表里换层组织设计程序的开发

王 旭，袁惠芬，毕松梅，刘新华



表里换层组织设计程序的开发

王 旭1,2，袁惠芬1，毕松梅1，刘新华1,2

（1.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000；2. 安徽工程大学 纺织行业科技公共服务平台，安徽 芜湖 241000）

为提高表里换层组织的设计效率，建立相应的组织矩阵模型，并运用矩阵运算自动生成具有纹样的表里换层组织矩阵。研究表明：随表、里组织矩阵、叉积元及纹样矩阵的不同，运用Kronecker积运算能自动生成不同纹样的表里换层组织矩阵。开发了相应的VB程序，实现了组织图的自动绘制。研究对提高表里换层组织设计效率具有参考价值。

表里换层组织；矩阵；程序；Kronecker积

在意匠纸上手工进行表里换层双层组织设计，效率低、易出错。如何运用计算机提高织物组织的设计效率及设计新颖的数码艺术织物，成为该领域关注的热点之一[1-3]。研究表明建立织物组织矩阵模型是表征织物交织规律的有效方法[4，5]。通常只有一组经纱和一组纬纱交织的单层织物，其交织规律简单，矩阵模型易于建立。而表里换层组织由两组经纱和两组纬纱交织，并在局部区域表里换层，其矩阵建模相对复杂。本文首先建立表组织矩阵、里组织矩阵，并根据纹样图形建立相应的纹样矩阵。通过矩阵Kronecker积运算[6]，探讨了表里换层组织矩阵建模，并通过计算机程序实现组织图的自动绘制。

1 表里换层组织的矩阵模型

如果组织图中经、纬浮点分别用1、0表示，那么单层织物经纬交织规律可用布尔矩阵表示。双层组织由表、里经和表、里纬，按表组织、里组织交织规律和表里层经纬纱排列比交织而成。为简化织造及保证织物平整，表、里组织一般采用交织次数相同的简单组织，如平纹、斜纹和方平等。双层组织矩阵模型按照下列规则建立：表层组织经、纬浮点分别用1、0表示，里层组织分别用3、2表示，织里纬时表经提起的经浮点用5表示等。织表纬时表纬与里经纱交织的纬浮点仍用0表示。

如图1为双层组织图及矩阵形式，其中表、里组织均为“2/2方平”，排列比表经：里经=1:1，表纬：里纬=1:1。图1(a)、(b)分别是双层组织图及组织矩阵。其中，表经浮点用“█”表示，里经浮点用“×”表示，织里纬时表经提起的经浮点用“○”表示，表、里层纬浮点用“□”表示。

图1 双层组织图及矩阵表示 (a)组织图 (b)组织矩阵

如果表、里层分别选择不同颜色的经、纬纱线，则会形成显不同颜色的组织。不同的表里组织，得到的显色组织完全组织经纬纱数不同。图2为在图1基础上得到的显色组织及显色矩阵示意图。其中表、里经纱和纬纱颜色，均按“1甲色1乙色”交替配置。图2(a)、(b)分别为显甲、乙色的组织图，其对应的组织矩阵分别为图2(c)、(d)。显色组织完全组织经纬纱数均为8。

图2 表里换层显色组织及显色矩阵

(a)显甲色组织 (b)显乙色组织 (c)显甲色矩阵 (d)显乙色矩阵

图3 纹样图案及纹样矩阵

(a)纹样图案 (b)纹样矩阵

根据图2得到的显色组织，将双层组织局部进行表里换层则可实现纹样图案效果。为了便于纹样设计及表里换层双层组织矩阵生产，构造纹样矩阵。纹样矩阵每个元素表示一种显色组织的基本单位，如1、0分别表示，甲色和乙色组织。如图3为纹样及其矩阵表示。图3(a)、(b)为纹样图案和对应的8×8纹样矩阵，其中1、0分别表示显甲、乙色单元。按照图2所示每个显色组织含8经、8纬，那么表里换层组织则需要64经纱和64纬纱。织造时，表经、里经，表纬、里纬颜色，均按照“1甲色1乙色”交替配置。

2 表里换层组织矩阵的计算机生成

式(1)表示矩阵为矩阵与的Kronecker积，其中为行列矩阵，a为矩阵的元素，为行列矩阵。

由式(1)可建立表里换层矩阵模型。首先由表、里组织和纱线排列比，建立显甲色矩阵、显乙色矩阵。建立纹样矩阵及取反矩阵(纹样矩阵中0，1互换)，分别和，进行Kronecker积计算，并求和，即可得到表里换层组织矩阵，如式(2)。

式(2)中，显甲色矩阵，由式(3)计算得到。

式(3)中，矩阵、分别表示表、里组织。矩阵和、行列数相同，元素全为5。当叉积元，，分别如下列矩阵时，则可实现表经：里经=1:1，表纬：里纬=1:1，且里纬与表经相交处矩阵元素为5。

