模块组合全显色结构提花织物设计与仿色优化比较

张爱丹，郭珍妮，汪阳子

(1.浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大学 浙江省丝绸与时尚文化研究中心，浙江 杭州 310018)

在色彩仿真提花织物的众多设计因素中，织物组织结构是影响织物色彩的主要因素[1]。由于现代数码提花织物设计越来越趋向与计算机图像的同构关系，致使织物组织、纱线色与数码图像色三者之间的联系更加直接化。然而，目前被普遍应用的基于印刷四原色的图像分色法，在很大程度上设定了织物的组织结构由偶数组基本组织构成，而纱线色也相应地采用蓝、红、黄和黑等4色[2-4]。对于色彩仿真提花织物在纱线配色模型方面，已有研究者提出了五色法[5]，但基于单层结构的组合全显色组织的偶数组特性，使二者的结合还存在一定的探讨空间。

已有文献提出的奇数组组合全显色结构设计方法，采取与所需色纬(经)组数直接对应的基本组织进行组合全显色结构设计，难以与应用已较为普遍的偶数组组合全显色组织库兼用[6]。此外，有文献采用CMYKRGB七色进行提花织物的色彩仿真设计[7]，但从织物组织结构角度而言，该文献所讨论的组织结构组合，没有全显色技术点的设计，并不属于组合全显色结构的范畴。所谓全显色主要是指织物组织结构对呈现经、纬纱线色交织变化的全面性，以及结构自身的稳定性[8]，而不是直接指织物色彩，尽管二者存在着内在的关联。组合全显色结构的一个关键特征是全显色技术点的设计。对全显色技术点的强调，是出于解决高经纬密提花织物存在同向纱线随机相互遮盖问题。但如果遵循这一设计原则，在组合全显色结构的设计上相应也就受到了这一原则的制约，所以问题不仅与采用几种原色、获取几种原色图有关，更在于设计合适的织物组织结构以支撑非偶数组颜色对图像色彩的表现。现在无论是纺织品印花技术还是印刷技术，为使产品色彩更理想，都应用专用油墨和染料色，并不仅限于青、品红、黄和黑等4种基础原色[9-10]。对于单层结构的组合全显色提花织物的色彩仿真设计，这也是一个值得探讨的问题。因此文中以具有特殊色调倾向的图像为提花织物色彩仿真对象，尝试在偶数组组合全显色结构基础上进行变化设计，为进一步提升提花织物的色彩仿真效果提供加强设计参考。

1 模块组合全显色结构设计原理

1.1 基础模块设计

组合全显色结构的变化设计建立在模块化设计方法基础上。将基于2组基本组织的组合全显色结构设定为1组基础模块单元，再设计1组既符合组合全显色设计原则，又可与其灵活组合的辅助模块单元。基础模块单元的组合全显色结构，包含3方面：一是由2个具有相同组织循环数和飞数的缎纹组织组合构成，2个基本组织的唯一不同是组织点的起始位置，如图1(a)、(c)所示；二是具有全显色技术点，如图1(b)、(d)所示；三是在上述2组基本组织按一定排列比组合的框架结构内，进行组织点连续加强设计，形成2组相互配合的影光组织库。

图1 2组基本组织和全显色技术点Fig.1 Two basic weaves and their holography technical points.(a)Weave A；(b)Technical points A ；(c )Weave B；(d)Technical points B

1.2 辅助模块设计

彩色图像经过印刷四原色的分色处理，产生分别代表青、品红、黄和黑4种原色分色量的4幅图像。但图像色彩是千变万化的，除四色都具备的情况之外，还存在只有三色，或是常规四色不足以全面反映图像色彩效果的情况。鉴于此，辅助模块的提出主要用于表现多于或少于四色分色图所需的奇数组显色纱线对组合全显结构的设计需求。

