贾卡经编针织物的分析与应用

高 帅

（天津工业大学,天津 300160）

计算机应用

贾卡经编针织物的分析与应用

高 帅

（天津工业大学,天津 300160）

针对织物分析中贾卡效应层次分割费时繁琐的问题 ,将图像分割技术应用于贾卡花型设计。文章叙述了阈值分割及仿真方法和实际应用,介绍了贾卡针织物分析设计流程。该方法对由两种组织区域组成的贾卡针织物特别适用,可以快速、准确得到织物花型图,使花型设计过程大大简化,提高设计效率和精度。

经编;贾卡针织物;阈值分割;仿真方法;织物分析;花型设计

贾卡经编针织物花纹图案多变、花型丰满、层次分明、质地稳定,它的风格在经编产品中独树一帜,受到人们广泛青睐,产品广泛应用于室内装饰、高档妇女内衣面料、花边辅料等,有很好的开发前景。如何快速得到花型图是加快花型设计速度的关键。针对此问题,将图像分割技术应用于贾卡花型设计。用于高档内衣的大量贾卡提花织物由两种组织区域组成,阈值分割算法处理这类织物非常有效,可以快速、准确地得到织物花型图,大大简化花型设计过程。

1 阈值分割

阈值分割法是基于图像的灰度进行分割的,是最经典也是十分重要的一种并行区域分割算法。其基本思想是在图像的灰度取值范围内确定一个阈值,将组成图像的所有像素的灰度值与阈值进行比较,比较的结果将图像的全部像素分为目标和背景两类。阈值分割简单方便,对目标和背景对比明显的图像分割效果显著。

阈值分割法的基本原理如下：设原始图像为Z（i,j）,以一定的准则在 Z（i,j）中找出灰度值 T作为分割阈值,将图像分为目标和背景两部分,分割后的二值图像为 G（i,j）。

阈值分割的关键是确定一个合适的阈值。假如阈值选得过高就会将背景误认为是目标;相反阈值选得过低则会将目标误认为背景,使信息丢失。本文的分割是基于迭代阈值法[3],可以通过程序自动搜寻出比较合适的阈值。

2 贾卡经编针织物分析设计流程

扫描织物 →阈值分割 →生成意匠图→换色→颜色定义 →织物仿真

2.1 扫描织物图像得到灰度图

扫描织物时,使用 180dpi的分辨率,直接得到灰度图。下机后纱线内应力回复产生形变,分析过程中的人为牵扯,导致线圈的纵横向并不绝对垂直,使花型产生了歪斜。在用扫描仪获取数字图像时,应尽量将织物摆正,对于不可回复的牵扯形变,应通过图像处理软件进行旋转矫正,使得一个花纹循环上下左右接合良好。

2.2 生成意匠图

阈值分割得到织物的花型图后,在 W KCAD系统中输入花高、花宽、纵密、横密等基本工艺参数就能将花型图直接、快速转成意匠图,意匠图由意匠格组成,一个意匠格沿纵向代表两个横列,沿横向代表相邻两根织针之间的距离。意匠图的规格是根据织物的成品密度来确定的,因此意匠花型与扫描织物是保持恒定比例的。

2.3 换色

对贾卡织物进行分析,依据组织结构使用相应的贾卡基本色替换原始意匠图中的颜色,即可得到贾卡花型意匠图。本文成圈型贾卡织物采用3针技术,厚的部分采用的是全部红色,薄的部分采用的是全部绿色。使用贾卡换色工具在贾卡选色区选择相应的颜色对原始意匠图中的颜色进行替换,得到织物花型意匠图。