同理，显色矩阵，可带入式(4)计算得到，

其中叉积元，，分别如下：

3 表里换层组织设计程序的开发

按照上面的分析，可开发相应Visual Basic程序，实现表里换层矩阵及组织图的自动生成。整个程序包括如图4所示的纹样设计窗体，如图5所示的显色组织窗体，如图6所示的表里换层组织窗体，及图7所示的上机图生成窗体组成。

图4 纹样设计窗体

图5 显色组织窗体

图4所示为纹样设计窗体， 2个文本框控件输入纹样格参数，数值越大纹样图案也越大。如图中所示，输入8列8行，单击绘图按钮，则左侧PictureBox控件产生8×8意匠格。纹样图通过鼠标单击的方式绘制。4个单选按钮用不同颜色绘制纹样。4个命令按钮，实现绘图、纹样数据和图像保存及退出功能。

图5所示为显色组织窗体， 2个组合文本框控件可分别实现表里组织及排列比的选择。单击表里组织命令按钮，则在最左边列的PictureBox控件中进行表、里组织的绘制。单击显色组织命令按钮，可实现显色组织的绘制。保存数据按钮，实现显色组织矩阵数据的保存。

图6所示为表里换层组织窗体，单击打开组织命令按钮，可输入表、里组织及显色矩阵，并将图显示于窗体右侧。单击纹样选择按钮，则可输入纹样矩阵，并将纹样图显示于窗体右侧。单击生成组织，则在窗体左侧的PictureBox控件内绘制表里换层组织图。单击存组织矩阵或存组织图像命令按钮，可分别实现表里换层组织矩阵和组织图的保存。图5，图6中，绘图过程根据矩阵元素的不同绘制不同的标记。当矩阵元素为1时绘制“█”，元素为3时绘制“×”，元素为5时绘制“○”，元素为0或2时绘制“□”。

图6 表里换层组织图窗体

图7 上机图窗体

图7所示为表里换层组织上机图窗体，单击打开数据命令按钮，可输入表里换层组织矩阵。单击生成上机图，则在窗体上侧的PictureBox控件内绘制表里换层组织上机图。上机图的绘制规则是当矩阵元素为1，3或5时绘制“█”，元素为0或2时绘制“□”。织造时，表、里经颜色从左到右，表、里纬颜色从下到上，均按“1甲色1乙色”交替配置。

4 结 论

运用矩阵Kronecker积建立了表里换层组织矩阵模型，并开发了相应的Visual Basic程序。研究表明，矩阵Kronecker积是建立表里换层组织矩阵模型的有效工具。运用计算机程序可加速该类组织设计过程。

[1] CHEN Junyan, WANG Jun．A method of computer simulation of derivative weave and composed weave[J]．Journal of Donghua University，2006，23(6)：97-100.

[2] 王松，马崇启．织物CAD在线设计系统[J]．纺织学报，2014，35(3)：132-135．

[3] 黄玉莲，梁君威，姚婕．数码艺术织物的研发和生产实践[J]．武汉纺织大学学报，2014，27(3)：32-35．

[4] 王旭，袁惠芬．基于矩阵变换的斜纹变化组织矩阵生成方法[J]．安徽工程大学学报，2011，26(4)：20-23．

[5] 祝成炎．大循环双层多臂组织CAD技术的研究[J]．纺织学报，2001，22(6)：37-38．

[6] 王旭，毕松梅．Kronecker积在变化绉组织设计中的应用[J]．纺织学报，2012，33(5)：40-45．

Computer Program Design for Thread Interchanging Weaves

WANG Xu1, 2, YUAN Hui-fen1, BI Song-mei1, LIU Xin-hua1, 2

(1.College of Textile and Clothing, Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, China；2. The Science and Technology Public Service Platform for Textile Industry, Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, China)

To improve the design efficiency for thread interchanging weaves, the matrix model for weaves was established and generation method of thread interchanging weaves matrix based on Kronecker product was studied in the present study. The results indicated that different styles of thread interchanging weaves matrix could be automatically generated with different face weave matrix, back weave matrix, Kronecker unit and pattern matrix based on Kronecker product. Weaves diagram can be draw automatically by computer programs. This study provides an effective tool for thread interchanging weaves.

thread interchanging weaves; matrix; program; Kronecker product

TS105.1

A

2095－414X(2016)06－0049－04

王旭（1973-），男，副教授，博士，研究方向：织物组织CAD设计.

“纺织面料”安徽省高校重点实验室开放基金（2015）；安徽省高等学校省级质量工程项目（2014jyxm189）；安徽工程大学高等教育研究课题（2015）.