автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества

На правах рукописи

А

воинов

Алексей Евгеньевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ ТОЧЕЧНЫХ РИСУНКОВ ДЛЯ ИХ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ РЕМИЗНОГО

ТКАЧЕСТВА

Специальность - 05 13 06 - "Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (легкая промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003159828

Москва - 2007 г.

003159828

Работа выполнена в Московском государственном текстильном университете имени А Н Косыгина на кафедре информационных технологий и вычислительной

техники

Научный руководитель-

Кандидат технических наук, доцент Борзунов Г И

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, доцент

Макаров Александр Анатольевич

Кандидат технических наук, доцент Никифоров Юлий Николаевич

Ведущая организация

Институт системною программирования Российской академии наук (ИСП РАН)

Защита состоится «15»___2007 года в {£ часов на заседании

диссертационного совета Д212 139 03 при Московском государственном текстильном университете имени А Н Косыгина по адресу 119071, г Москва, ул Малая Калужская, д 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета имени А Н Косыгина

Автореферат разослан « 2-£> IX 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

профессор

Козлов А Б

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в условиях рыночной экономики залогом успешного развития отрасли является наиболее полное использование современных технологических и технических средств Это позволяет снизить затраты на разработку и производство товаров, упростить некоторые этапы разработки изделий путем автоматизации трудоемких процессов, добавить новые возможности для разработчиков и дизайнеров материалов, в том числе и в лёгкой промышленности Использование цветных нитей - основное средство, позволяющее разнообразить художественное оформление тканей. Следует также учесть, что возможности ремизного ткачества в области воспроизведения цветных рисунков возросли, и потребность в быстрой смене тканых рисунков более сложной структуры повысилась. Поэтому данное исследование, направленное на автоматизацию технической подготовки выработки пестроткани, является актуальным.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является автоматизация подготовки выработки пестроткани и разработка на основе этой автоматизации метода рационального преобразования точечных рисунков к виду, обеспечивающему возможность их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач исследование и классификация методов обработки точечных изображений, понижение числа используемых в узоре цветов до уровня, соответствующего ограничениям технологии ремизного ткачества, разработка алгоритма минимального изменения цвета точек рисунков для их воспроизведения с использованием однослойных ткацких переплетений, выбор рационального переплетения и расчёт элементов заправочного рисунка; разработка объектной модели автоматизированной системы технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ткачества, разработка программного обеспечения на основе объектной модели системы технической подготовки заправочных рисунков, разработка и реализация пользовательского интерфейса системы технической

подготовки заправочных рисунков для практического внедрения предлагаемой методики

На защиту выносятся

Метод поэтапного рационального преобразования точечных рисунков с учетом технологических ограничений для их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества.

Результаты исследования алгоритмов препарирования точечных изображений

Алгоритм изменения цвета точек изображения для его воспроизведения с использованием однослойных ткацких переплетений

Объектная модель системы автоматизированной технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ткачества

Программный комплекс, разработанный на основе указанной выше объектной модели

Методика проведения исследований. При разработке метода подготовки точечных рисунков использовались математические теории множеств и графов, математическая модель структуры цветных точечных изображений Для разработки методики уменьшения числа цветов в точечных рисунках были исследованы и модифицированы известные математические шодейй и алгоритмы обработки изображений Объектная модель системы разработана с использованием языка UML, средств CASE технологии пакета Rational Rose Программная реализация была разработана в среде Borland С Builder с использованием объектно-ориентированных технологий, стандартного ADO (ODBS) интерфейса и языка SQL

Научная новизна. В диссертационной работе разработан новый метод построения рациональных заправочных рисунков, основанный на поэтапном преобразовании полученных с помощью сканера или графического редактора точечных рисунков к виду, обеспечивающему возможность выработки заданного рисунка в виде тканого узора на ремизном ткацком станке Разработанный метод состоит из следующих этапов обработки изображений получение потенциально допустимого изображения путем уменьшения числа цветов в его палитре до теоретически допустимого с точки зрения технологии

ремизного ткачества, получение из потенциально допустимого изображения технологически допустимого изображения, которое удовлетворяет технологическим требованиям, обеспечивающим возможность их воспроизведения с использованием однослойного ткацкого переплетения на ремизном ткацком станке, расчет на ПЭВМ заправочного рисунка по технологически допустимому изображению

