緯編仿蕾絲織物的設計與仿真

張永超，叢洪蓮，張愛軍，蔣高明

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

緯編仿蕾絲織物的設計與仿真

張永超，叢洪蓮，張愛軍，蔣高明

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

為實現緯編仿蕾絲織物的快速設計，提出了花型意匠模型、編織意匠模型，并構建了二者之間的變換關系。在深入研究這類織物各部分結構特征的基礎上，建立了織物理想狀態下線圈結構的基本模型，確定了線圈中各控制點的位置，并對線圈結構變形進行分析，得出該類型織物線圈變形規律。利用VC++.NET設計程序，實現了對緯編仿蕾絲織物的仿真。在結合意匠信息的基礎上，織物仿真還考慮到紗線原料的粗細、顏色等因素，具有較好的外觀模擬效果。

緯編;仿蕾絲;設計;仿真

針織物仿真是在建立線圈結構模型基礎上，對針織物整體結構風格進行模擬的技術。目前對于針織物仿真的研究主要包括二維和三維仿真2種。針織物三維仿真是通過構建線圈的三維結構模型，在計算機上得到織物的模擬效果，該類模擬方法能夠展示出織物三維立體效果［1］，但是其數據信息量大，模擬速度慢，因此主要集中在緯平針、雙反面、羅紋等基本組織的三維仿真上［2－3］。對于緯編提花針織物的三維仿真也有一些研究［4］，但主要是針對簡單的毛衫提花組織。針織物二維仿真是建立在平面線圈結構基礎上對織物進行模擬。這種方法數據信息量小，能夠模擬花型數據信息較大的提花類產品。目前，對于經編提花類產品的仿真研究較多，包括成圈型賈卡、浮紋型賈卡經編針織物的仿真、無地網多梳拉舍爾花邊產品的仿真［5－7］等，而對于緯編提花類產品的仿真研究還很少。緯編仿蕾絲面料是具有蕾絲外觀風格的織物，該織物如經編蕾絲面料般輕盈通透、性感神秘，然而又較經編蕾絲面料柔軟舒適富有彈性、延伸性，其巧妙地結合了經編蕾絲面料的風格和緯編面料的性能特點，在內衣、裝飾等各領域有較好的應用前景。緯編仿蕾絲面料與常規的緯編面料有所差別，其采用了褶裥結構，傳統的仿真方法不能對該類織物進行很好的仿真，因此要實現該類面料的仿真還需要進行深入研究。本文對緯編仿蕾絲面料的設計方法進行探討，并對其結構進行研究，通過建立線圈結構模型，結合線圈的變形規律實現對這類面料的設計與仿真，為這類面料的設計提供方法，使得在設計這類面料的同時能夠直觀地看到織物的結構與外觀，以提高了產品的設計效率。

1 緯編仿蕾絲面料的結構特征

緯編仿蕾絲面料花紋處和底紋層次分明，可通過在某幾路穿入較粗的彈性紗，其余各路穿入細有光絲，并結合緯編褶裥組織形成具有蕾絲風格的面料。圖1(a)示出緯編仿蕾絲小花整體圖，其花紋清晰，底紋與花紋界限明顯;圖1(b)示出花型的底紋，其覆蓋了大循環褶裥組織，形成了不規則的類網眼結構;圖1(c)示出花紋的輪廓，其采用一隔一褶裥組織，形成了厚組織結構;圖1(d)示出的花瓣及花心處覆蓋小循環褶裥組織，形成了六邊形的小類網眼組織。這類織物組織效應豐富，花紋清晰，通過某幾個織針連續不編織的方式，形成了類似經編蕾絲風格的面料。

圖1 緯編仿蕾絲面料效應圖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 緯編仿蕾絲面料的設計模型

2.1 花型意匠模型

在提花織物設計中，首先應確定織物的最小重復單元，即織物的花型循環［8］，并對該花型循環進行處理，減少其顏色數，便于后續操作。花型循環數據為提花織物中花型的原始數據，可用二維數組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根針在第j+1路的花型信息;w表示花紋循環的寬度;d表示花紋循環的高度。

2.2 編織意匠模型

在電腦提花圓機中，一般采用組織意匠圖來描述機器的編織狀態。機器根據每個意匠格不同的信息來選擇織針成圈、集圈或浮線。在計算機中為了方便準確地識別選針信息，常通過建立二維數組F(i，j)對其進行描述。

式中:i=0，1，2，…，w －1;j=0，1，2，…，d －1;F(i，j)表示第i+1根針在第j+1路的編織信息。當F(i，j)=0時，在第j+1路第i+1針織針未被選中，編織浮線;當F(i，j)=1時，在第j+1路第i+1針織針被選中，編織成圈。

在不同的機器設備中，編織信息所識別的顏色不同，如在TNY無縫織機上成圈識別的顏色為綠色(1號色)，浮線識別的顏色為黑色(0號色)。

2.3 花型意匠圖與編織意匠圖間的轉換

在設計提花產品時，需要將花型信息轉化成編織信息，即將已有的花型意匠圖轉換成編織意匠圖，因此需要對花型進行組織覆蓋。在組織覆蓋過程中，將需要鋪設的花型意匠圖中相應的顏色替換成編織意匠圖的最小組織循環。首先假設編織意匠圖最小組織循環的高度為sk，寬度為uk(k表示系統的色號數，k=0，1，2，…，n)，定義二維數組 Fk(i，j)。

式中:i=0，1，2…，uk－1;j=0，1，2…，sk－1;Fk(i，j)表示覆蓋k號色的最小組織循環中第i+1根針在第j+1路的編織信息。根據式(4)將花型意匠圖中每個顏色轉換成對應的組織循環中的數據。

