1 本研究的目的意義

本研究是為實現多色經高密度仿真彩數碼織錦產品設計生產的技術，提高仿真彩數碼織錦的仿真彩化設計水平，通過確立色織物組織的顏色混合理論基礎，對織錦織物組織結構進行分析，確立組織結構的計算模型； 針對織錦織物組織的具體顏色理論值進行計算機編程計算，從而建立仿真彩數碼織錦有效的顏色值計算方式的理論途徑，實現對仿真彩數碼織錦的各組織進行理論顏色值的一一確定，便于在仿真彩數碼織錦的紋織CAD 設計織造中，自動確立紋織 CAD 意匠色彩的對應組織關系。從實際設計生產出的仿真彩數碼經錦產品的效果來看，該技術路線，縮短了試樣時間，增強了產品的色彩仿真度。

傳統織錦的顏色確定，是首先將現成組織實際織樣并按顏色順序排列，織造設計時，通過設計人員比較圖案和組織樣品顏色，確定該圖案顏色的對應組織。此方法費時費力，而且人為影響大，所選各組織的顏色對比關系難以準確表現圖案的顏色變化關系。特別面臨人們對藝術品表現的精致、豐富有越來越高的要求，傳統方法在滿足產品需求上越來越困難。

對此，同行中已開始做嘗試改進，目前該領域的研發方式可分兩類：

一種是以浙大經緯為代表的研發單位，其方式是以現成組織的織樣進行電腦掃描，通過對掃描圖分析處理，獲得該組織顏色的數字色彩值（ 如 RGB 值） ,所有組織經此處理，可形成一套組織色庫?？椩煸O計時，通過在電腦中對比圖案顏色和組織顏色的數字色彩值，計算二者差值并比較，就很容易從組織庫中尋找出最接近圖案顏色的組織。

另一種，是主要針對緞紋變化所作的研發。它首先將某類緞紋組織按變化點數均分，獲得各變化點的理論顏色值。如某 16 枚緞，經線采用白色，以單根紅色緯線作 1 -2 -3…… -15 點變化，其 RGB 值可在 255,255,255 到 255,0,0 間直接按 15 段均分，獲得各變化點的 RGB 理論值。實際設計處理圖案時，先確定該圖案織造所用緯線顏色，如采用紅、黃、藍、黑四根，然后采用專業軟件將圖像拆分為紅、黃、藍、黑四張單色圖案，類似印刷分色原理，四張單色圖全部重合，又可將原圖像完全表現。以前面所得理論顏色值，分別對各單色圖確定組織并生成紋版。最后將四張單獨紋版合成一張最終紋版，就實現了該圖像的設計。

本研究的突出意義在于：

1. 1 對技術研發的意義
1. 1. 1 在新組織開發驗證階段，根據計算機數學模型，可直接獲得該類組織的全部組織顏色值，建立組織色庫，節省所有織樣所耗費的時間和成本。

1. 1. 2 相對通過樣品掃描值獲得的色庫，由于實際絲線顏色、織造情況、掃描儀器等諸多狀況的不確定性影響，數據存在不穩定。而由數學模型所獲得的該類組織的色庫，具有根本的穩定性、普遍實用性等優點。

1. 1. 3 由于數學模型的所得顏色值具有色值變化均勻、穩定的特點，對其生成的色庫，可建立準確的顏色模型形態，從而判斷該類組織在色相、彩度、明度等表現上，所能覆蓋的色域及能否滿足織造表現要求，直接確定該組織開發的可行性。

1. 2 織造設計中的意義：
1. 2. 1 現代織錦要發展出對有豐富色彩的實景照片等作高仿真表現的技術，若以建立組織色庫的方式實現，動則需要含上萬組織的色庫供選擇，方能理想表現這些圖像。對如此龐大的組織數，若以掃描方式獲取顏色值本已極難，加之如上述大量不確定因素，更無法建立表現穩定的色庫。而通過本研究的計算機數學模型，就很容易解決以上問題，從而使豐富色彩圖像的高仿真表現成為可能。

