高梓越 叢洪蓮 蔣高明

摘要：采用B/S模式進行互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)的開發(fā)，用戶通過訪問瀏覽器站點使用軟件。本系統(tǒng)結構主要分為設計層、數據處理層和數據輸出層，同時兼容經編、緯編、橫編 3 類針織物設計，主要具有花型設計、工藝設計、織物仿真、織物分析、數據輸出和產品數據庫六大功能模塊。本系統(tǒng)面向產品的生產全過程，建有完備的產品數據庫，同時具有花型繪制簡單、數據處理迅速、織物仿真真實等特點。

關鍵詞：互聯(lián)網；針織CAD；仿真；數據庫

中圖分類號：TS181.9 文獻標志碼：A

The Design and Development of Internet-based Knitting CAD System

Abstract： In this paper， B/S mode was selected to develop the Internet knitting CAD system. The users employ this system by accessing the site through the browser. This system was divided into the following three layers， design layer， data processing layer and data output layer. It is applicable to designing warpknitted， weft-knitted and flat-knitted fabrics with the six function modules， namely pattern design， process design， fabric analysis， fabric simulation， data output and product database. This system geared to the needs of the production process and had a complete product database. At the same time， it had the characteristics of simple pattern drawing， quick data processing and real fabric simulation， etc.

Key words： Internet； knitting CAD； simulation； database

互聯(lián)網時代的興起，促進了計算機技術與網絡技術的發(fā)展，同時也為CAD技術帶來了新的發(fā)展模式和理念。在公路、機械制造等領域，互聯(lián)網CAD已經得到快速的發(fā)展，具有一定的動態(tài)建模以及交流、協(xié)作與共享的功能。但針織CAD的互聯(lián)網化卻遲遲沒有發(fā)展?，F有的針織CAD軟件大都為單機或局域網的C/S模式，雖然具有很強的交互性與安全性，但因其網絡兼容性差，既不能滿足目前設計者隨時隨地進行設計的需求，也不能滿足未來分布式生產的發(fā)展趨勢。

本文綜合針織CAD目前的需求，采用最新的網絡技術與數據庫技術，開發(fā)面向針織產品從設計到生產全過程的互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以更好地打破時空的界限，真正縮短人—人、人—機、機—機之間的距離，不僅具有原有針織CAD的優(yōu)點，還具有網絡協(xié)作設計、產品數據庫和遠程數據輸出等一些新的特點。

1 互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)網絡架構

B/S模式是在互聯(lián)網興起后的一種軟件網絡結構模式?？蛻舳酥挥幸粋€瀏覽器，而軟件的系統(tǒng)功能全部放在服務器上，這樣既降低了用戶在軟硬件上的投入，又簡化了軟件的開發(fā)與維護，也節(jié)約了開發(fā)成本。因此互聯(lián)網針織CAD采用B/S模式進行開發(fā)。如圖 1 所示，在該模式下，軟件安裝在Web服務器端，用戶通過瀏覽器訪問網站即可使用軟件，Web服務器又與數據庫服務器相連，Web服務器接收用戶的指令后完成對數據庫服務器的操作，再將結果返回給用戶。

2 互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)結構設計

針織CAD種類繁多，不同CAD軟件之間的差異較大，經編、緯編與橫編CAD軟件之間互不兼容。在生產中，針對于不同機型往往采用不同的CAD軟件，這大大降低了CAD軟件的應用范圍。本文根據實際需求設計了一款功能齊全、兼容性廣的互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)，同時具有經編、緯編、橫編 3 種針織CAD軟件的設計功能。如圖 2 所示，整個系統(tǒng)結構分為設計層、數據處理層和數據輸出層。

2.1 設計層

設計層主要實現了用戶通過網絡訪問互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)并進行設計的功能，用戶只需在具有網絡的個人電腦或移動設備上打開瀏覽器，即可以通過訪問網站進入互聯(lián)網針織系統(tǒng)的設計界面。構成設計層的硬件與軟件主要由用戶的設備決定。

