基于互聯網的緯編針織物計算機輔助設計系統

王 薇， 蔣高明， 叢洪蓮， 高梓越， 湯夢婷， 于璐璐

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

基于互聯網的緯編針織物計算機輔助設計系統

王 薇， 蔣高明， 叢洪蓮， 高梓越， 湯夢婷， 于璐璐

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

為克服現有緯編針織物計算機輔助設計(CAD)系統只能在局域網或單機上運行的不足，結合互聯網技術和數據庫技術，采用C#語言、Javascript語言以及HTMNL5，通過數學建模，開發面向針織產品設計制造全過程的緯編針織物CAD系統。實現了花型意匠圖，工藝編織圖的在線設計，并能夠自動計算生成三角配置圖。利用結構化查詢語言數據庫建立產品數據庫高效地存儲和管理海量的針織產品數據資源。該系統采用瀏覽器/服務器結構，并將Web 站點和數據存儲服務部署到服務器上，客戶端零安裝、零維護，用戶可直接通過電腦或移動智能終端訪問Web站點。隨時隨地在線設計針織物。同時以提花組織設計為例進行了大量實驗，結果表明該系統操作方便，數據信息存儲更新高效快捷，滿足了用戶在線設計的需求。

緯編； 在線設計； 計算機輔助設計系統； 三角配置圖； 針織產品數據庫

在當今大數據以及信息化時代背景下，計算機輔助設計(CAD)技術在互聯網技術以及網絡數據庫等新技術的迅速發展下具備了新的設計理念與技術內容[1]。計算機的應用已經滲透于針織產品設計到生產控制全過程[2]。隨緯編產品市場需求的不斷提高，緯編CAD技術在現代緯編企業中的作用和地位已相當重要[3]。而現存的緯編CAD系統一般是客戶端軟件，運行環境僅局限于單機或局域網，不能面向產品的整個生產周期，設計的產品數據不易集中存儲，管理起來比較困難，從而對有效提供相關數據的信息產生影響，比如為工藝生產管理提供完善的數據。

基于針織產品網絡輔助設計技術的發展[4]，本文在傳統緯編針織物CAD的基礎上開發面向緯編針織物產品設計生產全過程的緯編針織物CAD系統。該系統在原有緯編針織物CAD軟件的基礎上利用網絡技術和數據庫技術的強大功能，為設計者提供隨時隨地在線設計的便利和豐富的產品數據庫。網絡體系結構不再是傳統的客戶機/服務器(C/S)結構，而是更加方便快捷的流覽器/服務器(B/S)網絡結構模式，統一了客戶端，將關鍵的系統功能轉移到服務器上[5]，實現了網頁版緯編針織物CAD的首次開發。

1 系統結構設計

1.1 系統的3層B/S網絡結構

系統采用B/S結構，其優勢在于可在任何地方進行相應的操作而不需安裝相關的軟件，只需將計算機或智能終端進行聯網即可使用，客戶端免安裝、免維護。整個系統網絡結構可分為3層：表示層、服務層、 數據層[6]，如圖1所示。服務層為該系統的核心部分集中了系統功能實現的核心技術，數據資源集中保存于服務器端。

圖2 系統整體結構圖Fig.2 Holistic function diagram of system

1.1.1 表示層的構成及主要功能

表示層的硬件和軟件主要通過用戶所使用的智能終端如手機、iPad以及筆記本的硬件與及其瀏覽器來實現[7]。主要用于實現互聯網用戶訪問系統，無論何時何地只要能夠上網，就可使用該系統。

圖1 三層B/S網絡結構圖Fig.1 Three layers B/S network structure diagram

1.1.2 服務層的構成及主要功能 服務層主要由Web服務器的硬件以及Windows操作系統組成，性能穩定的Web服務器是發布網站和數據存儲及管理的前提條件[8]。服務層處于數據層與表示層中間，起到了數據交換中承上啟下的作用，位置非常關鍵。其主要功能是完成表示層客戶端與服務端的調用以及調用數據層的客戶端與服務端。

