纹织CAD中冰片泥地算法的实现

罗炳金，刘洋飞

(1.浙江纺织服装职业技术学院纺织学院，浙江宁波315211;2.杭州浙大经纬计算机公司，杭州310012)

泥地是装饰纹织物意匠设计重要环节之一，它采用渐变和渲染的笔法，以一定的随机性对光线形成不同角度和亮度的漫反射，使色光和花纹由暗到明或由明到暗进行层次变化，使装饰纹织物富有立体感，使织物花纹形态别具一格。装饰纹织物意匠设计中，泥地没有固定的组织循环，它是通过在意匠图上自由点绘，使组织点从稀疏到密集进行不规则排列，来实现纹织物图案和底纹的装饰效果。在传统的装饰纹织物设计中，泥地绘制都是靠手工操作，文献［1-3］从织物组织变化角度归纳了手工绘制泥地方法:格子镶嵌法、填加法、错位排列法、旋转法、平面组合方法、组合重叠方法等。这几种方法都是在传统的意匠纸上，以织物的三原及其变化组织为基础，通过组织排列次序变化、浮长线长短变化、不同类型的组织组合而手工制作泥地。手工绘制泥地效率低下，设计强度比较大，一幅简单的泥地图案，通常要几个小时甚至几天才能绘制完成。

在装饰纹织物中，按照所表现的机理和形态，常用的泥地类型有冰块泥地、影光泥地、燥笔泥地等类型［4］，其中冰块泥地设计最复杂，影光泥地设计相对简单，而燥笔泥地形成的方式与冰块泥地相似。冰片泥地的特点是整体效果如敲碎的冰面，它的冰纹块形状、大小具有很强的随机性和纹理性，在意匠图上冰块泥地大至十多梭，小至二三梭［5］。

本研究根据传统手工绘制泥地的方法和冰片泥地的特点，讨论在纹织CAD中利用计算机算法，模拟实现冰片泥地的效果，这将极大降低冰片泥地设计的复杂性，使冰片泥地效果更好地应用到装饰纹织物花型设计中。

1 冰片泥地效果的特点分析

冰片泥地的纹理效果可应用于各类家居饰品的图案设计中，图1为一幅较为典型的冰片泥地作底纹的效果图。

图1 冰片泥地作装饰织物底纹的效果Fig.1 Effect chart of borneol mud for making bottom pattern of decorative fabric

从图1可以看出，冰片泥地由一个个小的冰片单元组成，每个冰片单元由短直线条包围而成，单元的面积相仿，形状和位置具有一定的随机性。

由于冰片单元边界的分割，每个冰片单元都形成一个凸形的独立连通区域。并且，每个冰片单元的重心位置，相对均匀的分布在空间中，冰片单元边界线条的粗细也大体一致。

根据冰片泥地的这些结构特点，笔者设计实现了一种冰片种子膨胀实现冰片泥地效果的计算机算法。

2 基本冰片泥地算法的实现

2.1 算法核心

在冰片泥地区域中，根据冰片单元的密度，随机产生冰片单元种子点。以种子点为中心，进行膨胀扩散，直至在不同种子点之间形成分界线。这些分界线为冰片单元的边界线，边界线分割出的独立的单元块，即为冰片单元。

2.2 算法实现步骤

图2为冰片泥地算法的过程:1)设置种子点宽高间隔和种子偏移随机度。2)根据种子点宽高间隔，确定每个种子点初始位置。3)根据种子点偏移随机度，随机产生偏移，偏移后的位置，作为种子点位置。4)建立扩散点顺序表，扩散点顺序是根据距离中心点的远近确定的，原则为先近后远。5)根据扩散点顺序表顺序，对每个种子点进行扩散。先在扩散点顺序表中取出第1个偏移位置，对所有种子点进行扩散;再在扩散点顺序表中取出第2个偏移位置，对所有种子点进行扩散，依次进行下去。6)对于扩散位置上，已有其他种子点的扩散点，则对该点不进行替换。7)对于扩散位置上，本身是空白点，但紧邻(4连通)已填充的扩散点，就作为边界点进行保留。8)为了能及时停止扩散操作，当连续N次一个点都没有替换，就停止扩散。

2.3 算法实现效果

利用Visual C++6.0软件开发平台，对基本冰片泥地的算法进行了实现。测试结果体现了该算法能很好地表现冰片泥地的形态和随机性。图3为横向间隔20，纵向间隔20，种子点随机度50%冰片泥地效果;图4为横向间隔20，纵向间隔20，种子点随机度70%冰片泥地效果。

3 渐变冰片泥地算法的实现

3.1 算法核心

渐变冰片泥地和基本冰片泥地的区别在于冰片种子点的分布。基本冰片泥地的种子点分布是相对均匀等距的，而渐变冰片泥地的种子点分布是根据渐变方式间距按一定规律进行改变的。

