经编起绒织物的计算机仿真

熊 莹， 缪旭红， 蒋高明， 张爱军， 刘伟峰

(1. 江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 常熟启弘纺织实业有限公司， 江苏 苏州 215000)



经编起绒织物的计算机仿真

熊 莹1， 缪旭红1， 蒋高明1， 张爱军1， 刘伟峰2

(1. 江南大学 针织技术教育部工程研究中心， 江苏 无锡 214122； 2. 常熟启弘纺织实业有限公司， 江苏 苏州 215000)

为提高经编起绒织物的设计效率及准确性，增强其计算机辅助设计时的仿真效果，在对经编起绒织物不同组织结构的起绒方式及外观特点进行深入研究和归纳总结的基础上，建立了经编起绒织物设计的数学模型，包括穿经数学模型、垫纱数码数学模型、绒梳意匠图数学模型及经编起绒织物意匠图数学模型，对经编起绒织物的计算机仿真模型进行数学描述和相应赋值。并利用 VC++. NET 程序语言作为软件开发工具得到经编起绒织物的仿真图，实现经编起绒织物的计算机仿真。

经编； 起绒； 织物仿真； 模型； 数学描述

经编起绒织物是在高速特里科经编机上织造后经过起绒整理的一种绒类织物，具有绒毛丰满，柔软顺滑，尺寸稳定性好，不易脱毛的特点，在绒类织物市场占有相当大的比例。广泛应用于沙发包覆、家纺家饰、汽车内饰、商务休闲外套等领域[1]。随着市场对产品花式变化的需求和电子横移在高速特里科机器上的应用推广，通过组织变化和穿经配合形成色彩或凹凸提花毛绒织物，从而减少染整加工工序已成为这类产品的主要开发方向。

运用计算机辅助设计及仿真不仅可以提高经编织物设计效率，还能模拟花型，提高设计准确性[2]。目前对于经编绒类织物的仿真主要是采用随机分布的起毛点，以随机角度短线条表示所起绒毛[3]，辅以图像处理技术中的模糊滤镜功能[4]，或者采集不同毛绒效果图进行选择贴图，模拟毛绒织物表面效果。本文研究的是目前常见的一类经编起绒织物的仿真模型，即前梳为绒梳，通过穿经及组织变化形成色彩或者凹凸组织纹理。由于该类织物需要通过起绒整理将延展线拉断才能呈现花纹效果，要判断线圈点是否起绒及起绒点颜色、起绒的角度，用一般的仿真方法根本不能达到仿真效果。基于此，本文对绒梳在前梳的经编凹凸起绒织物的起绒方式及外观特点进行了研究，建立数学模型进行数学描述和判断，并进行仿真模型的建立，提高了经编起绒织物的仿真准确性，为经编起绒织物的花色多样性提供可能，对经编起绒织物的发展具有促进意义。

1 经编起绒织物的分类及外观特征

本文研究的经编起绒织物在高速特里科经编机上织造，机号用E28～E32，采用2～4把梳栉，起绒高度为0.5～4 mm，在起毛机上由针布将长延展线拉断使线圈处形成簇状绒毛，绒毛具有一定的方向性。因此，经编起绒织物组织中必须有能起绒的长延展线，延展线长度大于等于2个针距。经编起绒织物可在平绒的基础上通过组织结构变化结合穿经变化形成凹凸组织纹理。将用于起绒的导纱梳称为绒梳，将形成底布的导纱梳称为地梳。绒梳延展线方向必须与第1把地梳延展线方向相同才有利于起绒。绒梳穿经结合组织结构变化，可形成具有一定花色的凹凸组织纹理。

1.1 绒梳满穿形成色彩毛绒织物

绒梳在前梳，采用色纱搭配或采用2种原料，如涤纶DTY与阳离子涤纶，染色后2种原料呈现不同的颜色，配合组织及穿经，形成双色毛绒，若有2把绒梳，将会增加2种颜色的混色毛绒，形成多色效果。由于绒毛颜色、色泽的对比，可形成凹凸的视觉效果。

