基于互联网的纬编针织物计算机辅助设计系统

王 薇， 蒋高明， 丛洪莲， 高梓越， 汤梦婷， 于璐璐

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

基于互联网的纬编针织物计算机辅助设计系统

王 薇， 蒋高明， 丛洪莲， 高梓越， 汤梦婷， 于璐璐

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

为克服现有纬编针织物计算机辅助设计(CAD)系统只能在局域网或单机上运行的不足，结合互联网技术和数据库技术，采用C#语言、Javascript语言以及HTMNL5，通过数学建模，开发面向针织产品设计制造全过程的纬编针织物CAD系统。实现了花型意匠图，工艺编织图的在线设计，并能够自动计算生成三角配置图。利用结构化查询语言数据库建立产品数据库高效地存储和管理海量的针织产品数据资源。该系统采用浏览器/服务器结构，并将Web 站点和数据存储服务部署到服务器上，客户端零安装、零维护，用户可直接通过电脑或移动智能终端访问Web站点。随时随地在线设计针织物。同时以提花组织设计为例进行了大量实验，结果表明该系统操作方便，数据信息存储更新高效快捷，满足了用户在线设计的需求。

纬编； 在线设计； 计算机辅助设计系统； 三角配置图； 针织产品数据库

在当今大数据以及信息化时代背景下，计算机辅助设计(CAD)技术在互联网技术以及网络数据库等新技术的迅速发展下具备了新的设计理念与技术内容[1]。计算机的应用已经渗透于针织产品设计到生产控制全过程[2]。随纬编产品市场需求的不断提高，纬编CAD技术在现代纬编企业中的作用和地位已相当重要[3]。而现存的纬编CAD系统一般是客户端软件，运行环境仅局限于单机或局域网，不能面向产品的整个生产周期，设计的产品数据不易集中存储，管理起来比较困难，从而对有效提供相关数据的信息产生影响，比如为工艺生产管理提供完善的数据。

基于针织产品网络辅助设计技术的发展[4]，本文在传统纬编针织物CAD的基础上开发面向纬编针织物产品设计生产全过程的纬编针织物CAD系统。该系统在原有纬编针织物CAD软件的基础上利用网络技术和数据库技术的强大功能，为设计者提供随时随地在线设计的便利和丰富的产品数据库。网络体系结构不再是传统的客户机/服务器(C/S)结构，而是更加方便快捷的流览器/服务器(B/S)网络结构模式，统一了客户端，将关键的系统功能转移到服务器上[5]，实现了网页版纬编针织物CAD的首次开发。

1 系统结构设计

1.1 系统的3层B/S网络结构

系统采用B/S结构，其优势在于可在任何地方进行相应的操作而不需安装相关的软件，只需将计算机或智能终端进行联网即可使用，客户端免安装、免维护。整个系统网络结构可分为3层：表示层、服务层、 数据层[6]，如图1所示。服务层为该系统的核心部分集中了系统功能实现的核心技术，数据资源集中保存于服务器端。

图2 系统整体结构图Fig.2 Holistic function diagram of system

1.1.1 表示层的构成及主要功能

表示层的硬件和软件主要通过用户所使用的智能终端如手机、iPad以及笔记本的硬件与及其浏览器来实现[7]。主要用于实现互联网用户访问系统，无论何时何地只要能够上网，就可使用该系统。

图1 三层B/S网络结构图Fig.1 Three layers B/S network structure diagram

1.1.2 服务层的构成及主要功能 服务层主要由Web服务器的硬件以及Windows操作系统组成，性能稳定的Web服务器是发布网站和数据存储及管理的前提条件[8]。服务层处于数据层与表示层中间，起到了数据交换中承上启下的作用，位置非常关键。其主要功能是完成表示层客户端与服务端的调用以及调用数据层的客户端与服务端。

1.1.3 数据层的构成及主要功能

数据层的组成主要依靠数据库服务器的硬件与SQL Server 2008数据库来实现。数据层的主要功能是实现纬编产品数据信息的存储与查询。依靠结构化查询语言(SQL)数据库的存储功能，可方便快捷地存储并管理产品信息，大大节约了数据操作的时间。