1.2.1 加法设计

奇、偶数的转化主要有2种情况，或是在偶(奇)数基础上增加1组，或是减少1组，即作加法或作减法均可实现转变。但需要注意的是增加或减少1组织物组织，不能破坏组合全显色结构。加法设计是指在基础模块之外，增加1组作为辅助模块的基本组织。其设计同样包含基本组织、技术点和组织点加强设计3个方面。具体设计方法如下：一是基本组织的选择，可直接采用基础模块中与之不直接相邻的1组基本组织，如图2(a)所示；二是全显色技术点设计，首先将基础模块中排列在前的基本组织经纬组织点反转，再将第1纬移到组织的最后一纬的位置，获得每纬1个技术点，如图2(b)所示；其次，将基础模块中排列在后的基本组织的经纬组织点反转，获得每一纬1个技术点，如图2(c)；最后，将两个组织进行叠加组合，形成辅助组织的技术点，如图2(d)所示。三是对设有技术点的辅助基本组织进行组织点加强设计，形成1组影光组织，而技术点所在位置保持纬组织点状态。

图2 辅助组织和技术点Fig.2 Supplementary weave and its technical points.(a)Weave C；(b)Reversed weave of weave A ；(c)Reversed weave of weave B；(d)Technical points C

1.2.2 减法设计

减法设计是将构成基础模块的2组基本组织中的1组变成1种结构性存在，使其不具有显色作用。具体设计方法是将选中的1组基本组织的渐变功能去除，仅保留1种交织状态的织物组织，即1种经面组织，即与组织B(见图1(c))的技术点组织相同(见图1(d))。这种设计方法在黑白仿真提花织物设计中，已有研究者对其进行实践应用，即将2组基本组织中的一组作为辅助结构不表现图像色，仅用其中一组纬线与经线交织，以表现黑白图像的灰度渐变层次[11]。但在彩色仿真设计领域，未见有相关的研究文献。

1.3 组合设计方法

采用加法设计产生的辅助模块，与基础模块的组合设计可分为3种，分别为“2+1”、“4+1”和“6+1”模式，即基础模块分别应用1次、2次和3次，辅助模块均用1次，以此形成3、5、7组的组合全显色结构。以12枚5飞为基本组织进行组合应用为例，首先进行组合全显色结构的基础模块设计见图1；其次，采用加法设计辅助模块见图2；最后将基础模块重复应用2次之后，增加1组辅助模块，形成组织A∶组织B∶组织C为2∶2∶1的排列组合，如图3所示，其他组合形式依此类推。

图3 “4+1”模式的4种组织组合结构(局部)Fig.3 Four combined weave structures of 4+1mode (part).(a)Weave A,B and C all sateen weaves;(b)Weave A satin weave and B,C sateen weaves;(c )Weave A,B satin weaves and C sateen weave;(d)Weave A,B and C all satin weaves

采用减法设计的辅助模块，实际上内含于基础模块。在由2组基本组织构成组合全显色结构基础上进行重复设计，形成由4、6等偶数组基本组织构成的组合全显色结构，再将其中1组基本组织设定为不参与显色的组织结构，而形成“4-1”和“6-1”模式，如图4所示。通过基础模块与辅助模块的组合设计，可以满足非偶数组图像分色图对组合全显结构的需求。

图4 “4-1”模式的4种组织组合结构(局部)Fig.4 Four combined weave structures of “4-1”mode (part).(a)Weave D;(b)Combined structure 1 ;(c )Combined structure 2;(d)Combined structure 3;(e)Combined structure 4

2 实验设计

文中以法国画家保罗·塞尚的4幅油画作品为提花织物的色彩仿真表现对象。4幅油画作品的共同特点是绿色倾向明显，绿色成分在图像中占有绝对优势。绿色尽管在理论上可以通过黄、蓝纱线混合产生，但在色彩仿真提花织物设计实践中，这2种纱线色混合产生的绿色效果并不理想，其原因可能是蓝、黄二色本身明度差距较大，视觉差异感明显，致使最后的混色效果不均匀；其次绿色相对于橙、紫2种混合色而言，色相具有多样化的特点，如橄榄绿、墨绿、翠绿、祖母绿等，多数情况下难以通过4种原色纱线色的混合产生。为满足更高要求的色彩仿真，在印刷四原色基础上增加特定的绿色，显得十分必要。

