基于圖像色網(wǎng)點化設計的織物結(jié)構(gòu)呈色特征

張愛丹， 周 赳

(浙江理工大學 材料與紡織學院、 絲綢學院， 浙江 杭州 310018)

由經(jīng)緯紗線垂直交織形成的機織物，主要通過織物組織使交織結(jié)構(gòu)有規(guī)律的變化，實現(xiàn)對圖形與圖像色彩的表達。色彩仿真是提花織物設計中技術(shù)含量較高的研究領(lǐng)域，包括黑白仿真和彩色仿真2個方向。從一種意匠色對應一種織物組織的傳統(tǒng)設計模式到基于影光組織庫的分層組合設計模式，使提花織物對圖像色彩的表達從幾十種增長至數(shù)千種，甚至是百萬數(shù)量級[1]。在紗線配色理論基本達成共識的情況下[2-3]，織物組織庫的設計及其組合應用方式成了當前提花織物色彩仿真設計的核心，也為織物效果的創(chuàng)新設計提供了技術(shù)支持[4-5]。

然而，組織點均勻過渡的織物組織庫，雖能在織物表面呈現(xiàn)漸變的色彩效果，卻絕不是理想中的均勻過渡[6-7]。織物組織點的均勻分布和等量增加，并不能保證織物結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來的混色效果也同樣是均勻的。譬如同向紗線之間的相互滑移而產(chǎn)生隨機的過度顯色，或是本應顯露在織物表面的色紗卻被遮蓋等現(xiàn)象。對于這些問題，目前已有的解決思路主要有2種：一是設計附加的組織點，盡可能避免隨機遮蓋現(xiàn)象的產(chǎn)生[8-9]；二是在研究組織庫顯色規(guī)律的基礎(chǔ)上，進行分級設計和組合應用，改善組織庫織物顯色效果與原始圖像在明度基調(diào)和對比強弱關(guān)系上的擬合度[10]。上述研究在一定程度上完善了織物組織庫的顯色效果，但都是在織物組織庫的內(nèi)部尋找解決問題的辦法。本文嘗試將研究思路轉(zhuǎn)移到圖像色的設計處理上，采取圖像色的網(wǎng)點化設計，探討運用盡可能少的織物組織甚至不用組織的方法，在滿足織物結(jié)構(gòu)漸變呈色的基礎(chǔ)上，進一步提升織物結(jié)構(gòu)呈色均勻度的可能性。

1 設計原理

將連續(xù)調(diào)圖像離散為網(wǎng)點形態(tài)，用二色值網(wǎng)點實現(xiàn)對圖像色階的再現(xiàn)，如圖1所示。這是一種利用了人眼視覺特性以及圖像呈色特點的圖像再現(xiàn)技術(shù)，也稱為數(shù)字半色調(diào)技術(shù)[11]，被廣泛應用于印刷制品。將該原理應用于提花織物設計，將連續(xù)調(diào)的數(shù)碼圖像轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點形式，通過網(wǎng)點的尺寸或聚集密度的變化，實現(xiàn)對圖像階調(diào)層次的表現(xiàn)。

圖1 15級連續(xù)調(diào)漸變圖像色和網(wǎng)點色階Fig.1 Fifteen grades grayscale of continuous tone and halftone. (a) Continuous tone grayscale； (b) Halftone grayscale

網(wǎng)點形態(tài)主要由網(wǎng)點形狀和分布形式2個方面設定。網(wǎng)點形狀指單個網(wǎng)點的幾何形狀，如印刷網(wǎng)點形狀有方形、圓形、菱形、橢圓和同心圓等[12]；網(wǎng)點分布則根據(jù)加網(wǎng)技術(shù)的不同，主要有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)幅調(diào)頻混合等類型[13]。調(diào)頻網(wǎng)點是在網(wǎng)點大小不變的情況下，通過網(wǎng)點的疏密排列表現(xiàn)階調(diào)的濃淡層次；調(diào)幅網(wǎng)點是在網(wǎng)點中心位置不變的情況下，改變網(wǎng)點大小來表現(xiàn)圖像色的漸變效果；而調(diào)幅調(diào)頻混合型則是將二者進行了綜合運用。

