張愛(ài)丹, 郭珍妮

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國(guó)際絲綢學(xué)院), 浙江 杭州 310018;2. 浙江理工大學(xué) 浙江省絲綢與時(shí)尚文化研究中心, 浙江 杭州 310018)

當(dāng)前影光組織是色彩仿真提花織物表現(xiàn)圖像色漸變過(guò)渡的常用組織[1-2],通過(guò)對(duì)影光組織的加強(qiáng)設(shè)計(jì),雖可滿足織物組織對(duì)圖像色的一一對(duì)應(yīng),使織物能表現(xiàn)圖像色的細(xì)膩?zhàn)兓痆3],但提花織物呈現(xiàn)的圖像整體色調(diào)卻與原始圖像有較大差別[4],尤其在表現(xiàn)不同明度基調(diào)的灰度圖像時(shí),呈現(xiàn)出不同程度的明度差,且這種現(xiàn)象不會(huì)因圖像分色數(shù)的增加而得到改善[5]。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,有學(xué)者提出將研究思路轉(zhuǎn)移到圖像色的預(yù)處理上,借鑒印刷行業(yè)中的數(shù)字加網(wǎng)技術(shù),使連續(xù)調(diào)圖像離散為二色值圖像,將以油墨顯現(xiàn)的印刷網(wǎng)點(diǎn)作為提花織物的組織點(diǎn),以表現(xiàn)提花織物圖像的明暗層次和灰度變化,為解決該問(wèn)題提供了一種可行的方法[6]。

目前圖像的網(wǎng)點(diǎn)化處理所采用的網(wǎng)點(diǎn)主要是圓形、橢圓形和菱形等簡(jiǎn)單的幾何形狀[7],因此本文在圖像色網(wǎng)點(diǎn)化設(shè)計(jì)思路基礎(chǔ)上,嘗試對(duì)網(wǎng)點(diǎn)的形狀、大小和變化路徑等進(jìn)行設(shè)計(jì),建立異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù),使灰度圖像轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點(diǎn)圖像時(shí)有更多的設(shè)計(jì)選擇,增添色彩仿真提花織物的設(shè)計(jì)趣味性和新穎性。通過(guò)將采用異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)的灰度仿真提花織物與影光組織織物進(jìn)行明度差比較分析,考察異形網(wǎng)點(diǎn)織物圖像的灰度階調(diào)變化特點(diǎn),為利用異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)表現(xiàn)特定明度基調(diào)圖像的色調(diào)仿真提花織物提供設(shè)計(jì)依據(jù),也為色彩仿真提花的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供參考。

1 設(shè)計(jì)原理

網(wǎng)點(diǎn)是印刷制品中構(gòu)成文字、圖形和圖像的基本單元,也是表現(xiàn)圖像明暗層次與顏色變化的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過(guò)借鑒印刷行業(yè)中的圖像處理技術(shù),將連續(xù)調(diào)色階離散為二色值的網(wǎng)點(diǎn),用不同網(wǎng)點(diǎn)面積率代表不同色階,以表現(xiàn)一幅具有灰度漸變的圖像[8]。由于織物的經(jīng)緯兩向交織與二色值網(wǎng)點(diǎn)有相通之處,可以將二色值網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為織物組織點(diǎn),用于提花織物的色彩仿真設(shè)計(jì)。印刷圖像的加網(wǎng)技術(shù)主要有調(diào)頻和調(diào)幅,其中調(diào)頻網(wǎng)點(diǎn)是通過(guò)網(wǎng)點(diǎn)排列的疏密變化表現(xiàn)圖像的明暗層次,調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)是通過(guò)網(wǎng)點(diǎn)本身的面積大小表現(xiàn)圖像的深淺變化[9]。調(diào)頻網(wǎng)點(diǎn)為單個(gè)像素點(diǎn),調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)為多個(gè)像素點(diǎn)的集合體,前者不存在網(wǎng)點(diǎn)形狀的變化,后者卻可以有不同的形狀。此外,當(dāng)調(diào)頻網(wǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為織物組織圖時(shí),存在交織平衡問(wèn)題,而調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)符合提花織物對(duì)交織平衡的設(shè)計(jì)要求,因此,文中的異形網(wǎng)點(diǎn)是基于調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)的構(gòu)成原理而進(jìn)行的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