其次，为比较考察加法与减法设计方法产生的变化组合全显色组织结构的应用效果，本次实验将同时采用这2种设计方法，即选择“4+1”和“6-1”模式；此外，采用常规4组组合全显色结构，进行提花织物样品的设计与织造，作为比较前2种变化组合全显色结构色彩仿真效果的参照样。

2.1 图像处理与分色

用平板扫描仪对油画印刷品进行扫描。扫描仪型号为佳能(Cannon)E568；扫描参数为：RGB色彩模式，分辨率600 dpi。用PS图像处理软件对扫描获取的图像进行矫正、长宽修剪等初步处理；再根据所使用提花织机的经密与最终织物样品的尺寸，对扫描图像的长宽像素进行调整，4幅图像尺寸如表1所示，其中增加边框是为协调最终织物样品的尺寸与纸质印刷品图像保持一致，同时又符合提花机纹针数的规格要求而设计；最后将图像的色彩模式转化为CMYK模式，并进行原色分离，获取青、品红、黄、黑四色分色图；之后对青、黄两色分色图进行叠加组合，产生绿色分色图。

表1 原始图像尺寸Tab.1 Original image sizes

2.2 模块组合组织结构设计

以24枚7飞缎纹为基本组织进行基础模块和辅助模块的织物组织设计。其中基础模块的2个基本组织的起始点位置分别为(1，1)和(1，20)，见图5(a)、(e)。其中横坐标表示纬向组织点位置，从左至右，为1至24；纵坐标表示经向组织点位置，从下到上，为1至24，因此(1，1)表示第1横纬上的第1个经组织点，如图5(a)a1中第1纬上起始组织点位置。以此类推，(1，20)即第1横纬上的第20个经组织点位置，如图5(e)b1组织图的起始点位置。以a1和b1为基本组织设计2组影光组织库，分别设为Sa和Sb。采用加法设计的辅助模块，以c1为基本组织，其起始组织点位置为(1，15)，见图5(i)，影光组织库设为Sc。采用减法设计方法则直接应用基础模块的设计，由其中一组基本组织变化而来的辅助组织，设为Sd，文中采用的见图5(h)所示，为单一的经面组织。基础模块与加法辅助模块都包含43个影光渐变组织，组织加强方向均为纬向，每次增加经组织点为12个，每纬均保留2个纬组织点作为全显色技术点,如图5所示。具体组合情况如表2。

图5 影光组织库 Sa、Sb和ScFig.5 Shaded weave database Sa,Sb and Sc

表2 3组织物样品的组织及组合设计Tab.2 Weaves and combination design of three groups of Jacquard fabric samples

2.3 织物规格与样品织造

由于主要考察组织结构对提花织物显色效果的影响，因此，除与组合组织结构所采用的基本组织组数相对应的显色纬组数不同之外，其他规格参数尽可能保持一致。

织物样品的工艺规格具体有3种。其中相同的参数有：1)经密：1 100根/(10 cm)；2)经组合：23.3 dtex×2 桑蚕丝；3)纬组合：23.3 dtex×3 桑蚕丝；4)经线1组，白色。不同的参数有：1)四组结构，纬线4组，分别为甲纬蓝、乙纬红、丙纬黄、丁纬黑；纬密为1 080根/(10 cm)。2)五组结构，纬线5组，其中前4组与四组结构的完全相同，增加五纬绿色；纬密为1 050根/(10 cm)。3)六组结构，纬线6组，其中前5组与五组结构完全相同，增加六纬白色；纬密为1 080根/(10 cm)。

对应上述3种规格，采用纹针数为6 000针的电子提花机进行样品织造。最后获得3组样品，其中每组均有4幅提花织物，共计12幅样品。织物样品均由杭州宏创纺织有限公司织造生产。

