基于文生圖的緯編移圈提花針織物設計與三維仿真

中圖分類號：TS941.64 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2025）05-0126-08

在緯編雙面編織系統的基礎上配置移圈機構，利用選針技術將選中的針盤針上的紗線轉移到針筒針上，或將針筒針上的紗線轉移到針盤針上，實現線圈從織物的一面轉移到另一面，形成具有凹凸效應的緯編移圈提花織物。傳統的移圈提花織物的研究設計耗時較長，不能直觀預覽布面效果，生產效率低且創新花型少，于是采用WebGL（WebGraphicsLibrary）技術對緯編移圈提花織物進行仿真，以此提高產品的更新速度和生產效率，迎合現代市場需求。

在針織物的三維仿真中，線圈是針織物的基本單元，其結構復雜且多樣。目前的研究主要集中在如何建立準確反映線圈結構的幾何模型，并通過紋理映射、光照處理等技術實現線圈的真實感渲染。鄧逸飛[1]利用非均勻有理B樣條NURBS（Non-UniformRationalB-Splines）曲線造型技術構建線圈中心線幾何模型，再利用OpenGL（Open GraphicsLibrary）庫模擬出和實際線圈基本吻合的三維線圈，運用一種較為簡易的方法實現了線圈的三維仿真；鄭培曉等[2]通過數學建模的方式建立線圈模型，運用WebGL技術和三維圖形引擎庫Three.js形成三維線圈結構，從而可以對各種提花織物進行仿真；張靜[3]構建了多層彈簧-質點模型，采用牛頓第二定律和Velocity-Verlet數值積分法求解了模型的最終位置，提出了一種緯編雙面移圈織物結構模擬的算法流程。針織物線圈的三維仿真技術雖然已取得了顯著進展，但其自身作為研究主體，主要集中在優化仿真算法和模型、提升數據處理能力等方面的改進上。隨著針織物結構復雜性和多樣性的不斷提升，針織物線圈如何提高仿真精度和速度，已成為了一個亟待解決的關鍵問題

現階段緯編移圈織物的設計方法總體設計流程偏長，無法兼顧仿真效果和設計過程可視化。為提升設計效率與仿真質量，簡化流程并優化織物線圈模型，本文借助AI生成圖片，圍繞緯編移圈提花織物的設計與三維仿真進行研究與探討，分析該類織物的外觀特點，快速高效地生成三維仿真圖。

1 圖生工藝

1. 1 AI生成花型效果圖

向AI描述關鍵詞生成圖片的技術，也稱為文生圖（Text-to-Image）技術，是一種基于文字描述，利用計算機圖形學和人工智能算法，將文字中的信息轉化為視覺圖像的技術。該技術通過分析文字描述中的語義、情感和細節，生成與描述內容相匹配的圖片，從而實現從抽象文字到具體圖像的轉換。而花型效果圖是用來展示設計師對面料圖案和顏色的創意表達的圖片，既含有物理尺寸（可以通過像素轉換），又含有顏色信息?；ㄐ托Ч麍D應具有足夠高的分辨率，以確保細節清晰可見；一般采用實際尺寸，有利于成型服裝的設計與虛擬展示；為了準確呈現設計師所期望的顏色，若圖案是四方連續類的重復圖形，應可以完整呈現其重復部分；為了簡化圖像處理計算，一般采用256色BMP 格式位圖。Midjourney軟件使用先進的人工智能技術，通過深度學習和神經網絡算法，模擬人腦的創作過程，讀取輸入的指令，快速繪制與指令匹配的圖片。輸入提示詞并設定圖片的分辨率和風格，描述所需花型圖的要求，根據織物的花型需求調整參數，生成花型效果圖。相較于以往的花型設計流程，借助AI文生圖能夠顯著提高創作效率，快速生成大量圖片，縮短移圈織物設計周期，為織物的花型設計注入新的靈感和活力。

1. 2 圖生工藝的原理和步驟

在“圖生工藝”中，首先需要輸入圖像，圖像可以來源于設計稿、AI等多種渠道。系統會對輸人的圖像進行解析，提取其中的關鍵信息，如形狀、尺寸、顏色、紋理等。解析后的圖像數據會經過一系列的數據處理過程，這些處理過程旨在將輸人的圖像數據轉換為適合后續工藝處理的格式或標準?；谔幚砗蟮膱D像數據，系統會生成相應的工藝單、三維仿真圖、虛擬展示圖和上機文件等。根據生成的工藝，可以實現工藝設計流程可視化、縮短和簡化設計流程。

