纬编仿蕾丝织物的设计与仿真

张永超，丛洪莲，张爱军，蒋高明

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122)

纬编仿蕾丝织物的设计与仿真

张永超，丛洪莲，张爱军，蒋高明

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122)

为实现纬编仿蕾丝织物的快速设计，提出了花型意匠模型、编织意匠模型，并构建了二者之间的变换关系。在深入研究这类织物各部分结构特征的基础上，建立了织物理想状态下线圈结构的基本模型，确定了线圈中各控制点的位置，并对线圈结构变形进行分析，得出该类型织物线圈变形规律。利用VC++.NET设计程序，实现了对纬编仿蕾丝织物的仿真。在结合意匠信息的基础上，织物仿真还考虑到纱线原料的粗细、颜色等因素，具有较好的外观模拟效果。

纬编;仿蕾丝;设计;仿真

针织物仿真是在建立线圈结构模型基础上，对针织物整体结构风格进行模拟的技术。目前对于针织物仿真的研究主要包括二维和三维仿真2种。针织物三维仿真是通过构建线圈的三维结构模型，在计算机上得到织物的模拟效果，该类模拟方法能够展示出织物三维立体效果［1］，但是其数据信息量大，模拟速度慢，因此主要集中在纬平针、双反面、罗纹等基本组织的三维仿真上［2－3］。对于纬编提花针织物的三维仿真也有一些研究［4］，但主要是针对简单的毛衫提花组织。针织物二维仿真是建立在平面线圈结构基础上对织物进行模拟。这种方法数据信息量小，能够模拟花型数据信息较大的提花类产品。目前，对于经编提花类产品的仿真研究较多，包括成圈型贾卡、浮纹型贾卡经编针织物的仿真、无地网多梳拉舍尔花边产品的仿真［5－7］等，而对于纬编提花类产品的仿真研究还很少。纬编仿蕾丝面料是具有蕾丝外观风格的织物，该织物如经编蕾丝面料般轻盈通透、性感神秘，然而又较经编蕾丝面料柔软舒适富有弹性、延伸性，其巧妙地结合了经编蕾丝面料的风格和纬编面料的性能特点，在内衣、装饰等各领域有较好的应用前景。纬编仿蕾丝面料与常规的纬编面料有所差别，其采用了褶裥结构，传统的仿真方法不能对该类织物进行很好的仿真，因此要实现该类面料的仿真还需要进行深入研究。本文对纬编仿蕾丝面料的设计方法进行探讨，并对其结构进行研究，通过建立线圈结构模型，结合线圈的变形规律实现对这类面料的设计与仿真，为这类面料的设计提供方法，使得在设计这类面料的同时能够直观地看到织物的结构与外观，以提高了产品的设计效率。

1 纬编仿蕾丝面料的结构特征

纬编仿蕾丝面料花纹处和底纹层次分明，可通过在某几路穿入较粗的弹性纱，其余各路穿入细有光丝，并结合纬编褶裥组织形成具有蕾丝风格的面料。图1(a)示出纬编仿蕾丝小花整体图，其花纹清晰，底纹与花纹界限明显;图1(b)示出花型的底纹，其覆盖了大循环褶裥组织，形成了不规则的类网眼结构;图1(c)示出花纹的轮廓，其采用一隔一褶裥组织，形成了厚组织结构;图1(d)示出的花瓣及花心处覆盖小循环褶裥组织，形成了六边形的小类网眼组织。这类织物组织效应丰富，花纹清晰，通过某几个织针连续不编织的方式，形成了类似经编蕾丝风格的面料。

图1 纬编仿蕾丝面料效应图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 纬编仿蕾丝面料的设计模型

2.1 花型意匠模型

在提花织物设计中，首先应确定织物的最小重复单元，即织物的花型循环［8］，并对该花型循环进行处理，减少其颜色数，便于后续操作。花型循环数据为提花织物中花型的原始数据，可用二维数组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根针在第j+1路的花型信息;w表示花纹循环的宽度;d表示花纹循环的高度。

2.2 编织意匠模型

在电脑提花圆机中，一般采用组织意匠图来描述机器的编织状态。机器根据每个意匠格不同的信息来选择织针成圈、集圈或浮线。在计算机中为了方便准确地识别选针信息，常通过建立二维数组F(i，j)对其进行描述。

式中:i=0，1，2，…，w －1;j=0，1，2，…，d －1;F(i，j)表示第i+1根针在第j+1路的编织信息。当F(i，j)=0时，在第j+1路第i+1针织针未被选中，编织浮线;当F(i，j)=1时，在第j+1路第i+1针织针被选中，编织成圈。

在不同的机器设备中，编织信息所识别的颜色不同，如在TNY无缝织机上成圈识别的颜色为绿色(1号色)，浮线识别的颜色为黑色(0号色)。

2.3 花型意匠图与编织意匠图间的转换

在设计提花产品时，需要将花型信息转化成编织信息，即将已有的花型意匠图转换成编织意匠图，因此需要对花型进行组织覆盖。在组织覆盖过程中，将需要铺设的花型意匠图中相应的颜色替换成编织意匠图的最小组织循环。首先假设编织意匠图最小组织循环的高度为sk，宽度为uk(k表示系统的色号数，k=0，1，2，…，n)，定义二维数组 Fk(i，j)。

式中:i=0，1，2…，uk－1;j=0，1，2…，sk－1;Fk(i，j)表示覆盖k号色的最小组织循环中第i+1根针在第j+1路的编织信息。根据式(4)将花型意匠图中每个颜色转换成对应的组织循环中的数据。