1.2 系统整体构架

该系统主要由文件管理、花型设计、工艺设计、产品数据库4个主要功能模块，每个功能模块又由多个子模块构成，图2所示为该系统整体功能模块图。

在整体构架上与传统C/S结构的CAD相比，最大的不同是增加了产品数据库功能，确保了设计成果不会因突发情况而意外丢失，并且可用关键词进行产品检索，随时随地快速查看产品。

2 系统模型建立

2.1 花型意匠图数学模型

花型意匠图是二维平面图形，所表示的是织物组织表面的花型图案，所以可使用二维矩阵进行信息描述，二维数据可对花型意匠图的任意一意匠格的编织信息进行描述并存储，建立花型意匠图的二维矩阵C为

式中：j为花纹循环的横列号，取值范围为 1，2，…，h，h为组织循环花高，从下至上编号；k为花纹循环的纵行号，取值范围为 1，2，…，w，w为组织循环花宽，从左至右进行编号；c(j,k)表示花纹循环中第j横列第k纵行处的意匠信息，利用颜色编号来赋值，具体取值为0，1，…，15，分别代表不用的颜色信息。根据设计需要选用所需颜色对意匠图进行点击填充后，意匠信息以颜色编号的形式被定义并保存。图3示出花型意匠图及对应矩阵。

图3 花型意匠图的数学表示方法Fig.3 Mathematical expressions of Jacquard pattern notation. (a) Jacquard pattern notation; (b) Array of jacquard pattern notation

2.2 工艺编织图数学模型

纬编工艺编织图是将针织物的横断面形态用图形表示的一种方法，不仅表示了每枚织针所编织的结构单元，还表示了织针的配置和排列，在双面纬编针织物中，还可同时表示出上下针床的编织情况。文中，定义参数P来判定最基本的3种针床配置模型(单针床，罗纹配置，棉毛配置分别用参数1，2，3来表示)。假设完全组织循环花宽为w，循环花高为h，可建立如下编织动作矩阵。

式中：h为花高；w为花宽；j为花纹循环的横列号，取值范围为1，2，…，h；k为花纹循环的纵行号，取值范围为1，2，…，w；k(j,k)为花纹循环中第j横列第k纵行处的编织信息，可用编织动作编号m来赋值，其具体取值为1，…，9。如表1所示编织情况和数据信息的对应情况。选用不同编织情况对编织图赋值之后，编织信息被定义并保存。根据保存的信息可绘制出所对应的编织图，如图4所示编织图及其对应矩阵。

表1 编织信息及其对应数据表

图4 编织图数学表示方法Fig.4 Mathematical expressions of drawing knitting plan. (a) Drawing knitting plan; (b) Array of drawing knitting plan

2.3 织针排列图数学模型

织针排列图是根据工艺编织图以及生产要求确定下来的每个针道的出针信息，合理配置织针的排列也可增加花型结构的类型。假设完全组织循环花宽为w，针筒针道数t，针盘针道数为p，用z来表示总针道数(t+p)，其织针排列的数学模型可表示为

式中：i表示针道数，取值范围为1，2，…，z，从下至上编号；k为花纹循环的纵行号，取值范围为 1，2，…，w，从左至右进行编号；z(i,k)表示第i针道第k根针的出针信息，当z(i,k)=0时表示在第i针道没有出针信息，当z(i,k)=1时表示第i针道有出针信息。图5示出织针排列图及其对应的矩阵z(i,k)，表示针筒针有3种踵位，并呈“/”排列，针盘针有2种踵位，呈一隔一针排列。

图5 织针排列图及对应矩阵Fig.5 Pareto pointer array and corresponding array. (a) Pareto pointer array;(b) Array of Pareto pointer array

2.4 三角配置图数学模型

对于普通圆纬编机上的产品设计，还可用各路成圈系统三角的变化配置来表示织针编的情况，即三角配置图，同样也反映了织针编织动作的情况，与工艺编织图与织针排列图有着密不可分的关系。在设计花型时先根据编织图确定织针排列图，确定了织针排列图之后再根据具体的编织信息来安排对应的三角。三角配置图的二维矩阵S为

