三緯組合全顯結(jié)構(gòu)織物表面織紋的影響機(jī)理

胡伊麗，周 赳

(浙江理工大學(xué)浙江省絲綢與時(shí)尚文化研究中心，杭州 310018)

組合全顯提花織物[1]是基于分層組合設(shè)計(jì)模式的數(shù)碼提花織物[2-3]，其織物表面色彩豐富，顯色穩(wěn)定。在三緯組合全顯結(jié)構(gòu)中，一般選用三組緞紋組織為基礎(chǔ)組織，選中的緞紋組織具有相同的組織循環(huán)數(shù)(R)和飛數(shù)(S)，但起始點(diǎn)位置(W)不同[4]。三組基礎(chǔ)組織在分層組合設(shè)計(jì)模式下會重構(gòu)組織點(diǎn)分布，從而在織物表面表現(xiàn)出不可控的織紋斜向?？椢锉砻娴目椉y是提花產(chǎn)品區(qū)別印花的重要特征，其結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的規(guī)律性經(jīng)緯紗線排列可反射光線，展現(xiàn)出不同光澤的織物織紋效果[5]。

近年來，針對組合全顯結(jié)構(gòu)的表面效果進(jìn)行研究與創(chuàng)新主要有：許雅婷等[6]、彭稀等[7]將蜂巢肌理組織與全顯色結(jié)構(gòu)的分區(qū)域組合增加面料肌理的豐富性；張愛丹等[8]提出了小循環(huán)紋理組織的多方向和多倍率擴(kuò)展設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了紋理組織與全顯色組織庫的全方位匹配。上述研究將組合全顯結(jié)構(gòu)與肌理組織結(jié)合，能豐富織物表面肌理效果，但并沒有從組合全顯結(jié)構(gòu)本身出發(fā)，使其在滿足豐富色彩的基礎(chǔ)上優(yōu)化其表面織紋效果。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，組合全顯結(jié)構(gòu)織物表面會出現(xiàn)不可控的織紋斜向，而探究其織紋斜向影響機(jī)理的相關(guān)文獻(xiàn)未見報(bào)道。

因此，本文選取三緯組合全顯結(jié)構(gòu)為研究對象，采用組織循環(huán)數(shù)為16的6種飛數(shù)組織，分別設(shè)計(jì)全顯技術(shù)組織完成規(guī)格相同的三緯組合全顯提花織物，來探究三緯組合全顯結(jié)構(gòu)織物形成表面織紋的影響機(jī)理，最后結(jié)合綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐驗(yàn)證不同織紋斜向的應(yīng)用價(jià)值，為提花織物的數(shù)字化設(shè)計(jì)研究提供理論依據(jù)。

1 織物表面織紋形成原理

為保證穩(wěn)定的織物混色效果，三緯組合全顯結(jié)構(gòu)是將三組緞紋基礎(chǔ)組織通過一緯兩點(diǎn)[9]的技術(shù)方法設(shè)計(jì)為組合全顯技術(shù)組織，并以統(tǒng)一增點(diǎn)的方式[10]設(shè)計(jì)各基礎(chǔ)組織全顯組織庫，最后以1∶1∶1的緯向組合排列形成三緯組合全顯組織庫。以三組R=16,SW=3,W=1/8/14為例，各基礎(chǔ)組織因緯排改變組織點(diǎn)在一個(gè)完整循環(huán)內(nèi)的組織點(diǎn)分布，如圖1(a)-(d)所示。三組基礎(chǔ)組織組合后，根據(jù)起始點(diǎn)位置可表示為W1-8-14，如圖1(e)所示，該組合基礎(chǔ)組織通過統(tǒng)一向右增點(diǎn)形成組織庫，可產(chǎn)生143種組合結(jié)構(gòu)，其中最小組織庫如圖1(f)所示。圖1(f)表明組織庫在增點(diǎn)過程具有以下技術(shù)特征：a)各組合結(jié)構(gòu)始終保持在上一個(gè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上等量增點(diǎn)，因而組合基礎(chǔ)組織始終為增點(diǎn)起始點(diǎn)。b)各組合結(jié)構(gòu)每相鄰三緯可形成復(fù)合組織鏈[11]，其結(jié)構(gòu)特征保持統(tǒng)一。c)復(fù)合組織鏈依次向上時(shí)右移的最小距離為緯向復(fù)飛數(shù)[12]，為Sw，且Sw=SW。根據(jù)組織庫的技術(shù)特征，將組織增點(diǎn)過程以圖例表示如 圖2(a)所示，圖2(a)中黑色表示增點(diǎn)起始點(diǎn)為鏈頭，組織增點(diǎn)過程為黑色均勻漸變至白色，白色為鏈尾，從鏈頭到鏈尾的距離為鏈長。三緯組合結(jié)構(gòu)變化圖例如圖2(b)所示，三緯復(fù)合組織鏈變化圖例如圖2(c)所示，圖2(c)表明，三組基礎(chǔ)組織起始點(diǎn)位置均可作為復(fù)合組織鏈的鏈頭，由于緯向復(fù)飛數(shù)唯一，3種表示均表現(xiàn)出相同的斜向分布特征。