圖生工藝的技術路線如圖1所示。首先利用AI軟件Midjourney生成花型效果圖，指定類別、織物類型，選擇機型，得到機號，再根據產品數據庫深度學習預測成品縱密、成品橫密，對花型效果圖進行處理，得到花型意匠圖、顏色數、花寬、花高，顏色數等于原料種類數；然后再進行原料預測，由花型意匠圖和組織結構圖結合展開生成工藝編織圖；最后可以直接生成工藝單、三維仿真圖和上機文件。

2 緯編移圈織物的設計模型

2.1 花型意匠圖模型

花型意匠圖是為了直觀表達用戶設計的花型的一種圖形表示，其高度稱為花高，指的是正面線圈的橫列數，寬度稱為花寬，代表編織所用到的最大針數?；ㄐ鸵饨硤D采用不同顏色來表示花型圖案輪廓，可以通過便捷的繪圖工具或直接導入圖片等方式編輯和設計花型意匠圖，再由花型意匠圖根據織物的成品縱密和成品橫密進行網格化得到花型意匠圖。在將AI生成的圖片轉化為CAD系統中花型意匠圖時，需將圖片進行分析與處理，在C#程序中打開選中的bmp花型效果圖像文件，根據圖像文件的寬度和高度將選中的效果圖進行網格化，計算出網格的大小，并用二維數組來表示該網格。統計每個網格中出現的顏色及其數量，找到顏色列表中與此顏色最相似的顏色，從而實現圖像配色等功能。若要將得到的花型意匠圖用于緯編移圈提花織物的設計，還需對意匠圖進行減色處理。在C#中使用System.Drawing命名空間對圖像進行減色處理，減少顏色相關程序代碼說明，從文件路徑讀取圖像，使用K-means算法將圖像顏色減少到指定數量，再將減少后的顏色重新生成圖像并保存。存儲減色后的圖像信息賦予花型意匠圖二維數組，生成花型意匠圖。

將織物的花型意匠圖以數字的形式轉化為二維 矩陣進行信息存儲[4]，花型意匠圖矩陣的行序與花 型意匠圖的行序相反。用二維矩陣描述花型意匠圖 的信息，實現織物色彩花型的數字化設計。

式中： w 為最小組織循環花寬； h 為最小組織循環花 高； i 表示花型循環的行數，取值范圍為 1，2，…，h 從上到下進行編號； j 表示花型循環的列數，取值范 圍為 1，2，…，w ，從左到右進行編號； C（i，j） 表示第 i 花型行第 j 編織列的花型元素信息，用顏色代碼 C_k 來賦值：

C（i，j）=C_k

式中： k 取值為 1，2，3…K，K 為意匠圖中所用的顏色種類總數，不同的顏色使用的意匠色代碼不同；C_?k 表示具體的意匠色代碼，取值為101，102，…。圖2 繪制了一個簡單的移圈凹凸織物花型圖，花型意匠信息可以用對應的矩陣表示，花型意匠圖中每一格對應一個意匠色[5]，每一列從下往上的意匠色作為花型意匠圖矩陣的一列，以此類推可以得到整體花型意匠圖矩陣。

茶

2.2 組織結構圖模型

根據不同的意匠色劃分區域，為意匠色定義編織信息，歸納建立組織結構圖模型，對意匠圖進行組織替換，以此展開編織圖。定義意匠色編織動作和組織圖矩陣 L ：

式中： m 表示織物區域組織圖的橫列數; i=1，2，… m;j=1，2，…，k;l（i，j） 表示在區域 L 中第 i 列，第 j 行的編織信息。可以將組織圖矩陣按列進行分塊，劃分成不同的區域組織圖矩陣。分塊矩陣的列數由具體的編織動作決定，可以分為1列、2列 n 列，如圖3所示，每一個分塊矩陣代表一種意匠色的編織動作信息

Fig.3Matrix division of knitting diagram

圖4展示了緯編移圈凹凸織物的組織圖和對應的組織圖矩陣，圖5展示了兩色緯編提花移圈織物的組織圖和對應的組織圖矩陣，組織圖中包含意匠色區、設計區和功能線區。兩個組織圖中， 是分別代表意匠色為101、102的兩個編織信息矩陣， 代表意匠色為103的編織矩陣，三個編織矩陣的列數均為1。

組織圖使用的色碼分別代表各自的編織動作，色碼0代表不編織，色碼2代表針盤織針成圈編織，色碼3代表針筒和針盤織針成圈編織，色碼10代表指針筒向針盤移圈，表1示出組織圖中的三種編織信息矩陣及其編織動作。

