工业刺绣软件中基于加权网格的字符变形算法

刘 宇

（大连大杨服装定制科技有限公司，辽宁 大连 116000）

计算机辅助刺绣设计是现代刺绣工业化的一个重要发展方式，通过算法进行辅助，可以实现实时编辑预设花纹、自动走针、效果预览以及自动缝纫，可以提高工业刺绣的实际效果，改善现有的工艺水平，提升刺绣的综合效率。字符是现代工业刺绣中使用率较高的一种图案，多样化的字符可以丰富刺绣的多样性，并且可以应用在商标制作、公司名称制作、标语制作等场景中，通过变形化的字符开展工业设计，对原有图形进行变形和升级，达到丰富效果的目的。

1 工业刺绣软件字符变形现状

现有的工业软件主要是通过日本、德国开发的系统数字化软件对已有文字进行变形，但是他们所开发的工业软件是基于条块化、模式化的变形方式，针对多样化的图形，应用范围较小，且字符变形缺乏灵活性。例如日本设计的Artist Plus辅助设计系统就是采取这种变形方法，预制一系列变形模板，再进行变形字符的套用[1]。德国的变形模板Taxgallery添加的工具与日本的变形软件也十分类似，这种工具在应用之前也要选择一个变形模板，基于固定的变形块状物和条状物进行调整。用户在操作时，需要输入一串字符，再通过固定的版型模式进行变形处理。虽然这两种方法十分稳定，但是在变形之后，都不可避免地出现一系列失真的情况。由此可见，以上两种数字化的变形方法很难达到现代刺绣辅助设计的美观性和可控性的要求，用户的自主操作程度高，且外形轮廓的变形很有可能不受控，最终甚至会完全超出变形轮廓，也不利于操作者进行创造性的辅助设计。针对现有的不足，为了方便用户调整大小和形状，可以进一步扩大用户自由创作的空间。

2 基于加权网格的字符变形算法优化

从上文分析可以看出，基于算法优化，尽可能地减少字符在变形过程中的失真情况，可以提高字符的美观性，保障创作者创作自由。基于算法、缺省网格和加权网格，对以上内容进行优化，可以达到上述效果。

2.1 网格的变形

在这个步骤中，基于已有的计算机字符串开展外接矩形和内接矩形的双重设计，根据已知的字符边界情况，把握构造点的坐标，再对外接矩形的构造点坐标进行数据模板的连接。这种缺省控制点的方法可以对已有的控制模板进行优化，经过编辑之后，剩下的点符号不作任何改变，就可以画出一个字符变形之前的初始网格，对变形之后的字符网格进行控制[2]。初始网格的控制点主要为16个，按照变形的数字点灵活地调整，产生网格和节点数组之后，再根据虚线的外接矩阵与内接矩阵，划分变形网格为多个2×3的网格节点，将已有的主动控制点和被动控制点接入这个变形网格中。通过同行或同行的控制点一一对应，可以获得一个矩阵模型，在这个模型的基础上，通过拉伸和变形获得变形之后的网格控制点。当主控点移动到新的位置时，被动控制点也发生相应的变化，例如原有的主动控制点为a，变形之后的控制点为a1，这里a和a1就是一一对应的，同样的变形放在其他控制点上就可以完成所有控制点移动和权值的计算（表1）。

表1 层次判断矩阵与权重计算

2.2 权值计算

在计算过程中，为了避免各自节点相互交叉或重叠，要限制主动控制点的移动附加约束条件，在移动时确定移动点的范围，依据相邻坐标的实际边界开展位移点的控制。将相邻的左右两个控制点标注清楚，如两个控制点的x坐标不能超过上下限相邻两个点的y坐标。通过这样的坐标控制法和象限控制法，尽可能地减少整体位移而造成的变形情况。以上文的a控制点和a1控制点两个点为例，y坐标不能超出c1点的y坐标。基于这种控制方法，可以取得较好的运行效果，在权值计算的状态下，要对a1点的原始状态进行标注，对当前的坐标点进行移动后的更新，当移动点没有任何控制点时，对其限制情况进行标注。移动后的新坐标也要标注清楚，同时设定简单的权值计算规则，对于变形前和变形后的图形进行同行或同列的距离计算，在这里分析不同的移动方法对坐标点位置的影响。在被动控制点移动的过程中，x轴和y轴产生两个相应的位移，这里的权值计算就要对不同的移动点进行相似的处理。在完成移动之后，根据变形的需要，对主动控制点的位置进行附加升级，通过递归算法对主动控制点在移动和变形以后的网格进行多次权值计算，进而获得有效的位移变形效果[3]。