網(wǎng)點的大小變化和規(guī)律性排列，具備了類似織物組織庫對圖像色的表現(xiàn)功能。基于織物組織庫的數(shù)碼提花織物，在紋制工藝設計方面，主要通過織物組織庫控制顯露于織物表面的紗線浮長和顯色紗線的比例，而圖像色保持為連續(xù)調(diào)關(guān)系。例如，一幅黑白照片，需根據(jù)選用的組織庫數(shù)量，將圖像色歸納為與組織庫數(shù)量相等的一系列黑白灰漸變色[14]。在這個過程中，圖像色的作用是為織物組織庫提供了一種依次替換的秩序信息。圖像色不直接決定織物色，而決定織物表面呈色效果的是織物組織。文中將圖像色進行了網(wǎng)點化設計后，在顏色數(shù)上只有網(wǎng)點色和地色2種。相對應地，在織物組織上最多也只需要花組織和地組織2種。由此使圖像色真正發(fā)揮了決定性作用。

對于黑白仿真提花織物設計，將圖像轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點圖時，在理論上，通過單層網(wǎng)點自身大小的變化，即可完成對織物色漸變過渡；而色彩仿真提花織物設計，則需要在網(wǎng)點大小變化的基礎(chǔ)上，對不同網(wǎng)點圖層進行組合，以滿足不同色相的混合呈色。此外，通過網(wǎng)點形狀、網(wǎng)點分布角度、網(wǎng)點的聚集形態(tài)等的變化，還可為提花織物的創(chuàng)新設計提供新思路。本文研究主要圍繞將圖像色網(wǎng)點化設計方法應用于黑白仿真提花織物設計而展開。

2 織物樣品的呈色特征分析

2.1 實驗設計

由于調(diào)幅網(wǎng)點在表現(xiàn)色階的變化規(guī)律方面與織物組織的構(gòu)成形式有著內(nèi)在的相通性，因此文中選擇調(diào)幅網(wǎng)點類型為研究對象。其次，對于調(diào)幅網(wǎng)點而言，設計參數(shù)主要有3項，分別是網(wǎng)點大小、分布角度和網(wǎng)點形狀。三者中網(wǎng)點形狀采用印刷中較為普遍的圓形，而另外2項則是此次研究的主要考察對象。網(wǎng)點尺寸采用加網(wǎng)線數(shù)(頻率)表示，頻率越高則單位面積內(nèi)網(wǎng)點數(shù)量越多，而單個網(wǎng)點面積越小，反之，加網(wǎng)線數(shù)越低則單位面積網(wǎng)點數(shù)量越少，而單個網(wǎng)點面積越大。加網(wǎng)線數(shù)以線數(shù)/cm為單位。本文實驗設計了3種加網(wǎng)線數(shù)，分別為8、16和24 線數(shù)/cm；以及在每種加網(wǎng)線數(shù)下各有4種不同分布角度，分別為0°、15°、45°和75°[15]，如圖2所示。

圖2 4種排列角度Fig.2 Four types of distribution angle

將上述3種加網(wǎng)線數(shù)與4種網(wǎng)點分布角度應用于15級的黑白漸變色階，如圖3(a)所示，產(chǎn)生12小組網(wǎng)點漸變色階，每小組對應有15級，見表1。進行織物樣品設計時，分2種情況：1)將12小組網(wǎng)點色階圖直接作為織物組織圖，不鋪設任何織物組織；2)采用一對24枚經(jīng)面和緯面緞紋組織進行織物設計。在第1種情況下，由于黑和白兩色不產(chǎn)生網(wǎng)點，黑、白2色所對應的織物因其經(jīng)緯兩向紗線沒有實質(zhì)性交織，實際只產(chǎn)生13塊織物樣品，如圖3(b)所示，即編號為1和15的2色對應的樣品，其經(jīng)緯紗線不產(chǎn)生交織，未能形成織物。在第2種情況下，所有色階均產(chǎn)生對應的織物，如圖3(c)所示。另外，基于比較分析的需要，采用緞紋影光組織庫進行織物樣品的設計與織造，其組織庫的基本組織為16枚3飛，過渡方向分別采用緯向過渡和經(jīng)向過渡2種，2組組織庫數(shù)量與網(wǎng)點漸變等級數(shù)保持一致，均為15級。因此，本文實驗網(wǎng)點織物樣品共計24小組，其中鋪設織物組織和不鋪設織物組織各12組；影光組織織物樣品2組。