式中：z为针道数；h为花高；s(i,j)表示第i针道第j路的出针信息，其具体取值再根据k(j,k)来判定。转换时只需对同一针床上织针的编织数据进行比较，为了便于比较将k(j,k)分为针筒t(j,k)和针盘p(j,k) 2个矩阵，如表2示出其转化关系。具体绘制流程如图6所示。图7所示为线圈图转换成三角配置图的效果图。

表2 由k(j,k)到t(j,k)和p(j,k)的转化关系

注：k(j,k)=1表示成圈；k(j,k)=2表示集圈；k(j,k)=3表示浮线。

图6 三角配置图绘制流程Fig.6 Flow chart of arrangement of cams

图7 织针排列图与三角配置对应图Fig.7 Contrast of Pareto pointer array (a) and arrangement of cams (b)

3 系统功能实现

本文系统是利用ASP.NET技术、C#语言、Javascript语言以及HTML5开发的Web应用程序，即网络版应用程序，不需要相应的客户端，只需要操作系统自带的浏览器，从而使用起来非常方便，而线下CAD需要运行在相应的客户端上；而且它是基于编写网页程序语言，可跨平台，而线下CAD系统对客户端的操作系统也会有限制，不能跨平台。虽然B/S模式在图形的表现能力上以及运行的速度上有所欠缺，但随网页语言以及浏览器的进一步升级，其兼容性越来越好，用户体验更加流畅。比如HTML5在图形的渲染方面以及音频、文件的处理上已非常强大。ASP.NET是一种服务器端技术，可制作动态Web页的内容，并具有2个强大功能：一是通过ADO.NET提供的GridView等数据库元件可直接和数据库连接，使产品数据的安全性和实时性得到保证；二是ASP.NET支持应用程序的实时更新[10]。管理员不需要做任何操作，就可更新应用文件。这使得纬编针织物CAD系统开发成为可能。另外，在程序的设计过程中大量使用了HTML5的canvas元素，这个元素本身的功能比较有限，但通过该元素可获取Canvas-RenderingContxt2D对象，该工具是一个功能强大的绘图应用程序编程接口(API)，不仅可绘制集合图形和字符串，而且可利用路径来绘制复杂的集合图形。

3.1 花型意匠图功能实现

花型意匠图是采用特定符号来表示织针编织结构单元组合的一种设计方式，尤其适用于色彩提花产品的设计，其特点是花型范围不受限制，这些符号不仅可表示不同结构线圈，还可表示不同原料或不同色彩的纱线。花型意匠图描述的是织物最后的花纹效果，每个意匠格表示1个线圈，意匠格颜色就代表了该编织区域纱线的颜色，直观性强，便于用户的设计[11]。用户可在花型意匠图页面根据需要设计花型，并将设计的花型数据保存在数据库中。

在意匠图的设计中其基本元素不是像素点而是意匠格，一个意匠格由20像素(根据需要设定)组成。假设像素点坐标(x,y)，意匠格坐标(j,k)，用gw来表示构成单个意匠格长、宽所需的像素个数， 则它们之间的关系式为

另外，考虑到在提花组织设计中经常会出现大花型的绘制，逐一绘制费时又费力，而且效果不佳。

从绘图软件中得到灵感，在纬编针织物设计系统中也添加一些必要的几何绘图工具以及油漆桶工具，如直线、矩形、椭圆以及换色、填充等工具。

3.2 工艺设计功能实现

工艺设计包括工艺编织图、织针排列图、三角配置图。工艺编制图是将针织物的横断面形态按编织顺序和指针的工作情况，用图形表示的一种方法，由织针和织针上编织的纱线形成。根据编织情况不同，织针上所编制的纱线分别用表示成圈、集圈和浮线的符号来表示。织针排列为多针道纬编产品设计中针的排列，三角配置图是用各路成圈系统三角的变化配置来表示织针编织状态。其中织针排列可从产品设计自动计算得到或进行选择、设计，三角配置图由系统根据编织图和三角配置图计算得到。