1.2 绒梳空穿形成凹凸毛绒织物

绒梳在前梳，一般有1～2把，带有空穿，相互配合，由有绒、无绒区域的凹凸对比形成立体花型。2把绒梳延展线方向相同，在拉毛时绒梳延展线全部被拉断，在线圈根部呈现起毛状态，绒毛颜色为该线圈纱线的颜色。2把绒梳的情况下，会出现某些线圈里2根绒毛的情况。

2 经编起绒类织物的数学模型

2.1 通用数学模型

2.1.1 穿经数学模型

每把梳栉都有各自的穿经方式，需分别表示，穿经循环的数学模型用矩阵[4]表示为

(1)

式中：k=1，2，…，p，p为参加编织的梳栉的总数；i=1，2，…，m，m为穿经循环的纵行数；gki的取值为0，a，b，…，其中，0 表示对应的导纱针不穿纱，a，b等字母表示导纱针穿入的纱线颜色。

2.1.2 垫纱数码数学模型

垫纱数码采用一般单针床垫纱数码数学模型表示即可[5]。

(2)

式中：k=1，2，…，p，p为参加编织的梳栉的总数；j=1，2，…，n，n表示完全组织的横列数；lj,1=L(k，j，1)，表示第k把梳栉在第j横列针前横移前导纱针所在针间编号，lj,2=L(k，j，2)，表示第k把梳栉在第j横列针前横移后导纱针所在针间编号。

为了判断延展线的方向及长度，设定数组UL(k，j)来表示第k把梳栉第j横列针背垫纱的横移针距数，则UL(k，j)=L(k，j+1，1)-L(k，j，2)，若UL(k，j)>0，则第k把梳栉在第j横列从右向左进行针背横移；若UL(k，j)<0，则第k把梳栉在第j横列从左向右进行针背横移。|UL(k，j)|表示延展线的长度。

2.1.3 绒梳意匠图数学模型

绒梳意匠图用来表示1个花纹循环的绒梳线圈起绒状况，用1个三维矩阵Rk表示[6]。式中i =1，2，…，m，m为穿经循环的纵行数；j=1，2，…，n，n为穿经循环的横列数；k=1，2，…，p，p为参加编织的梳栉总数。ri,j=R( k，i，j)，表示第k把绒梳在第j横列第i纵行的线圈点的绒毛状态。 ri,j=0，±a，±b，…，0表示当前线圈点无绒毛，a，b…分别表示当前线圈点起绒毛以及起绒毛颜色代号，“+”表示绒毛向左倾斜，“-”表示绒毛向右倾斜。

(3)

2.1.4 织物意匠图数学模型

织物意匠图[7]用来表示1个花纹循环的线圈起绒状况，用二维矩阵Emn表示。Emn由所有绒梳意匠图矩阵复合而成。

(4)

式中k=1，2，…，p。p为参加编织的梳栉总数。

2.2 织物意匠图矩阵的赋值

在已知穿经和组织循环的情况下，根据经编起绒织物不同组织结构及凹凸纹理效果进行织物意匠图矩阵的赋值。求出织物意匠矩阵中所有元素的值，即确定起绒点的位置及绒毛的颜色和方向。

2.2.1 绒梳条件判断

首先手动输入绒梳位置kA与第1把地梳kB。

判断绒梳起绒：延展线长度|UL(kA，j)|≥2。同时，判断绒梳与第1把地梳延展线的方向：UL(kA，j)×UL(kB，j)>0，同向，则可以起绒；UL(kA，j)×UL(kB，j)<0，反向，则判断错误，结束仿真。

2.2.2 绒梳意匠图矩阵赋值

从第1把绒梳开始依次对每把绒梳进行判断和意匠图矩阵赋值。先根据穿经对绒梳意匠图矩阵第1横列的元素赋值，其他横列的元素需根据穿经及垫纱组织进一步判断和赋值。

ei,2=gkA,i-UL(kA,1)，则ei,2表示第2横列的元素赋值。类推得到公式如下：

(5)