圖3 黑白漸變色階及其對應的網(wǎng)點織物樣品Fig.3 Grayscale with continuous tone and two groups of halftone fabric samples with gradual change effect.(a) Continuous tone grayscale with level 15； (b) Fabric sample group without using weave; (c) Fabric sample group using a pair of weave

表1 網(wǎng)點色階的組數(shù)與級數(shù)Tab.1 Grade and group numbers of halftone grayscale

2.2 織物樣品規(guī)格和測色

所有織物樣品由1組白經(jīng)和1組黑緯交織而成，經(jīng)、緯線均采用23.3 dtex ×2桑蠶絲；且經(jīng)、緯密也均為1 100根/(10 cm)。本文實驗織造織物樣品26小組，共計366塊，其中2小組織物樣品如圖3(b)、(c)所示。為便于測色，對織物樣品進行托裱處理，托裱材料：托膠腹背紙；托裱溫度：100～125℃。最后將每塊樣品裁剪成4 cm×4 cm的織物色卡。

織物樣品均采用美國X-rite愛色麗 Color i7 臺式分光測色儀進行測色和數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集條件：顏色系統(tǒng)為CIEL*a*b*，光源為脈沖氙燈D65，觀測角度為10°，測量孔徑為25 mm。每塊織物樣品測3次，取其平均值。

2.3 織物呈色特點分析

從樣品的織物結(jié)構(gòu)來看，不鋪設組織的織物樣品中，網(wǎng)點排列角度為0°的3小組織物均無法成立；而網(wǎng)點排列角度為45°的3小組中，8線數(shù)/cm組有9塊，16 線數(shù)/cm和24 線數(shù)/cm小組各有7塊織物無法成立。可見，在圓形網(wǎng)點的情況下，0°和45°的網(wǎng)點排列角度無法實現(xiàn)對經(jīng)緯紗線的交織作用。下面就余下的18小組網(wǎng)點織物樣品和2小組影光組織織物樣品進行階調(diào)變化的比較分析。

2.3.1 明度均值的比較分析

由于織物樣品為黑白漸變色織物，因此僅就織物樣品的明度值進行比較分析，如表2所示。首先，根據(jù)3種網(wǎng)點大小規(guī)格，計算4種不同網(wǎng)點角度織物樣品組的明度均值，再計算4組總的明度均值，分別見表2中A組和B組數(shù)據(jù)。其中A組為未鋪設織物組織的網(wǎng)點織物，B組為鋪設了一對24枚5飛經(jīng)面和緯面組織的網(wǎng)點織物。同時，計算2組影光組織織物樣品的明度均值，見表2中C組和D組數(shù)據(jù)，其中C組為緯向加強，D組為經(jīng)向加強。

表2 織物樣品組明度均值Tab.2 Mean value of lightness of fabric sample groups

注：/表示不涉及該項數(shù)值。

根據(jù)將黑色(明度值為0)到白色(明度值為100)分為15等分，其平均明度值仍為50為參照值，發(fā)現(xiàn)采用緯向加強組織庫的織物樣品C組的明度平均值最接近50；其次是鋪設組織的B組中網(wǎng)點規(guī)格為24線數(shù)/cm的織物樣品組；未鋪設組織的A組的明度平均值總體偏高。這是由于其中缺少黑色和白色2種色階的織物樣品。

