三纬组合全显结构织物表面织纹的影响机理

胡伊丽，周 赳

(浙江理工大学浙江省丝绸与时尚文化研究中心，杭州 310018)

组合全显提花织物[1]是基于分层组合设计模式的数码提花织物[2-3]，其织物表面色彩丰富，显色稳定。在三纬组合全显结构中，一般选用三组缎纹组织为基础组织，选中的缎纹组织具有相同的组织循环数(R)和飞数(S)，但起始点位置(W)不同[4]。三组基础组织在分层组合设计模式下会重构组织点分布，从而在织物表面表现出不可控的织纹斜向。织物表面的织纹是提花产品区别印花的重要特征，其结构变化产生的规律性经纬纱线排列可反射光线，展现出不同光泽的织物织纹效果[5]。

近年来，针对组合全显结构的表面效果进行研究与创新主要有：许雅婷等[6]、彭稀等[7]将蜂巢肌理组织与全显色结构的分区域组合增加面料肌理的丰富性；张爱丹等[8]提出了小循环纹理组织的多方向和多倍率扩展设计，实现了纹理组织与全显色组织库的全方位匹配。上述研究将组合全显结构与肌理组织结合，能丰富织物表面肌理效果，但并没有从组合全显结构本身出发，使其在满足丰富色彩的基础上优化其表面织纹效果。实践发现，组合全显结构织物表面会出现不可控的织纹斜向，而探究其织纹斜向影响机理的相关文献未见报道。

因此，本文选取三纬组合全显结构为研究对象，采用组织循环数为16的6种飞数组织，分别设计全显技术组织完成规格相同的三纬组合全显提花织物，来探究三纬组合全显结构织物形成表面织纹的影响机理，最后结合综合设计实践验证不同织纹斜向的应用价值，为提花织物的数字化设计研究提供理论依据。

1 织物表面织纹形成原理

为保证稳定的织物混色效果，三纬组合全显结构是将三组缎纹基础组织通过一纬两点[9]的技术方法设计为组合全显技术组织，并以统一增点的方式[10]设计各基础组织全显组织库，最后以1∶1∶1的纬向组合排列形成三纬组合全显组织库。以三组R=16,SW=3,W=1/8/14为例，各基础组织因纬排改变组织点在一个完整循环内的组织点分布，如图1(a)-(d)所示。三组基础组织组合后，根据起始点位置可表示为W1-8-14，如图1(e)所示，该组合基础组织通过统一向右增点形成组织库，可产生143种组合结构，其中最小组织库如图1(f)所示。图1(f)表明组织库在增点过程具有以下技术特征：a)各组合结构始终保持在上一个结构基础上等量增点，因而组合基础组织始终为增点起始点。b)各组合结构每相邻三纬可形成复合组织链[11]，其结构特征保持统一。c)复合组织链依次向上时右移的最小距离为纬向复飞数[12]，为Sw，且Sw=SW。根据组织库的技术特征，将组织增点过程以图例表示如 图2(a)所示，图2(a)中黑色表示增点起始点为链头，组织增点过程为黑色均匀渐变至白色，白色为链尾，从链头到链尾的距离为链长。三纬组合结构变化图例如图2(b)所示，三纬复合组织链变化图例如图2(c)所示，图2(c)表明，三组基础组织起始点位置均可作为复合组织链的链头，由于纬向复飞数唯一，3种表示均表现出相同的斜向分布特征。

图1 三纬组合全显组织结构

组合全显组织库的技术特征是组合全显结构表面显色的基础，同时该结构也是伴随产生表面织纹斜向的原因。三纬组合全显结构显色是由三组色纬以空间并置混合显色原理[13]表现织物表面色彩，每三组色纬以等同纬向复合组织链的形式构成结构显色的最小单元。最小单元通过调整经纬组织点的占比来呈现织物表面色彩，为保持稳定的渐变显色效果，通常以统一方向增点的过渡方式从纬面组织过渡到经面组织。由此可见，结构显色变化过程是通过复合组织链以固定链头、调整链长的方式调整结构色彩。正是这种变化方式使得最小显色单元易形成连续的经纬组织点构成浮长，而纬向复飞数唯一使得经纬浮长规律性倾斜排列，因而在织物显色的同时伴随产生织纹斜向。具体分析如下：当链长大于链头的横向间距，连续的纬组织点以显色纬浮长从链头始处沿纬向复合组织链倾斜排列，在织物表面呈现斜向纹路。当链长小于链头的横向间距时，链尾以密集的经浮长以紧贴链头处倾斜排列形成斜向纹路。因此，表面织纹斜向与复合组织链的链头位置密切相关。