1)对起绒点进行筛选。

每个横列均需根据UL(k，j)判断延展线的长度，当|UL(k，j)|≥2时延展线会被拉断形成毛绒，在第j及j+1横列线圈点均形成1个毛绒。由于1个线圈里有2根延展线，故每个线圈点里的绒毛由2根延展线产生的绒毛共同组成，设为ri,j,1与ri,j,2，ri,j,1表示第j-1横列的延展线在第j横列产生的绒毛，ri,j,2表示第j横列的延展线在第j横列产生的绒毛。每个横列的意匠值由2根延展线形成的值复合而成，即ri,j=ri,j,1+ri,j,2。当ri,j=0时，需要保留不起绒的延展线。

当|UL(k，j-1)|≥2时，ri,j,1=g1i,=0，a，b，…，与该线圈穿经一致，当|UL(k，j-1)|<2时，ri,j,1=0；

同理，当|UL(k，j)|≥2时，ri,j,2=g1i,=0，a，b，…，与该线圈穿经一致，

当|UL(k，j)|<2时，ri,j,2=0。

2)起绒点绒毛方向判断。

根据绒梳意匠图的定义，绒梳所赋元素值有正负之分，与该横列的延展线方向有关。具体判断方法为给定绒毛的表达式WL(k，j)=|UL(k，j)|/2-L(k，j，2)，WL(k，j+1)=|UL(k，j)|/2-L(k，j+1，1)，数值的正负与绒梳元素赋值正负同步。每次判断仅表示1个横列的1根延展线上的绒毛，故每个横列均需判断。

2.2.3 织物意匠图矩阵赋值

织物意匠矩阵由所有绒梳意匠矩阵复合得到，只有1把绒梳时，织物意匠图与绒梳意匠图一致；有2把绒梳时，Emn=R1+R2，分为以下3种情况：

1)由于绒梳空穿的存在，2把绒梳复合后出现0+a，0+b，…的情况，绒毛在空缺的地方互补；

2)2把绒梳在同一个意匠格均有绒，出现a+a，a+b，b+b的情况，形成多色毛绒；

3)特殊情况为前绒梳短延展线压下后绒梳的长延展线使该部分不起绒，判断方法为当前绒梳意匠格中出现0，则关注前绒梳该纵行穿经是否为0，若穿经不为0，则后绒梳延展线由于被前绒梳较短延展线盖住而不能起毛，将出现0+a=0的情况，即在织物意匠格中，该格意匠值为0。

3 经编起绒织物的仿真实现

3.1 绒毛的仿真原理

在织物意匠图矩阵完成赋值，确定起绒点与起绒颜色后，经编起绒织物的仿真重点在于绒毛的仿真。因一个起绒点上有多根绒毛，绒毛颜色、长度、方向、偏转角度的不同使织物呈现毛绒效应亦不同。根据上述经编起绒织物的仿真模型，研究经编起绒织物的仿真算法，利用 VC++. NET 程序语言作为软件开发工具[8]，采用图形语句模拟起毛纤维的形态，实现经编起绒织物的仿真[9]。

实际生产中，经编起绒织物经起毛后的绒毛呈簇状，由于原料及后整理工艺不同，毛绒纤维呈直线或一定卷曲状，朝着延展线被拉断的方向倾斜，可以看作簇状绒毛是在一定角度范围内。经梳毛整理后，绒毛总体方向是确定的，但每根毛绒的形态各异，为简化模型，剔除特殊因素及细节部分，故简化毛绒纤维状态为常见的直线型。图1示出一个起毛点上的绒毛。以画线条的方式来表示起绒，图1(a)表示起绒点绒毛的角度范围，定义极限位置OA、OB为界限，OC为∠AOB的角中分线，∠AOB以内为绒毛点的绒毛集聚区。图1(b)为采用画图方法在∠AOB内进行重复随机画线命令，使起毛纤维的按一定的频率分布，通过执行命令的次数控制毛绒的密度，达到预期效果。

图1 绒毛的仿真Fig.1 Villus simulation. (a) Villus angle range; (b) Villus state simulation

绒毛仿真时需要确定的因素有起绒角度、起绒长度、起绒密集度等。

1)起绒角度。绒毛的角度分为绒毛与织物平面的角度、与线圈横列的角度及绒毛集聚的角度范围。与织物平面的角度主要受剪毛和梳毛后整理的影响，一般默认为是绒毛竖直且向着编织方向为顺毛。