Для реализации второго этапа метода впервые исследованы и модифицированы алгоритмы препарирования точечных изображений На основе этих исследований разработана методика уменьшения числа цветов в их палитре при сохранении основных характеристик этих изображений Впервые разработан алгоритм изменения цвета точек потенциально допустимого изображения для преобразования его технологически допустимое изображение На основе системного подхода впервые разработан^ объектная модель, которая объединяет функции указанного выше метода и применение известных в технологии ткачества методов построения заправочных рисунков для выработки пестроткани На основе этой модели разработан программный комплекс «Заправочный рисунок», реализующий третий этап разработанного метода

Достоверность результатов работы. Достоверность результатов работы подтверждается использованием общепринятых методических средств при разработке указанного выше нового метода. Вычислительные эксперименты по использованию алгоритмов препарирования точечных изображений для понижения числа цветов в их палитре и алгоритма изменения цвета точек изображения для его преобразования в технологически допустимое изображение показали, что разработанный метод эффективен Практика применения разработанного метода и основанного на нем программного комплекса «Заправочный рисунок» в учебном процессе подтверждает правильность проектных решений

Практическая ценность. Разработанная при выполнении диссертации объектная модель технической подготовки точечных рисунков используется как демонстрационная задача в практикуме дисциплины ' «Технологии программирования», которая изучается студентами 3-го курса специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

дневной формы обучения Программный комплекс «Заправочный рисунок», созданный в рамках работы над диссертацией, используется в учебном процессе в качестве инструментальной системы при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная графика» студентами 4-го курса специальности 071502 «Художественное оформление текстильных изделий» Кроме того, программный комплекс «Заправочный рисунок» может использоваться для разработки новых вариантов художественного оформления пестроткани и для технической подготовки их к производству на предприятиях текстильной промышленности

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на всероссийской научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ 2002» (Москва 2002 г.), международной научно-технической конференции «ПИКТЕЛ-2003» (Иваново 2003 г), всероссийской научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ 2003» (Москва 2003 г), всероссийской научной конференции «Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности» ИНФОТЕКСТИЛЬ-2004 (Москва 2004 г), ' всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» ТЕКСТИЛЬ 2004 (Москва 2004 г), Международная научно-техническая конференция «Прогресс-2005» (Иваново 2005 г ) Использование программного комплекса в учебном процессе подтверждено актом о внедрении Программный комплекс «Заправочный рисунок» прошел государственную регистрацию, и на него получено свидетельство о регистрации № 2006612092

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка используемой литературы из 49 наименований и пяти приложений Диссертация включает 147 страниц текста, 39 рисунков и 7 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность и перспективность темы диссертационной работы, а также описываются цели и задачи исследования, дается общая характеристика работы

В первой главе дан анализ существующих систем для расчета заправочных рисунков Исследуются возможности средств компьютерной техники для ввода рисунков в графическую систему ткацкого рисования, рассматривается выполнение операций уменьшения числа цветов в палитре изображения и разрешения при помощи графических редакторов Если число цветов в палитре изображения не превышает технологического максимума, такое изображение называется потенциально допустимым Исследуется математическая модель, на основе которой выполняется преобразование потенциально допустимого изображения в технологически 'допустимое изображение, которое может быть выработано на ремизном ткацком станке с использованием однослойного ткацкого переплетения Выработку цветных рисунков в виде тканых узоров делают невозможной циклы нечетной длины в специальных графах, названных графами структуры цветных рисунков Если эти циклы образуют фигуру, отображенную на рисунке 1, то выработка данного рисунка однослойным переплетением принципиально невозможна Таким образом, преобразование потенциально допустимого изображения в технологически допустимое сводится к удалению из графа структуры изображения запрещенных фигур

Цикл 1

Цикл 2

2п-2 о 2п-1 1 2п

К

2т 2т-1 2т-2 2п-2 2п-1 2п

Рисунок 1 - Запрещенная фигура в графе структуры изображения

Удаление любого ребра запрещенной фигуры приводит к удалению из графа структуры изображения всей этой фигуры Это равносильно изменению цвета одной из точек рисунка, соответствующей вершине инцидентной этому ребру. Число таких изменений определяется выбором точек, меняющих свой цвет, а также выбором цветов, в которые эти точки перекрашиваются Очевидно, что чем меньше указанных изменений потребуется для уничтожения запрещенных фигур в графе структуры рисунка, тем меньше будет изменен исходный рисунок С учетом вышеизложенного требуется разработать алгоритм рационального изменения цвета точек потенциально допустимого рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение, что явилось одной из задач данного исследования.