2.2 數據處理層

數據處理層主要實現了用戶與CAD軟件間交互信息的計算及數據的存取功能。主要包括用戶登錄信息的核驗與調用、用戶設計信息的儲存與調用等。構成數據處理層的硬件和軟件主要依靠Web服務器的硬件、Windows Server 2008操作系統(tǒng)及SQL Server 2008數據庫。

2.3 數據輸出層

數據輸出層主要實現了將用戶產生的可用的設計信息傳遞給車間生產層的功能。本層克服了以往CAD軟件不能面向生產全過程的劣勢，實現了遠程控制生產的功能。構成數據輸出層的硬件與軟件主要依靠用戶客戶端設備與生產機器之間的網絡設施。

3 互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)功能與實現

本系統(tǒng)主要在Microsoft Visual Studio 2010平臺下，依靠ASP.NET C#、HTML5、JavaScript以及CSS3進行開發(fā)。C#控制數據處理、存儲與輸出以及不同設計界面的切換；HTML5與JavaScript提供設計界面與設計工具；CSS3提供界面的美化以提升用戶的體驗。如圖 3 所示，本系統(tǒng)分為經編、緯編、橫編 3 種模式，主要具有花型設計、工藝設計、織物仿真、織物分析、數據輸出和產品數據庫六大功能模塊。

3.1 花型設計模塊

根據針織產品的設計特點，本模塊主要由花型意匠圖、工藝編織圖、線圈結構圖組成。以緯編單面產品為例，圖4（a）為花型意匠圖，花型意匠圖為織物的圖案樣式，圖中不同顏色表示不同的紗線，用戶通過鼠標選擇不同的顏色，在網格中進行繪制，網格的長和寬為織物的花寬與花高。為方便操作和存儲，引入二維數組C（i，j）。式（1）中：i=0，1，2，…，h-1；j=0，1，2，…，w-1；C（i，j）=n表示在第i+1橫列、第j+1縱行的顏色為第n號色；h表示花高；w表示花寬。數組C（i，j）以字符串的形式儲存在數據庫中。

圖4（b）為工藝編織圖，原理同花型意匠圖，用戶通過鼠標選擇不同的編織動作，在圖中對應的位置進行繪制，同樣引入二維數組K（i，j）方便設計與存儲。式（2）中：i=0，1，2，…，h-1；j=0，1，2，…，w-1；K（i，j）表示在第i+1橫列、第j+1縱行的編織動作；h表示工藝行數，工藝行數一般為花高，在提花編織時為花高的倍數，如兩色芝麻點提花工藝行數為花高的 2 倍；w表示花寬。式（3）為K（i，j）的取值，1 ～ 9 表示不同的編織動作。如在設計單面平紋織物時，K（i，j）默認值全為 1，即全為針筒成圈；在進行規(guī)律提花編織時，K（i，j）會根據C（i，j）的值自動生成。

圖4（c）為線圈結構圖，根據K（i，j）與C（i，j）的值，運用貼圖的方法在相應位置上貼圖，并通過設置透明色的方法實現線圈相互穿套的效果。

在本模塊中，用戶還可以自行導入位圖生成花型意匠圖，然后根據需求選擇提花編織，如緯編單面提花、雙面提花等。

3.2 工藝設計模塊

本模塊由原料編輯、動作編輯以及上機參數編輯構成。原料編輯包括原料規(guī)格、細度、延伸率、顏色等基本數據，原料比根據機號、橫密、縱密、克重等數據通過程序計算而得。動作編輯是針對緯編單面浮線添紗織物上機所需要的動作文件而設立的，包括步、圈、針、動作類型、動作名稱、動作值與單位。上機參數為織造時所需的基本工藝參數，如送經量、幅寬、橫密、縱密、克重等，程序支持自動計算產量與克重。在編輯工藝參數時，程序會給出根據實際生產狀況得出的參考值，在一定程度上可以優(yōu)化編織效率。最終程序根據輸入和自動計算得到的工藝參數生成產品工藝單，工藝單包括織造所需的所有信息，如在緯編工藝單上還可根據工藝編織圖自動生成生產所需的三角排列、織針排列。