圖1 三緯組合全顯組織結(jié)構(gòu)

組合全顯組織庫的技術(shù)特征是組合全顯結(jié)構(gòu)表面顯色的基礎(chǔ)，同時(shí)該結(jié)構(gòu)也是伴隨產(chǎn)生表面織紋斜向的原因。三緯組合全顯結(jié)構(gòu)顯色是由三組色緯以空間并置混合顯色原理[13]表現(xiàn)織物表面色彩，每三組色緯以等同緯向復(fù)合組織鏈的形式構(gòu)成結(jié)構(gòu)顯色的最小單元。最小單元通過調(diào)整經(jīng)緯組織點(diǎn)的占比來呈現(xiàn)織物表面色彩，為保持穩(wěn)定的漸變顯色效果，通常以統(tǒng)一方向增點(diǎn)的過渡方式從緯面組織過渡到經(jīng)面組織。由此可見，結(jié)構(gòu)顯色變化過程是通過復(fù)合組織鏈以固定鏈頭、調(diào)整鏈長的方式調(diào)整結(jié)構(gòu)色彩。正是這種變化方式使得最小顯色單元易形成連續(xù)的經(jīng)緯組織點(diǎn)構(gòu)成浮長，而緯向復(fù)飛數(shù)唯一使得經(jīng)緯浮長規(guī)律性傾斜排列，因而在織物顯色的同時(shí)伴隨產(chǎn)生織紋斜向。具體分析如下：當(dāng)鏈長大于鏈頭的橫向間距，連續(xù)的緯組織點(diǎn)以顯色緯浮長從鏈頭始處沿緯向復(fù)合組織鏈傾斜排列，在織物表面呈現(xiàn)斜向紋路。當(dāng)鏈長小于鏈頭的橫向間距時(shí)，鏈尾以密集的經(jīng)浮長以緊貼鏈頭處傾斜排列形成斜向紋路。因此，表面織紋斜向與復(fù)合組織鏈的鏈頭位置密切相關(guān)。

復(fù)合組織鏈鏈頭位置是單組基礎(chǔ)組織在組合結(jié)構(gòu)的組織點(diǎn)分布位置。在三緯組合全顯結(jié)構(gòu)中，基礎(chǔ)組織分布位置受飛數(shù)和起始點(diǎn)位置影響，飛數(shù)控制單組基礎(chǔ)組織的組織點(diǎn)分布，起始點(diǎn)位置調(diào)節(jié)各組緯組織點(diǎn)的相對位置關(guān)系。前期研究表明，基礎(chǔ)組織起始點(diǎn)的位置通過影響各顯色緯的相對位置關(guān)系來調(diào)節(jié)織物表面織紋斜向明顯度，因而分布均勻的組織點(diǎn)可減少產(chǎn)生明顯的織紋斜向，如圖3(a)所示，分布不均勻的組織點(diǎn)增加各顯色緯鏈尾區(qū)域的重疊性，產(chǎn)生密集的經(jīng)浮長，從而在織物表面形成明顯的織紋斜向，如圖3(b)所示。由此可見，基礎(chǔ)組織飛數(shù)是影響織物表面織紋斜向的主要原因，起始點(diǎn)位置調(diào)節(jié)織紋斜向明顯度。

2 實(shí) 驗(yàn)

為驗(yàn)證基礎(chǔ)組織飛數(shù)與表面織紋的影響機(jī)理，選取了16枚中的所有正則緞紋[14]，通過控制變量法，設(shè)計(jì)組合全顯組織庫并織造規(guī)格相同的織物，研究其表面織紋效果。

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先選取R=16的6種飛數(shù)的基礎(chǔ)組織，如 圖4 所示。其次，以組織點(diǎn)分布均勻的原則建立三緯組合基礎(chǔ)組織，如圖5所示。再次通過設(shè)計(jì)組合全顯技術(shù)點(diǎn)以統(tǒng)一向右增點(diǎn)的方式完成組合全顯組織庫的設(shè)計(jì)，并選取三緯組合兩緯漸變組織庫設(shè)計(jì)14級織物色卡并織造，共84塊。試樣由一組白經(jīng)和三組色緯交織而成，組合排列比為1∶1∶1，經(jīng)線為45 dtex滌綸絲，緯組合為67.5 dtex滌綸絲，經(jīng)密為1 140根/10 cm，緯密為750根/10 cm，三組色緯均為常規(guī)織造。