Во второй главе для разработки нового метода преобразования точечных рисунков выполнены исследования алгоритмов препарирования точечных изображений для уменьшения числа цветов в их палитре Отобранные в результате исследований алгоритмы и разработанные методики их применения реализуют первый этап разработанного метода преобразования точечных рисунков в потенциально допустимое изображение, содержащее допустимое число цветов (6-16) и сохраняющее существенные с точки зрения художественного проектирования особенности исходного изображения В данной работе для получения потенциально допустимого изображения используются алгоритмы препарирования точек исходного изображения, путем заполнения одинаковыми значениями некоторых младших разрядов кодов красного, голубого и зеленого цветов

Как показали проведенные вычислительные эксперименты, уменьшение числа цветов изображения до 6 - 15 путем понижения глубины цвета, как правило, сохраняло структуру рисунка (узора), однако при этом изображение становилось несколько темнее, а в ряде случаев изменялся общий колорит рисунка. Для уменьшения нежелательного изменения светлотности изображения было предложено применять алгоритм окружения младших обнуляемых разрядов кодов цветов изображения Второй этап преобразования точечных рисунков заключается в минимальном изменении цвета точек потенциально допустимого изображения для его преобразования в технологически допустимое изображение Для реализации эюго этапа

разработан впервые специальный алгоритм DelCycles удаления запрещенных фигур из графа структуры цветного рисунка Ниже приводится псевдокод алгоритма DelCycles, в описании которого использована традиционная математическая нотация и обозначения, принятые в языке СИ DelCycles (G, vmax) { /* Начало функции DelCycles */ Х0= Adj(G, vmax, 0), Xl= Adj(G, vmax, 1), if(|X0|<|Xl|) {k=|V|,

/* Выбор вершины минимальной степени в множестве ХО */

for(VxeX0) {if(|Adj(G, х, 0)|<k) {k=|Adj(G, х, 0)|, w=x,}}

/* Конец цикла for(VxeXO) */

c=C[vmax], C[vmax]= C[w],

if(|X0|<= |Adj(G, vmax, 0)|) {C[vmax]=c, k=0,

/* Выбор вершины максимальной степени в множестве ХО */

for(VxeX0) {

if(|Adj(G, х, 0)>k) {k=|Adj(G, х, 0)|, w=x,} } /* Конец цикла for(VxeX0) */ C[w]= С [vmax],

} /* Конец оператора if(|X0|<= |Adj(G, vmax, 0)|) */ } /* Конец оператора if(|X0|<|Xl|) */ else {k=|V|,

/* Выбор вершины минимальной степени в множестве XI*/

for(VxeXl) {if(]Adj(G, х, l)|<k) {k=|Adj(G, х, 1)|, w=x,}

} /* Конец цикла for(VxeXl) */

c=C[vmax], C[vmax]= C[w],

if(|X0|<= |Adj(G, vmax,1)|) {C[vmax]=c; k=0,

/* Выбор вершины максимальной степени XI */

for(VxeXl) {

if(|Adj(G, x, l)>k) {k=|Adj(G, x, 1)|, w=x,} } /* Конец цикла for(VxeXl) */ C[w]= Cfvmax], } /* Конец оператора if(|X0|<= |Adj(G, vmax,l)|) */ } /* Конец оператора else */ }/* Конец функции DelCycles */

При вызове w, 0) функция Аф возвращает множество вершин,

принадлежащих окрестности вершины и соединенные с вершиной уу ребрами с весом 0, а при вызове Аф(0, w, 1) функция Аф возвращает вершины той же окрестности, но соединенные с вершиной ребрами с весом равным 1

На первом шаге для каждой вершины определяется, какое количество запрещенных фигур инцидентно этой вершине, и вычисляется общее число запрещенных фигур в структурном графе Если запрещенных фигур в графе нет, то процедура завершается На втором шаге из графа структуры рисунка удаляются запрещенные фигуры Для изменения цвета целесообразно выбирать вершины, окрашивание которых в цвет одной из смежных с ними вершин приводит к уничтожению максимального числа запрещенных фигур В данной работе предлагается выбирать вершины, имеющие максимальную степень участия в образовании запрещенных фигур. После изменения цвета выбранной вершины осуществляется переход к шагу 1

В третьей главе дан анализ предметной области и разработана объектная модель автоматизированной системы подготовки заправочных рисунков для ремизного ткачества и ее реализация на платформе Wlndows Разработка объектной модели осуществлена средствами САБЕ-технологий и языка ЦМЬ На основе объектной модели разработаны исходные требования, предъявляемые к функциональным возможностям, интерфейсу пользователя и к информационному обеспечению автоматизированной системы «Заправочный рисунок», программное обеспечение которой реализовано с использованием объектно-ориентированного программирования.

