王維杰, 陳 江, 鄭 丹, 王佳麗, 余衛(wèi)華, 方 佳, 程 明

(1.四川省絲綢科學(xué)研究院有限公司,成都 610031; 2.四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院,成都 610065;3.四川省佰昉和科技有限公司,成都 610000; 4.杭州天睿絲綢有限公司,杭州 310000)

目前在紡織面料上形成可控彩色圖案的主要工藝手段有刺繡、提花和印花,因?yàn)榇汤C和提花生產(chǎn)工藝流程相較于印花工藝復(fù)雜且成本較高,所以印花面料占據(jù)了面料市場的主導(dǎo)地位。數(shù)碼印花技術(shù)的發(fā)展解決了消費(fèi)者對印花圖案的個(gè)性化需求問題,有眾多研究人員嘗試采用數(shù)學(xué)模型、人工智能技術(shù)來促進(jìn)印花圖案的原始創(chuàng)新[1-3],但是目前還存在部分消費(fèi)者傾向于購買具有特殊肌理質(zhì)感的紡織品,如具有手工刺繡肌理效果的面料[4]。

為了滿足消費(fèi)者需求同時(shí)保證面料的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本,有研究人員探索了采用印花工藝在面料上模擬刺繡效果的方法,其關(guān)鍵技術(shù)在于利用計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)來模擬刺繡的視覺質(zhì)感效果。在非真實(shí)感圖形學(xué)領(lǐng)域,刺繡風(fēng)格圖像渲染技術(shù)主要可分為基于筆觸渲染的方法、基于圖像類比的方法和基于圖像濾波的方法[5],其中基于筆觸渲染的方法是非真實(shí)感圖形學(xué)中常用的技術(shù)[6-9]。雖然基于筆觸渲染的方法可通過學(xué)習(xí)參考圖像中的信息實(shí)現(xiàn)圖像的風(fēng)格化,但是這種方法不能簡單地?cái)U(kuò)展到針對其他風(fēng)格的遷移,導(dǎo)致其使用受到限制。隨著深度學(xué)習(xí)在圖像處理領(lǐng)域的發(fā)展,一種基于深度學(xué)習(xí)的快速圖像風(fēng)格化方法應(yīng)運(yùn)而生。這種圖像風(fēng)格化的方法大大提高了圖片的生成速度,并且生成的圖片具有更好的視覺效果。隨著網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展,一個(gè)單一的可訓(xùn)練模型可以轉(zhuǎn)移任意的藝術(shù)風(fēng)格,并可應(yīng)用于刺繡風(fēng)格模擬問題,這解決了需要分別訓(xùn)練不同的針法樣式的問題。最近,一種基于CNN的方法被設(shè)計(jì)用于刺繡風(fēng)格遷移,它可以產(chǎn)生不規(guī)則放置的縫線的結(jié)果[10]。然而,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只有在包含更多自然內(nèi)容和清晰的高級語義信息的圖像上才能很好地工作,而且風(fēng)格遷移過程中缺少用戶交互操作,忽略了用戶創(chuàng)意的介入途徑。綜上,雖然采用非真實(shí)感圖形學(xué)方法可以繪制不同刺繡風(fēng)格效果的圖案,然而由于其技術(shù)本質(zhì)是基于對現(xiàn)有圖像進(jìn)行風(fēng)格化渲染,所以無法實(shí)現(xiàn)類似手工刺繡效果的可控模擬。與此同時(shí),其技術(shù)實(shí)現(xiàn)需要專業(yè)性極強(qiáng)的程序編制工作,不利于技術(shù)普及應(yīng)用。在應(yīng)用研究方面,王金美等[11]利用Wilcom ES繡花軟件對刺繡圖案進(jìn)行基礎(chǔ)參數(shù)化設(shè)計(jì),并結(jié)合Photoshop軟件對初始刺繡圖案進(jìn)行二次處理,通過數(shù)碼印花工藝在絲綢面料上實(shí)現(xiàn)仿齊針繡、戧針繡等肌理效果。然而Wilcom ES等刺繡商業(yè)化軟件是為了輔助電腦繡花的生產(chǎn)而設(shè)計(jì),其對刺繡效果的模擬清晰度不高,且刺繡針跡間銜接生硬、風(fēng)格單一,將模擬圖案應(yīng)用在印花面料上無法較好地體現(xiàn)手工刺繡靈活自然的視覺質(zhì)感。