1.1.3 數據層的構成及主要功能

數據層的組成主要依靠數據庫服務器的硬件與SQL Server 2008數據庫來實現。數據層的主要功能是實現緯編產品數據信息的存儲與查詢。依靠結構化查詢語言(SQL)數據庫的存儲功能，可方便快捷地存儲并管理產品信息，大大節約了數據操作的時間。

1.2 系統整體構架

該系統主要由文件管理、花型設計、工藝設計、產品數據庫4個主要功能模塊，每個功能模塊又由多個子模塊構成，圖2所示為該系統整體功能模塊圖。

在整體構架上與傳統C/S結構的CAD相比，最大的不同是增加了產品數據庫功能，確保了設計成果不會因突發情況而意外丟失，并且可用關鍵詞進行產品檢索，隨時隨地快速查看產品。

2 系統模型建立

2.1 花型意匠圖數學模型

花型意匠圖是二維平面圖形，所表示的是織物組織表面的花型圖案，所以可使用二維矩陣進行信息描述，二維數據可對花型意匠圖的任意一意匠格的編織信息進行描述并存儲，建立花型意匠圖的二維矩陣C為

式中：j為花紋循環的橫列號，取值范圍為 1，2，…，h，h為組織循環花高，從下至上編號；k為花紋循環的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w，w為組織循環花寬，從左至右進行編號；c(j,k)表示花紋循環中第j橫列第k縱行處的意匠信息，利用顏色編號來賦值，具體取值為0，1，…，15，分別代表不用的顏色信息。根據設計需要選用所需顏色對意匠圖進行點擊填充后，意匠信息以顏色編號的形式被定義并保存。圖3示出花型意匠圖及對應矩陣。

圖3 花型意匠圖的數學表示方法Fig.3 Mathematical expressions of Jacquard pattern notation. (a) Jacquard pattern notation; (b) Array of jacquard pattern notation

2.2 工藝編織圖數學模型

緯編工藝編織圖是將針織物的橫斷面形態用圖形表示的一種方法，不僅表示了每枚織針所編織的結構單元，還表示了織針的配置和排列，在雙面緯編針織物中，還可同時表示出上下針床的編織情況。文中，定義參數P來判定最基本的3種針床配置模型(單針床，羅紋配置，棉毛配置分別用參數1，2，3來表示)。假設完全組織循環花寬為w，循環花高為h，可建立如下編織動作矩陣。

式中：h為花高；w為花寬；j為花紋循環的橫列號，取值范圍為1，2，…，h；k為花紋循環的縱行號，取值范圍為1，2，…，w；k(j,k)為花紋循環中第j橫列第k縱行處的編織信息，可用編織動作編號m來賦值，其具體取值為1，…，9。如表1所示編織情況和數據信息的對應情況。選用不同編織情況對編織圖賦值之后，編織信息被定義并保存。根據保存的信息可繪制出所對應的編織圖，如圖4所示編織圖及其對應矩陣。

表1 編織信息及其對應數據表

圖4 編織圖數學表示方法Fig.4 Mathematical expressions of drawing knitting plan. (a) Drawing knitting plan; (b) Array of drawing knitting plan

2.3 織針排列圖數學模型

織針排列圖是根據工藝編織圖以及生產要求確定下來的每個針道的出針信息，合理配置織針的排列也可增加花型結構的類型。假設完全組織循環花寬為w，針筒針道數t，針盤針道數為p，用z來表示總針道數(t+p)，其織針排列的數學模型可表示為

式中：i表示針道數，取值范圍為1，2，…，z，從下至上編號；k為花紋循環的縱行號，取值范圍為 1，2，…，w，從左至右進行編號；z(i,k)表示第i針道第k根針的出針信息，當z(i,k)=0時表示在第i針道沒有出針信息，當z(i,k)=1時表示第i針道有出針信息。圖5示出織針排列圖及其對應的矩陣z(i,k)，表示針筒針有3種踵位，并呈“/”排列，針盤針有2種踵位，呈一隔一針排列。