圖5中，右邊三列為功能區，每一縱列是執行不同功能的功能線。功能線 表示工藝行的行數；功能線 代表織物的橫列，同一個橫列用同一個色碼表示，若三行形成一個橫列，則用色碼1、1、1表示，若第1行和第2行形成第一個橫列，第3行和第4行形成第二個橫列，則用色碼1、1、2、2表示，以此類推；功能線 代表紗線的穿紗循環規律，相同的色碼表示穿入相同原料的紗線，0代表不穿紗，當穿入多根紗線時，使用不同的代碼表示，1、1代表兩根紗線使用相同的原料A，1、2代表穿人兩根不同原料的紗線A、B。組織圖將區域組織圖、進紗路數、穿紗信息聯系起來，建立組織圖二維矩陣 L ，進而展開工藝編織圖。

2.3 工藝編織圖展開

工藝編織圖是在花型意匠圖的基礎上進行展開后的視圖，描述織物每個工藝行的織針配置、排列信息和編織動作。在移圈雙面提花組織中，織物反面每個橫列的線圈成一隔一排列，正反面線圈的縱密比是 1：2 ，反面的線圈高度只有正面的線圈高度的一半。意匠圖以織物正面為設計單元，所以意匠圖的一個色碼格表示一個正面線圈，即兩個反面線圈。

對設置的緯編移圈織物的花型意匠圖與組織圖 結合進行展開，可將式（1）中的花型意匠圖矩陣 展開為縱行數為 h×m 的編織圖矩陣 H 。根據 花型圖設計的意匠色，依次讀取并找到其與組織圖 中對應的組織結構，將意匠色與組織結構一一展開， 形成織物整體的編織圖，實現織物結構數字化轉換

圖6展示了兩色提花移圈織物的花型圖與組織圖展開形成編織圖的過程

將緯編移圈織物的花型意匠圖與組織圖結合，按意匠色分解編織動作。根據花型設計，匹配組織圖上對應的組織結構，逐一展開形成整體編織圖，實現數字化轉換。此過程數學描述見圖7。

3緯編移圈織物的三維仿真

3.1 線圈幾何模型的建立

線圈是針織物的最小結構單元，緯編針織物的線圈由針編弧、沉降弧和圈柱組成，緯編移圈織物通過在編織過程中轉移線圈針編弧部段或沉降弧部段形成。圖8為光學顯微鏡下移圈織物中集圈線圈和移圈線圈的實際結構。在線圈各部段添加型值點，測量多個同類型線圈中型值點之間的比例關系，算出多組測量數據的平均值作為各型值點的理想相對位置，并以此建立線圈模型

建立模型時，普通線圈模型與移圈線圈模型分開建立，結合真實織物線圈結構形態，參考二維Perice線圈模型，理想化線圈，建立線圈幾何模型。在Perice線圈模型的基礎上添加8個型值點，建立緯編正面成圈線圈的模型，結果如圖9所示。在圖9中，以線圈模型的根部結合點作為坐標原點建立坐標系，線圈模型上的型值點依次標記為 P₁-P₈，g ）w 為線圈寬度， g，h 為線圈高度。

根據中間集圈線圈的實際形態，建立4點模型，結果如圖10所示，即為伸長的集圈線圈模型

移圈組織包含正、反面成圈線圈和移圈線圈。移圈線圈的模型可以在緯平針織物正面成圈線圈的基礎上進行修改，修改后的移圈線圈模型如圖11所示。

3.2 緯編提花移圈織物仿真實現

以上述理論為基礎，運用C#編程語言進行緯編針織物仿真系統的開發。緯編移圈織物在仿真時首先要考慮織物的線圈結構，建立線圈模型，結合工藝編織圖各工藝點的信息，確定線圈的初始位置，根據線圈變化規律獲得線圈型值點坐標，使線圈之間相互串套，最終實現織物的三維結構仿真[。仿真時采用WebGL技術進行線圈的繪制，通過捕捉與花型效果圖相匹配的顏色賦予原料，得到與實物圖相近的仿真色彩效果。圖12為緯編移圈織物的仿真圖，其仿真效果真實地模擬了線圈之間的串套關系[7]。圖13將移圈織物實物圖與圖12中的仿真圖進行對比，織物的移圈使雙面組織部分變成了單面組織，在織物表面產生具有凹凸效應，提花具有立體凹凸感，仿真效果較為逼真[8]。圖14—15通過將緯編兩色提花移圈織物和緯編移圈凹凸織物的仿真圖與實物圖進行對比展示，對比二者的色彩還原度、紋理細節、光澤與質感和整體效果，結果顯示，仿真圖能較為直觀地展示布面效果，通過這種設計方法，能實現通過花型效果圖直接預覽實際織物布面的功能。