圖4 R=16的正則緞紋組織

圖5 16枚不同飛數(shù)的組合基礎(chǔ)組織

獲得所織色卡后，先采用上海迪諾力泰(Dino-Lite)的AF4115ZT 1.3MP Digital Microscope數(shù)字微型顯微鏡拍攝織物表面織紋圖，放大倍數(shù)為20倍。再通過圖像閾值分割法[15]獲得織紋斜向分割圖，最后根據(jù)分割圖直觀識別織紋斜向方向、測量表面織紋斜向角度正切值和辨別表面織紋明顯度。圖像閾值分割法是將灰度圖像的某個(gè)灰度值作為圖像分割的閾值(T)，對圖像灰度直方圖的像素進(jìn)行歸類，將灰度值在閾值范圍內(nèi)的像素歸為一類從而完成圖像分割。如圖6所示，拍攝獲得的織物表面紋織圖去色獲得灰度圖，根據(jù)灰度圖畫出對應(yīng)的灰度直方圖如圖7所示，圖7中橫坐標(biāo)代表灰度值，橫坐標(biāo)的取值為0至255，縱坐標(biāo)代表該灰度值對應(yīng)像素在圖像中出現(xiàn)的頻率。將灰度直方圖取6組閾值獲得分割圖如圖8所示，圖8表明，當(dāng)閾值為155時(shí)，可明顯表現(xiàn)織物表面因規(guī)律性經(jīng)緯線排列而表現(xiàn)出周期性變化的織紋斜向特征。

圖6 織物表面織紋灰度圖

圖7 原圖對應(yīng)的灰度直方圖

圖8 不同閾值圖像分割圖

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 斜向方向分析

試樣表面織紋如圖9所示，通過橫向比較相同飛數(shù)所形成的表面織紋特征發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)數(shù)為16的基礎(chǔ)組織中，相同飛數(shù)的組合結(jié)構(gòu)表面織紋斜向方向一致。通過比較縱向不同飛數(shù)所形成的表面織紋特征發(fā)現(xiàn)，不同飛數(shù)的組合結(jié)構(gòu)表面織紋斜向方向不同，具體表現(xiàn)為：當(dāng)SwR/2時(shí)，表面織物表現(xiàn)左斜的紋理；且Sw=3與Sw=13、Sw=5與Sw=11、Sw=7與Sw=9的表面斜向呈垂直對稱關(guān)系。

圖9 不同飛數(shù)的織物表面織紋圖

2.2.2 斜向角度分析

經(jīng)閾值分割法獲得各飛數(shù)的閾值分割圖如 圖10 所示，圖10中左邊為三緯組合兩緯漸變組織庫中第四級織物表面織紋灰度圖，右邊為該灰度圖閾值為155的圖像分割圖。通過分割圖表現(xiàn)的織紋斜向特征可計(jì)算織物斜向角度正切值tanβ，其中以灰度圖中經(jīng)向垂直線為水平線，該水平線與閾值分割圖產(chǎn)生的斜線的夾角為角度β。借鑒角度斜紋計(jì)算公式tanα=Pj÷Pw×Sj÷Sw，得出三緯組合全顯結(jié)構(gòu)表面織紋角度公式tanβ為:

圖10 不同飛數(shù)的織物表面織紋灰度圖與閾值分割圖

(1)

式中：Pj為經(jīng)密，Pw為緯密，K為修正系數(shù)。當(dāng)Pj=1140根/10 cm、Pw=750根/10 cm時(shí)，K值約為0.94。

由式(1)可知，表面斜向角度不僅受單組基礎(chǔ)組織飛數(shù)影響，還與經(jīng)緯密度相關(guān)，緯密越小，斜向角度越大。

2.2.3 斜向明顯度分析

由圖9可知織物表面織紋斜向存在明顯度差異。比較不同飛數(shù)的織紋斜向明顯度，Sw=3和Sw=13的斜向最明顯，Sw=5和Sw=11次之，Sw=7和Sw=9最不明顯。產(chǎn)生上述原因是不同飛數(shù)使得組合結(jié)構(gòu)中單組基礎(chǔ)組織的鏈頭位置以不同規(guī)律重構(gòu)分布，當(dāng)單個(gè)基礎(chǔ)組織在組合結(jié)構(gòu)中任意相鄰的4個(gè)組織點(diǎn)分布越接近正方形，則三緯組合全顯結(jié)構(gòu)表面織紋斜向明顯度越弱。如圖11所示，Sw=3 和Sw=13的單組基礎(chǔ)組織在組合結(jié)構(gòu)中相鄰4個(gè)組織點(diǎn)連線為矩形，在織物表面表現(xiàn)為寬距離的浮長傾斜排列，因而織物表面織紋明顯度強(qiáng)，而Sw=7和Sw=9的組織點(diǎn)連線接近正方形，減弱浮長的傾斜排列，因而織物表面織紋明顯度弱。