绒毛集聚体与线圈横列的角度可用绒毛聚集的角度中分线OC与水平线OD的夹角表示为

(6)

式中：PA为横密，纵行/cm，PB为纵密，横列/cm。也可根据后整理方式在设置模块直接输入起绒角度进行仿真。绒毛角度的正负在绒梳意匠图赋值时已给出。

绒毛聚集的角度范围∠AOB与起绒、梳毛的后整理方式及绒梳纱线的线密度、F数有关。可在设置模块时给出选择值，根据实际情况进行选择。

2)起绒长度L。经编起绒织物的绒毛长度与延展线长度密切相关，经过拉绒、剪绒后，绒梳延展线1-0/3-4//可形成0.5 mm绒毛，1-0/4-5//可形成1 mm绒毛，1-0/5-6//可形成1.5 mm绒毛，依此类推，这与工艺参数设置有关。理论上绒毛长度为起绒延展线长度的一半，起绒长度L计算式为

(7)

式中a为从理论绒毛高度到仿真时的比例系数，可根据情况进行调整。

3)起绒密集度。起绒密集度与织物密度、纱线线密度及纱线F数有关。其中织物密度影响到起毛点的密集程度，而纱线线密度D和纱线F数影响到仿真时画线细度及根数。将纱线近似看为圆柱形，则画线时单丝的直径为

(8)

式中b为实际细度与画线的比例系数。

由于有2根延展线形成1个起绒点，故画线根数w=c·2F。式中c为仿真系数，可调整，使仿真效果更贴近实物。

3.2 计算机仿真流程图

图2示出经编起绒织物仿真流程图。根据判断条件一步步判断直至仿真结束。

图2 仿真流程图Fig.2 Process flow of simulation

3.3 仿真效果图

对1块具有2把绒梳，且同时带有色纱及空穿的四梳经编起绒类凹凸织物进行仿真，得到效果图如图3所示。

图3 仿真效果Fig.3 Simulation effect. (a) Fleece fabric; (b) Fabric simulation

4 结 语

1)针对位于前梳的绒梳延展线拉断形成绒毛的经编绒类织物，采用二维矩阵表示此类织物的起绒特征，可实现对1个花纹循环中各个起绒点位置和绒纱颜色的表征。

2)根据绒纱的垫纱组织和穿经，通过一定的判断和计算公式，可以实现对织物意匠矩阵中的元素赋值。

3)采用VC++. NET 程序语言作为软件开发工具，根据织物意匠矩阵，利用画线工具在起绒点进行绒毛的仿真，可实现对绒纱根数、长度和角度的仿真。

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Computer simulation of warp knitted fleece fabric

XIONG Ying1， MIAO Xuhong1， JIANG Gaoming1， ZHANG Aijun1， LIU Weifeng2

(1.EngineeringResearchCenterofKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.ChangshuQihongTextileCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215000,China)

To improve the design efficiency and the accuracy of fleece fabric, and to enhance the CAD simulation effect, this paper summarizes methods and facade features of fleece fabrics with different structures. And based on this, the design mathematical models of fleece fabric are established, and these models include drawing-in mathematical model, mat yarn digital mathematical model, fleece combing artistic conception drawing mathematical model and fleece fabric′s artistic conception drawing mathematical model. After that, a series of mathematical description and corresponding assignment of knitted fleece fabrics′ mathematical model are processed. VC++. NET programming language is used as a software development tool to obtain the simulation diagram of warp knitted fleece fabric, and it has successfully realized the simulation of warp knitted fleece fabric.

warp knitted; fleece; fabric simulation; model; mathematical description

2014-06-04

2014-08-28

江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2013015-38)；江南大学自主科研计划项目(JUSRP51404A)

熊莹(1991—)，女，硕士生。研究方向为针织物CAD及针织产品开发。缪旭红，通信作者，E-mail：miaoxuhong@163.com。

10.13475/j.fzxb.20140600705

TS 181.8

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