Способ получения визуального объемного эффекта на однослойных тканях

УДК 677.024.1                                            

Анализ современных трендов в текстиле и одежде показывает, что перспективным является использование в принтах геометрических рисунков и фигур [1]. Одним из интересных направлений является изготовление текстильных полотен с различными рисунками в стиле оп-арт (от английских слов Optical Art). Этот стиль основан на особенностях восприятия плоских и пространственных фигур и на создании псевдообъемного эффекта.

Многие известные дизайнеры выпускают коллекции одежды, в которых используется стиль оп-арт.

В весенней коллекции 2022 года Пако Рабанн использовал геометрические принты, создающие различные псевдообъемные оптические иллюзии [2]. Интересное применение этого стиля можно увидеть в коллекции RESORT 2022 от Stella McCartney [3] и принтах от модного дома Splash by Lo [4]. Стиль оп-арт востребован при оформлении интерьеров молодежных кафе, жилых комнат, салонов транспортных средств, предметов столового и постельного белья, дизайнерской одежды и мебели [5].

Псевдообъемный эффект относится к обобщен- ному понятию, определяющему способность человека воспринимать глубину и объем предметов. Часто его сравнивают с близким понятием так называемого 3D-эффекта. На тканях 3D-изображение можно получить методами ткачества за счет переплетения нитей как минимум двух цветов. Применение методов ткачества для получения псевдообъемных рисунков на ткани будет иметь наиболее выраженный 3D-эффект по сравнению с таким же рисунком, полученным методом печати. Объясняется это тем, что тканый рисунок, кроме самого изображения, имеет еще и рельефную структуру поверхности полотна за счет одновременного использования различных переплетений, что усиливает псевдообъемный эффект.

Целью данной работы является разработка новых методов компьютерного проектирования переплетений однослойных тканей, позволяющих получать рисунки с визуальным эффектом псевдообъемных поверхностей.

Для автоматизированного проектирования переплетений использована система программирования MATLAB® R2015b ver. (8.6.0.267246) и матричный метод представления переплетений ткани. Эффективность применения этой программы в проектировании и расчете параметров переплетений подтверждается работами Jiraskova P., Gu D. и Wang W [6, 7]. Метод представления однослойных переплетений при помощи матриц, при котором основным и уточным перекрытиям нитей присваивается код 1 и 0 соответственно, рассмотрен в работе [8]. Переплетение рассматривается как двухмерная матрица, в обозначении которой строка соответствует уточной нити, а столбец – основной нити. Пример представления переплетений атлас 5/3 и сатин 5/2 приведен на рисунке 1.

ap 5x5

bp5x5

1110 1 10 111 НПО 110 11 0 1111 б

000 1 0 01000 0 0 0 0 1 00100 1 0 0 0 0

г

Рисунок 1 ‒ Схематическое представление переплетений: а ‒ графическая схема переплетения атлас 5/3; б ‒ матрица переплетения атлас 5/3; в ‒ графическая схема переплетения сатин 5/2; г ‒ матрица переплетения сатин 5/2

Для проектирования новых переплетений использовано упрощенное представление шашечного переплетения, схематично представленное на рисунке 2 б. При этом несколько пикселей исходного переплетения (раппорта) заменяется одной шашкой, цвет которой соответствует цвету максимального числа пикселей внутри шашки.

аб

Рисунок 2 ‒ Шашечное переплетение: а ‒ графическая схема переплетения; б ‒ упрощённая схема переплетения

Авторы предложили способ проектирования переплетений с визуальным эффектом псевдообъемных полусфер [9]. Для создания различных вариантов таких фигур было разработано программное обеспечение. При проектировании нового переплетения в программе пользователь создает модель шашечного переплетения, размеры которого в пикселях равны раппортам базовых переплетений с размерностью в нитях, задаваясь следующими параметрами:

‒ ширина и высота каждой шашки с размерностью в нитях;

‒ количество пар по ширине и высоте раппорта переплетения;

‒ вид переплетения для темных и светлых шашек;

‒ вид полусферы (выпуклая или вогнутая);

• - координаты центра окружности (x ,у ) ;

• ‒ радиус окружности ( R ).

В соответствии с моделью исходного шашечного поля программа формирует матрицу цвета точек исходного шашечного поля, заполненную элементами, равными 1 (для темных шашек) или 0 (для светлых шашек). Для формирования изображения полусферы программа выполняет преобразования формы шашек, находящихся внутри окружности, по упрощенной схеме переплетения (рис. 3 а).

Точка О (x ,у ) на рисунке 3 - это центр окружности. Каждый пиксель заданного цвета исходного изображения изменяет свои координаты положения при постоянном угле относительно центра окружности.

Программа формирует матрицу D(R_у × R_o) = = (dj,i)_{Ry × Ro} расстояний от центра окружности до каждого пикселя графической схемы, находящегося в строке j и столбце i . Размеры матрицы равны размерам раппорта проектируемого переплетения.