1. 2. 2 又由前所述，由于色庫有準確的顏色模型形態，設計處理圖像時，在確定所選色線后，可由此顏色模型所給色域范圍，調節圖像，使之與組織色域一致，從而獲得最理想的圖像組織表，減少反復試樣調整的浪費。

1. 3 資料保存和技術延續的意義：
1. 3. 1 本方法所得組織色庫由于具有穩定、普遍實用性等特點，其結果數據具有檔案保留價值，不會因色線顏色、生產環境等條件變化失去實用性。

1. 3. 2 本研究所確立的建立數學模型的方法，以織物組織結構基礎模型和色彩學基礎模型為奠基，此后，在此基礎模型上，可結合紡織理論技術和色彩學發展，繼續進行模型的改進、發展。若要建立對組織綜合物理性質的分析模型，此分析方法也可提供這方面的方法基礎。

2 研究的內容及方法

本研究合作企業為成都齊力絲綢有限公司，實驗主要采用 12000 針進口劍桿織機等設備進行。研究前期，研發組首先綜合分析目前織錦技術狀況并結合現有技術基礎，提出數字模型計算組織數字色彩值，并以數字色彩值處理仿真圖像設計織錦的構想。此構想實現的第一步，是先構建組織顏色計算模型，分析此模型建立的基本要素，即是組織結構模型和色彩模型，分析和實驗就以這兩部分開始進行。

2. 1 確立色織物組織的顏色混合理論基礎
色織物組織的顏色的“合成”是通過織物組織結構的變化來控制織物表面不同顏色經緯絲線的比例，使之混合形成織物的顏色。當人的眼睛看織物時，由于經緯組織點過小，一般無法辨識單根絲線的單獨色彩。當光線照射在織物表面時，不同絲線的反射光先后或同時刺激人眼，眼睛內的可見光匯聚在有感光細胞的視網膜上，感光細胞把接受到的色光訊號傳到神經節細胞，再傳到大腦皮層枕葉視覺中樞的神經細胞，這樣就看到了織物顯示出的顏色。因此仿真彩數碼經錦織物的顯色原理屬于視覺器官內的光的靜態混合，是色光加法混和的一種，其顯色規律符合格拉斯曼定律。根據格拉斯曼定律加法混色計算方法，其混色與原色在織物表面積中所占的比例成線性關系。即織物的顏色（ 混色） 與絲線的顏色（ 原色）在織物表面所占的比例成線性關系。

對于經緯絲線的混合色的顏色色彩，其本質混合疊加色?？梢詫⑵渥罱K歸納為色光原色“紅、綠、藍”（ R、G、B） 的混合疊加。若以數字對其進行顏色值模擬，理論上多個色 A1,A2,A3……An 的混合顏色值，可根據各色在疊加中所占份額 M1,M2,M3……Mn,得到其混合色的 R、G、B的理論值為：R = （ RA1 * M1 + RA2 * M2 + RA3 * M3 +…… + RAn* Mn） /（ M1 + M2 + M3 + …… + Mn）以上為紅（ R） 值的計算，其它 G、B 值計算同理。其中，“R”是紅（ R） 的混合結果值，“RA1”為顏色 A1 的 R 值，“M1”為顏色 A1 在整體混合中所占份額，其它類推。普通 PC 電腦，其位圖模擬的 R、G、B 的顏色值，一般以 0 ~ 255 的數值涵括其所有強度跨度，基于本計算的基本目的，后面的計算也將采取以 R、G、B 的顏色值為 0 ~255 的數值跨度進行色彩強度值表達。

2. 2 通過對織錦組織的結構分析，確立計算模型
織錦的組織，很多情況下可將其分為面層和底層的兩層結構。一般情況下，其組織顏色的表達，主要由面層的絲線混合顏色決定，在面層絲線密度很大的情況下，可忽略底層絲線顏色的影響。

