基于彩色圖像的灰度仿真數碼提花織物設計

周 赳，唐瀾倩

(浙江理工大學 先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室，浙江 杭州 310018)

中國古代紡織面料的黑白灰仿真設計大部分通過手工完成［1-2］，主要有2種方法：一是直接對黑白畫稿進行黑白灰仿真織物設計;二是利用彩色圖案進行黑白灰仿真織物設計。當彩色圖案用于黑白灰仿真效果的織物制作，傳統的提花織物設計方法需要先將彩色圖稿重新設計成黑白效果圖案，再針對性進行結構設計。其流程為：彩色圖稿—灰度圖像—結構設計—黑白仿真提花織物。

傳統的黑白仿真提花織物依賴視覺經驗，以灰度模擬彩色的明度效果，在色彩與灰度的轉化過程中，會丟失很多色彩信息，仿真偏差很大。另外在結構設計上，采用一般的影光組織進行提花織物設計，由于結構間會產生相互遮蓋的效果，生產的織物無法與理論上的灰度仿真設計效果保持一致，而且設計過程費時費力，在技術上存在很多制約因素，無法進行大批量生產應用［3-5］。

隨著數碼設計技術的應用，數碼圖像可以直接用于提花織物的設計，而針對灰度仿真效果提花織物的設計往往直接應用黑白效果的數碼圖像［6-7］。研究發現，利用彩色效果的數碼圖像同樣可以進行灰度仿真效果提花織物的設計［8-10］，且其原理和方法與傳統方法不同。利用彩色數碼圖像與黑白效果相互轉換的原理，可方便地將組合結構應用于灰度仿真的數碼提花織物設計，并在灰度表達上能夠達到高保真的效果。

本文以數碼設計技術應用為前提，研究彩色圖像設計灰度仿真效果數碼提花織物的原理和方法。借鑒數碼圖像的色彩原理，采用分層組合設計方法，實現了基于彩色圖像的灰度仿真提花織物的設計創新，為數碼提花織物的設計創新提供借鑒。

1 基本原理與方法

1.1 基本原理

數碼彩色圖像每個像素點的色彩效果由原色數值混合而成。織物的顏色信息由經緯紗線交織層疊傳遞，顯色效果與數碼彩色圖像顯色效果異曲同工。

當數碼彩色圖像直接轉變成黑白灰效果圖像，其像素點只有亮度值。若將數碼彩色圖像分成若干顏色灰度圖像層，將各層圖案明度信息用組織結構分開記錄，再用合理的組合方法將其組合疊加，得到的像素點即為若干顏色明度的疊加值，得到的織物組織結構圖保存了數碼圖案的明度信息。若干單層結構組合疊加原理更接近數碼圖案的色彩構成原理，彩色圖像的灰度仿真效果得到明顯提高，與傳統黑白仿真提花織物方法不同，創新的設計流程如圖1所示。

圖1 數碼灰度仿真提花織物設計方法流程Fig.1 Design process of digital grey simulative jacquard fabric

1.2 設計方法

根據圖2的流程，基于數碼技術的應用，提出一種彩色圖案制作灰度仿真數碼提花織物的設計方法。主要有3個步驟：彩色數碼圖案分色分層、全顯色組織的設計以及組織替換形成織物組織結構圖的設計。

1.2.1 彩色數碼圖案分色分層

先將彩色圖案數碼化處理。根據彩色數碼圖案的色彩效果確定基本色，對彩色數碼圖案進行分色分層處理，分色圖層數為偶數。特征在于每個分色圖層規格與原彩色數碼圖案規格相同且只包含其中1個基本色的色彩信息，1個基本色對應1個單色效果的色彩圖層，稱為單色圖層。

1.2.2 全顯色組織的設計

全顯色組織設計要求在全息組織設計過程中設置全顯色技術點，應用全息組織設計每個單色圖層的結構圖，多個單色圖層的結構圖組合后顯色點彼此互相不遮蓋，能達到全顯色的效果。具體方法包括全顯色組織點的設計、基礎組織的設計以及配合組織的設計應用3個步驟，本文以16枚組織為例進行設計說明。

1)全顯色組織點的設計。選擇2個基本組織A、B，A和 B組織循環數相同，但具有不同的起始點。

根據B的組織特征，對A設定全顯色技術點，根據A的組織特征，對 B設定全顯色技術點［11］，如圖2所示。

圖2 基本組織A、B及其全顯色技術點Fig.2 Primary weave A and B and its full-color points.