式中:i=0，1，…，w －1;j=0，1，…，d －1;% 表示取余。

圖2示出花型意匠與編織意匠轉換關系。根據式(4)中二者的函數關系，圖中各個顏色將被相應的最小組織循環替換。替換后結果如圖3所示。

2.4 穿紗模型

穿紗是織物編織的重要環節，采用不同的穿紗方式，對織物花紋形成具有很大的影響［9］，現采用二維數組L(i，j)來表示每路導紗嘴的喂紗信息。

式中:m表示每路導紗嘴的數量;f表示機器的路數。當L(i，j)=0時，表示第j+1路第i+1個導紗嘴不墊入紗線;當 L(i，j)=1時，表示第 j+1路第i+1個導紗嘴墊入紗線。

圖2 花型意匠與編織意匠轉換關系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.

圖3 花型組織替換Fig.3 Replacement of pattern structure.(a)Jacquard pattern grid;(b)Knitting grid

3 緯編仿蕾絲面料仿真

3.1 線圈結構模型的建立

緯編線圈結構包括針編弧、圈柱和沉降弧3個部分組成，根據其結構特征，本文在六點模型［10］的基礎上進行改進，采用8個點(P1～P8)對線圈的形狀進行定義。圖4示出線圈結構模型。圖中h為圈高，r為圈距。根據織物的實際形狀，使用程序多次驗證，并與實際織物進行比較，從而確定圖中的h1，r1，r2，r3，r4的取值:h1=0.70h;r1=r3=0.17r;r2=r4=0.34r。

圖4 線圈結構模型Fig.4 Loop structure model

在理想線圈結構模型狀態下，確定線圈各點的坐標為: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 線圈結構的變形規律

在實際生產過程中，線圈會受到拉伸、壓縮等作用的影響，從而產生拉長、縮短等現象，因此理想狀態的線圈模型并不能準確地模擬織物結構，還需對線圈結構的變形進行探討。

織物結構變形通常體現在橫向和縱向，對于緯編仿蕾絲面料而言，其縱向的變形遠大于橫向，因此僅考慮其在縱向上的變形。如圖5(a)所示的線圈結構實物圖，線圈在連續不編織的狀態下會沿著線圈長度方向拉長，由此建立圖5(b)所示的線圈結構示意圖。由于連續不編織紗線通常采用氨綸包覆紗;所以其在縱向方向上拉長的長度與所用力的大小有關，因此該長度由織物定型時所受到的力決定。假設拉長線圈對周圍8個線圈產生影響，且影響較為均勻。根據相似三角形定則，各線圈形變后的線圈高度如下。

式中:hp表示與拉長線圈相鄰的線圈高度，mm;h表示不受影響的線圈高度，mm;n表示與拉長線圈相隔的針距數;t表示連續不編織次數;h3表示拉長線圈高度，mm。

當 F(i，j)=1，F(i，j+1)=0 時，有△bj=0，否則

式中△hpn

圖5 線圈結構變形圖Fig.5 Deformation of loop structure.(a)Physical diagram of loop;(b)Schematic diagram of loop structure

本文利用超景深三維顯微鏡VHX-600，在織物橫向和縱向給定相同力的作用下對線圈的高度進行測量，并對數據進行分析驗證，結果如表1所示。

表1 線圈高度關系Tab.1 Relationship of loop height

將表中數據帶入式(3)，經驗證得出各項數據的誤差均保持在10%以內，且在不同連續不編織次數的條件下，h始終保持在0.19～0.21范圍內，因此可以證明式(3)所作的假設成立。

3.3 緯編仿蕾絲面料仿真實現

在計算機仿真時，假設織物橫向不發生拉伸變形，計算機對織物縱向拉伸信息進行判斷，確定縱向線圈位置，得到織物仿真效果。緯編仿蕾絲面料仿真的基本流程如下:建立線圈模型→確定線圈初始位置→判斷線圈變形信息，確定線圈縱向位置→線圈間相互穿套→形成織物模擬視圖。

在確定線圈初始位置時，橫向初始間距△a=5/PA，PA為成品橫密，單位為縱行/cm;縱向初始間距為△b。每個線圈橫向相對位置確定后保持不變，縱向初始位置為Aj。線圈經變形拉伸后，其縱向位置為Bj=Aj+△bj。

結合織物的意匠圖、線圈結構模型以及紗線粗細、顏色等因素，利用Visual C++.NET進行編程，得到圖6所示的仿真圖。該圖顯示的織物仿真效果與圖7所示的織物真實效果極其相似。

圖6 緯編仿蕾絲面料仿真圖Fig.6 Simulation of weft knitted imitation lace fabric

圖7 緯編仿蕾絲面料實物圖Fig.7 Weft knitted imitation lace fabric photo

4 結論

1)通過花型意匠圖與編織意匠圖之間的自動轉換實現緯編仿蕾絲面料的快速設計。

2)在理想線圈模型的基礎上對緯編仿蕾絲面料中線圈的變形進行分析，得出了織物變形規律，建立了這類織物的仿真模型。仿真過程中結合紗線的粗細、顏色等因素，提高了仿真效果。

3)在織物設計時，設計者無需上機通過織物的仿真圖即可驗證所做工藝的織物效果是否合理，提高產品的生產效率。

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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

張永超(1989—)，女，碩士生。研究方向為針織產品設計與開發。叢洪蓮，通信作者，E-mail:cong-wkrc@163.com。