复合组织链链头位置是单组基础组织在组合结构的组织点分布位置。在三纬组合全显结构中，基础组织分布位置受飞数和起始点位置影响，飞数控制单组基础组织的组织点分布，起始点位置调节各组纬组织点的相对位置关系。前期研究表明，基础组织起始点的位置通过影响各显色纬的相对位置关系来调节织物表面织纹斜向明显度，因而分布均匀的组织点可减少产生明显的织纹斜向，如图3(a)所示，分布不均匀的组织点增加各显色纬链尾区域的重叠性，产生密集的经浮长，从而在织物表面形成明显的织纹斜向，如图3(b)所示。由此可见，基础组织飞数是影响织物表面织纹斜向的主要原因，起始点位置调节织纹斜向明显度。

2 实 验

为验证基础组织飞数与表面织纹的影响机理，选取了16枚中的所有正则缎纹[14]，通过控制变量法，设计组合全显组织库并织造规格相同的织物，研究其表面织纹效果。

2.1 实验设计

首先选取R=16的6种飞数的基础组织，如 图4 所示。其次，以组织点分布均匀的原则建立三纬组合基础组织，如图5所示。再次通过设计组合全显技术点以统一向右增点的方式完成组合全显组织库的设计，并选取三纬组合两纬渐变组织库设计14级织物色卡并织造，共84块。试样由一组白经和三组色纬交织而成，组合排列比为1∶1∶1，经线为45 dtex涤纶丝，纬组合为67.5 dtex涤纶丝，经密为1 140根/10 cm，纬密为750根/10 cm，三组色纬均为常规织造。

图4 R=16的正则缎纹组织

图5 16枚不同飞数的组合基础组织

获得所织色卡后，先采用上海迪诺力泰(Dino-Lite)的AF4115ZT 1.3MP Digital Microscope数字微型显微镜拍摄织物表面织纹图，放大倍数为20倍。再通过图像阈值分割法[15]获得织纹斜向分割图，最后根据分割图直观识别织纹斜向方向、测量表面织纹斜向角度正切值和辨别表面织纹明显度。图像阈值分割法是将灰度图像的某个灰度值作为图像分割的阈值(T)，对图像灰度直方图的像素进行归类，将灰度值在阈值范围内的像素归为一类从而完成图像分割。如图6所示，拍摄获得的织物表面纹织图去色获得灰度图，根据灰度图画出对应的灰度直方图如图7所示，图7中横坐标代表灰度值，横坐标的取值为0至255，纵坐标代表该灰度值对应像素在图像中出现的频率。将灰度直方图取6组阈值获得分割图如图8所示，图8表明，当阈值为155时，可明显表现织物表面因规律性经纬线排列而表现出周期性变化的织纹斜向特征。

图6 织物表面织纹灰度图

图7 原图对应的灰度直方图

图8 不同阈值图像分割图

2.2 结果与分析

2.2.1 斜向方向分析

试样表面织纹如图9所示，通过横向比较相同飞数所形成的表面织纹特征发现，在循环数为16的基础组织中，相同飞数的组合结构表面织纹斜向方向一致。通过比较纵向不同飞数所形成的表面织纹特征发现，不同飞数的组合结构表面织纹斜向方向不同，具体表现为：当SwR/2时，表面织物表现左斜的纹理；且Sw=3与Sw=13、Sw=5与Sw=11、Sw=7与Sw=9的表面斜向呈垂直对称关系。

图9 不同飞数的织物表面织纹图

2.2.2 斜向角度分析

经阈值分割法获得各飞数的阈值分割图如 图10 所示，图10中左边为三纬组合两纬渐变组织库中第四级织物表面织纹灰度图，右边为该灰度图阈值为155的图像分割图。通过分割图表现的织纹斜向特征可计算织物斜向角度正切值tanβ，其中以灰度图中经向垂直线为水平线，该水平线与阈值分割图产生的斜线的夹角为角度β。借鉴角度斜纹计算公式tanα=Pj÷Pw×Sj÷Sw，得出三纬组合全显结构表面织纹角度公式tanβ为:

图10 不同飞数的织物表面织纹灰度图与阈值分割图

(1)