3.3 織物仿真模塊

本模塊由紗線模擬、織物仿真和產品展示構成。紗線模擬根據針織紗線的結構特征利用計算機圖形學實現，能夠有效提高織物仿真的效果?？椢锓抡娓鶕浘帯⒕暰?、橫編織物的不同特點，選取不同的仿真方法，緯編、橫編采用構建圖源進行貼圖的方法仿真，經編采用NURBS模型實現織物的仿真。產品展示依靠三維仿真技術和虛擬現實技術實現，用戶可以選取不同的場景、模特與物品，以模擬產品在實際應用中的效果。

3.4 織物分析模塊

本模塊由在線織物分析和在線圖案檢索構成。如圖5 所示，用戶上傳樣布的實物圖，系統(tǒng)通過圖像處理技術，能夠得出樣布的一些基本參數，如原料、橫密、縱密等，并通過與產品數據庫其他實物圖進行比對，進而輸出織物的編織工藝，能夠在一定程度上取代人工的布樣分析。在線圖案檢索則針對各種提花、蕾絲織物，能夠根據上傳的花型紋樣的圖片或實物圖快速檢索出數據庫中相似的產品，為用戶再設計產品時提供參考。

3.5 數據輸出模塊

本模塊主要由生成上機文件、遠程控制構成，流程圖如圖 6 所示。以往針織CAD在設計完產品后生成控制文件，上機時需要通過U盤進行傳遞。本模塊在生成上機控制文件之后通過網絡協(xié)議與生產機器建立遠程連接，直接傳輸文件，并可對機器進行遠程控制，節(jié)省了時間和人力。此外本系統(tǒng)兼容經編、緯編、橫編 3 種類型的針織物的設計，可生成適用于 3 類織物各種機型的上機文件，并且支持多點傳輸。

3.6 產品數據庫模塊

本模塊主要由數據導入、數據備份、數據讀取構成。每個用戶都有屬于自己數據庫，用戶在設計完產品后，選擇導入數據庫，此產品的所有數據信息都將保存至遠程數據庫，用戶可根據需要隨時隨地查看數據庫，同時可以對數據進行編輯、更新與刪除。

4 互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)關鍵技術

4.1 界面交互技術

如圖 7 所示，在設計界面中，用戶通過鼠標、鍵盤等簡單操作完成針織物花型圖、編織圖的繪制與設計。設計界面主要采用網頁前端技術HTML5、JavaScript與CSS3實現網頁與用戶的交互。HTML5具有優(yōu)秀的圖形處理、三維特效等能力，帶有的Canvas對象使瀏覽器具有了繪制矢量圖的功能，有利于實現織物的花型設計。JavaScript是嵌入在HTML5中的一種腳本語言，用于對HTML5的對象進行操作，將捕捉到的鼠標和鍵盤的操作指令進行處理，然后呈現在用戶操作的對象上。CSS3則常用來為網頁添加各式各樣的動態(tài)功能，為用戶提供更流暢美觀的瀏覽效果。目前大多數瀏覽器已支持HTML5、JavaScript與CSS3，其中JavaScript語言不僅在PC端廣泛兼容，在手機、平板電腦等手持式設備上也有較好的兼容性。通過HTML5、JavaScript語言與CSS3三者的組合可以很好實現動態(tài)網頁的交互設計，并使網頁具有極佳的外觀與動態(tài)功能，并具有織物設計方便、數據快速響應等特點，提升了設計者的體驗。

4.2 云計算技術

云計算通過互聯(lián)網將各種軟硬件資源以服務的方式提供給終端用戶，從而實現各種資源的虛擬化，提高服務的可擴展性。將云計算應用到CAD軟件上，其效果主要體現在以下幾方面。

