劉 宇

（大連大楊服裝定制科技有限公司，遼寧 大連 116000）

計(jì)算機(jī)輔助刺繡設(shè)計(jì)是現(xiàn)代刺繡工業(yè)化的一個(gè)重要發(fā)展方式，通過(guò)算法進(jìn)行輔助，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編輯預(yù)設(shè)花紋、自動(dòng)走針、效果預(yù)覽以及自動(dòng)縫紉，可以提高工業(yè)刺繡的實(shí)際效果，改善現(xiàn)有的工藝水平，提升刺繡的綜合效率。字符是現(xiàn)代工業(yè)刺繡中使用率較高的一種圖案，多樣化的字符可以豐富刺繡的多樣性，并且可以應(yīng)用在商標(biāo)制作、公司名稱制作、標(biāo)語(yǔ)制作等場(chǎng)景中，通過(guò)變形化的字符開(kāi)展工業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)原有圖形進(jìn)行變形和升級(jí)，達(dá)到豐富效果的目的。

1 工業(yè)刺繡軟件字符變形現(xiàn)狀

現(xiàn)有的工業(yè)軟件主要是通過(guò)日本、德國(guó)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)數(shù)字化軟件對(duì)已有文字進(jìn)行變形，但是他們所開(kāi)發(fā)的工業(yè)軟件是基于條塊化、模式化的變形方式，針對(duì)多樣化的圖形，應(yīng)用范圍較小，且字符變形缺乏靈活性。例如日本設(shè)計(jì)的Artist Plus輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)就是采取這種變形方法，預(yù)制一系列變形模板，再進(jìn)行變形字符的套用[1]。德國(guó)的變形模板Taxgallery添加的工具與日本的變形軟件也十分類似，這種工具在應(yīng)用之前也要選擇一個(gè)變形模板，基于固定的變形塊狀物和條狀物進(jìn)行調(diào)整。用戶在操作時(shí)，需要輸入一串字符，再通過(guò)固定的版型模式進(jìn)行變形處理。雖然這兩種方法十分穩(wěn)定，但是在變形之后，都不可避免地出現(xiàn)一系列失真的情況。由此可見(jiàn)，以上兩種數(shù)字化的變形方法很難達(dá)到現(xiàn)代刺繡輔助設(shè)計(jì)的美觀性和可控性的要求，用戶的自主操作程度高，且外形輪廓的變形很有可能不受控，最終甚至?xí)耆鲎冃屋喞?，也不利于操作者進(jìn)行創(chuàng)造性的輔助設(shè)計(jì)。針對(duì)現(xiàn)有的不足，為了方便用戶調(diào)整大小和形狀，可以進(jìn)一步擴(kuò)大用戶自由創(chuàng)作的空間。

2 基于加權(quán)網(wǎng)格的字符變形算法優(yōu)化

從上文分析可以看出，基于算法優(yōu)化，盡可能地減少字符在變形過(guò)程中的失真情況，可以提高字符的美觀性，保障創(chuàng)作者創(chuàng)作自由?；谒惴ā⑷笔【W(wǎng)格和加權(quán)網(wǎng)格，對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到上述效果。

2.1 網(wǎng)格的變形

在這個(gè)步驟中，基于已有的計(jì)算機(jī)字符串開(kāi)展外接矩形和內(nèi)接矩形的雙重設(shè)計(jì)，根據(jù)已知的字符邊界情況，把握構(gòu)造點(diǎn)的坐標(biāo)，再對(duì)外接矩形的構(gòu)造點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)模板的連接。這種缺省控制點(diǎn)的方法可以對(duì)已有的控制模板進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過(guò)編輯之后，剩下的點(diǎn)符號(hào)不作任何改變，就可以畫(huà)出一個(gè)字符變形之前的初始網(wǎng)格，對(duì)變形之后的字符網(wǎng)格進(jìn)行控制[2]。初始網(wǎng)格的控制點(diǎn)主要為16個(gè)，按照變形的數(shù)字點(diǎn)靈活地調(diào)整，產(chǎn)生網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn)數(shù)組之后，再根據(jù)虛線的外接矩陣與內(nèi)接矩陣，劃分變形網(wǎng)格為多個(gè)2×3的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，將已有的主動(dòng)控制點(diǎn)和被動(dòng)控制點(diǎn)接入這個(gè)變形網(wǎng)格中。通過(guò)同行或同行的控制點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，可以獲得一個(gè)矩陣模型，在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)拉伸和變形獲得變形之后的網(wǎng)格控制點(diǎn)。當(dāng)主控點(diǎn)移動(dòng)到新的位置時(shí)，被動(dòng)控制點(diǎn)也發(fā)生相應(yīng)的變化，例如原有的主動(dòng)控制點(diǎn)為a，變形之后的控制點(diǎn)為a1，這里a和a1就是一一對(duì)應(yīng)的，同樣的變形放在其他控制點(diǎn)上就可以完成所有控制點(diǎn)移動(dòng)和權(quán)值的計(jì)算（表1）。