為了解決目前商業(yè)刺繡模擬軟件圖片清晰度差、風(fēng)格單調(diào)與基于非真實(shí)感圖形學(xué)技術(shù)無法可控模擬手工刺繡效果這兩個(gè)問題,本文基于對刺繡質(zhì)感形成原理的研究,提出了采用區(qū)域劃分和矢量折線填充的方法來模擬刺繡質(zhì)感,并基于Adobe Illustrator軟件平臺與參數(shù)探索實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了清晰度高、兼容性強(qiáng)、交互性好的模擬刺繡圖案。最后基于在絲綢面料上進(jìn)行數(shù)碼印花實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性與適應(yīng)性。

1 刺繡視覺質(zhì)感的形成原因與繪制原理

研究刺繡質(zhì)感的形成原因?qū)δM繪制刺繡質(zhì)感至關(guān)重要。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域,物體表面真實(shí)視覺質(zhì)感的繪制是真實(shí)感圖形學(xué)的主要研究內(nèi)容之一。根據(jù)基于物理的光照模型(Physically Based Rendering,PBR)可以得知,影響質(zhì)感的兩個(gè)因素是物體表面的光學(xué)特性和幾何細(xì)節(jié)。對于不透明物體,物體表面的光學(xué)特性即材質(zhì)本身特性造成的光線特定反射現(xiàn)象,與材質(zhì)表面的反照率、粗糙度與金屬度有關(guān);幾何細(xì)節(jié)為材質(zhì)在空間中的組織排列形式,表現(xiàn)為物體在亞宏觀結(jié)構(gòu)層呈現(xiàn)的凹凸紋理,與材質(zhì)表面的法線分布有關(guān)。下式為反射率方程,描述的是物體表面上一點(diǎn)反射到觀察方向的出射輻射亮度Lo的計(jì)算方法,依次計(jì)算材質(zhì)表面每一點(diǎn)的出射輻射亮度值便可以繪制出物體表面的真實(shí)質(zhì)感。

(1)

式中：物體表面上p點(diǎn)的出射輻射亮度Lo(p,wo)由入射光輻射亮度Li(p,wi)、入射光與p點(diǎn)法線的夾角的余弦值及p點(diǎn)處的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)值fr(p,wi,wo)控制,半球積分表示多光源直接光照與間接光照的疊加。

BRDF計(jì)算的是p點(diǎn)入射方向到出射方向光的反射比例,物體表面不同點(diǎn)的材質(zhì)特性不同,因此具有不同的BRDF值。BRDF中包含一個(gè)漫反射項(xiàng)和一個(gè)鏡面反射項(xiàng),在漫反射項(xiàng)中c為p點(diǎn)材質(zhì)的反照率即表面顏色。鏡面反射項(xiàng)的計(jì)算與D(法線分布函數(shù))、F(菲涅爾函數(shù))和G(幾何函數(shù))有關(guān),如下式所示。

(2)

下式為法線分布函數(shù),其中α為p點(diǎn)的粗糙度、n為p點(diǎn)法線、h為半角向量。

(3)

下式為菲涅爾函數(shù),由p點(diǎn)的基礎(chǔ)反射率F0、半角向量h及視角方向v計(jì)算得出。其中F0=F0×(1-metallic)+c×metallic,當(dāng)p點(diǎn)金屬度為1時(shí),F0為p點(diǎn)材質(zhì)的反照率,當(dāng)p點(diǎn)金屬度為0時(shí)表示為電介質(zhì),F0為固定值0.04。