圖5 織針排列圖及對應矩陣Fig.5 Pareto pointer array and corresponding array. (a) Pareto pointer array;(b) Array of Pareto pointer array

2.4 三角配置圖數學模型

對于普通圓緯編機上的產品設計，還可用各路成圈系統三角的變化配置來表示織針編的情況，即三角配置圖，同樣也反映了織針編織動作的情況，與工藝編織圖與織針排列圖有著密不可分的關系。在設計花型時先根據編織圖確定織針排列圖，確定了織針排列圖之后再根據具體的編織信息來安排對應的三角。三角配置圖的二維矩陣S為

式中：z為針道數；h為花高；s(i,j)表示第i針道第j路的出針信息，其具體取值再根據k(j,k)來判定。轉換時只需對同一針床上織針的編織數據進行比較，為了便于比較將k(j,k)分為針筒t(j,k)和針盤p(j,k) 2個矩陣，如表2示出其轉化關系。具體繪制流程如圖6所示。圖7所示為線圈圖轉換成三角配置圖的效果圖。

表2 由k(j,k)到t(j,k)和p(j,k)的轉化關系

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

圖6 三角配置圖繪制流程Fig.6 Flow chart of arrangement of cams

圖7 織針排列圖與三角配置對應圖Fig.7 Contrast of Pareto pointer array (a) and arrangement of cams (b)

3 系統功能實現

本文系統是利用ASP.NET技術、C#語言、Javascript語言以及HTML5開發的Web應用程序，即網絡版應用程序，不需要相應的客戶端，只需要操作系統自帶的瀏覽器，從而使用起來非常方便，而線下CAD需要運行在相應的客戶端上；而且它是基于編寫網頁程序語言，可跨平臺，而線下CAD系統對客戶端的操作系統也會有限制，不能跨平臺。雖然B/S模式在圖形的表現能力上以及運行的速度上有所欠缺，但隨網頁語言以及瀏覽器的進一步升級，其兼容性越來越好，用戶體驗更加流暢。比如HTML5在圖形的渲染方面以及音頻、文件的處理上已非常強大。ASP.NET是一種服務器端技術，可制作動態Web頁的內容，并具有2個強大功能：一是通過ADO.NET提供的GridView等數據庫元件可直接和數據庫連接，使產品數據的安全性和實時性得到保證；二是ASP.NET支持應用程序的實時更新[10]。管理員不需要做任何操作，就可更新應用文件。這使得緯編針織物CAD系統開發成為可能。另外，在程序的設計過程中大量使用了HTML5的canvas元素，這個元素本身的功能比較有限，但通過該元素可獲取Canvas-RenderingContxt2D對象，該工具是一個功能強大的繪圖應用程序編程接口(API)，不僅可繪制集合圖形和字符串，而且可利用路徑來繪制復雜的集合圖形。

3.1 花型意匠圖功能實現

花型意匠圖是采用特定符號來表示織針編織結構單元組合的一種設計方式，尤其適用于色彩提花產品的設計，其特點是花型范圍不受限制，這些符號不僅可表示不同結構線圈，還可表示不同原料或不同色彩的紗線。花型意匠圖描述的是織物最后的花紋效果，每個意匠格表示1個線圈，意匠格顏色就代表了該編織區域紗線的顏色，直觀性強，便于用戶的設計[11]。用戶可在花型意匠圖頁面根據需要設計花型，并將設計的花型數據保存在數據庫中。

在意匠圖的設計中其基本元素不是像素點而是意匠格，一個意匠格由20像素(根據需要設定)組成。假設像素點坐標(x,y)，意匠格坐標(j,k)，用gw來表示構成單個意匠格長、寬所需的像素個數， 則它們之間的關系式為