異形網(wǎng)點(diǎn)與一般調(diào)幅網(wǎng)點(diǎn)在設(shè)計(jì)上的主要差別是形狀的獨(dú)特性以及形狀生成路徑的多樣性。所謂異形是相對(duì)于常規(guī)的圓形、橢圓形和菱形等幾何形狀網(wǎng)點(diǎn)而言,同時(shí)這些網(wǎng)點(diǎn)形狀也是印刷中常用的網(wǎng)點(diǎn)形狀,相對(duì)缺乏獨(dú)特性和趣味性。異形網(wǎng)點(diǎn)的生成路徑是指一個(gè)具有特定形狀的網(wǎng)點(diǎn),從無(wú)到有,可以有多種產(chǎn)生方法。大致可以概括為3種:1)線型生成方法,包括水平線、垂直線、斜線、折線和波浪線型等,即由多個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)點(diǎn)形狀按行、列或斜向等進(jìn)行像素點(diǎn)的增減;2)螺旋型生成方法,包括順時(shí)針和逆時(shí)針螺旋式增減像素點(diǎn);3)按特定圖形自身的輪廓線型進(jìn)行像素點(diǎn)的增減設(shè)計(jì)。

此外,因目前數(shù)字圖像的灰度值一般為0～255,為滿足對(duì)圖像灰度等級(jí)的一一對(duì)應(yīng)表現(xiàn),單位網(wǎng)點(diǎn)的總像素?cái)?shù)在256個(gè)之內(nèi)即可。而在網(wǎng)點(diǎn)排列角度的選擇上,相對(duì)于0°、15°、75°等排列角,45°角的排列效果在視覺(jué)上更加均勻,沒(méi)有明顯的線性干擾[10],是表現(xiàn)灰度圖像較為理想的角度。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

為考察異形網(wǎng)點(diǎn)提花織物的灰度仿真特性,本文首先設(shè)計(jì)異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù),并織造成織物色卡,再將其與黑白漸變色階以及影光組織織物色卡進(jìn)行明度比較分析。在此基礎(chǔ)上,為掌握網(wǎng)點(diǎn)形狀的變化對(duì)色彩仿真效果是否有影響及其影響程度等,本文對(duì)4種不同網(wǎng)點(diǎn)形狀提花織物的圖像明度進(jìn)行比較研究,實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)流程具體如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計(jì)流程Fig. 1 Experimental scheme and design process

2.2 織物樣品設(shè)計(jì)

2.2.1 異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)設(shè)計(jì)

異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)的設(shè)計(jì)主要包含4個(gè)方面:網(wǎng)點(diǎn)形狀、排列角度、生成路徑,以及單位網(wǎng)點(diǎn)的大小。單位網(wǎng)點(diǎn)的大小用像素?cái)?shù)量表示,決定異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)中網(wǎng)點(diǎn)生成過(guò)程的步驟數(shù)的最大值,可根據(jù)色彩仿真的對(duì)象圖像的灰度色階的多少而定,也可以直接設(shè)計(jì)一個(gè)最大值網(wǎng)點(diǎn)庫(kù),之后根據(jù)應(yīng)用所需從庫(kù)中選擇。本文設(shè)計(jì)了心形、樹(shù)形、葉子形和元寶形4種網(wǎng)點(diǎn)形狀如圖2所示,因采用45°排列所以單位網(wǎng)點(diǎn)外形均為正菱形,其大小為219像素。心形元寶形、樹(shù)形、葉子形的像素值分別為139、115、106和123,分別占單位網(wǎng)點(diǎn)的63%、53%、48%和56%。

圖2 4種異形網(wǎng)點(diǎn)形狀Fig. 2 Four special-shaped dot shapes. (a) Heart-shape; (b) Ingot-shape; (c) Tree-shape; (d) Leaf-shape

在生成路徑方面,本文采用按圖形自身的輪廓線型進(jìn)行生成的設(shè)計(jì)方法,具體為:以白色菱形為背景,第1個(gè)黑色像素點(diǎn)從正菱形的中心點(diǎn)開(kāi)始,以基本形的廓形為像素點(diǎn)增長(zhǎng)的路徑,從中心點(diǎn)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)生成,直至將菱形單元完全填滿(如圖3所示),該設(shè)計(jì)過(guò)程采用Python編寫(xiě)程序完成。

圖3 心形網(wǎng)點(diǎn)生成過(guò)程示意圖Fig. 3 Diagram of generation process of heart-shape dots

以上述4種為基本形狀設(shè)計(jì)異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù),每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)由220幅生成過(guò)程圖組成,可滿足220色階以?xún)?nèi)灰度圖的色彩仿真表現(xiàn)。