基于前面確立色彩混合理論，可具體確定組織色計算的理論模型如下：【圖1.圖2】



上圖為某經錦織物表層分別色經 1、2 與色緯A、B 織成的平紋組織面層的結構示意圖（ 圖 1 為透視圖，圖 2 為正投影圖） .如圖 1 所示，其織物組織整體表現的顏色應由幾部分因素構成： 光源色、經線 1、2 的固有色、緯線 A、B 的固有色、空隙顏色及經緯交疊處的陰影和反射。

在實際表現中，單根絲線顏色的影響范圍與絲線排列的緊密度有關。譬如，單獨的直徑為 φ1的某一根絲線 A,在白色背景下，其視覺中的顏色影響寬度比 φ1 大。而在多根絲線緊密排列下，絲線 A 的色彩視覺影響面積要更小一些，但一般任比 φ1 大一些。此結果的形成原理，一方面有關于絲線反射光影響，另一面也與人眼感受的錯覺有關。

組織結構中的空隙及陰影： 由于面層絲線是接受光源和產生反射最主要部分，而空隙底層本身的受光面小而且已非常微弱，因此陰影區所接受的反光，基本由面層絲線的本色及光源決定（ 具體量化計算可另作分析） ; 織物空隙表現的顏色，是底層絲線顏色加上面層各色絲線反射光等交雜綜合的結果，準確模擬其表現顏色將涉及較多條件及計算。但幸運的是，在實際經錦制作中，面層絲線往往緊密排列，上圖 1、2 所示中的空隙面積往往已經很小，加之在此分析的絲線影響范圍的因素，在實際計算的理論模型中，空隙面積影響已可以最小化，而空隙及陰影因素將被涵括于面層各絲線的綜合顏色計算中。綜上，在實際以計算模擬織物組織整體本色時，可采取以其正投影面的面積分割方法，統計各絲線色彩在整體混合中所占份額。而圖 2 的?？珊喕鐖D 3:【圖3】


例如，在以上正投影圖中，經線 1 的本色在合成中所占面積為： φ1 × L1,其中 φ1 為經線 1 截面投影的寬度，L1 為經線 1 露出的長度。其它類推。

3 針對重經重緯織物組織的具體顏色理論值計算

3. 1 基于理論值的組織顏色計算
經錦的織物組織及結構，根據設計及具體運用有許多不同的組織結構類型。根據以上確定的理論模型，下面以一種四色經三色緯的經錦組織類型為例說明實際織物組織的整體顏色模擬。

下圖所示，是其中某一組織（ J1） 的面層絲線結構示意及正投影圖：【圖4.圖5】



此處，面層絲線顏色分別為： 經線 1,紅； 經線2,藍； 緯線 A,黑； 緯線 B,白。此結構中其它各色絲線交織于底層，不表現于上面示意圖中。

首先，確定取樣分析的面積單位。所取面積單位的原則，須完整體現組織的面層結構構成，應采用其結構循環的整數倍為單位。根據實際經緯線排列密度，先確定循環數。設如，此處經密為120 根 / 厘米（ 每厘米經線數 120） ,緯密 60 根 / 厘米。由以上已確定的四色經三色緯經錦的結構類型，可得知其每層每厘米經緯根數，經線為 120/4= 30 根； 緯線 60 /3 = 20 根?？紤]此時經緯線排列緊密，取1mm ×1mm 為面積單位，可得到如圖6所示的單位面積面層模型的正投影圖（ 面層由色經線 1、2 和色緯線 A、B 構成） .【圖6】


由上圖，以各色所占面積模擬其混合顏色時所占份額，可得其中總份額（ Ar） 、經線 1 份額（ S1） 、經線2 份額（ S1） 、緯線 A 份額（ Sa） 、緯線 B份額（ Sb） .各絲線的顏色 RGB 值，如 R1,G1,B1可表示為經線 1 的 R、G、B 值； Ra,Ga,Ba 可表示為緯線 A 的 R、G、B 值，其它類推。（ 運算式中各符號所代表的對象參見圖五）表示各混合顏色份額的矩陣 Es,各顏色 RGB值的矩陣 Ec 如下：【1】