由此可知，依靠網(wǎng)點的排布而不鋪設織物組織，可滿足織物結(jié)構(gòu)對圖像漸變色的表現(xiàn)，但因黑、白2色沒有網(wǎng)點，只能表現(xiàn)為經(jīng)浮長和緯浮長，在結(jié)構(gòu)上沒有產(chǎn)生實質(zhì)性的交織。所以當圖像存在大面積的黑色或白色，則會嚴重影響織物品質(zhì)，這種情況下必須鋪設織物組織。如果圖像中沒有黑白兩色，或黑白兩色在圖像中以小面積的形式存在，即長寬不超過織物表面實際經(jīng)緯密度的1/3，則可考慮不用鋪設織物組織。此外，在網(wǎng)點排布角度方面，0°和45°角網(wǎng)點排布會產(chǎn)生空檔，所以不能使用。

通過對鋪設了2種織物組織的15級網(wǎng)點織物樣品和2組影光組織織物樣品的明度值分布情況的比較，結(jié)果表明除了經(jīng)向加強影光織物一組之外，其他織物樣品組總體上都比較接近，與圖像色度值匹配度相對較好，如圖4所示。

圖4 織物樣品組與圖像色階的明度值曲線圖Fig.4 Curve graph of lightness of fabric samples and grayscale

2.3.2 明度過渡的均勻性分析

根據(jù)上述對織物樣品組明度平均值的分析，雖然從總體上考察了織物樣品組對圖像漸變色的呈現(xiàn)情況，但并不能全面說明圖像色網(wǎng)點化設計所具有的優(yōu)勢。下面從各織物樣品組內(nèi)部明度差變化情況，考察各織物樣品組的漸變呈色均勻性。

從織物樣品組明度變化的離散程度，來評價明度值變化的均勻性。首先采用ΔL=[(Li-Li+1)2]1/2公式計算各織物樣品小組中每相鄰2塊織物的明度差(式中ΔL為同一織物樣品組中兩個相織物的明度差，Li、Li+1是同一織物樣品組中兩個相鄰織物的明度值)。再采用標準差公式對各組明度差值進行離散程度的量化計算，獲得3種網(wǎng)點大小不同網(wǎng)點排布角度織物樣品明度差的離散值，見表3、4所示。

表3 A組網(wǎng)點織物樣品明度差離散值Tab.3 Standard deviation values of lightness difference of fabric sample group A

表4 B組網(wǎng)點織物樣品明度差離散值Tab.4 Standard deviation values of lightness difference of fabric sample group B

從表3、4可知，8 線數(shù)/cm織物樣品組明度差離散值最小，其次是16 線數(shù)/cm組。這表明網(wǎng)點越大，網(wǎng)點織物明度過渡越均勻，但網(wǎng)點越大則無法表現(xiàn)圖像的細節(jié)。從網(wǎng)點排布角度來看，未鋪設組織的網(wǎng)點織物(A組)中75°角織物樣品組明度差的離散值最小，而鋪設組織的網(wǎng)點織物(B組)中15°角效果最佳。可見不鋪設組織時選擇75°角，而鋪設組織時采用15°角效果最佳。

在比較了網(wǎng)點織物樣品組中不同網(wǎng)點大小和分布角度之間明度差的離散值后，進行各組間的橫向比較分析。以表3中B組明度差離散值為例，將3種加網(wǎng)線數(shù)下4種角度的明度差離散值進行平均值計算，即為0.91、1.27和1.86；再以相同方法計算A組。同時，計算2組采用影光組織庫的織物樣品的明度差離散均值，結(jié)果如表5所示。

表5 4組織物樣品的明度差離散均值Tab.5 Mean values of the standard deviations of lightness difference of four groups

注：/表示不涉及該項數(shù)值。

離散值越小則表明織物漸變色組的過渡越均勻。從表5可知，所有網(wǎng)點織物中除B組中加網(wǎng)線數(shù)為24線數(shù)/cm小組的數(shù)值略大于緯向加強組外，其余均小于采用影光組織庫的織物樣品。網(wǎng)點織物樣品總體明度差的離散均值為1.30，而采用影光組織庫的織物樣品組明度差的離散均值為1.91，前者比后者降低了31.94%。可見，在相同的織物規(guī)格和織造條件下，采用網(wǎng)點設計方法在表現(xiàn)黑白色階均勻過渡方面，具有一定的優(yōu)勢。