2.2.2 色卡織物

本文選用樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)進(jìn)行織物色卡的設(shè)計(jì)與織造。由于網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)包含220個(gè)生成過(guò)程,與之對(duì)應(yīng)織物色卡也有220塊。為避免出現(xiàn)浮長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)的情況,所有網(wǎng)點(diǎn)圖轉(zhuǎn)化為織物組織圖時(shí),統(tǒng)一鋪設(shè)1對(duì)32枚5飛的經(jīng)面和緯面緞紋。考慮到試樣條件為白經(jīng)黑緯,白色區(qū)域鋪設(shè)經(jīng)面組織,黑色鋪設(shè)緯面組織。

為比較分析異形網(wǎng)點(diǎn)的灰度仿真特點(diǎn),本文同時(shí)設(shè)計(jì)織造了6組采用影光組織庫(kù)的織物色卡作為對(duì)比樣品。6組影光組織庫(kù)的基本組織均為16枚緞紋,飛數(shù)分別為3、5和7;每種飛數(shù)基本組織采用經(jīng)向加強(qiáng)和緯向加強(qiáng)各設(shè)計(jì)1組影光組織庫(kù);每次增加8個(gè)經(jīng)組織點(diǎn),影光組織庫(kù)均為29級(jí)。由于影光組織庫(kù)的織物顯色特性,主要由基本組織及其組織點(diǎn)的加強(qiáng)方向所決定[11],其數(shù)量的多少不會(huì)從總體上改變?cè)撚肮饨M織庫(kù)的顯色性能,因此本文織造織物色卡的影光組織庫(kù)均采用29級(jí)。

2.2.3 提花織物

由于色卡所反映的織物色是一種特殊狀態(tài)下顯色效果,不能完全等同應(yīng)用于一幅圖像中的顯色效果,因此本文同時(shí)采用4種異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)和2組影光組織庫(kù),對(duì)同一幅灰度圖像進(jìn)行提花織物設(shè)計(jì)與織造,最后產(chǎn)生6幅提花織物樣品,織物實(shí)物效果如圖4所示,圖中微觀圖部分采用AO1017歐美科數(shù)碼電子顯微鏡采集,放大倍數(shù)為15倍。

圖4 6種提花織物實(shí)物圖Fig. 4 Six figured jacquard fabrics. (a) Tree-shape dot; (b) Leaf-shape dot; (c) Heart-shape dot; (d) Ingot-shape dot; (e) Weft enhanced shaded-weave; (f) Warp enhanced shaded-weave

4種異形網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)提花織物中,樹(shù)形和葉子形提花織物采用黑緯表現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)色,白經(jīng)表現(xiàn)背景色;與之相反,心形和元寶形提花織物采用白經(jīng)表現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)色,黑緯表現(xiàn)背景色。2種影光組織提花織物的影光組織庫(kù)以16枚5飛緞紋為基本組織,經(jīng)向加強(qiáng)和緯向加強(qiáng)各1組,每次增加4個(gè)組織點(diǎn),組織庫(kù)均為57級(jí)。

色卡織物和提花織物樣品,均由1組白經(jīng)和1組黑緯交織而成,經(jīng)、緯組合均為:23.3 dtex×2桑蠶絲;經(jīng)、緯密均為1 100根/(10 cm)?？椢飿悠酚烧憬陝?chuàng)紡織有限公司織造。

2.3 織物樣品明度數(shù)據(jù)采集

色卡織物樣品的明度值(L)由美國(guó)X-rite愛(ài)色麗Color i7手持分光測(cè)色儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,其中異形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡1組220塊,每塊大小為3.5 cm×3.5 cm;影光組織織物色卡6組,每組29塊,共計(jì)174塊,每塊大小為3.5 cm × 4.5 cm。數(shù)據(jù)采集條件為:顏色空間CIELAB,測(cè)量孔徑為6 mm。每塊織物樣品測(cè)3次,取平均值。

4幅異形網(wǎng)點(diǎn)提花織物和2幅影光組織提花織物,經(jīng)Canon E568掃描儀采樣獲得數(shù)字圖像,掃描分辨率為300 dpi,彩色模式。將掃描圖像在PS軟件中進(jìn)行修剪調(diào)整,使6幅織物圖像與原圖像具有相同的長(zhǎng)寬像素值,并將其色彩模式轉(zhuǎn)換為灰度模式。之后將每幅織物圖像均分為9等份,分別計(jì)算每份的平均灰度值。

3 結(jié)果與討論

3.1 色卡織物明度比較分析

將經(jīng)測(cè)色儀采集的7組織物色卡明度值數(shù)據(jù),按組進(jìn)行平均值計(jì)算,結(jié)果如表1所示。將明度值為0的黑色到明度值為100的白色的漸變色階,歸納為29級(jí),再計(jì)算其明度均值為50,以此作為評(píng)價(jià)織物色卡灰度仿真性能的參考值。220級(jí)樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡根據(jù)測(cè)色數(shù)據(jù)也歸納為29級(jí),使其與影光組織織物色卡數(shù)量對(duì)應(yīng)。