圖11 不同飛數(shù)的基礎(chǔ)組織鏈頭分布位置與織物表面織紋閾值分割圖

此外，顯色緯數(shù)量影響表面織紋斜向明顯度。選取16枚3飛組織庫中不同顯色緯數(shù)量的表面織紋圖，如圖12所示。結(jié)果表明，全經(jīng)面組織因表面為密集的經(jīng)浮長，表面織紋明顯度弱；一緯顯色可產(chǎn)生明顯織紋斜向，二緯顯色為兩組一緯顯色組織以空間并置關(guān)系重疊排列，重疊部分使得表面織紋斜向明顯度增加。三緯全顯色組織因基礎(chǔ)組織起始點(diǎn)位置分布不均勻會使織紋斜向明顯度增加，但三組緯等距均勻排列會減弱表面織紋斜向明顯度。

圖12 不同顯色緯數(shù)量的織物表面織紋圖

3 設(shè)計(jì)實(shí)踐

設(shè)計(jì)實(shí)踐是驗(yàn)證不同織紋斜向的組合全顯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果。實(shí)踐以國風(fēng)山水的竹林溪石等元素完成數(shù)字化圖案設(shè)計(jì)如圖13(a)所示；結(jié)構(gòu)上以R=16，Sw=3/5/7分別設(shè)計(jì)完成三緯組合全顯組織庫，并將組織庫匹配數(shù)碼圖案完成組合全顯提花織物。設(shè)計(jì)實(shí)踐由一組經(jīng)線與三組色緯交織，三緯組合排列比為1∶1∶1，經(jīng)線為22.2/24.4 dtex桑蠶絲，緯組合為3股22.2/22.4 dtex桑蠶絲并絲線型，經(jīng)密為1 140根/10 cm，緯密為660根/10 cm。

織物效果如圖13(b)所示，實(shí)踐表明不同飛數(shù)的組合全顯提花織物均可滿足豐富的暈紋漸變顯色效果，但3種不同飛數(shù)的表面織紋表現(xiàn)出不同的斜向特征，使得織物表現(xiàn)不同細(xì)膩程度的光澤效果，織紋斜向強(qiáng)的織物表面產(chǎn)生平行向斜路，給人強(qiáng)烈的節(jié)奏感；織紋斜向弱的織物表面平整，無明顯方向性的斜路，感觀舒適。當(dāng)T=155時(shí)，各飛數(shù)的閾值分割圖如圖13(c)―(e)所示，圖示表明三組飛數(shù)的織物表面斜向方向均向右，斜向角度Sw=3最大，Sw=7最?。恍毕蛎黠@度Sw=3最大，Sw=7最??；Sw=7展現(xiàn)的織物表面效果細(xì)膩程度最佳，Sw=5次之，Sw=3最差。結(jié)果表明織物表面織紋斜向特征影響織物圖案的表達(dá)，表面斜向特征斜向弱的織物在圖案效果表現(xiàn)上更加細(xì)膩，表現(xiàn)細(xì)節(jié)更豐富。

圖13 圖案設(shè)計(jì)效果圖與織物表面紋織斜向分割圖

4 結(jié) 論

本文分析織物表面織紋形成原理并通過實(shí)驗(yàn)對比不同織物表面的織紋斜向方向、角度、明顯度，來探究組合全顯結(jié)構(gòu)表面織紋斜向的影響機(jī)理。并以設(shè)計(jì)實(shí)踐對三緯組合全顯結(jié)構(gòu)織物表面織紋斜向的呈現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行實(shí)證研究，得出以下結(jié)論：

a)單個(gè)基礎(chǔ)組織在組合結(jié)構(gòu)中的組織點(diǎn)分布是影響織物織紋斜向的主要因素。

b)基礎(chǔ)組織飛數(shù)大小控制織紋斜向方向，具體表現(xiàn)為R=16的三組基礎(chǔ)組織以1∶1∶1緯向組合，當(dāng)SwR/2時(shí)，表面織物表現(xiàn)為左斜；且Sw相加為R的兩種飛數(shù)的織物表面斜向呈垂直對稱關(guān)系。

c)在Sw

d)顯色緯數(shù)量、基礎(chǔ)組織起始點(diǎn)位置調(diào)節(jié)織物織紋斜向明顯度。

e)在R=16的前提下，S=7的基礎(chǔ)組織形成的織物織紋斜向最不明顯，織物表面效果細(xì)膩。

本文提出的三緯組合全顯結(jié)構(gòu)織紋斜向的影響機(jī)理同樣適用于其他組合全顯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，為數(shù)碼提花織物組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。