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蜡印图案的数字仿真及喷墨印花

唐颖  
【摘要】:蜡染印花是一种独特而古老的防染工艺,作为传统印染艺术的一种物质形态,在几千年的历史长河中得以传承,是印染艺术中永不凋谢的一朵奇葩。除我国以外,在印度、日本、东南亚和非洲等国也有着悠久的蜡印传统。蜡印图案中因蜡质自然开裂而形成的“冰纹”是其区别于其它印染形式的主要特征,这种带有抽象色彩的纹理,使蜡印织物增添了活泼的装饰韵味。随着纺织品品种的多样化,具有悠久历史的蜡印风格面料在国际市场上非常流行。 由于手工蜡印制作繁复已不能满足人们生产生活的需要,从而诞生了仿蜡印花布。仿蜡印花的效果很大程度上取决于蜡印冰纹的仿制效果。真蜡印花图案中的冰纹形态自然、纹理精细、染色层次丰富,没有固定的循环单位,而目前主要采用辊筒印花和筛网印花用直接印花的方式来生产的仿蜡印花布的冰纹效果较粗糙,且为重复排列,有固定花回。 本文提出了将新兴的纺织品喷墨印花技术作为仿蜡印花的一种新尝试,喷墨印花印制后的织物花样清晰度高,色彩逼真,画面过渡自然,为高质量的仿蜡印花品质提供了有效的保证。喷墨印花原稿要求为数字化图案,而设计师在制作数字化蜡印图案过程中遇到的一个难题就是冰纹的模拟。因此,本文主要针对蜡印冰纹的计算机仿真和数字仿真蜡印图案的喷墨印花实现来展开研究。 蜡印图案数字仿真的研究内容不仅要研究蜡印冰纹的仿真,还需要将计算机仿真技术与数字喷墨印花技术相结合起来,设计出符合现代人们审美、具有艺术价值的新型蜡印风格面料图案,并把这些图案有效地应用在服饰和家居装饰上。在这个目标的引导下,本文首先对手工蜡印图案的冰纹特征进行了归纳,总结出它的图案形式和变化特征,并转化为参数控制的模型。同时结合距离变换和Voronoi图两种算法的优势,提出了一种简单高效的新算法,对各种情况下的蜡印冰纹特征进行仿真模拟,最终得到了与手工蜡印图案相似的数字仿真蜡印图案。通过对数字喷墨印花技术进行仿蜡印花具体工艺的探讨,可以很好的将仿真蜡印图案应用于服装和其他纺织品当中,从而使蜡印风格的印染形式得到更广泛的继承和发扬。 具体来讲,本文主要做了以下六个方面的工作: (1)针对目前仿蜡印花现状和计算机辅助蜡印图案设计的方法做了文献综述。仿蜡印花图案具有鲜明的地域性和民族性,形式上丰富多彩,其中冰纹是仿蜡印花布的灵魂。仿蜡印花布图案的题材有源于自然界的具象事物,也有抽象几何纹样。浓艳、深沉是图案的用色特征,显示出少数民族热烈而富丽的独特风格。冰纹的种类多样,形式多变,不同花型的仿蜡印花布冰纹的表现手法各不相同。仿蜡印花工艺主要有直接印花和防染印花两种形式,其中以采用筛网印花工艺的直接印花方式为主。对于蜡印图案的仿真方法在国内外目前研究较少,主要停留在运用平面设计软件来进行手工绘制的阶段。 (2)对手工制作的蜡印图案中冰纹的特征做了详细分析。在手工制作蜡印花布的过程中,自然形成的冰纹主要受到蜡质成分、蜡层厚薄、面料质地、染色时温度的高低等客观因素的影响,而形成不同形态的冰纹图案。在不同的制作条件下,冰纹的线条呈现出不同的粗细、曲度特征,在冰纹线条交叉处也会有不同程度的加粗现象。面料上蜡后的裂蜡方式决定了冰纹的形态,可产生龟裂状、平行状、方格状等形状的冰纹图案。冰纹的形态表征与蜡印图案也有一定的关系,上蜡区域的大小宽窄影响着冰纹的生成方向。此外,染色时冰纹受蜡层开裂大小及先后的影响,会产生不同的染色深浅和色彩层次,在局部蜡质与面料贴合不牢的部位还会出现晕染效果。通过分析手工蜡印冰纹的线条特征、主要组合形态、在图案中的表现和色彩层次特征等,为进行蜡印图案的计算机仿真提供理论基础。 (3)提出了一种基于改进距离变换算法对冰纹进行仿真的方法,改进算法包括冰纹模拟和染色模拟两部分。首先由数字蜡印原稿的距离变换结果确定冰纹的起始位置,即随机分布种子点在图案的距离最高处,然后根据距离变换结果的梯度方向确定冰纹的传播方向。在实际模拟中,并不完全按照梯度方向,而是加入了一定抖动。抖动采用了高斯随机噪声的形式,以模拟出真实冰纹在生成时存在一定角度偏移的特征。另外,在距离变化中加入了“年龄”参数,使得先后生成的冰纹能呈现不同的粗细,并通过分析冰纹之间的交叉情况,利用双曲线的性质实现交叉处的加粗效果。