Fschlick(h,v,F0)=F0+(1-F0)(1-(h·v))5

(4)

下式為幾何函數(shù),描述了物體表面微平面相互遮擋導(dǎo)致的光線能量減少或丟失的現(xiàn)象,與p點(diǎn)的粗糙度、法線n及視角和光線方向有關(guān)。

(5)

因此,物體表面的光學(xué)特性主要由BRDF決定,通過逐像素地定義材質(zhì)反照率、粗糙度和金屬度便可以計(jì)算每個(gè)像素的顏色,從而形成不同的顏色和光澤效果。除此之外,對于材質(zhì)表面的幾何細(xì)節(jié)則需要逐像素地定義表面法線方向,從而影響著色,產(chǎn)生凹凸不平的視覺效果。

以刺繡材質(zhì)為例,表面的光特性主要與繡線的顏色和粗糙度有關(guān),如圖1(a)所示。由于繡線為電介質(zhì)材質(zhì),表面基礎(chǔ)反射率為常數(shù)0.04,顏色主要由漫反射提供,不同顏色的繡線即代表不同的反照率,通過指定不同位置的反照率即可定義刺繡材質(zhì)上不同區(qū)域的顏色;此外由于刺繡所采用的散線與股線表面的粗糙度存在較大差異,通常散線的粗糙度低于股線的粗糙度,因此基于散線繡制的刺繡作品鏡面反射更加強(qiáng)烈。刺繡表面的幾何細(xì)節(jié)體現(xiàn)為不同長度和方向的針腳所形成的緊密凹凸質(zhì)感,可以通過表面法線貼圖來定義刺繡表面的幾何細(xì)節(jié)。通過逐像素定義刺繡材質(zhì)的反照率、粗糙度與法線方向便可以繪制出人眼看到的真實(shí)刺繡質(zhì)感圖像,如圖1(b)所示。在具體的PBR渲染流程中,可以分別通過顏色紋理貼圖、粗糙度紋理貼圖、高度紋理貼圖和法線紋理貼圖來定義刺繡物體表面質(zhì)感,如圖2所示。

基于以上真實(shí)刺繡質(zhì)感的形成原理,可以為真實(shí)質(zhì)感的刺繡模擬提供理論支撐。為真實(shí)再現(xiàn)刺繡材質(zhì)的光學(xué)特性與幾何細(xì)節(jié),一些研究采用了商業(yè)繡花制版軟件Wilcom來制作刺繡模擬圖,然而Wilcom并非為了生成刺繡模擬圖而開發(fā),其生成的模擬刺繡圖片無法體現(xiàn)針腳之間的陰影,從而影響了刺繡表面幾何細(xì)節(jié)的表達(dá)。與此同時(shí),因?yàn)楣に嚄l件的局限性,機(jī)繡只能采用有限顏色的繡線還原圖案效果,從而導(dǎo)致色彩間過渡生硬[12]。更為重要的一點(diǎn)是,機(jī)器刺繡的針法不如手工刺繡針法靈活,無法提高刺繡模擬圖案的審美價(jià)值。以Adobe Substance 3D Sampler刺繡濾鏡生成的刺繡材質(zhì)效果為例,雖然通過各類貼圖的計(jì)算還原了刺繡材質(zhì)的光學(xué)特性和幾何細(xì)節(jié),但是色塊間相互獨(dú)立,沒有顏色過渡效果,而且最多只能呈現(xiàn)10種顏色,如圖3所示。通過觀察刺繡材質(zhì)的放大圖可以得知相同色塊內(nèi)的針腳排列無規(guī)律,因此無法呈現(xiàn)類似手工刺繡的藝術(shù)審美效果。

圖3 基于Adobe Substance 3D Sampler制作的刺繡紋理效果Fig.3 Embroidery texture image made based on Adobe Substance 3D Sampler