2.4 测色数据采集

对纸质印刷品和提花织物实物样品进行测色数据采集，测色点的选取分2种：一是绿色区域随机选取5个测色点；二是非绿色区域随机选取3个。为使印刷品图像与其对应的3组织物样品所选取的测色点一一对应，制作了纸质的测色点模板，如图6所示，图中黑点为绿色区域测色点，白点为非绿色区域测色点。

图6 测色点模板图Fig.6 Formwork drawings of colourimetry points

将纸质测色点模板与印刷品、织物样品贴合之后再用测色仪测色。4幅油画图像所取的测色区域各不相同。但每幅均有8个测色点，4组(包含纸质印刷品)共计128个测色点，每个测色点测3次，取其平均值。

测色仪器：美国爱色丽X-rite Color i7台式分光光度仪；数据采集条件：颜色空间CIEL*a*b*,光源为脉冲氙灯D65，观测角度10°，测色孔径为6 mm。

3 结果与讨论

3.1 整体视觉效果与分析

3组提花织物样品的色彩效果基本符合预期设想。相对于印刷品图像(见图7)，采用常规四组结构的4色纬提花织物(见图8(a))，其织物样品的色调偏暖色，绿色感弱，而五、六组结构的提花织物样品绿色效果明显改善，如图8(b)、(c)所示。采用四组结构的4色纬提花织物，因缺少绿色纱线，在色彩仿真上不如其他2组织物样品。六组结构提花织物虽实际起花显色为5色纬，但当所有织物样品的总纬密基本相同的前提条件下，相对于四组结构织物，所用5种色纬结构织物中有4种均减少了90根/(10 cm)；而相较于五组结构织物，每种色纬都减少30根/(10 cm)，所以织物整体略微发白，且织物纹理也较前两者略粗。总之，五组结构的5色纬提花织物，对印刷品图像的色彩仿真效果最佳。

图7 4幅油画印刷品图像Fig.7 Four printing images of Oil painting

图8 3种不同组合全显色结构提花织物样品Fig.8 Jacquard fabric samples based on three different types of compound full-color structure.(a)Structure with 4 groups of basic weaves;(b)Structure with 5 groups of basic weaves;(c)Structure with 6 groups of basic weaves

3.2 红绿值色差和总色差比较分析

根据织物样品的色彩效果基本可推测绿色区域的测色数据，对证明增加绿色纬有助于改善提花织物色彩仿真是有利的，而非绿色区域的测色结果并非一定如此，也有可能是不利于提花织物的色彩仿真。因此，文中对图像进行分区域测色数据的比较分析，这样不仅可大致掌握增加绿色纬对图像的绿色和非绿色图像区域的色彩仿真的不同影响，且可以通过综合考虑2种不同图像区域的测色数据，相对全面地掌握增加绿色纬对提花色彩仿真的改善程度。其次，对于测色数据的选择，文中主要采用红绿值色差和总色差2项参数进行比较分析。红绿值(a*)是反映织物样品绿色成分的最直接的数据，总色差则综合考虑了测色区域颜色的明度值(L*)、红绿值和黄蓝值(b*)3方面的数值。其中红绿值差将作为主要评价依据，而总色差则作为补充评价依据。

3.2.1 红绿值色差比较与分析

a*是表示所测样品颜色偏红或偏绿的数值，正值表示偏红，负值表示偏绿。以2#油画作品为例，其印刷品图像及其3幅提花织物图像绿色区域的5个测色点与非绿色区域的3个测色点的a*值，见表3所示。由表可见：印刷品图像绿色区域5个测色点均为负值，而四组结构织物全部正值，五组、六组结构织物则全部为负值；非绿色区域3个测色点中六组结构提花织物有1个测色点偏绿，说明增加绿色纬使绿色区域色彩仿真效果有了明显提升，但对非绿色区域的影响则需视具体情况而定。测色数据表明其余3幅印刷品图像与其各自对应的3组提花织物同样符合这一规律。