Расчет значений элементов матрицы выполняется по формуле:

.             (1)

Для пикселей, лежащих за пределами окружности, местоположение и их цвет остаются неизменными. Для пикселей, находящихся внутри окружности, программа выполняет следующие действия:

• ‒    вычисляет расстояние d от центра окружности - точки О (x o , y_o) до текущего пикселя A (x j , y.) (рис. 3 а);

• ‒    определяет новое положение пикселя A - A i ^(xjn , У п ) (рис.³ б);

• -    присваивает цвет пикселя A пикселю A 1 .

Далее программа выполняет двумерную аппроксимацию данных на прямоугольной сетке. Для вектора абсцисс выбирает номера нитей основы, для вектора ординат ‒ номера нитей утка, для двумерного массива аппликат – матрицу цветов исходной схемы переплетения. Интерполяция выполняется полиномами 0-ой степени по соседним пикселям, по методу, описанному в работе [11]. Результаты преобразования упрощенной схемы переплетения представлены на рисунке 4 а.

Далее программа формирует матрицу переплетения, в которой для единичных значений элементов присваивает значения элементов матрицы базового переплетения атласа или основной саржи, а для нулевых присваивает значения элементов матрицы базового переплетения сатина или уточной саржи. По данным этой матрицы программа формирует графическую схему переплетения ткани (рис. 4 б). На рисунке 4 в представлен увеличенный фрагмент для более детального просмотра структуры переплетения.

Рисунок 3 ‒ Принцип перемещения пикселей внутри окружности: а ‒ первоначальное положение пикселя; б ‒ новое положение пикселя

а

б

в

Рисунок 4 ‒ Переплетение полусферы:

а ‒ упрощенная схема переплетения; б ‒ графическая схема переплетения, в ‒ увеличенный фрагмент переплетения

На ткацком предприятии проведена промышленная апробация разработанных методов проектирования новых переплетений. Изготовление образцов осуществлено на станке Picanol Omni Plus 800, оснащенном жаккардовой машиной Bonas MJ2-28h800-LT.

Вид используемой пряжи:

– основная пряжа – одиночная, хлопчатобумажная, отбеленная;

– уточная пряжа – одиночная, хлопчатобумажная, окрашенная в черный цвет и синий цвет.

Все образцы изготовлены с одинаковыми параметрами пряжи и настройкой ткацкого станка, основные из которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 ‒ Основные данные по пряже и параметрам ткацкого станка

Наименование параметров	Значения
Линейная плотность основы, Тo , текс	27
Линейная плотность утка, Ту , текс	27
Число нитей на 10 см по основе, Рo , нит./дм	320
Число нитей на 10 см по утку, Ру , нит./дм	320
Уработка нитей основы, аo , %	8,1
Уработка нитей утка, ау , %	7,9
Поверхностная плотность ткани, q ′ c , г/м2	224
Скорость вращения главного вала станка, n , об./мин.	300
Натяжение основы, H , кН	3,6

При изготовлении образцов ткацкий станок с жаккардовым зевообразовательным механизмом был заправлен белыми нитями основы и уточными нитями различных цветов. На рисунке 5 представлены фотографии изготовленных образцов, в которых использована уточная нить черного цвета (рис. 5 а, б), и синего цвета (рис. 5 в, г). При изготовлении образцов затруднений в работе ткацкого оборудования не возникло. Это подтверждает возможность быстрой смены ассортимента выпускаемой продукции, без дополнительной технологической настройки оборудования.

б

а

в

г

Рисунок 5 ‒ Фотографии изготовленных образцов тканей: а ‒ с черными уточными нитями; б ‒ увеличенный фрагмент; в ‒ с синими уточными нитями; г ‒ увеличенный фрагмент

Проведенный опрос более 100 респондентов показал, что наиболее яркое и контрастное отображение 3D-рисунка на ткани получено при использовании черных и синих уточных нитей.

Важным при производстве таких тканей является наличие и правильное местоположения каждой нити основы и утка. Отсутствие или добавление в переплетение дополнительных нитей или их элементов приведет не только к потере целостности ткани и образованию дефекта, но и к потере визуального восприятия 3D-эффекта. Поэтому при выработке таких тканей необходимо следить за возникновением структурных изменений, для наиболее быстрого и точного поиска которых рекомендовано применять средства цифрового распознавания дефектов [11].

Предложенный способ компьютерного проектирования переплетений, основанный на преобразовании исходного шашечного переплетения, может быть распространен и на другие геометрические, а также сложные криволинейные фигуры, что значительно расширит ассортимент однослойных тканей. Выполненные исследования могут быть положены в основу разработки новых методов, алгоритмов и программных кодов построения переплетений с псевдообъемным эффектом.