В четвёртой главе приводятся результаты вычислительных экспериментов с алгоритмами препарирования, выбор которых был осуществлен на основании исследований, описанных во второй главе Исследована зависимость влияния параметров алгоритма препарирования на изображение Получившиеся результаты сведены в таблицу 1 Примеры изображений представлены в приложении 2 к работе В соответствии с этими результатами разработаны рекомендации применения указанных алгоритмов для преобразования цветных рисунков в потенциально допустимое изображение (см таблицу 2)

Таблица 1 Изменение количества цветов в изображении при применении

Исходное изображение Число цветов Алгоритмы препарирования (см. табл.2 )

1 2 3 4 5 6 7

Рисунок П2 1 42905 270 236 251 270 61 12 183

Рисунок П2 9 57772 369 345 348 369 79 19 254

Рисунок П2.17 24315 152 147 150 152 42 12 171

Рисунок П2 25 46111 197 165 186 197 36 9 107

Рисунок П2 33 21165 182 171 180 182 49 14 178

Рисунок П2 41 41256 385 364 374 385 86 19 275

Рисунок П2 49 15581 422 392 401 422 85 19 295

Рисунок П2 57 9186 188 182 180 188 48 17 188

Рисунок П2 65 52969 751 705 728 751 134 23 395

Таблица 2 Характер изменений изображений при использовании

алгоритмов препарирования

Алгоритм Изменение яркости Изменение контрастное ти Сохранение деталей и контуров Возможность применения

1 Заполнение «0» младших четырех разрядов Уменьшение Нет или незначитель ное уменьшение Различимы Нет достаточного уменьшения числа цветов

2 То же с добавлением единицы в 5-ый разряд Увеличение Нет или незначитель ное уменьшение Различимы Нет ' достаточного уменьшения числа цветов

3 То же с округлением по 4-м разрядам Нет или минимальное Нет Различимы Нет достаточного уменьшения числа цветов

Алгоритм Изменение яркости Изменение контрастное ти Сохранение деталей и контуров Возможность применения

4 Заполнение «1» 4-х младших разрядов Увеличение Уменьшение Различимы Нет достаточного уменьшения числа цветов

5 Заполнение «0» пяти разрядов с округлением Нетили минимальное Нет Различимы Возможно

6 Заполнение «0» шести разрядов с округлением Уменьшение Уменьшение Различимы Возможно с последующей коррекцией цветовой гаммы

7 Применение логической операции И по маске 168 Уменьшение. Изменение цветовой гаммы Сильное уменьшение Потеря отдельных деталей Не рекомендуется

На основе результатов проведённых экспериментов (см табл 1,2) разработана методика использования алгоритмов препарирования цветных рисунков для преобразования этих рисунков в потенциально допустимое изображение

Вычислительный эксперимент по использованию разработанного алгоритма рационального изменения цвета точек потенциально допустимых изображений для их преобразования в технологически допустимые изображения подтвердил эффективность этого алгоритма На рисунке 2а приводится потенциально допустимое изображение, граф структуры которого содержит запрещенные фигуры

После удаления запрещенных фигур с использованием разработанного алгоритма рационального изменения цвета точек потенциально допустимого изображения было получено технологически допустимое изображение, которое приводится на рисунке 26 Сравнение рисунков 2а и 26 показывает, что они идентичны с точки зрения художественного оформления тканей

тКЮКЖКЮХт ШиЖШГАКГ!

а)

Рисунок 2. а) Технологически допустимое изображение, б) Потенциально допустимое изображение.

Далее в данной главе описывается методика применения системы «Заправочный рисунок» для решения следующих задач: создание новых заправочных рисунков в интерактивном режиме с использованием известных приёмов ткацкого рисования; визуализация различных режимов отображения заправочного рисунка и ткани на экране монитора; рациональное уменьшение числа цветов в изображении точечного рисунка; построение заправочного рисунка на основе хранящегося в архиве; коррекция цветовой гаммы, изменение яркости или контрастности изображения; расчет элементов заправочного рисунка для заданного технологически допустимого изображения

Основные результаты и выводы

1 О современной практике проектирования художествен ного оформления ткани исходное точечное изображение тканого рисунка чаще ВСего создаётся лессинатором (художником) в среде графического редактора или получается в результате сканирования. Существующие автоматизированные системы не обеспечивают эффективного преобразования такого изображения к пилу, отвечающему требованиям технологии ремизного ткачества.

2, Целью данной работы является разработка метода автоматизированной подготовки точечных рисунков, позволяющего преобразовать точечные рисунки к виду, обеспечивающему возможность их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества Поэтому данная работа является актуальной.