表1 7組織物色卡明度均值Tab. 1 Lightness mean values of 7 groups of fabric color cards

從表1可知,與黑白色階的明度均值最接近的是16枚3飛緯向加強(qiáng)影光組織織物色卡組的明度均值,二者相差0.76;其次是樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡組,二者差值為1。其余5組影光組織織物色卡組的明度均值,都較樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)組的差一些。其中3組緯向加強(qiáng)織物色卡組的明度均值低于50,說(shuō)明織物色卡組整體偏暗;3組經(jīng)向加強(qiáng)的織物色卡組都高于50,說(shuō)明織物色卡整體偏亮。

將7組織物色卡的測(cè)色數(shù)據(jù)與29級(jí)黑白漸變色階的明度值繪制成曲線如圖5所示。可知,3組經(jīng)向加強(qiáng)織物色卡的明度值曲線極為接近,且整體明度值明顯高于其余各組。3組緯向加強(qiáng)織物色卡組中有2組下凹趨勢(shì)明顯,其余1組與樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡組接近,居于7組中間,與黑白漸變色階的線性特征吻合度相對(duì)更好。

圖5 織物樣品組與圖像色階的明度值曲線圖Fig. 5 Lightness curves of fabric samples and grayscale

為更準(zhǔn)確地表征7組織物色卡的明度值與黑白漸變色階的理論明度值之間的接近度。在各組數(shù)據(jù)都滿足正態(tài)性檢驗(yàn)的前提下,分別將7組織物色長(zhǎng)與黑白漸變色階的理論明度值進(jìn)行單因素方差分析,結(jié)果如表2所示。

表2 織物色卡與黑白漸變色階明度值擬合度Tab. 2 Fitting degrees of lightness values between fabric color cards and grayscale

概率P值越高,表示2組數(shù)據(jù)的擬合度越高。從表2可知,16枚3飛緯向加強(qiáng)影光組織織物色卡組擬合度最高,其次是樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡組。2組16枚7飛影光組織織物色卡與黑白漸變色階的明度值擬合度最差;其次是2組16枚5飛影光組織織物色卡。16枚5飛和16枚7飛各自2種不同加強(qiáng)方向的織物色卡組的P值都較為相近,而16枚3飛經(jīng)、緯兩向加強(qiáng)的影光組織織物色卡組之間差距顯著。

從上述比較分析表明,樹(shù)形網(wǎng)點(diǎn)織物色卡組對(duì)黑白漸變色階的灰度仿真表現(xiàn),雖較16枚3飛緯向加強(qiáng)織物色卡組略差一點(diǎn),但總體而言,相對(duì)于采用影光組織的織物色卡具有更穩(wěn)定的呈色性能,且灰度仿真的整體效果也較為理想。

3.2 提花織物圖像明度比較分析

由于織物圖像明暗變化復(fù)雜,為能更合理地比較不同網(wǎng)點(diǎn)形狀和影光組織提花織物對(duì)原圖像的灰度仿真效果,本文先將原圖像和6幅織物圖像按3行3列均分為9個(gè)圖區(qū),再按圖區(qū)進(jìn)行明度均值計(jì)算,結(jié)果如圖6所示。

圖6 原圖像與6種織物圖像分圖區(qū)明度均值曲線圖Fig. 6 Curves of mean regional lightness of original image and six jacquard fabric images

從圖6可知,原圖像第1、2、5圖區(qū)的明度均值明顯高于所有織物圖像的相應(yīng)區(qū)域,說(shuō)明織物圖像對(duì)高明度圖區(qū)的表現(xiàn)有所欠缺。這是由于本文提花織物是由1組白經(jīng)和1組黑緯交織而成,織物圖像亮色區(qū)域始終存在黑緯組織點(diǎn),從而影響織物顯色的純凈度。6幅織物中緯向加強(qiáng)影光組織織物的9個(gè)圖區(qū)明度均值都最低,而經(jīng)向加強(qiáng)織物則各圖區(qū)明度均值總體最高,2種不同加強(qiáng)方向影光組織織物圖像明度差異明顯;4幅異形網(wǎng)點(diǎn)提花織物的情況,則居于前二者之間,這說(shuō)明異形網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)提花織物整體具有更穩(wěn)定的灰度仿真性能。