由于通過以上方法繪制的刺繡質(zhì)感圖片均無法保存為矢量圖格式,因此在面料上印花時(shí)容易造成分辨率不足等問題。除此之外,由于數(shù)碼印花機(jī)精度的限制與墨水的滲化作用導(dǎo)致刺繡圖案細(xì)節(jié)在印花過程中丟失,從而影響刺繡質(zhì)感圖案的模擬效果。針對由圖案導(dǎo)致的問題與印花環(huán)節(jié)導(dǎo)致的問題,本文從圖案設(shè)計(jì)的角度出發(fā)提出了相應(yīng)的解決方法,如表1所示。

表1 基于本文方法解決的問題與對應(yīng)策略Tab.1 Problems solved based on this method and corresponding strategies

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 基于區(qū)塊劃分與矢量折線填充方法的刺繡質(zhì)感圖案繪制流程

刺繡質(zhì)感圖案的繪制流程如圖4所示。第一步,選取待繪制原始圖片,使用Adobe Illustrator軟件鋼筆工具繪制主體對象輪廓,根據(jù)主體對象結(jié)構(gòu)特征及相似色相區(qū)域進(jìn)一步劃分對象細(xì)分區(qū)塊輪廓。第二步,按照原始圖片中主體對象的顏色填充相應(yīng)區(qū)塊內(nèi)顏色。第三步,基于邊緣切向流(Edge Tangent Flow,ETF)算法計(jì)算分析主體對象結(jié)構(gòu)走勢,如圖4案例中,依據(jù)鳥羽毛的生長方向確定區(qū)塊內(nèi)待填充折線的方向。第四步,為了確保模擬刺繡針長度的均勻性,依托對象結(jié)構(gòu)走勢對顏色區(qū)塊面積較大的區(qū)域進(jìn)行二次分割。圖5顯示了經(jīng)過二次區(qū)塊分割與未經(jīng)過區(qū)塊二次分割對刺繡模擬效果的影響。第五步,基于Adobe Illustrator軟件中的涂抹工具在相應(yīng)區(qū)塊內(nèi)快速填充矢量折線。第六步,依次調(diào)整區(qū)塊內(nèi)折線填充方向α,折線密度β,折線寬度γ,折線變化參數(shù)δ、ε,區(qū)塊過渡參數(shù)θ,最終獲得具有刺繡質(zhì)感的模擬圖案。其中,折線填充方向、折線密度、折線寬度、折線變化參數(shù)、區(qū)塊過渡參數(shù)與Adobe Illustrator軟件中調(diào)整的參數(shù)對應(yīng)情況如表2所示。

圖4 刺繡質(zhì)感圖案繪制流程Fig.4 Flowchart of embroidery texture pattern drawing

圖5 經(jīng)過與未經(jīng)過區(qū)塊二次分割效果對比Fig.5 Simulation comparison diagram with and without secondary block segmentation

表2 區(qū)塊折線調(diào)整參數(shù)與Adobe Illustrator軟件中參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系Tab.2 Correspondence between block polyline adjustment parameters and parameters in Adobe Illustrator software

2.2 基于邊緣切向流的圖像內(nèi)容特征向量提取

分析圖像中主體的結(jié)構(gòu)走勢本質(zhì)上是獲取圖像主體的特征線,可以通過建立平滑的向量場作為圖像的流場來保存主體對象的特征線信息。借鑒Kang等[13]提出的基于流的各向異性DoG數(shù)學(xué)模型,其中通過構(gòu)建二維圖像的邊緣切向流場能夠很好地提取圖像中具有方向性等特征的結(jié)構(gòu),可以通過流場向量方向來指導(dǎo)本文中折線填充方向。

定義t(x)為邊緣切向流,其方向垂直于圖像的梯度,如下式所示。

(6)

式中：Ω(x)為x的鄰域;k表示向量的標(biāo)準(zhǔn)化量;ωs為空間歸一化函數(shù),ωm為大小權(quán)重函數(shù),ωd為方向權(quán)重函數(shù)。