表1 層次判斷矩陣與權(quán)重計(jì)算

2.2 權(quán)值計(jì)算

在計(jì)算過(guò)程中，為了避免各自節(jié)點(diǎn)相互交叉或重疊，要限制主動(dòng)控制點(diǎn)的移動(dòng)附加約束條件，在移動(dòng)時(shí)確定移動(dòng)點(diǎn)的范圍，依據(jù)相鄰坐標(biāo)的實(shí)際邊界開(kāi)展位移點(diǎn)的控制。將相鄰的左右兩個(gè)控制點(diǎn)標(biāo)注清楚，如兩個(gè)控制點(diǎn)的x坐標(biāo)不能超過(guò)上下限相鄰兩個(gè)點(diǎn)的y坐標(biāo)。通過(guò)這樣的坐標(biāo)控制法和象限控制法，盡可能地減少整體位移而造成的變形情況。以上文的a控制點(diǎn)和a1控制點(diǎn)兩個(gè)點(diǎn)為例，y坐標(biāo)不能超出c1點(diǎn)的y坐標(biāo)。基于這種控制方法，可以取得較好的運(yùn)行效果，在權(quán)值計(jì)算的狀態(tài)下，要對(duì)a1點(diǎn)的原始狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)注，對(duì)當(dāng)前的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)后的更新，當(dāng)移動(dòng)點(diǎn)沒(méi)有任何控制點(diǎn)時(shí)，對(duì)其限制情況進(jìn)行標(biāo)注。移動(dòng)后的新坐標(biāo)也要標(biāo)注清楚，同時(shí)設(shè)定簡(jiǎn)單的權(quán)值計(jì)算規(guī)則，對(duì)于變形前和變形后的圖形進(jìn)行同行或同列的距離計(jì)算，在這里分析不同的移動(dòng)方法對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)位置的影響。在被動(dòng)控制點(diǎn)移動(dòng)的過(guò)程中，x軸和y軸產(chǎn)生兩個(gè)相應(yīng)的位移，這里的權(quán)值計(jì)算就要對(duì)不同的移動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行相似的處理。在完成移動(dòng)之后，根據(jù)變形的需要，對(duì)主動(dòng)控制點(diǎn)的位置進(jìn)行附加升級(jí)，通過(guò)遞歸算法對(duì)主動(dòng)控制點(diǎn)在移動(dòng)和變形以后的網(wǎng)格進(jìn)行多次權(quán)值計(jì)算，進(jìn)而獲得有效的位移變形效果[3]。

2.3 字符構(gòu)造點(diǎn)的定位

對(duì)字符變形也就是對(duì)構(gòu)造字符的點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和升級(jí)。當(dāng)所有的構(gòu)造點(diǎn)重新連接之后，變形的效果就比較順滑，不顯突兀，這里的變形要?jiǎng)?chuàng)造后一步位移的條件，同時(shí)，根據(jù)變形的構(gòu)造點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的定位。如果定位不夠清楚，那么后續(xù)的變形就很有可能超過(guò)原本預(yù)判的框架。本次變形計(jì)算算法的目的是在觸發(fā)變形之前，就對(duì)構(gòu)造點(diǎn)的位置進(jìn)行定位，再去找出不同的對(duì)應(yīng)網(wǎng)格進(jìn)行比例計(jì)算，最終計(jì)算出構(gòu)造點(diǎn)變形之后的新坐標(biāo)，從而開(kāi)展有效的變形識(shí)別。對(duì)于變形前的一個(gè)網(wǎng)格所具有的不同坐標(biāo)，要抓取字符象限中的任意點(diǎn)在網(wǎng)格當(dāng)中的不同角標(biāo)位置進(jìn)行標(biāo)注，例如一個(gè)字符的寬度為w，高度為h，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，就要通過(guò)定義的變形來(lái)保障對(duì)應(yīng)構(gòu)造點(diǎn)的位置，可以及時(shí)發(fā)生移動(dòng)變形，之后的頂點(diǎn)要根據(jù)算法得出，通過(guò)不同的比例變化就可以得到不同的新坐標(biāo)。網(wǎng)格是字符串變形的框架，在不同的變形方法中，要對(duì)位置點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性的構(gòu)造。