冰纹的密度和分布特性则是通过调整冰纹数目和随机分布函数来实现的。为了使冰纹的染色更加符合真实蜡印图案的特征,在染色模拟中采用了乘积颜色模型法,可根据实际需要获得不同的染色效果。使用改进距离变换方法仿真冰纹的最大优点是冰纹生成方向可控性好,能保证冰纹延伸方向是向上蜡区域边缘传播,可以较好的模拟真实蜡印图案中冰纹趋向于与边界垂直的特征。但仔细观察实验结果发现,基于改进距离变换的仿真算法也存在一定的局限性,比如冰纹线条不够连贯自然,会出现一些不符合真实蜡印冰纹的细节特征。此外,对于不需要考虑距离信息的蜡印冰纹与图案无关联的情况下,采用距离变换来仿真蜡印冰纹的方法就不起作用了。 (4)在改进距离变换算法的基础上提出了一种引入Voronoi图的新算法来仿真蜡印冰纹,以求改善单纯使用距离变换算法所无法解决的一些问题。Voronoi图提供了一种较为均匀的网络结构,这种网络结构非常符合手工蜡印中冰纹自然龟裂的情况,但是在冰纹的分布和延伸方向上较不易控制。新算法结合了Voronoi图和距离变换两种算法各自的优势,既使冰纹延伸符合真实蜡印冰纹的开裂方向,同时具有连贯性好、灵活度高、可仿真各种蜡印冰纹形态特征等优点。首先在蜡印图案上进行距离变换,并在图案的距离最大处随机分布Voronoi图中节点的位置;然后在此基础上进行Delaunay三角剖分,得到原始Voronoi图,选择位于蜡印图案中的Voronoi边界,并在原始Voronoi边界的传播方向上加入高斯噪声,生成新的Voronoi边界;对非冰纹处的图案区域加入Perlin噪声,使之带有不均匀分布的晕染效果,并采用染色模型对冰纹进行渲染,得到最终的仿真蜡印冰纹图案。实验结果表明,应用新算法能简单有效的生成与手工蜡印图案中相似的冰纹效果,实现对蜡印图案的仿真,能通过修改参数绘制出不同冰纹形态的蜡印图案,并可模拟手工蜡印中的一些特殊形态的冰纹效果。对于多色蜡印图案的仿真,能按照手工制作多色冰纹时的染色步骤来进行色彩渲染,达到与真实蜡印图案相同的冰纹染色层次。 (5)运用计算机仿真技术优越的操作平台,讨论了数字仿真蜡印图案的产品设计及应用。改良了蜡印图案的设计程序,将传统蜡印风格与现代设计融合,设计出科学与艺术、现代与传统完美结合的新型蜡印风格图案,并通过在家用纺织品、成衣和配饰设计的具体范例,展示计算机模拟蜡印产品的设计效果。基于数字仿真技术的蜡印图案设计有利于拓宽现代蜡印艺术的表现手法及图案的应用领域。在产生新审美风格图形的同时,也能通过仿真技术添加冰纹形态、颜色、线条等方法来弥补传统蜡印艺术受特定的工艺限制而无法表现的一些图案效果,因此可以在服饰、家居装饰品等各项纺织品设计领域都有杰出的表现。 (6)针对传统仿蜡印花工艺存在的问题,讨论了利用现代数字喷墨印花技术来实现仿蜡印花的方法。通过对棉纤维进行季铵盐阳离子化改性预处理,采用水性超细颜料墨水分别在720dpi、8pass条件下打印色块、固定线宽和仿真蜡印图案,分析印花图案的颜色鲜艳度和深度、线条轮廓清晰度以及色牢度等性能。实验结果表明:改性后棉织物的喷墨印花仿蜡印图案较未处理的印花图案效果有较大的提高,说明阳离子化改性预处理改善了颜料墨水在棉纤维上的染色性能,得到了较好的颜色鲜艳度和深度,印花线条轮廓清晰度也得到了提高,实验中所用的水性超细颜料墨水在棉织物上的耐水洗色牢度能达到4级,干摩擦牢度在3-4级,湿摩擦牢度略低在2-3级。将喷墨印花的仿真蜡印图案与手工蜡印样布进行对比,结果表明可达到较为逼真的仿蜡印花效果。因此,采用喷墨印花工艺来进行仿蜡印花在技术上是可行的,且在冰纹仿真和保持手工印染风格等方面较传统仿蜡印花工艺有着较大的优势。通过计算机仿真蜡印图案和喷墨印花工艺的实现,可灵活适应不同蜡印风格的需要,更加接近手工蜡印的艺术精神。 采用计算机对蜡印图案进行数字仿真设计和喷墨印花实现,在现代数字蜡印艺术设计和仿蜡印花生产等领域有着广泛的应用前景,大大地提高了仿蜡印花织物和服装产品在设计、生产开发等环节的效率,使大规模个性化用户服装定制成为可能,并成为仿蜡印花产品商业化发展的趋势之一。


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