ωs、ωm、ωm的定義分別如下式所示。

(7)

ωm(x,y)=(1+tanh[η×(?(x)-?(y))]/2

(8)

ωd(x,y)=|tcur(x)×tcur(y)|

(9)

式中：r為Ω(x)的半徑;?(z)表示在z處標(biāo)準(zhǔn)化后梯度值的大小;η表示下降率;tcur(z)表示當(dāng)前在z處標(biāo)準(zhǔn)化的正切向量。

通過在Matlab軟件中實(shí)現(xiàn)上述功能,其算法流程如圖6所示。

圖6 邊緣切向流場計(jì)算流程Fig.6 Flow chart of edge tangent flow field calculation

在該程序中,通過對圖像進(jìn)行邊緣檢測得到圖像中物體的輪廓信息。隨后使用梯度計(jì)算技術(shù)計(jì)算圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的梯度,得到圖像中每個(gè)位置的梯度信息。之后計(jì)算這些梯度向量的切向量得到切向流場,如圖7所示,切線流場的方向與圖像中鳥的羽毛方向相對應(yīng)。

圖7 邊緣切向流場計(jì)算結(jié)果Fig.7 Calculation results of edge tangent flow field

2.3 刺繡圖案印花效果的模糊綜合評價(jià)

2.3.1 建立評價(jià)因素集

因素集通常由影響事物整體評價(jià)的各因素組成,由于刺繡質(zhì)感需要從幾何細(xì)節(jié)和光學(xué)特性兩個(gè)角度進(jìn)行模擬,所以通過綜合這兩個(gè)方面建立針對刺繡印花圖案質(zhì)感的綜合評價(jià)體系。刺繡質(zhì)感的幾何細(xì)節(jié)由針腳之間的清晰度和針腳過渡柔和程度來評價(jià),光學(xué)特性由顏色鮮亮度和肌理光澤感來評價(jià),最終確定刺繡圖案印花效果評價(jià)指標(biāo)U,U=(u1,u2,u3,u4),其中u1=針腳清晰度,u2=過渡柔和度,u3=色彩鮮亮度,u4=肌理光澤感。

2.3.2 確定模擬效果評估集

評價(jià)集是對評價(jià)對象中的各因素進(jìn)行的各種評價(jià)結(jié)果的集合,常用字母V來表示。本案例中采用七級評價(jià)指標(biāo)V=(v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7),其中v1=非常差,v2=很差,v3=比較差,v4=一般,v5=比較好,v6=很好,v7=非常好。即刺繡圖案印花效果指標(biāo)的評估集為V=[非常差,很差,比較差,一般,比較好,很好,非常好]。

2.3.3 確定因素集中各指標(biāo)的權(quán)重

在對某一刺繡圖案印花效果進(jìn)行綜合評價(jià)時(shí)需要確定不同的評價(jià)因素對最終刺繡模擬效果評判的重要程度,即權(quán)重。本文采用層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)中計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法。

第一步,對不同評價(jià)因素的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)建比較判斷矩陣A。

(10)

矩陣中的對角元素是款式類目的自比較,因此aij=1,其中i=j;讓aij=1/aji,aij>0,i≠j。

具體地,采用Satty提出的比例九標(biāo)度法(表3),通過邀請5位對刺繡與計(jì)算機(jī)圖形繪制較為熟悉的服裝與服飾設(shè)計(jì)專業(yè)的研究生作為專家組,共發(fā)放問卷5份,收回5份,并采用Yaahp軟件進(jìn)行各因素權(quán)重計(jì)算。

表3 Satty比例九標(biāo)度體系Tab.3 Satty proportional nine scale system

第二步,計(jì)算因素集中各指標(biāo)的權(quán)重。

采用標(biāo)準(zhǔn)化幾何平均值法(Normalization of the Geometric Mean,NGM)來計(jì)算因素集中各指標(biāo)的權(quán)重。設(shè)Wi表示因素集中第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,如下式所示。