工艺编织图的功能实现主要依靠canvas贴图方法。在具体实现过程中首先将线圈所有情况做成图元保存在程序中，并显示在界面左侧的工具栏中。具体实现过程中应用canvas的双缓存技术通过工具按钮的onclick事件获取图元并将其画在一个canvas上，再通过绘图区域canvas的onmousedown事件将其贴在点击的相应位置。建立二维动态数组k[j,k]，绘图完成后保存k[j,k]数据信息，并使用session对象将其存入数据库的相应字段中。

3.3 产品数据库的建立与存储

本文系统采用直接与SQL Server数据库相连的方法，SQL具有很多优点，例如数据存储快捷、管理方便、兼容性高[12]。SQL Server 数据库可保存丰富多样的数据资源，被形象的比喻为保存数据的仓库，其所保存的内容不仅仅是单纯的数字，还包括其他形式的数据信息，例如文字、图形、图像等，对于计算机来讲这些都是对保存对象进行具体描述的纪录[13]。 通过SQL Server数据库可实现以下功能。

1)数据信息的存储、统计。将设计好的产品数据存入数据库后，SQL Server数据库会根据存入的不同形式的产品数据信息进行分类整理，归纳统计，并予以汇总。这种合理的存取方式大大提高了数据库的工作效率。

2)数据信息的添加、修改和删除。运用此功能以及网络技术将纬编产品数据库网络化，在Inte- rnet上实现纬编工艺数据库数据的添加、编辑、删除、修改等功能。

3)数据信息的浏览和查询。SQL Server数据库还具有对历史信息、历史数据、及时信息的浏览查询功能，根据登录的用户名来判断所属单位，只可浏览一定范围内的产品数据，运用数据库的查询功能，为纬编产品数据库设置关键字检索，可根据产品编号、企业编号、机型、日期等进行检索。

4 结 论

本文研究了一套基于互联网的纬编针织物CAD系统，经证明该系统使用便捷，操作方便，数据更新速度迅速；扩大了纬编CAD系统的使用范围，有利于新产品的开发及传播。

1)建立了花型意匠图、工艺编织图、织针排列图以及三角配置图数学模型。

2)实现了该系统在互联网上花型设计以及工艺设计的功能，充分验证了纬编针织物CAD系统基本功能互联网化的可行性，是一次成功的尝试。它的开发将纬编CAD实现真正网络化，使其不再仅限制于局域网和单机使用。

3)使用SQL Server数据库格式来保存数据，产品数据库放在服务器端，用户通过浏览器使用本系统，体现了数据库技术的优点。

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Internet-based computer-aided design system for weft knitted fabric

WANG Wei, JIANG Gaoming, CONG Honglian, GAO Ziyue, TANG Mengting， YU Lulu

(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Aiming at the defects of existing computer-aided design(CAD) systems for weft knitted fabric of can only run on a single unit or local area network, a weft knitted fabric CAD system was developed to the needs of the overall process of weft knitted products from design to manufacture by combining the network technology with database technology and adopting the technology of C #, Javascript and HTMNL5. Pattern drafted patterns and the online design of weaving graphs realized, and the arrangement of cams were automatically calculated and generated. And strutured query language(SQL) database was used to efficiently store and manage vast amounts of data resources of knitted products. The browser/server mode, the Web sites and data storage services were all deployed to the server, zero client installation, and zero maintenance were achieved, users can design knitted fabrics online anywhere by accessing the Web sites by a computer or a mobile intelligent terminal. And the fabric weave design was used as an example in the practical test, the test results showed that it is convenient for operation, and the data information storage and updating is efficient and quickly, thereby meeting the needs of online design of users well.

weft knitting; online design; computer-aided design system; arrangement of can; knitted fabrics database

10.13475/j.fzxb.20160805806

2016-08-29

2017-04-22

国家自然科学基金项目(61602212)；江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2016022-35)

王薇(1990—)，女，硕士生。主要研究方向为数字化纺织技术。蒋高明，通信作者，E-mail:jgm@jiangnan.edu.cn 。

TP 391.7

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