2.4 对贾卡颜色进行定义

对花型意匠图上的各个颜色进行定义,即对绿、红、白等颜色指定实际的控制信息,即贾卡偏移信息,见表1。

表1 贾卡颜色信息表

贾卡颜色定义完毕后,所得到的由基本色构成的贾卡意匠图表述了厚、薄、网孔等颜色效应,便可以进行贾卡织物仿真。

2.5 贾卡针织物仿真

在得到贾卡织物的意匠图后,需对垫纱数码、原料、穿经等工艺参数进行设置,并适当调节纱线张力,即可获得织物的仿真图。由于贾卡导纱针在进行偶数横列的偏移时其效应总是滞后一个纵行,必须令拉舍尔技术参数 RT=1,才能使实际织物花型与设计效应相一致。

3 贾卡经编针织物的应用

3.1 浮纹型贾卡经编针织物

浮纹型贾卡经编针织物有别于一般的经编针织物,其底布精致轻透,浮纹花纹散落镶嵌在底布之上,立体感强且浮纹花纹区域之间无多余的纱线相连接。这是由于浮纹型贾卡经编机的配置有别于一般的经编机,它有两把贾卡梳栉,一把压纱型贾卡梳栉JB1.1和一把衬纬型贾卡梳栉 ,并配有单纱选择装置 EFS。JB1.1与 EFS都是半机号配置,两者组合成为满机号,相互协调配合,既可以横向偏移,又可以在纵向上控制浮纹纱线进入和退出编织。JB1.1配置在偶数行,以压纱形式垫纱,形成浮纹花纹;衬纬型贾卡梳栉含有两把分离的以半机号配置的贾卡梳栉,两者交错排列组合成为满机号,以衬纬形式同向垫纱,形成变化的花式底布。地梳以成圈形成编链,也可配置地梳以衬纬编织氨纶,还可配置花梳形成花边的牙边。

该类织物用途十分广泛,主要用于网眼窗帘、台布,有牙边或无牙边的花边,非弹性或弹性花边,以及女性内衣和外衣面料等。

3.2 成圈型贾卡经编针织物

目前,成圈型贾卡选针技术主要有两针、三针及四针技术之分,不同选针技术的应用将形成织物中不同的贾卡组织结构进而产生不同的贾卡花型风格。

3.2.1 两针技术

两针技术是成圈贾卡经编针织物所特有的一种选针技术,在其他类型的贾卡经编提花中没有应用,两针技术的基本垫纱为编链组织1-0/0-1//。

两针技术不是用来形成织物的厚薄网孔效应,而是利用与地组织的同向或反向垫纱纱线在织物表面的显露关系来隐现贾卡花型 ,形成织物花纹。利用这种方法所形成的花纹效应较为平坦。

3.2.2 三针技术

三针技术是成圈型贾卡经编针织物中应用最多的一种选针技术 ,三针技术的基本垫纱为1×1经平组织1-0/1-2//。

利用三针技术所形成的贾卡花型效应较为全面,可以为厚组织效应、薄组织效应,甚至在一些地组织的配合下还可以形成网眼或小网眼效应。

3.2.3 四针技术

四针技术也是成圈型贾卡经编针织物中应用较多的一种选针技术,四针技术的基本垫纱为2×1经平组织1-0/2-3//。

四针技术同样可以形成为凹凸与平坦效应,而且其厚组织效应较三针技术更为明显,贾卡花型效应的立体感更强。四针技术可以形成的三种基本效应层依次为“厚、次厚、薄”。

4 仿真方法

4.1 确立经编线圈结构模型

对经编针织物线圈结构的模拟,前人曾提出不同的模型。P.Grosberg结构模型将线圈看成一个弹性体,根据织物组织相互作用的关系,将前后梳栉的纱线消耗量用不同的公式来表示。机上状态线圈结构模型主要反映机上状态织物测量和纱线消耗量之间的关系。目的是在于找出织物参数和织物尺寸之间的一些关系,用于工厂中产量计算和预测织物性能等。