以圆形渐变冰片泥地为例，种子点分布的初始位置是以原点为中心，逐渐向外扩散，种子点密度也随向外扩散而变稀疏或紧密。

3.2 圆形渐变冰片泥地函数流程

圆形渐变冰片泥地函数流程见图5。

图2 冰片泥地基本算法的过程Fig.2 Basic algorithm process of borneol mud

图3 横向间隔20，纵向间隔20，种子点随机度50%冰片泥地效果Fig.3 Borneol mud effect under conditions of lateral interval 20，longitudinal interval 20，randomness degree of seed points 50%

图4 横向间隔20，纵向间隔20，种子点随机度70%冰片泥地效果Fig.4 Borneol mud effect under conditions of lateral interval 20，longitudinal interval 20，randomness degree of seed points 70%

图5 冰片泥地函数流程Fig.5 Flow chart of function for borneol mud

3.3 圆形渐变冰片泥地算法实验效果

利用Visual C++6.0软件开发平台，对圆形冰片泥地的算法进行了实现。渐变冰片泥地算法的实现效果见图6、图7。

图6 冰片单元由中心向外逐渐放大的效果Fig.6 The gradually amplifying effect of borneol unit from center to outward

图7 冰片单元由中心向外逐渐缩小的效果Fig.7 The diminishing effect of borneol unit from center to outward

4 纹织CAD中冰片泥地应用的相关问题

针对纹织物设计的实际特点，冰片泥地算法在实际纹织CAD中应用时，还应考虑以下问题:经纬密问题、边界线条粗细问题和接回头问题。

4.1 经纬密问题

纹织物表层经纬密度往往并不相同，如不考虑经纬密度，设计后的冰片泥地效果就会产生严重变形，冰片泥地边界线条也会产生粗细不均或断裂的问题。

设计冰片泥地时，应在排列种子点初始位置时，就考虑织物的经纬密度。根据实际经纬密度和冰片泥地种子间距，换算成确定的意匠坐标位置，这样就能很好地解决经纬密不同的问题了。

4.2 边界线条粗细问题

根据纹织物的特点和图案设计的要求，冰片泥地边界线条的粗细经常需要做一定调整，如经线线条至少2根。改变边界线条粗细，可在按上述算法绘制出单根线条的冰片泥地效果后，对边界线进行后期调整。应用基本膨胀算法，对边界线条横向或纵向进行膨胀，即可改变边界线条的粗细。

4.3 接回头问题

对于装饰纹织物图案，经常需要能够上下左右接回头。这样，在算法实现时，种子点排布和扩散都要考虑图案的边界问题。左边界种子点，要考虑右边界对其的影响;上边界种子点，也要考虑下边界对其的影响。在分布确定种子点位置后，膨胀过程仍要考虑图案边界的接回头。这样，算法生成出的冰片泥地效果，就可以满足装饰纹织物纹样图案接回头的要求了。

5 结论

在纹织物CAD中，装饰纹织物的意匠的阴影画法常常是一个薄弱环节，泥地的设计又是装饰纹织物设计过程中必不可少的。通过对纹织CAD中冰片泥地算法的设计和实现，并进行了一定的实验测试，证明用种子膨胀算法实现冰片泥地是可行的，不仅可以控制冰片泥地的形态和随机性，还可以绘制出用手工基本无法实现的渐变冰片泥地效果。此设计方法给纹织CAD装饰纹织物意匠图的设计带来了方便，加强了意匠图的科学性、准确性，为数码化的装饰织物特别是多色彩多层次的装饰织物(如像景织物)设计提供技术基础。

［1］杨顺宝.谈提花织物中泥地组织的简易绘制［J］.纺织装饰科技，1996(1):14-15.YANG Shunbao.Disscussion on the simple drawing of mud texture weaves on jacquard fabric［J］.Textile Decoration Technology，1996(1):14-15.

［2］陈松竹.试谈泥地的画法［J］.丝绸，1988(1):34-36.CHEN Songzhu.Discussion on drawing of mud texture［J］.Journal of Silk，1988(1):34-36.

［3］俞兴华.泥地花织物花本的简易制作［J］.丝绸，1989(1):24-27.YU Xinghua.Simple to make the jacquard boards of mud texture jacquard fabric［J］.Journal of Silk，1989(1):24-27.

［4］陈亚卿.意匠图的泥地描绘方法［J］.丝绸，2000(3):12-15.CHEN Yaqin.Drawing method of mud texture of jacquard pattern grid［J］.Journal of Silk，2000(3):12-15.

［5］黄翠蓉.织物泥地组织的设计［J］.现代纺织技术，2003(3):14-16.HUANG Cuirong. Design ofmud textureweaves［J］.Advanced Textile Technology，2003(3):14-16.