表3 2#油画作品及其3幅提花织物样品对应测色点的a*值Tab.3 a* values of 2# oil painting image and its 3 jacquard fabric samples

以印刷品图像所测得的红绿值为标准值，与3幅提花织物图像的对应测色点的测色数据进行红绿值的色差计算；再按四、五和六组结构分别获得基于不同组织结构的提花织物红绿值色差的均值，结果见表4。红绿值的色差计算公式为

Δa*=∣ai*-asta*∣

Δa*值越小，表明提花织物样品与印刷品图像的红绿值越接近，即仿真效果越好。无论是绿色区域还是非绿色区域，都是五组结构的提花织物图像测色点的Δa*值最小，其次是六组结构，不含绿色纬的四组结构提花织物红绿值色差最大。相对于所有四组结构提花织物，五组结构提花织物绿色区域的红绿值色差平均降低了44.22%，而非绿色区域则降低了12.62%；六组结构提花织物绿色区域红绿值色差降低了37.78%，而非绿色区域红绿值色差却提高了2.14%，结果见表4。

表4 3组不同组织结构提花织物的Δa*及其均值Tab.4 Δa* and their average values of 3 group of jacquard fabrics with different weave structures

上述数据表明，五组结构织物样品无论在绿色还是非绿色区域，在红绿色调方面的色彩仿真效果较基于四组结构的常规四色纬织物都有较大程度提升，而六组结构在绿色区域有较大提升，但非绿色区域则较四组结构的略差。

3.2.2 总色差的比较分析

表5 3组不同组织结构提花织物的ΔEab及其均值Tab.5 ΔEab and their average values of 3 group of jacquard fabrics with different weave structures

从表5可知：在绿色区域，与各自对应印刷品测色点总色差最小的是五组结构提花织物，其次是六组结构，四组结构色差最大；而非绿色区域，总色差最小是四组结构，其次是五组结构。相对于四组结构提花织物，五组结构提花织物在绿色区域的总色差平均值降低了16%，六组结构则降低了10.55%；而非绿色区域，五组与六组结构提花织物总色差平均分别提高了8%和18.9%。

从总色差的角度比较分析表明，绿色区域五组、六组结构织物样品较基于四组结构的常规四色纬织物都也有较大程度提升，但不如单一红绿值显著；而非绿色区域则是四组结构较其他2组理想。导致非绿色区域总色差提高的主要原因可解释为在总纬密基本相同的情况下，增加一组绿色纬线，意味着其他颜色纱线的排列密度降低，从而影响色彩仿真效果。虽然非绿色区域的总色差相对于四组结构提花织物有所上升，但因非绿色区域在图像中所占面积较少；其次绿色区域仿真度的大幅度提高，相对而言更加重要和关键。

4 结 论

色彩仿真提花织物若要增加1种纱线色，不仅要有相应的分色图像为设计依据，同时要有合适的组合全显色结构的支持。文中在现有偶数组组合全显色结构基础上，增设1组符合组合全显色设计原则的辅助组织，为增加1组专用纱线色提供了2种模块组合全显色结构设计方法。实验表明，2种方法均可用于五组显色纬提花织物色彩仿真设计。

从视觉评价角度而言，基于模块组合方法设计的五组、六组结构配合五组显色纬，较常规四组结构配合四组色纬，对有特殊色相倾向图像的色彩仿真效果提升明显。而根据测色数据的色差比较分析：五组结构织物除非绿色区域的总色差较四组结构差一些，其他3项色差值都有明显改善；六组结构虽在色彩仿真效果上较五组结构略差一些，也是可以采用的，其优势是无需进行额外的组织设计，沿用常规偶数组组合结构即可。总之，在基本相同的织物设计条件下，采用加法设计的五组结构对绿色调印刷品图像的色彩仿真效果，较采用减法设计的六组结构更理想。