(11)

即因素集中各指標(biāo)的權(quán)重集為W=[w1,w2,…wn]T;i=1,2,…,n。

在構(gòu)造判斷矩陣時(shí)由于客觀事物的復(fù)雜性與人判斷能力的局限性,從而導(dǎo)致人們在對各因素重要性的判斷過程中做出矛盾的評判。為了確保成對比較矩陣的評估是合理有效的,需要對因素集中各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。一致性比率指標(biāo)CR如下式所示。

CR=CI/RI

(12)

式中：CI=(λmax-n)/(n-1)為一致性指標(biāo),RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo),是通過大量實(shí)驗(yàn)確定的。

λmax為最大特征根,計(jì)算如下式所示。

(13)

當(dāng)CR<0.1時(shí),認(rèn)為矩陣的不一致程度是可以接受的;否則認(rèn)為不一致性較為嚴(yán)重,需要重新對判斷矩陣做出相應(yīng)調(diào)整。

2.3.4 單因素模糊評判

設(shè)評判對象按因素集中的因素ui進(jìn)行評價(jià)時(shí),對評價(jià)集中的元素vj的隸屬程度為rij,對于ui的評價(jià)結(jié)果如下式所示。

(14)

式中：Ri稱為單因素評判集,是評價(jià)集V上的一個(gè)模糊集合。

把n個(gè)單因素評價(jià)集組合在一起則構(gòu)成了單因素評價(jià)矩陣R。

(15)

采用專家評分法對因素集中的每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià),打分范圍在區(qū)間[0,1]。例如,專家給ui項(xiàng)評價(jià)因素打分時(shí),應(yīng)滿足：

(16)

專家打完分后對每項(xiàng)評價(jià)因素在每項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)下的得分取平均值,計(jì)算最終得分作為評價(jià)集中元素ui對應(yīng)的隸屬度。

2.3.5 模糊綜合評判

結(jié)合權(quán)重集W與單因素評價(jià)矩陣R,計(jì)算得到模糊綜合評判結(jié)果B。

=(b1,b2,…,bm)

(17)

式中：bj(j=1,2,…,m)為模糊綜合評判指標(biāo);bj表示在考慮了評判對象所有因素時(shí),評判對象對評判集中某一元素的隸屬度。

3 結(jié)果與分析

3.1 刺繡圖案Adobe Illustrator中的參數(shù)設(shè)計(jì)

Adobe Illustrator中填充折線的參數(shù)包括角度、間距、描邊寬度、路徑重疊、間距變化、路徑重疊變化,其中角度控制區(qū)塊內(nèi)折線的總方向,可以設(shè)置360°任意朝向。在實(shí)際操作中,依據(jù)圖案中主體對象的結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置,未經(jīng)方向調(diào)整的折線填充效果與經(jīng)過方向調(diào)整的折線填充效果對比如圖8所示。未經(jīng)折線方向調(diào)整的圖案區(qū)塊間無明顯界限,導(dǎo)致圖案層次感較差,經(jīng)過區(qū)塊折線方向調(diào)整的圖案具有明顯的區(qū)塊界限,能夠較好地呈現(xiàn)刺繡質(zhì)感效果。

圖8 折線方向未調(diào)整與調(diào)整結(jié)果對比Fig.8 Comparison of results of unadjusted and adjusted polyline direction

間距對應(yīng)針腳線跡之間的距離,通過調(diào)整間距可以模擬繡線之間的疏密程度。手工刺繡時(shí)用繡針將繡線按順序排列產(chǎn)生絲光立體效果,繡線與繡線之間距離的疏密,對刺繡圖案的風(fēng)格、立體絲光效果都有直接影響。設(shè)置描邊寬度為0.05 mm,線跡間距分別為0.15、0.3、0.45 mm的刺繡圖案對比效果如圖9所示。由圖9(a～c)可知,線跡距離越小,線條之間越緊密,但是單個(gè)線跡越不清晰。線跡距離越大,單個(gè)線跡越清晰,但是線條之間越稀疏。在描邊寬度為0.05 mm時(shí),圖案線跡間距的合理參數(shù)取值范圍為0.15～0.3 mm。由圖9(d～f)可知,描邊寬度通過設(shè)置線條的粗細(xì)來描述針腳粗細(xì),具體應(yīng)根據(jù)圖案大小進(jìn)行設(shè)置,本文設(shè)置描邊寬度為0.05 mm。

