移動后的新坐標也要標注清楚，同時設定簡單的權值計算規則，對于變形前和變形后的圖形進行同行或同列的距離計算，在這里分析不同的移動方法對坐標點位置的影響。在被動控制點移動的過程中，x軸和y軸產生兩個相應的位移，這里的權值計算就要對不同的移動點進行相似的處理。在完成移動之后，根據變形的需要，對主動控制點的位置進行附加升級，通過遞歸算法對主動控制點在移動和變形以后的網格進行多次權值計算，進而獲得有效的位移變形效果[3]。

2.3 字符構造點的定位

對字符變形也就是對構造字符的點進行聯動和升級。當所有的構造點重新連接之后，變形的效果就比較順滑，不顯突兀，這里的變形要創造后一步位移的條件，同時，根據變形的構造點進行系統的定位。如果定位不夠清楚，那么后續的變形就很有可能超過原本預判的框架。本次變形計算算法的目的是在觸發變形之前，就對構造點的位置進行定位，再去找出不同的對應網格進行比例計算，最終計算出構造點變形之后的新坐標，從而開展有效的變形識別。對于變形前的一個網格所具有的不同坐標，要抓取字符象限中的任意點在網格當中的不同角標位置進行標注，例如一個字符的寬度為w，高度為h，在進行計算時，就要通過定義的變形來保障對應構造點的位置，可以及時發生移動變形，之后的頂點要根據算法得出，通過不同的比例變化就可以得到不同的新坐標。網格是字符串變形的框架，在不同的變形方法中，要對位置點進行系統性的構造。

通過上述分析可以看出，針對不同的字符串，要把握添加控制點的數量，再根據這個位移情況及時進行網絡形態的調整，依據這種變化和構造點的定位，計算出新的構造點位置。在定位完成之后，對已有的定位進行更新，消除原有的定位，獲得變形之后坐標更新的結果。根據字符串的變形情況，就可以獲得控制點矩陣的改變模型，進一步降低對同行或同列其他控制點產生的影響。保障變形之后的精度，根據不同的權值矩陣，獲得較好的矩陣升級效果。但是，這種變形方法也要注意控制點的數量，需要根據不同字符串的大小、位置和變形的實際需求進行改變。當變形的數量增多，在超出現有的計算矩陣平滑限值的情況下，也可以得到近似曲線邊緣的變形。上述算法需要對網格字符的定位情況進行加權創建，避免字符的變形失真，用戶也可以根據不同的主動控制點的矩陣圖形來獲得更好的效果。創作者可以依靠自己的想象來對數值情況進行及時的調整，拓展創作空間。整體來看，這種算法的穩定度、美觀度都符合現代工業刺繡的系統要求，適應當前工業刺繡軟件的整體要求，在輔助設計領域具有較好的應用前景。

在軟件技術不斷升級的當下，這種基于字符自動優化和變形處理的軟件還需要結合其他算法進行升級，對當前可能存在的一些矩形變形的問題開展復雜的填充，有效地避免數據失真的情況。在復雜區域開展變形填充，需要結合電腦刺繡CAD系統進行條塊分割和數據計算，進一步滿足現代針法的要求。通過改進的直線條分析，更好地滿足整體刺繡軟件的計算要求，提高制作精度，如在具體的字符形狀分割過程中，可以基于凹角點和凸多邊形的敏感邊界情況開展字體格式的有效設計，根據自動編針預先置入文件，避免字體增加過多而產生過于混亂的情況。在變形的同時，還要對字符形狀的定位點進行輪廓信息的加權計算。

3 結語

本研究對工業刺繡軟件的字符變形情況進行探討，有助于對算法進行升級?，F有的操作算法體塊分割的數量較小，無法滿足創造性的要求。因此，在未來的算法升級上，要考慮到實際操作的變形情況，基于算法的加權優化，確保當前的工業刺繡控制點可以基本滿足外接矩形變形，通過曲線邊緣的有效控制，提高整體的控制精度，盡可能地減少不當操作造成的損失和缺陷。