當然，此處可認為：【2】

根據顏色混合理論基礎，此處可模擬各絲線的顏色 RGB 理論值可得：【3】

又，如下圖 7 所示某組織（ J2） :此圖所示組織的面層絲線排列結構正投影圖，可看出，此組織的紅色經線采取右圖 7（ a） 所示的 4 枚斜紋。設使經緯線排布方式及經緯密與上例相同。那么圖 7 所示以寬高為 4mm × 2mm的單位面積中，恰好反映了該組織面層結構的 3個完整循環?；诿娣e單位的取樣原則，此處即可取寬高 4mm ×2mm 為取樣面積單位。當然，若以 4mm ×0. 5mm 為取樣面積單位，此例也會得到同樣結果，其巧合原因此處不再多述?！緢D7】



設各絲線顏色分別為： 經線 1,紅； 經線 2,黃；經線 3,綠； 緯線 A,黑； 緯線 B,白，由此可得此組織整體顏色的理論值計算為（ 各變量符號代表對象參見上例） :【4】


各數舍入取整，即可得此組織整體的理論RGB 色值為：R = 138 G = 170 B = 853. 2 基于視覺原理的組織顏色計算值修正基于以上 3. 1 所揭示計算原理，可以對各種結構類型的經錦組織進行顏色值計算，從計算結果看，其實際組織的數碼圖像的顏色結果與此計算值已很接近。但以人的視覺觀察，從感受上仍感覺到一些差異。這主要表現在，當紅、黃等較強刺激色的絲線與藍、綠等較弱刺激色絲線搭配時，前者的色彩表現往往超出其理論份額的比例，而后者則表現得收縮減少。也就是說，例如上面第一案例中，紅色與藍色經線搭配，其所得理論顏色與實際織物的視覺感受相比，視覺感受上覺得要更偏紅一些。

對此差異的量化修正，可參見各色彩模型及構成理論對各色彩感受的量化模擬，如下圖 8 為較常用的蒙塞爾色立體模型，以此加以說明?！緢D8 a】


圖 8 為色立體模型，示圖 8（ a） 為俯視圖。由示圖 8（ a） 可得此模型對各色彩的最大彩度感受的強度差別值，其中最純10 種顏色的量值以 HV/C 方式表達如下表：【表】


理想模式下，若以紅色絲線的彩度為一組對比中的最大基準值，其 RGB 值 255,0,0,以 PC 電腦位圖方式表達為 HSV（ 色相、純度、明度） 空間，其量值為 0,100,100.（ 具體換算關系，參見相關資料的公式） :【圖8 b】


對各純色相互的對比關系，明度值 V 的比值，對各純色最大刺激強度間的對比有根本代表性，由此可以調整 V 的量值對比來模擬各絲線顏色的刺激強弱關系。各色絲線的顏色度數所對應蒙賽爾色相環色相，參見圖 8（ b） 與圖 8（ c） 所示色相環的各色相對應關系。以紅色彩度 14 對應相應明度值 100 為基準，各絲線顏色值則可修正如下：【表1】


各色絲線顏色修正后的顏色值轉換為 RGB值為：【表2】


由此，在理想模式下，對上例的組織 J1 可作如下計算修正：【5】


而最終λE = 1 /1 × （ 127. 5, 63. 75, 118. 5）各數舍入取整，即可得此組織整體的理論RGB 色值為： R = 128 G = 64 B = 119,實際證明更為符合視覺結果。

以上為理想情況下，對各色絲線的顏色值修正，但在實際織造生產中，各色絲線的標準顏色值確定，還必須結合以下因素： 各絲線染色的實際色彩、組織理論顏色值跟電腦位圖色值的擬合程度等，通過反復比對調整以最終確定。下圖為以生產實際驗證中所采用色彩模型、計算結果與部分組織的實物圖片進行對照如下：【圖9】