2.3 字符构造点的定位

对字符变形也就是对构造字符的点进行联动和升级。当所有的构造点重新连接之后，变形的效果就比较顺滑，不显突兀，这里的变形要创造后一步位移的条件，同时，根据变形的构造点进行系统的定位。如果定位不够清楚，那么后续的变形就很有可能超过原本预判的框架。本次变形计算算法的目的是在触发变形之前，就对构造点的位置进行定位，再去找出不同的对应网格进行比例计算，最终计算出构造点变形之后的新坐标，从而开展有效的变形识别。对于变形前的一个网格所具有的不同坐标，要抓取字符象限中的任意点在网格当中的不同角标位置进行标注，例如一个字符的宽度为w，高度为h，在进行计算时，就要通过定义的变形来保障对应构造点的位置，可以及时发生移动变形，之后的顶点要根据算法得出，通过不同的比例变化就可以得到不同的新坐标。网格是字符串变形的框架，在不同的变形方法中，要对位置点进行系统性的构造。

通过上述分析可以看出，针对不同的字符串，要把握添加控制点的数量，再根据这个位移情况及时进行网络形态的调整，依据这种变化和构造点的定位，计算出新的构造点位置。在定位完成之后，对已有的定位进行更新，消除原有的定位，获得变形之后坐标更新的结果。根据字符串的变形情况，就可以获得控制点矩阵的改变模型，进一步降低对同行或同列其他控制点产生的影响。保障变形之后的精度，根据不同的权值矩阵，获得较好的矩阵升级效果。但是，这种变形方法也要注意控制点的数量，需要根据不同字符串的大小、位置和变形的实际需求进行改变。当变形的数量增多，在超出现有的计算矩阵平滑限值的情况下，也可以得到近似曲线边缘的变形。上述算法需要对网格字符的定位情况进行加权创建，避免字符的变形失真，用户也可以根据不同的主动控制点的矩阵图形来获得更好的效果。创作者可以依靠自己的想象来对数值情况进行及时的调整，拓展创作空间。整体来看，这种算法的稳定度、美观度都符合现代工业刺绣的系统要求，适应当前工业刺绣软件的整体要求，在辅助设计领域具有较好的应用前景。

在软件技术不断升级的当下，这种基于字符自动优化和变形处理的软件还需要结合其他算法进行升级，对当前可能存在的一些矩形变形的问题开展复杂的填充，有效地避免数据失真的情况。在复杂区域开展变形填充，需要结合电脑刺绣CAD系统进行条块分割和数据计算，进一步满足现代针法的要求。通过改进的直线条分析，更好地满足整体刺绣软件的计算要求，提高制作精度，如在具体的字符形状分割过程中，可以基于凹角点和凸多边形的敏感边界情况开展字体格式的有效设计，根据自动编针预先置入文件，避免字体增加过多而产生过于混乱的情况。在变形的同时，还要对字符形状的定位点进行轮廓信息的加权计算。

3 结语

本研究对工业刺绣软件的字符变形情况进行探讨，有助于对算法进行升级。现有的操作算法体块分割的数量较小，无法满足创造性的要求。因此，在未来的算法升级上，要考虑到实际操作的变形情况，基于算法的加权优化，确保当前的工业刺绣控制点可以基本满足外接矩形变形，通过曲线边缘的有效控制，提高整体的控制精度，尽可能地减少不当操作造成的损失和缺陷。