另外，考慮到在提花組織設計中經常會出現大花型的繪制，逐一繪制費時又費力，而且效果不佳。

從繪圖軟件中得到靈感，在緯編針織物設計系統中也添加一些必要的幾何繪圖工具以及油漆桶工具，如直線、矩形、橢圓以及換色、填充等工具。

3.2 工藝設計功能實現

工藝設計包括工藝編織圖、織針排列圖、三角配置圖。工藝編制圖是將針織物的橫斷面形態按編織順序和指針的工作情況，用圖形表示的一種方法，由織針和織針上編織的紗線形成。根據編織情況不同，織針上所編制的紗線分別用表示成圈、集圈和浮線的符號來表示。織針排列為多針道緯編產品設計中針的排列，三角配置圖是用各路成圈系統三角的變化配置來表示織針編織狀態。其中織針排列可從產品設計自動計算得到或進行選擇、設計，三角配置圖由系統根據編織圖和三角配置圖計算得到。

工藝編織圖的功能實現主要依靠canvas貼圖方法。在具體實現過程中首先將線圈所有情況做成圖元保存在程序中，并顯示在界面左側的工具欄中。具體實現過程中應用canvas的雙緩存技術通過工具按鈕的onclick事件獲取圖元并將其畫在一個canvas上，再通過繪圖區域canvas的onmousedown事件將其貼在點擊的相應位置。建立二維動態數組k[j,k]，繪圖完成后保存k[j,k]數據信息，并使用session對象將其存入數據庫的相應字段中。

3.3 產品數據庫的建立與存儲

本文系統采用直接與SQL Server數據庫相連的方法，SQL具有很多優點，例如數據存儲快捷、管理方便、兼容性高[12]。SQL Server 數據庫可保存豐富多樣的數據資源，被形象的比喻為保存數據的倉庫，其所保存的內容不僅僅是單純的數字，還包括其他形式的數據信息，例如文字、圖形、圖像等，對于計算機來講這些都是對保存對象進行具體描述的紀錄[13]。 通過SQL Server數據庫可實現以下功能。

1)數據信息的存儲、統計。將設計好的產品數據存入數據庫后，SQL Server數據庫會根據存入的不同形式的產品數據信息進行分類整理，歸納統計，并予以匯總。這種合理的存取方式大大提高了數據庫的工作效率。

2)數據信息的添加、修改和刪除。運用此功能以及網絡技術將緯編產品數據庫網絡化，在Inte- rnet上實現緯編工藝數據庫數據的添加、編輯、刪除、修改等功能。

3)數據信息的瀏覽和查詢。SQL Server數據庫還具有對歷史信息、歷史數據、及時信息的瀏覽查詢功能，根據登錄的用戶名來判斷所屬單位，只可瀏覽一定范圍內的產品數據，運用數據庫的查詢功能，為緯編產品數據庫設置關鍵字檢索，可根據產品編號、企業編號、機型、日期等進行檢索。

4 結 論

本文研究了一套基于互聯網的緯編針織物CAD系統，經證明該系統使用便捷，操作方便，數據更新速度迅速；擴大了緯編CAD系統的使用范圍，有利于新產品的開發及傳播。

1)建立了花型意匠圖、工藝編織圖、織針排列圖以及三角配置圖數學模型。

2)實現了該系統在互聯網上花型設計以及工藝設計的功能，充分驗證了緯編針織物CAD系統基本功能互聯網化的可行性，是一次成功的嘗試。它的開發將緯編CAD實現真正網絡化，使其不再僅限制于局域網和單機使用。

3)使用SQL Server數據庫格式來保存數據，產品數據庫放在服務器端，用戶通過瀏覽器使用本系統，體現了數據庫技術的優點。

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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

國家自然科學基金項目(61602212)；江蘇省產學研聯合創新資金-前瞻性聯合研究項目(BY2016022-35)

王薇(1990—)，女，碩士生。主要研究方向為數字化紡織技術。蔣高明，通信作者，E-mail:jgm@jiangnan.edu.cn 。

TP 391.7

A