3 Для достижения указанной цели впервые был разработан метод двухэталного преобразования точечного изображения- исходное изображение преобразовывается в потенциально допустимое изображение, в котором число различных цветов удовлетворяет заданному технологическому ограничению Затем потенциально допустимое изображение преобразуется в технологически допустимое, которое может быть выработано с использованием однослойного ткацкого переплетения на ремизном ткацком станке Разработанная в данной работе методика препарирования точечных изображений и ее программное обеспечение эффективно реализуют преобразование первого этапа Разработанный впервые алгоритм изменения цвета точек изображения обеспечивает эффективную реализацию второго этапа предлагаемого метода Модифицированный алгоритм расчета заправочного рисунка реализует построение всех элементов заправочного рисунка по заданному технологически допустимому изображению в автоматическом режиме.

4 Для реализации метода в данной работе были впервые решены следующие задачи исследованы методы компьютерной обработки точечных изображений, и на основе проведенных компьютерных экспериментов дано заключение о возможности их использования для уменьшения числа цветов в палитре изображения, построена объектная модель технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества, разработан алгоритм рационального изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение, разработана методика препарирования произвольных точечных изображений для преобразования их в потенциально допустимое изображение

5 Для внедрения разработанных алгоритмов и проведения компьютерных экспериментов разработан программный комплекс

«Заправочный рисунок», на который получено свидетельство о государственной регистрации № 2006612092 Программный комплекс обеспечивает автоматизацию подготовки выработки ремизных ткацких узоров по заданному точечному изображению Разработанная документация позволяет использовать данный программный комплекс в учебном процессе и при подготовке к производству ремизных ткацких узоров

6 Экспериментальные расчеты подтвердили правильность принятых проектных решений и эффективность разработанных алгоритмов

Основное содержание работы отражено в публикациях:

1 Борзунов Г И, Войнов А Е «Проектирование и выбор средств реализации интерфейса графической среды для ткацкого рисования», в сб гезисов Всероссийской научно-технической конференции-«ТЕКСТИЛЬ 2002» , 26-27 ноября2002, г Москва, МГТУ им А Н Косыгина, с 173 - 174

2 Борзунов Г И, Войнов А Е «Система автоматизированного построения заправочных рисунков ремизных тканей», в сб материалов Международной Научно-технической конференции «ПИКТЕЛ-2003», 27-29 мая 2003 г г Иваново., Ивановская Государственная Текстильная Академия, с 62-63

3 Артемьева И Е, Борзунов Г И, Войнов А Е «Сравнение коэффициентов переплетения на основе построения линий среднеквадратичной регрессии», в сб тезисов Всероссийской научно-технической конференции-«ТЕКСТИЛЬ 2003» , 18-19 ноября 2003, г Москва, МГТУ им А Н. Косыгина, с 258 - 259

4 Борзунов Г И, Войнов А Е «Построение заправочных, рисунков в графической среде ткацкого рисования», в сб материалов всероссийской научной конференции «Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности» ИНФОТЕКСТИЛЬ-2004, 27, 28 января 2004г, Москва, МГТУ им А Н Косыгина, с 57

5 Борзунов Г И , Войнов А Е «Использование графических редакторов для создания изображений с ограниченным числом цветов», в' сб тезисов всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и

оборудование текстильной промышленности» ТЕКСТИЛЬ 2004,24 ноября 2004 г,Москва, МГТУ им А Н Косыгина, с 207-208

6. Борзунов Г.И , Войнов А Е , «Компьютерная обработка изображений для подготовки их воспроизведения средствами текстильных технологий», в кн «Труды российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А С Попова» Серия Научная серия, посвященная дню радио Выпуск ЬХ-2, Москва 2005, с 53 - 54

7 Борзунов Г И., Войнов А Е, Ульянов А А «Отбор операций компьютерной обработки изображений для понижения глубины цвета заданных рисунков», в сб материалов международной научно-технической конференции «Про1ресс-2005», Ивановская Государственная Текстильная Академия, 13 мая 2005г, Сборник материалов, часть 2, с 61-63

8 Борзунов Г И, Войнов А Е «Алгоритм изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение», «Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности» - 2006, № 6, с. 129-131

9 Борзунов Г И., Войнов А Е «Расчет заправочного рисунка по заданному технологически допустимому точечному изображению», «Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности» - 2007, № 1, с. 117-119

Подписано в печать 21.09 07 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Уел печ л. 1,0 Заказ 333 Тираж 80 МГТУ им АН Косыгина, 119071, Москва, ул Малая Калужская, 1

5

1 ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИИ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТКАЦКИХ РИСУНКОВ.

1.1 Состояние работ по автоматизации технической подготовки выработки цветных тканых рисунков.