4 本研究目前的生產應用及發展狀況總結

基于本研發的理論基礎，研發組首先為合作企業成都齊力絲綢有限公司針對其 12000 針進口劍桿織機進行組織系列開發，先是建立了 6 色經線 3 色緯線共 2544 色的經錦組織庫，在相關色差研究資料基礎上，確立相應選色標準，基本實現了數碼圖片的仿真織錦表現； 在此基礎上，為實現更高精度的仿真表現，研發組創新性提出了建立 4色經線 3 色緯線的經錦組織庫的構想，而此前，此類型組織在織錦工藝實現中未曾記錄過，經反復研究及討論確定其可行性后，合作企業歷時 3 個月，對 12000 針劍桿織機做出相應改造。2012年，經大量實驗及調整改進，終于建立起一套完整的 4 色經線 3 色緯線共 12936 色的經錦組織庫。

此套研發所織造的經錦，每平方厘米表現像素點可達 900 色以上，實現了圖像的高精度仿真表現，織物色彩豐富，表現栩栩如生。

但實際制造中發現，緯線顏色固定的情況下，僅改變所用緯線直徑，本理論模型組織顏色選擇不會發生改變，而實際織物相互對比，存在整體色彩表現的差別。究其原因，織物本身的緊密度、色線形態、粗細、組織紋理等影響因素，對織錦色彩的表現結果均會產生影響，因此需要繼續進行深入量化分析及研究。

由于本研發項目成功實現經錦的高精度數碼仿真織造，加之本研究理論的普遍適用性，研發組及合作企業進一步提出針對緯錦工藝提供色彩數字化設計的構想。傳統緯錦工藝織錦，往往以概括的色塊表現作品豐富的色彩內容，究其原因是受傳統機械提花龍頭設備、傳統紋織設計及工藝的制約，表現出的蜀錦色彩單調、線條粗獷的特征，在設計時確定色線、選色及鋪組織，需要豐富經驗的設計師反復搭配考慮。但在多色經高密度仿真彩數碼織錦設計制作中，大量組織顏色對畫面最后的綜合鋪成效果很難憑頭腦準確想象，這是造成傳統緯錦設計中反復試樣浪費的重要原因?；趲讉€階段研發基礎，研發組歷時半年，分別完整建立了 8 枚、12 枚、16 枚緞紋組織色庫系統。自此緯錦設計具有了可靠設計依據，實現了更準確、細膩的織錦作品，《五牛圖》為此技術手段下的成功案例：

此成果極大提高設計效率及效果，但設計中，設計人員需首先確定所選緯色線對應的數字顏色以作基準。由于視覺本身存在的不穩定性，難免會使基準顏色值出現偏差。對此，還需結合更先進的測量技術及儀器，以盡可實現色線基準顏色的測定，以使色彩值計算結果更穩定、準確。

綜上所述，本研究建立的數學方法，可方便地獲取色值變化均勻、穩定的組織色庫，極大加快新組織技術研發進程，有效實現仿真彩數碼織錦的設計制作，并提供后續研究的理論實驗基礎。另一面，由于人眼色域感知的非均勻性、絲線實際顏色的技術確定、織物組織及其它物理特性對色彩表現影響等因素，使理論色值的修正成為需要繼續突破的重要方面，這需要不斷結合更先進的紡織及色彩學理論尋求改進方法。

作為仿真彩數碼經錦的織錦制作，是以各種組織的結構變化作為表達色彩的基本方式。而計算機圖形技術運用到織錦工藝中又可進一步拓展其表現能力，其基礎是要將實物組織的顏色數字化。本研究證明，通過對織物組織結構的具體分析和數字模型建立，達到將組織顏色用數字量化的目的。進而結合標準顏色體系模型及理論，修正理論顏色的量值，最終使量化色值與視覺感受具有較高的一致性，使之在實際仿真彩數碼織錦織造中得到較為理想的應用。

參考文獻

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