路徑重疊參數(shù)可以控制折線超出區(qū)塊輪廓距離的大小,取值范圍為-352.78～352.78 mm。圖10中,綠色線條為區(qū)塊邊界,當(dāng)取值為正時(shí)路徑重疊參數(shù)數(shù)值越大,折線超出區(qū)塊界限越多,對應(yīng)區(qū)塊間過渡區(qū)域越多;相反當(dāng)取值為負(fù)時(shí),數(shù)值越小,折線區(qū)域收縮越多,區(qū)塊間呈現(xiàn)明顯間距。路徑重疊參數(shù)可以用來模擬刺繡針腳之間的不同過渡狀態(tài),如水路效果、齊針效果與暈針效果。

為了進(jìn)一步模擬真實(shí)刺繡效果中不同針腳長度與錯(cuò)位疊加效果,提出了間距變化與路徑重疊變化參數(shù),以此分別模擬真實(shí)刺繡場景中不同針腳間距與錯(cuò)位間距的差異,增強(qiáng)整體效果的層次感。通過路徑重疊變化參數(shù)與間距變化參數(shù)調(diào)整可以更好地模擬手工刺繡針腳自然過渡的效果,如圖11所示。

圖11 添加變化參數(shù)與未添加變化參數(shù)的模擬效果對比Fig.11 Comparison of simulation results with and without variable parameters

3.2 數(shù)碼印花面料實(shí)物效果

將刺繡圖案按照參數(shù)化設(shè)計(jì)方法處理后的圖案進(jìn)行印制,以此驗(yàn)證圖案參數(shù)化設(shè)計(jì)效果。本文將參數(shù)化處理后的圖案經(jīng)數(shù)碼印花設(shè)備印制到平紋絲綢織物上。刺繡模擬效果如圖12(a)所示,設(shè)置折線間距為0.15 mm,描邊寬度為0.05 mm,路徑重疊為0.2 mm,路徑重疊變化參數(shù)為0.3 mm,間距變化參數(shù)為0.1 mm。印染實(shí)物如圖12(b)所示,可以看出數(shù)碼印花圖案參數(shù)設(shè)置合理、效果逼真,達(dá)到暈針繡風(fēng)格的視覺效果,可以實(shí)現(xiàn)絲綢織物數(shù)碼印花刺繡質(zhì)感圖案的高效、便捷印制。同時(shí),數(shù)碼印花刺繡質(zhì)感圖案較傳統(tǒng)刺繡生產(chǎn)效率高,對從業(yè)人員技術(shù)要求低,具有可行性及較高的推廣價(jià)值。

圖12 數(shù)碼印花面料效果Fig.12 Effect of digital printed fabric

3.3 刺繡質(zhì)感模擬效果的模糊綜合評價(jià)結(jié)果

根據(jù)因素集中各因素兩兩比較結(jié)果構(gòu)建得到的判斷矩陣A為：

采用NGM法計(jì)算因素集中各指標(biāo)的權(quán)重W為：

W=[0.40 0.09 0.13 0.38]

一致性比率指標(biāo)CR=CI/RI=0.031 3<0.1,所以比較判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)專家評分法計(jì)算得到的單因素評價(jià)矩陣R為：