通過(guò)上述分析可以看出，針對(duì)不同的字符串，要把握添加控制點(diǎn)的數(shù)量，再根據(jù)這個(gè)位移情況及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的調(diào)整，依據(jù)這種變化和構(gòu)造點(diǎn)的定位，計(jì)算出新的構(gòu)造點(diǎn)位置。在定位完成之后，對(duì)已有的定位進(jìn)行更新，消除原有的定位，獲得變形之后坐標(biāo)更新的結(jié)果。根據(jù)字符串的變形情況，就可以獲得控制點(diǎn)矩陣的改變模型，進(jìn)一步降低對(duì)同行或同列其他控制點(diǎn)產(chǎn)生的影響。保障變形之后的精度，根據(jù)不同的權(quán)值矩陣，獲得較好的矩陣升級(jí)效果。但是，這種變形方法也要注意控制點(diǎn)的數(shù)量，需要根據(jù)不同字符串的大小、位置和變形的實(shí)際需求進(jìn)行改變。當(dāng)變形的數(shù)量增多，在超出現(xiàn)有的計(jì)算矩陣平滑限值的情況下，也可以得到近似曲線邊緣的變形。上述算法需要對(duì)網(wǎng)格字符的定位情況進(jìn)行加權(quán)創(chuàng)建，避免字符的變形失真，用戶也可以根據(jù)不同的主動(dòng)控制點(diǎn)的矩陣圖形來(lái)獲得更好的效果。創(chuàng)作者可以依靠自己的想象來(lái)對(duì)數(shù)值情況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，拓展創(chuàng)作空間。整體來(lái)看，這種算法的穩(wěn)定度、美觀度都符合現(xiàn)代工業(yè)刺繡的系統(tǒng)要求，適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)刺繡軟件的整體要求，在輔助設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

在軟件技術(shù)不斷升級(jí)的當(dāng)下，這種基于字符自動(dòng)優(yōu)化和變形處理的軟件還需要結(jié)合其他算法進(jìn)行升級(jí)，對(duì)當(dāng)前可能存在的一些矩形變形的問(wèn)題開(kāi)展復(fù)雜的填充，有效地避免數(shù)據(jù)失真的情況。在復(fù)雜區(qū)域開(kāi)展變形填充，需要結(jié)合電腦刺繡CAD系統(tǒng)進(jìn)行條塊分割和數(shù)據(jù)計(jì)算，進(jìn)一步滿足現(xiàn)代針?lè)ǖ囊蟆Ｍㄟ^(guò)改進(jìn)的直線條分析，更好地滿足整體刺繡軟件的計(jì)算要求，提高制作精度，如在具體的字符形狀分割過(guò)程中，可以基于凹角點(diǎn)和凸多邊形的敏感邊界情況開(kāi)展字體格式的有效設(shè)計(jì)，根據(jù)自動(dòng)編針預(yù)先置入文件，避免字體增加過(guò)多而產(chǎn)生過(guò)于混亂的情況。在變形的同時(shí)，還要對(duì)字符形狀的定位點(diǎn)進(jìn)行輪廓信息的加權(quán)計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)工業(yè)刺繡軟件的字符變形情況進(jìn)行探討，有助于對(duì)算法進(jìn)行升級(jí)。現(xiàn)有的操作算法體塊分割的數(shù)量較小，無(wú)法滿足創(chuàng)造性的要求。因此，在未來(lái)的算法升級(jí)上，要考慮到實(shí)際操作的變形情況，基于算法的加權(quán)優(yōu)化，確保當(dāng)前的工業(yè)刺繡控制點(diǎn)可以基本滿足外接矩形變形，通過(guò)曲線邊緣的有效控制，提高整體的控制精度，盡可能地減少不當(dāng)操作造成的損失和缺陷。