1.2 Исследование возможностей средств компьютерной графики для управления глубиной цвета и разрешением точечных рисунков.

1.2.1 Использование сканирования для ввода рисунков в графическую систему ткацкого рисования. Выбор рациональных управляющих параметров сканированияЗО

1.2.2 Выполнение операций изменения глубины цвета и разрешения при помощи графических редакторов.

1.3 Математическая модель анализа цветных точечных рисунков.

1.3.1 Граф структуры цветного рисунка.

1.3.2 Запрещённые фигуры графа структуры точечного рисунка.

1.4. Выводы по главе.

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ТОЧЕЧНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ К ВИДУ, ДОПУСКАЮЩЕМУ ИХ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ РЕМИЗНОГО ТКАЧЕСТВА.

2.1 Функциональная схема предлагаемого метода.

2.2 Преобразование точечных рисунков в потенциально допустимое изображение

2.2.1 Виды изображений и их характеристики.

2.2.2 Исследование возможности компьютерной обработки изображений для решения задач данной работы.

2.2.3 Разработка методики использования препарирования для снижения числа цветов в точечном изображении.

2.3 Разработка алгоритмов преобразования потенциально допустимых изображений в технологически допустимое изображение и расчёта заправочного рисунка.

2.3.1 Алгоритм изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение.

2.3.2 Алгоритм расчёта заправочного рисунка.

2.4 Выводы по главе.

3 РАЗРАБОТКА ОБЪЕКТНОЙ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ ЗАПРАВОЧНЫХ РИСУНКОВ ДЛЯ РЕМИЗНОГО ТКАЧЕСТВА И ЕЁ РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПЛАТФОРМЕ WINDOWS.

3.1 Анализ предметной области.

3.2 Диаграмма размещения аппаратной части системы.

3.3 Список классов и диаграмма состояний.

3.4 Анализ взаимодействия методов классов с помощью диаграммы деятельности.

3.5 Описание поведения и динамических связей объектов системы.

3.6 Разработка диаграммы классов.

3.7 Исходные требования, предъявляемые к интерфейсу пользователя и к информационному обеспечению системы «Заправочный рисунок».

3.8 Программная реализация автоматизированной системы «Заправочный рисунок».

3.9 Выводы по главе.

4 МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ «ЗАПРАВОЧНЫЙ РИСУНОК» И АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

4.1 Интерфейс автоматизированной системы «Заправочные рисунок».

4.2 Построение нового заправочного рисунка и его сохранение в системе.

4.3 Построение заправочного рисунка на основе рисунка, имеющегося в архиве .!.

4.4 Расчёт заправочного рисунка для заданного точечного изображения.

4.5 Вычислительные эксперименты по использованию методов препарирования изображений.

4.6 Вычислительные эксперименты по использованию разработанного алгоритма изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение.

4.7 Выводы по главе.

Актуальность работы

В настоящее время в условиях рыночной экономики залогом успешного развития отрасли является наиболее полное использование современных технологических и технических средств. Это позволяет снизить затраты на разработку и производство товаров, упростить некоторые этапы разработки изделий путём автоматизации трудоёмких процессов, добавить новые возможности для разработчиков и дизайнеров материалов, в том числе и в лёгкой промышленности. Использование цветных нитей - основное средство, позволяющее разнообразить художественное оформление тканей. Следует также учесть, что возможности ремизного ткачества в области воспроизведения цветных рисунков возросли, и потребность в быстрой смене тканых рисунков более сложной структуры повысилась. Поэтому данное исследование, направленное на автоматизацию технической подготовки выработки пестроткани, является актуальным.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является автоматизация подготовки выработки пестроткани и разработка на основе этой автоматизации метода рационального преобразования точечных рисунков к виду, обеспечивающему возможность их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: исследование и классификация методов обработки точечных изображений; понижение числа используемых в узоре цветов до уровня, соответствующего ограничениям технологии ремизного ткачества; разработка алгоритма минимального изменения цвета точек рисунков для их воспроизведения с использованием однослойных ткацких переплетений; выбор рационального переплетения и расчёт элементов заправочного рисунка; разработка объектной модели автоматизированной системы технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ткачества; разработка программного обеспечения на основе объектной модели системы технической подготовки заправочных рисунков; разработка и реализация пользовательского интерфейса системы технической подготовки заправочных рисунков для практического внедрения предлагаемой методики.

На защиту выносятся:

- Метод поэтапного рационального преобразования точечных рисунков с учётом технологических ограничений для их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества.

- Результаты исследования алгоритмов препарирования точечных изображений.

- Алгоритм изменения цвета точек изображения для его воспроизведения с использованием однослойных ткацких переплетений.