所以,根據(jù)式(13)計(jì)算得到模糊綜合評價(jià)結(jié)果B為：

綜合評價(jià)結(jié)果顯示,模擬效果為比較差的隸屬度為4.18%;一般的隸屬度為18.56%;比較好的隸屬度為40.82%;很好的隸屬度為31.36%;非常好的隸屬度為4.32%。根據(jù)最大隸屬度原則,模擬刺繡印花圖案的質(zhì)感效果為比較好。

3.4 本文方法的有效性

本文的方法能夠通過調(diào)整參數(shù)在區(qū)塊內(nèi)設(shè)置不同填充方向、填充密度、折線寬度和區(qū)塊過渡效果的刺繡質(zhì)感,所繪制的刺繡質(zhì)感效果具備較高的真實(shí)感,如圖13所示。本文方法采用基本的折線幾何圖元組成矢量刺繡針腳,因此具備矢量圖形的所有優(yōu)點(diǎn),如可擴(kuò)展性、易于編輯和修改、文件小、兼容性等。

圖13 刺繡模擬圖案在不同倍率下的放大效果Fig.13 Magnification effect of a simulated embroidery pattern at different magnifications

3.5 本文方法與其他方法的對比

目前對圖案進(jìn)行刺繡質(zhì)感風(fēng)格化處理主要基于現(xiàn)有商業(yè)刺繡工藝軟件與編程方法來進(jìn)行制作,通過將Wilcom ES繡花軟件、非真實(shí)感圖形風(fēng)格化編程與本文所提刺繡質(zhì)感生成方法在刺繡質(zhì)感生成原理的先進(jìn)性、用戶操作的便捷性、修改速度、對用戶自身的專業(yè)要求及模擬效果等幾個(gè)方面進(jìn)行對比(表4),可以發(fā)現(xiàn)Wilcom ES繡花軟件在制作刺繡質(zhì)感圖案的原理上比較落后,而且其刺繡質(zhì)感模擬效果較差。非真實(shí)感圖形風(fēng)格化編程方法在生成刺繡的原理上比較先進(jìn),但用戶操作不方便,質(zhì)感渲染耗時(shí)長,對設(shè)計(jì)師的軟件操作要求高,不便于設(shè)計(jì)師對刺繡肌理進(jìn)行快速繪制。采用本文所提的區(qū)塊劃分與折線填充方法可以快速地生成逼真的刺繡肌理,而且采用參數(shù)控制刺繡肌理的屬性,能夠達(dá)到實(shí)時(shí)的修改效果,本文方法可以在矢量繪圖軟件Adobe Illustrator中實(shí)現(xiàn),對設(shè)計(jì)師的軟件操作要求低,適合設(shè)計(jì)師在工作中快速表現(xiàn)產(chǎn)品的刺繡肌理效果。

表4 本文方法與其他方法的對比Tab.4 Comparison between this method and other methods

4 結(jié) 論

本文提出了一種基于區(qū)塊劃分與矢量折線填充方法的刺繡質(zhì)感模擬方法,為了更好地控制刺繡質(zhì)感模型的幾何細(xì)節(jié)與光學(xué)特性,定義了區(qū)塊內(nèi)折線填充方向、折線密度、折線寬度、折線變化參數(shù)與區(qū)塊過渡參數(shù),最終獲得具有刺繡質(zhì)感的模擬圖案,并通過數(shù)碼印花實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法生成的刺繡圖案具有較好的視覺效果?；贏dobe Illustrator軟件實(shí)現(xiàn)了本文所提方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提方法能夠有效地模擬具有真實(shí)質(zhì)感的刺繡效果,同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多種圖案刺繡質(zhì)感的繪制。由于該方法不需要對刺繡效果進(jìn)行復(fù)雜的風(fēng)格化編程運(yùn)算,對計(jì)算機(jī)硬件配置要求不高,使得設(shè)計(jì)師能夠通過參數(shù)控制快速生成滿足設(shè)計(jì)需求的刺繡質(zhì)感,生成的刺繡圖案具備較高真實(shí)感與多樣性,可滿足設(shè)計(jì)師的不同繪制和數(shù)碼印花需求。

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