3 設計應用

基于上述的比較分析，下面將圖像色的網(wǎng)點化設計方法應用于黑白單層提花織物設計，考察其在具體設計實踐中的應用效果。圖像原稿是1幅灰度模式的花卉油畫，見圖5(a)，將其從連續(xù)調(diào)轉(zhuǎn)化為半色調(diào)的網(wǎng)點樣式后，一組不鋪設織物組織；另一組網(wǎng)點色和地色分別鋪設24枚的緯面和經(jīng)面緞紋兩種織物組織。圖像網(wǎng)點的大小設有3種，分別為8、12和24線數(shù)/cm，其他織物規(guī)格和織造條件均與上述織物樣品保持一致。其中鋪設了織物組織的1組織物效果見圖5(b)～(d)所示。

圖5 基于網(wǎng)點過渡的黑白仿真提花織物效果Fig.5 Colorless simulative jacquard fabric effect based on halftone dot transition. (a) Original image; (b) 8 line/cm fabric effect; (c) 12 line/cm fabric effect; (d) 24 line/cm fabric effect

從2組織物的實物效果來看，鋪設了2種織物組織的3幅織物圖像，其織物結(jié)構(gòu)均勻，網(wǎng)點大小為8線數(shù)/cm的織物圖像網(wǎng)點清晰可辨，隨著網(wǎng)點從12線數(shù)/cm增加至24線數(shù)/cm，網(wǎng)點感逐漸變?nèi)酰敝粱緹o法辨別。而未鋪設織物組織的一組，圖像最亮部為經(jīng)浮長，最暗部為緯浮長，織物結(jié)構(gòu)較松。其他分部織物效果尚好。總之，隨著加網(wǎng)線數(shù)的增加，織物結(jié)構(gòu)緊實度隨之加強，同時，織物圖像的明度對比強度也有所提高，主要表現(xiàn)為暗部加深，但暗部階調(diào)過渡的豐富性有所降低。

4 結(jié)束語

從網(wǎng)點大小角度而言，在原始數(shù)碼圖像的長寬像素符合提花織物設計要求的情況下，將其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)點圖像時，加網(wǎng)線數(shù)為16線數(shù)/cm左右較為理想。小于此數(shù)值時，單純表現(xiàn)漸變色階則織物漸變色的均勻度將會提高；但用于表現(xiàn)圖像，由于網(wǎng)點較大，轉(zhuǎn)化為二色值圖像后，圖像細節(jié)信息無法得到呈現(xiàn)。大于此數(shù)值時，織物色階的漸變過渡均勻性有所減低；同時在表現(xiàn)圖像時，由于網(wǎng)點過小對織物結(jié)構(gòu)的呈色造成干擾，反而不利于呈現(xiàn)圖像階調(diào)的豐富層次性，尤其是圖像暗部，不僅色調(diào)加深且圖像細節(jié)也會略有丟失。因此從連續(xù)調(diào)圖像色轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點圖像時，加網(wǎng)線數(shù)的設置非常關(guān)鍵。

從4種網(wǎng)點分布角度來看，其中15°和75° 2種角度可滿足不鋪設織物組織的提花織物設計，但加網(wǎng)線數(shù)需適度調(diào)高使網(wǎng)點變小，以提高織物結(jié)構(gòu)的緊密度。圖像中如有大面積黑色和白色，則必須鋪設織物組織，因此，在單層織物結(jié)構(gòu)條件下，圖像色網(wǎng)點化設計可以結(jié)合一對具有正反效應的織物組織，即可滿足絕大多數(shù)情況的黑白仿真提花織物設計要求。

圖像色的網(wǎng)點化設計，一方面為原始圖像的分色提供了一條新的途徑，在不影響圖像階調(diào)濃淡變化層次的前提下，通過將連續(xù)調(diào)的圖像色轉(zhuǎn)化為只有黑白兩色的圖像，在最大程度上降低了對織物組織的依賴性；另一方面，由于圖像色的網(wǎng)點化設計，產(chǎn)生了類似織物組織庫作用，為織物設計開創(chuàng)了新思路。

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