式中:i=0，1，…，w －1;j=0，1，…，d －1;% 表示取余。

图2示出花型意匠与编织意匠转换关系。根据式(4)中二者的函数关系，图中各个颜色将被相应的最小组织循环替换。替换后结果如图3所示。

2.4 穿纱模型

穿纱是织物编织的重要环节，采用不同的穿纱方式，对织物花纹形成具有很大的影响［9］，现采用二维数组L(i，j)来表示每路导纱嘴的喂纱信息。

式中:m表示每路导纱嘴的数量;f表示机器的路数。当L(i，j)=0时，表示第j+1路第i+1个导纱嘴不垫入纱线;当 L(i，j)=1时，表示第 j+1路第i+1个导纱嘴垫入纱线。

图2 花型意匠与编织意匠转换关系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.

图3 花型组织替换Fig.3 Replacement of pattern structure.(a)Jacquard pattern grid;(b)Knitting grid

3 纬编仿蕾丝面料仿真

3.1 线圈结构模型的建立

纬编线圈结构包括针编弧、圈柱和沉降弧3个部分组成，根据其结构特征，本文在六点模型［10］的基础上进行改进，采用8个点(P1～P8)对线圈的形状进行定义。图4示出线圈结构模型。图中h为圈高，r为圈距。根据织物的实际形状，使用程序多次验证，并与实际织物进行比较，从而确定图中的h1，r1，r2，r3，r4的取值:h1=0.70h;r1=r3=0.17r;r2=r4=0.34r。

图4 线圈结构模型Fig.4 Loop structure model

在理想线圈结构模型状态下，确定线圈各点的坐标为: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)/2);p8(r－r4，(h1－ h)/2)。

3.2 线圈结构的变形规律

在实际生产过程中，线圈会受到拉伸、压缩等作用的影响，从而产生拉长、缩短等现象，因此理想状态的线圈模型并不能准确地模拟织物结构，还需对线圈结构的变形进行探讨。

织物结构变形通常体现在横向和纵向，对于纬编仿蕾丝面料而言，其纵向的变形远大于横向，因此仅考虑其在纵向上的变形。如图5(a)所示的线圈结构实物图，线圈在连续不编织的状态下会沿着线圈长度方向拉长，由此建立图5(b)所示的线圈结构示意图。由于连续不编织纱线通常采用氨纶包覆纱;所以其在纵向方向上拉长的长度与所用力的大小有关，因此该长度由织物定型时所受到的力决定。假设拉长线圈对周围8个线圈产生影响，且影响较为均匀。根据相似三角形定则，各线圈形变后的线圈高度如下。

式中:hp表示与拉长线圈相邻的线圈高度，mm;h表示不受影响的线圈高度，mm;n表示与拉长线圈相隔的针距数;t表示连续不编织次数;h3表示拉长线圈高度，mm。

当 F(i，j)=1，F(i，j+1)=0 时，有△bj=0，否则

式中△hpn

图5 线圈结构变形图Fig.5 Deformation of loop structure.(a)Physical diagram of loop;(b)Schematic diagram of loop structure

本文利用超景深三维显微镜VHX-600，在织物横向和纵向给定相同力的作用下对线圈的高度进行测量，并对数据进行分析验证，结果如表1所示。

表1 线圈高度关系Tab.1 Relationship of loop height

将表中数据带入式(3)，经验证得出各项数据的误差均保持在10%以内，且在不同连续不编织次数的条件下，h始终保持在0.19～0.21范围内，因此可以证明式(3)所作的假设成立。

3.3 纬编仿蕾丝面料仿真实现

在计算机仿真时，假设织物横向不发生拉伸变形，计算机对织物纵向拉伸信息进行判断，确定纵向线圈位置，得到织物仿真效果。纬编仿蕾丝面料仿真的基本流程如下:建立线圈模型→确定线圈初始位置→判断线圈变形信息，确定线圈纵向位置→线圈间相互穿套→形成织物模拟视图。

在确定线圈初始位置时，横向初始间距△a=5/PA，PA为成品横密，单位为纵行/cm;纵向初始间距为△b。每个线圈横向相对位置确定后保持不变，纵向初始位置为Aj。线圈经变形拉伸后，其纵向位置为Bj=Aj+△bj。

结合织物的意匠图、线圈结构模型以及纱线粗细、颜色等因素，利用Visual C++.NET进行编程，得到图6所示的仿真图。该图显示的织物仿真效果与图7所示的织物真实效果极其相似。

图6 纬编仿蕾丝面料仿真图Fig.6 Simulation of weft knitted imitation lace fabric

图7 纬编仿蕾丝面料实物图Fig.7 Weft knitted imitation lace fabric photo

4 结论

1)通过花型意匠图与编织意匠图之间的自动转换实现纬编仿蕾丝面料的快速设计。

2)在理想线圈模型的基础上对纬编仿蕾丝面料中线圈的变形进行分析，得出了织物变形规律，建立了这类织物的仿真模型。仿真过程中结合纱线的粗细、颜色等因素，提高了仿真效果。

3)在织物设计时，设计者无需上机通过织物的仿真图即可验证所做工艺的织物效果是否合理，提高产品的生产效率。

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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

张永超(1989—)，女，硕士生。研究方向为针织产品设计与开发。丛洪莲，通信作者，E-mail:cong-wkrc@163.com。