- Объектная модель системы автоматизированной технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ткачества.

- Программный комплекс, разработанный на основе указанной выше объектной модели.

Методика проведения исследований

При разработке метода подготовки точечных рисунков использовались математические теории множеств и графов, математическая модель структуры цветных точечных изображений. Для разработки методики уменьшения числа цветов в точечных рисунках были исследованы и модифицированы известные математические модели и алгоритмы обработки изображений. Объектная модель системы разработана с использованием языка UML, средств CASE технологии пакета Rational Rose. Программная реализация была разработана в среде Borland С Builder с использованием объектно-ориентированных технологий, стандартного ADO (ODBS) интерфейса и языка SQL.

Научная новизна

В диссертационной работе разработан новый метод построения рациональных заправочных рисунков, основанный на поэтапном преобразовании полученных с помощью сканера или графического редактора точечных рисунков к виду, обеспечивающему возможность выработки заданного рисунка в виде тканого узора на ремизном ткацком станке. Разработанный метод состоит из следующих этапов обработки изображений: получение потенциально допустимого изображения путём уменьшения числа цветов в его палитре до теоретически допустимого с точки зрения технологии ремизного ткачества, получение из потенциально допустимого изображения технологически допустимого изображения, которое удовлетворяет технологическим требованиям, обеспечивающим возможность их воспроизведения с использованием однослойного ткацкого переплетения на ремизном ткацком станке, расчёт на ПЭВМ заправочного рисунка по технологически допустимому изображению.

Для реализации второго этапа метода впервые исследованы и модифицированы алгоритмы препарирования точечных изображений. На основе этих исследований разработана методика уменьшения числа цветов в их палитре при сохранении основных характеристик этих изображений. Впервые разработан алгоритм изменения цвета точек потенциально допустимого изображения для преобразования его технологически допустимое изображение.

На основе системного подхода впервые разработана объектная модель, которая объединяет функции указанного выше метода и применение известных в технологии ткачества методов построения заправочных рисунков для выработки пестроткани. На основе этой модели разработан программный комплекс «Заправочный рисунок», реализующий третий этап разработанного метода.

Достоверность результатов работы

Достоверность результатов работы подтверждается использованием общепринятых методических средств при разработке указанного выше нового метода. Вычислительные эксперименты по использованию алгоритмов препарирования точечных изображений для понижения числа цветов в их палитре и алгоритма изменения цвета точек изображения для его преобразования в технологически допустимое изображение показали, что разработанный метод эффективен. Практика применения разработанного метода и основанного на нём программного комплекса

Заправочный рисунок» в учебном процессе подтверждает правильность проектных решений.

Практическая ценность

Разработанная при выполнении диссертации объектная модель технической подготовки точечных рисунков используется как демонстрационная задача в практикуме дисциплины «Технологии программирования», которая изучается студентами 3-го курса специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» дневной формы обучения. Программный комплекс «Заправочный рисунок», созданный в рамках работы над диссертацией, используется в учебном процессе в качестве инструментальной системы при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Компьютерная графика» студентами 4-го курса специальности 071502 «Художественное оформление текстильных изделий». Кроме того, программный комплекс «Заправочный рисунок» может использоваться для разработки новых вариантов художественного оформления пестроткани и для технической подготовки их к производству на предприятиях текстильной промышленности.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на всероссийской научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ 2002» (Москва 2002 г.), международной научно-технической конференции «ПИКТЕЛ-2003» (Иваново 2003 г.), всероссийской научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ 2003» (Москва 2003 г.), всероссийской научной конференции «Информационные технологии в образовательной, научной и управленческой деятельности» ИНФОТЕКСТИЛЬ-2004 (Москва 2004 г.), всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» ТЕКСТИЛЬ 2004 (Москва 2004 г.), Международная научно-техническая конференция «Прогресс-2005» (Иваново 2005 г.).

Использование программного комплекса в учебном процессе подтверждено актом о внедрении. Программный комплекс «Заправочный рисунок» прошёл государственную регистрацию, и на него получено свидетельство о регистрации № 2006612092.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка используемой литературы из 49 наименований и пяти приложений. Диссертация включает 147 страниц текста, 39 рисунков и 7 таблиц.

Основные результаты и выводы

1. В современной практике проектирования художественного оформления ткани исходное точечное изображение тканого рисунка чаще всего создаётся дессинатором (художником) в среде графического редактора или получается в результате сканирования. Существующие автоматизированные системы не обеспечивают эффективного преобразования такого изображения к виду, отвечающему требованиям технологии ремизного ткачества.