將織物的平板仿真圖通過旗袍模型進行虛擬映射，模擬織物實際穿著效果，結果如圖16所示。通過虛擬模特，可以在線預覽面料成衣效果，實時展示設計效果，即時查看修改效果，快速判斷面料和花型是否符合預期，從而節省時間成本。

4結論

本文借助AI生成花型效果圖，在AI繪圖的基礎上對圖片進行解析處理，結合實際織物的線圈結構，從移圈織物的結構特征入手，在程序中對花型效果圖進行處理，根據織物的成品縱密、成品橫密對花型效果圖進行網格化得到移圈織物的花型意匠圖，將花型意匠圖與移圈織物的組織結構圖結合，展開得到織物工藝編織圖。建立數學模型，使用二維矩陣表示花型意匠圖、組織結構圖和工藝編織圖，探討模型與模型之間的關系與轉換。借助C#編程語言，結合WebGL對所構建的理論模型進行緯編移圈織物三維結構的仿真。主要結論如下：

a）使用AI生成花型效果圖能顯著提高創作效率，縮短移圈織物工藝設計周期，降低設計、人力及整體成本。

b）緯編移圈提花織物的花型意匠圖、組織結構圖用矩陣的形式進行存儲后，花型意匠圖矩陣和組織結構圖矩陣可以結合展開，生成工藝編織圖矩陣，進而得到三維仿真時織物的編織指令，仿真效果與實際織物基本一致。

隨著計算機圖形學和物理模擬技術的不斷發展，針織物三維仿真效果將更加精細和逼真。如何提高仿真效果的真實感和立體感，更好地模擬針織物的物理特性和動態行為是未來研究的方向。

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Design and three-dimensional simulation of weft-knitted jacquard fabrics with loop transfer based on text-to-image technology

CAO Ye， JIANG Gaoming，MU Xiuping，LI Bingxian（Engineering Research Center for Knitting Technology，Ministry of Education， Jiangnan University，Wuxi ， China）

Abstract：With the continuous improvement of modern living standards，consumers'demands for textiles have transcended beyond their basic functions of keping warm and covering up，placing greater emphasis on aesthetics， comfort，and functionality.In this context，weft-knitedloop transfer fabrics have demonstrated tremendous application potential in various fields such as clothing and home decoration，thanks to their unique structural design，colorful patterns，and excellent breathabilityand elasticity. These fabrics not only meet people's pursuit of beauty，but also takeinto account the comfort and practicalityof wearing，making them highly favored products in the market.

To meet the growing market demand for weft-knited jacquard loop transfer fabrics and simultaneously enhance theirdesignand production efficiency，the introduction of artificial intellgence（AI）has brought revolutionary changes to this field.By everaging AI technology，various styled pattern design renderings can be swiftly generated. Through a series of complex and intricate operations such as image input and analysis， data processing and conversion，these pattern design renderings are transformed into specific production processes，which lays a solid foundation for the rapid production of weft-knitted jacquard loop transfer fabrics.

In the process of technology generation，a crucial step is to grid the pattern design rendering based on the fabric's finished warpdensityand weft density to obtain thepattrn jacquard diagram.To further explore the relationship and transformation law between these models，a corresponding mathematical model is established.The two-dimensional matrix is used to represent the pattrn jacquard diagram，the stitch structure diagram，and the knitting process diagram.Mathematical methods areemployed to explore the internal connections and transformation rules among these models.By examining the transformation relationship between the patern jacquard diagram and the stitch structure diagram，the kniting matrix model of the fabric is developed.This model notonlyrealizes the digital storage of fabric structure，but also provides strong support for the subsequent simulationand process optimization.To achieve photorealistic simulation of weft-knited jacquard looptransfer fabrics，a basic model of the loop structure inan ideal state is established basedon the structural characteristics ofactual fabrics.This model can accuratelyreflect the lop morphology andarrangement rulesof weft-knited jacquard loop transfer fabrics， providing a reliable theoretical basis for simulation.

Finally，with the help of C# programming language and WebGL technology， a simulation of the three·dimensional structure of weft-knited loop transfer fabrics basedon the constructed theoretical models is conducted.

Keywords： weft-knited; jacquard loop transfer fabrics; AI drawing; three-dimensional simulation