式中：Pj为经密，Pw为纬密，K为修正系数。当Pj=1140根/10 cm、Pw=750根/10 cm时，K值约为0.94。

由式(1)可知，表面斜向角度不仅受单组基础组织飞数影响，还与经纬密度相关，纬密越小，斜向角度越大。

2.2.3 斜向明显度分析

由图9可知织物表面织纹斜向存在明显度差异。比较不同飞数的织纹斜向明显度，Sw=3和Sw=13的斜向最明显，Sw=5和Sw=11次之，Sw=7和Sw=9最不明显。产生上述原因是不同飞数使得组合结构中单组基础组织的链头位置以不同规律重构分布，当单个基础组织在组合结构中任意相邻的4个组织点分布越接近正方形，则三纬组合全显结构表面织纹斜向明显度越弱。如图11所示，Sw=3 和Sw=13的单组基础组织在组合结构中相邻4个组织点连线为矩形，在织物表面表现为宽距离的浮长倾斜排列，因而织物表面织纹明显度强，而Sw=7和Sw=9的组织点连线接近正方形，减弱浮长的倾斜排列，因而织物表面织纹明显度弱。

图11 不同飞数的基础组织链头分布位置与织物表面织纹阈值分割图

此外，显色纬数量影响表面织纹斜向明显度。选取16枚3飞组织库中不同显色纬数量的表面织纹图，如图12所示。结果表明，全经面组织因表面为密集的经浮长，表面织纹明显度弱；一纬显色可产生明显织纹斜向，二纬显色为两组一纬显色组织以空间并置关系重叠排列，重叠部分使得表面织纹斜向明显度增加。三纬全显色组织因基础组织起始点位置分布不均匀会使织纹斜向明显度增加，但三组纬等距均匀排列会减弱表面织纹斜向明显度。

图12 不同显色纬数量的织物表面织纹图

3 设计实践

设计实践是验证不同织纹斜向的组合全显结构的应用效果。实践以国风山水的竹林溪石等元素完成数字化图案设计如图13(a)所示；结构上以R=16，Sw=3/5/7分别设计完成三纬组合全显组织库，并将组织库匹配数码图案完成组合全显提花织物。设计实践由一组经线与三组色纬交织，三纬组合排列比为1∶1∶1，经线为22.2/24.4 dtex桑蚕丝，纬组合为3股22.2/22.4 dtex桑蚕丝并丝线型，经密为1 140根/10 cm，纬密为660根/10 cm。

织物效果如图13(b)所示，实践表明不同飞数的组合全显提花织物均可满足丰富的晕纹渐变显色效果，但3种不同飞数的表面织纹表现出不同的斜向特征，使得织物表现不同细腻程度的光泽效果，织纹斜向强的织物表面产生平行向斜路，给人强烈的节奏感；织纹斜向弱的织物表面平整，无明显方向性的斜路，感观舒适。当T=155时，各飞数的阈值分割图如图13(c)―(e)所示，图示表明三组飞数的织物表面斜向方向均向右，斜向角度Sw=3最大，Sw=7最小；斜向明显度Sw=3最大，Sw=7最小；Sw=7展现的织物表面效果细腻程度最佳，Sw=5次之，Sw=3最差。结果表明织物表面织纹斜向特征影响织物图案的表达，表面斜向特征斜向弱的织物在图案效果表现上更加细腻，表现细节更丰富。

图13 图案设计效果图与织物表面纹织斜向分割图

4 结 论

本文分析织物表面织纹形成原理并通过实验对比不同织物表面的织纹斜向方向、角度、明显度，来探究组合全显结构表面织纹斜向的影响机理。并以设计实践对三纬组合全显结构织物表面织纹斜向的呈现规律进行实证研究，得出以下结论：

a)单个基础组织在组合结构中的组织点分布是影响织物织纹斜向的主要因素。

b)基础组织飞数大小控制织纹斜向方向，具体表现为R=16的三组基础组织以1∶1∶1纬向组合，当SwR/2时，表面织物表现为左斜；且Sw相加为R的两种飞数的织物表面斜向呈垂直对称关系。

c)在Sw

d)显色纬数量、基础组织起始点位置调节织物织纹斜向明显度。

e)在R=16的前提下，S=7的基础组织形成的织物织纹斜向最不明显，织物表面效果细腻。

本文提出的三纬组合全显结构织纹斜向的影响机理同样适用于其他组合全显结构的设计优化，为数码提花织物组织结构的优化设计提供理论和实践依据。