通过上述分析可知,早期用的线圈结构几何模型是对线圈结构的二维描述,主要是用于计算线圈长度、送经量,以及由此来计算产量等。并且以往的模型由于采用过于简化的几何假定,使结果误差太大,不能直接应用于工程实际;P.Grossberg先生提出的将线圈主干作为一弹性杆进行数学力学分析,得到线圈结构参数间的几何数量关系,修正的弹性杆模型同时考虑了线圈的倾斜和延展线的弯曲,但是由于计算方法太过复杂,结果与实际有一定误差;另外还有用试验统计方法研究经编针织线圈结构几何学的实践,同样也存在较大的误差。

从线圈受力和几何抱合出发,建立合理的线圈结构模型,利用计算机这一工具来描绘复杂的线圈将是研究贾卡经编针织物结构和仿真的基础。线圈结构的描述可以分为二维和三维两种。

对于二维线圈,可以采用一种比较简单的方法来模拟每一根纱线。从视觉效果来讲,纱线的最基本外观是细长的圆柱体,假设纱线平放,其投影到二维平面,就是一个长方形。纱线的捻度纹理是由数根单丝的螺旋缠绕而成。在二维图像中,采用近似的颜色渐变的一组平行直线来体现这种纹理。

如果考虑三维线圈,要考虑线圈的空间构成,可以考虑使用一定的曲线 （面）来表示。将纱线假定为规则的圆形截面的柱体,使用参数u（对于中心轴坐标）和v（对于截面坐标）来分别表示曲线 （面）的参数,这样就能够描述线圈的三维结构。由于建立三维结构需要很大的计算量,在织物仿真时,人们的要求是即时可见,因此我们的设想是对于不同类型的纱线,可以首先建立模拟仿真的纱线数据库,然后在织物模拟时加以调用。

4.2 确立贾卡经编织物结构模型

贾卡经编针织物的结构相当复杂,首先其基本的织物结构就包括了衬纬、成圈和压纱等几种方式,其次在基本组织的基础之上,还受到贾卡提花机构的作用,形成各种层次效应丰富的变化组织衬纬型、成圈型、压纱型贾卡的基本结构。

贾卡经编针织物理论与实际形态的差异主要体现在贾卡组织的变形上。由于织物的底布受变化的贾卡纱线拉力的作用,因此织物在网孔组织处要发生变形,尤其在多列网眼处,变形最为明显。由于网眼的形成方法、网眼的长短不同,因此其形态结构各异。鉴于此,可以考虑从物理和数学两个角度采用有限元法对贾卡组织结构的变形进行求解处理。贾卡织物的复杂结构利用有限元分析方法,可以将复杂问题分解为较简单的问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的近似解,然后推导求解这个域总的满足条件,从而得到问题的解。有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

根据设想,可以使用有限元方法,将织物结构转换成由多个线段组成的 FEM模型,为了能够有效地显示纱线结构真实弯曲和变形情况,必须使用足够多的线段,然后通过复制在计算机上显示完整的针织物。实际上,每根纱线的弯曲和变形主要取决于纱线的张力,而影响张力的因素不光包括纱线的机械和力学性能,更重要还决定于织物的组织结构,必须通过大量的测试来研究贾卡经编针织物复杂的变形过程,确定各种参数对于纱线张力的影响效果。

5 结语

贾卡经编织物的分析与应用的发展与成熟一定会使贾卡经编织物在纺织产业及其他领域发挥出更大的作用与贡献。

[1] 蒋高明.现代经编产品设计与工艺[M]北京：中国纺织出版社,2002.

[2] 陈惠兰,冯勋伟.经编针织物几何结构研究的进展[J].上海纺织科技,1996,（6）：37—40.

[3] 丛红莲.RSJ4/1贾卡机花型设计方法探讨[J].上海纺织科技,2003,（3）：29—31.

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[6] 肖仕丽 ,谢梅娣 ,洪冬英.针织提花袜品快速辅助分析设计系统研究[J].纺织科技进展 ,2006,（4）：59.

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 帅（1988—）,男,天津人,学士。