2)基礎組織的設計。以A的原組織點為起始點，在保持全顯色技術點不被遮蓋的前提下設計1組影光效果的組織，稱之為基礎組織。圖3所示為16枚緯向加強的基礎組織的設計效果。

圖3 基礎組織設計(緯向加強)Fig.3 Basic weaves design(weft-reinforcing)

圖4 配合組織設計(緯向加強)Fig.4 Joint weaves design(weft-reinforcing)

3)配合組織的設計。以 B的原組織點為起始點，在保持全顯色技術點不被遮蓋的前提下設計1組影光效果的組織，稱之為配合組織。圖4所示為16枚緯向加強的配合組織的設計效果。

1.2.3 組織替換形成織物組織結構圖的設計

將分色獲得的單色圖層處理成灰度模式，各圖的灰度級別不超過設計的全顯色組織數目，確定灰度圖像中黑到白與全顯色組織中的緯面到經面組織的替代關系，并保持不變，將組織分別與單層圖中相應的灰度級一一替換，形成對應的織物單層結構圖;將所有單層織物結構圖組合形成一個織物組合結構圖，具體步驟如下。

1)將完成的單色圖層中奇數層圖像灰度與基礎組織一一替換，形成各自的單層織物結構圖。

2)將完成的分色圖層中偶數層圖像灰度與配合組織一一替換，形成各自的單層織物結構圖。

3)將單層織物結構圖按相同起始位置沿緯向1∶1進行組合，得到組合效果的灰度仿真提花織物結構圖。

將灰度仿真提花織物結構圖加上選緯信息，選擇1組白色紗線做經紗，選擇與基本色灰度相同的紗線做緯紗，緯紗的色彩為每個基本色去色后的灰度色彩，該織物結構圖能直接用于生產偶數緯灰度仿真提花織物。不同于傳統灰度仿真提花織物設計，由于增加了灰色紗線，獲得的灰度仿真效果織物能表現細膩的灰度變化效果。另外，由于獲得的灰度仿真提花織物的分層結構保留了分色信息，若將灰度紗線換成有色紗線，則可以在灰度仿真提花織物基礎上設計各種彩色效果的數碼提花織物。

2 設計實踐

數碼分層組合設計模式的應用和組合全顯色結構設計方法的提出，使得直接運用彩色數碼圖案織造灰度仿真數碼提花織物成為可能［12］。設計出的織物能夠表現細膩的灰度過渡效果及還原逼真的圖像灰度效果。

提花織物設計以人物肖像仿真要求最高，將設計所得的16枚53級全顯色組織用于設計實踐，以彩色數碼照片設計灰度仿真數碼提花織物為例，將數碼圖像分為青藍、玫紅、黃色、黑色4個單色圖層，并根據實際效果處理成53級以下的灰度模式，根據圖案中不同灰度的亮度值，進行全顯色組織替換，得到各自的單層結構圖。方法是將奇數層的青藍和黃色單色灰度圖分別對應全顯色基礎組織，將偶數層的玫紅和黑色單色灰度圖分別對應全顯色配合組織，進行灰度與組織的一一替代，形成對應的只有黑白2色的4個單層結構圖，規格不變。

將4個單層結構圖按相同起始位置沿緯向1∶1∶1∶1進行組合，即按青藍、玫紅、黃色、黑色將4個單層結構圖的緯紗依次排列，形成只有黑白2色的組合織物結構圖，選擇與青藍、玫紅、黃色、黑色對應的灰度紗線(明度相同)做緯紗，以白色紗線做經紗，該組合結構圖可以用于灰度仿真織物生產。織物圖效果如圖5所示。

圖5 設計實例效果圖Fig.5 Design creation of grey simulative fabric.

3 結語

受數碼圖像色彩設計原理啟發，將彩色數碼圖像與灰度數碼圖像模式轉換的原理用于彩色數碼圖像設計灰度仿真提花織物，提出基于分層組合設計模式的多組緯灰度仿真提花織物設計方法。通過設計實踐，證明該原理和方法具有現實的應用價值，所設計的織物不僅能對原圖進行過渡細膩的灰度仿真，并能滿足大批量生產的技術要求，為數碼圖像設計灰度仿真提花織物提供了新的途徑。

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