（1）大計算量。進行織物仿真時，普通計算機的性能遠遠不能滿足織物真實感仿真所需要的速度。而云計算運用并行計算、分布式計算的方法將計算任務提交到其他多個服務器上運行，以此獲得強大的計算能力，十幾分鐘的仿真計算便可在幾秒內完成。

（2）大數據容量。云計算的服務器數量龐大，最大的規(guī)?？蛇_百萬臺。云計算提供的網絡數據庫，不占用用戶本身的存儲資源，在云端的數據庫打破了時空的限制，用戶可根據需要隨時隨地存取數據庫中的內容，還可以同時分享國內外其他生產廠家提供的產品資料，能夠得到最新紗線和面料的信息。

（3）高可靠性。云計算采用數據多副本容錯等技術保證了數據的安全性，數據放在云端比本地更可靠。

4.3 織物仿真技術

織物仿真技術的發(fā)展縮短產品開發(fā)周期，用戶不必打樣即可看到產品的生產效果圖，節(jié)約了時間和開發(fā)費用。如圖8（a）緯編、橫編織物仿真原理示意圖，首先模擬紗線的真實感，再采用Pierce理想線圈模型，模擬真實線圈的形態(tài)，然后采用光照模型提高線圈的立體感，并根據式（2）K（i，j）工藝編織圖的數學值生成線圈結構的圖源，在貼圖之前根據式（1）C（i，j）花型意匠圖的數學值進行換色處理，最后依次貼圖，生成織物的仿真效果圖。圖8（b）經編織物仿真原理示意圖，先使用NURBS模型構建線圈模型，通過光照模型與紋理映射增加線圈真實感，然后通過受力分析，得到線圈受力位移規(guī)律控制線圈的形變，最終生成織物仿真圖。

4.4 虛擬展示技術

在設計中引入虛擬展示技術，通過圖形學、圖像處理及三維建模等技術對織物的真實感進行模擬，在設計過程中就可看到織物穿在人身上或在使用中的效果。借助此技術，也可運用在商家的紡織品展示及消費者的個性化定制中。目前有 3 種比較實用的虛擬展示技術。

（1）以圖像為基礎的虛擬展示技術，通過大量不同角度的圖片組合成織物的三維立體效果；（2）以文本語言為基礎的虛擬展示技術，利用虛擬現實建模語言VRML實現三維立體模型；此技術基于網絡，用戶通過瀏覽器即可直接接受展示信息，因此互聯(lián)網針織CAD采用此項技術開發(fā)虛擬展示系統(tǒng)；（3）以三維數字模型和場景為基礎的虛擬展示技術，利用三維數字模型軟件將實物轉換為三維模型并置于虛擬場景中。

4.5 個性定制技術

當用戶在挑選商品過程中無法找到自己所滿意的商品時，往往想通過自己的設計來獲取一個最合適的商品。個性定制不僅增加了消費者的主觀能動性，也能為生產商節(jié)約生產成本，可根據消費的喜好生產市場接受力強的商品。相比電子商務，互聯(lián)網針織CAD軟件依靠其強大的設計、仿真與虛擬展示的能力，可以更好地發(fā)揮個性定制技術的優(yōu)勢。用戶可以自行上傳喜歡的圖案，選擇滿意的組織進行填充，通過虛擬展示觀看成品效果。系統(tǒng)還與生產廠家與電商平臺建立聯(lián)系，用戶可選擇直接與生產廠家聯(lián)系織機上機生產或進入電商平臺選擇訂購服務。

5 結語

本文開發(fā)的互聯(lián)網針織CAD系統(tǒng)除具備單機版CAD的功能外，還具有以下特點：縮短了產品的生產周期；面向產品的生產全過程；網絡運行，不受時空的限制；具有完備的產品數據庫，有效地管理了產品信息；有效降低用戶在軟硬件上的投入；具有個性定制功能。通過實際應用，達到了從設計到上機一系列動作的目的，且在網絡上操作更簡單易行，實現了針織CAD軟件由“計算機輔助”到“網絡輔助”、由“購買軟件”到“購買服務”的轉變。

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