另外,4種不同形狀網(wǎng)點(diǎn)提花織物中,心形網(wǎng)點(diǎn)織物相對(duì)其它3種,各區(qū)域明度均值總體略高,織物圖像整體相對(duì)更顯明亮。這可以解釋為心形網(wǎng)點(diǎn)形狀不僅造型飽滿,且水平和垂直2個(gè)方向的組織點(diǎn)連續(xù)較為均衡,更重要的是在4種形狀中,一個(gè)完整的心形由139個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成,元寶形則由115個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成,在二者形狀都由白經(jīng)表現(xiàn)的情況下,前者所表現(xiàn)的織物圖像明度高于后者,說(shuō)明網(wǎng)點(diǎn)形狀的像素點(diǎn)數(shù)量對(duì)顯色效果也有一定的影響。

為進(jìn)一步掌握提花織物圖像與原圖像之間整體明度差的量化數(shù)據(jù),本文先將各織物9個(gè)圖區(qū)的明度值分別與原圖像對(duì)應(yīng)圖區(qū)的明度值一一進(jìn)行明度差計(jì)算,再對(duì)9個(gè)圖區(qū)明度差進(jìn)行均值統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表3所示。

表3 提花織物圖像與原圖像的分圖區(qū)明度差值Tab. 3 Regional lightness differences between jacquard fabric images and original image

由表3可知,心形網(wǎng)點(diǎn)提花織物圖像與原圖像的明度差均值最小,說(shuō)明其在6幅提花織物中具有最佳的仿真表現(xiàn);其次是16枚5飛經(jīng)向加強(qiáng)提花織物;其余3種網(wǎng)點(diǎn)明度差均值從小到大依次為元寶形、樹(shù)形和葉子形;效果最差的是緯向加強(qiáng)影光組織織物。

不同形狀的異形網(wǎng)點(diǎn)織物,其灰度仿真效果在基本接近的前提下略有差異。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這種細(xì)微差異的影響因素大致可以確定為網(wǎng)點(diǎn)形狀的飽滿程度,即網(wǎng)點(diǎn)形狀的像素?cái)?shù)量,像素點(diǎn)多的相對(duì)于較少的更能反映形狀所對(duì)應(yīng)的紗線色,但這種影響只是小范圍內(nèi)的細(xì)微調(diào)節(jié)。另外,由于本文實(shí)驗(yàn)沒(méi)有設(shè)計(jì)像素?cái)?shù)量相同但形狀不同的網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu),暫時(shí)無(wú)法明確形狀的長(zhǎng)寬比,以及外輪廓線的曲折程度等對(duì)灰度仿真效果是否存在影響,有待后續(xù)進(jìn)一步的研究討論。

4 結(jié)束語(yǔ)

異形網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)提花織物設(shè)計(jì)采用連續(xù)調(diào)圖像離散后的黑白二色值圖像,由于圖像只有圖與底2種顏色,在最大限度上降低了對(duì)織物組織的設(shè)計(jì)需求,從而有效避免了織物組織對(duì)圖像色表現(xiàn)上的偏色問(wèn)題。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的織造條件下,采用經(jīng)、緯兩向加強(qiáng)影光組織設(shè)計(jì)的提花織物對(duì)原圖像明度基調(diào)的再現(xiàn)上具有明顯的差異,而基于異形網(wǎng)點(diǎn)的提花織物則不存在類(lèi)似的影響因素,表現(xiàn)出更穩(wěn)定的灰度仿真性能。此外,異形網(wǎng)點(diǎn)為圖像的二色值化設(shè)計(jì)提供開(kāi)闊的創(chuàng)意空間,主要體現(xiàn)為以下2點(diǎn):

1)網(wǎng)點(diǎn)形狀可自由設(shè)計(jì),在確保灰度仿真效果的前提下,使提花織物圖像具有更突出的新穎性,滿足色彩仿真提花織物產(chǎn)品的個(gè)性化創(chuàng)意設(shè)計(jì)需求;

2)利用網(wǎng)點(diǎn)形狀的像素?cái)?shù)量變化,以及網(wǎng)點(diǎn)形狀與紗線色的配合設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)提花織物圖像灰度效果的細(xì)化調(diào)節(jié),為灰度仿真提花織物提供多樣化設(shè)計(jì)途徑。

總之,異形網(wǎng)點(diǎn)庫(kù)的設(shè)計(jì),一方面是對(duì)常規(guī)網(wǎng)點(diǎn)形狀的突破,利用圖像處理技術(shù)為色彩仿真提花織物設(shè)計(jì)開(kāi)拓新的設(shè)計(jì)路徑;另一方面,異形網(wǎng)點(diǎn)在提花織物色彩仿真中的應(yīng)用研究,為非色彩仿真的創(chuàng)意提花面料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供方法和設(shè)計(jì)參考。