2. Целью данной работы является разработка метода автоматизированной подготовки точечных рисунков, позволяющего преобразовать точечные рисунки к виду, обеспечивающему возможность их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества. Поэтому данная работа является актуальной.

3. Для достижения указанной цели впервые был разработан метод двухэтапного преобразования точечного изображения: исходное изображение преобразовывается в потенциально допустимое изображение, в котором число различных цветов удовлетворяет заданному технологическому ограничению. Затем потенциально допустимое изображение преобразуется в технологически допустимое, которое может быть выработано с использованием однослойного ткацкого переплетения на ремизном ткацком станке. Разработанная в данной работе методика препарирования точечных изображений и её программное обеспечение эффективно реализуют преобразование первого этапа. Разработанный впервые алгоритм изменения цвета точек изображения обеспечивает эффективную реализацию второго этапа предлагаемого метода. Модифицированный алгоритм расчёта заправочного рисунка реализует построение всех элементов заправочного рисунка по заданному технологически допустимому изображению в автоматическом режиме.

4. Для реализации метода в данной работе были впервые решены следующие задачи: исследованы методы компьютерной обработки точечных изображений, и на основе проведённых компьютерных экспериментов дано заключение о возможности их использования для уменьшения числа цветов в палитре изображения; построена объектная модель технической подготовки точечных рисунков для их воспроизведения с использованием технологии ремизного ткачества; разработан алгоритм рационального изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение; разработана методика препарирования произвольных точечных изображений для преобразования их в потенциально допустимое изображение.

5. Для внедрения разработанных алгоритмов и проведения компьютерных экспериментов разработан программный комплекс «Заправочный рисунок», на который получено свидетельство о государственной регистрации № 2006612092. Программный комплекс обеспечивает автоматизацию подготовки выработки ремизных ткацких узоров по заданному точечному изображению. Разработанная документация позволяет использовать данный программный комплекс в учебном процессе и при подготовке к производству ремизных ткацких узоров.

6. Экспериментальные расчёты подтвердили правильность принятых проектных решений и эффективность разработанных алгоритмов.

1. Яншин В.В., Калинин Г.А. Обработка изображений на языке Си для IBM PC.- М.: Мир,1994.-240 с.

2. Ярославский Л.П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии: Введение в цифровую оптику. М.: Радио и связь, 1987.

3. Павлидис Е. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений.- М.: Радио и связь, 1986.-400 с.

4. Борзунов Г.И. Синтез ткацких переплетений по заданному цветному рисунку. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1981, №5. С.42.45.

5. Борзунов Г.И. Анализ цветных ткацких рисунков при помощи ЭВМ. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1985,'№5. с. 35.41.

6. Борзунов Г. И. Комплекс программ для анализа цветных рисунков. ЦНИИТЭИЛегпром. Московский ордена Трудового Знамени текстильный институт им. А. Н. Косыгина. - М., 1982, 8 с. (рукопись депонирована в ЦНИИТЭИЛегпром 05.1283, №760ЛП-Д83).

7. Горбатов В.А. Основы дискретной математики: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высш. шк., 1986.

8. Ахо А.В., Хопкрофт Дж., Ульман Дж.Д. Структуры данных и алгоритмы. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.

9. Борзунов Г.И., Войнов А.Е. Алгоритм изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-2006, №5, с 129-131.

10. Борзунов Г.И., Войнов А.Е. Расчёт заправочного рисунка по заданному технологически допустимому точечному изображению, Изв. Вузов, Технология текстильной промышленности 2007, № 1, с. 117-119.

11. Борзунов Г.И, Войнов А.Е. Алгоритм изменения цвета точек рисунка при его преобразовании в технологически допустимое изображение. Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности. 2006, №6, с. 29-31.

12. Слостина Г. Л., Сумарукова Р. И. Современные способы патронирования и насекания картона. // Конспект лекций М.:МТИ, 1981.

13. Б.Э. Глазырин, Н.Ф. Жупанов «Организация и экономика производства», Вестник машиностроения. 2001 №7.

14. Фирсов А.В., Разработка метода проектирования рисунков мелкоузорчатых переплетений и его реализация на ПЭВМ. Дис. . канд. техн. наук. -М. 1995. 117 с.

15. Мартынова А.А., Слостина Г.Л., Власова Н.А. Строение и проектирование тканей. -М., МГТА, 1999. 434 с.

16. R.W. Hamming, Digital Filters, Prentice-Hall, INC. ENGLEWOOD CLIFFS, New Jersey, 1977 224c.

17. T.C. Хуанг, Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений., Москва «Радио и связь», 1984. 224с.

18. Э. Прэтт, Цифровая обработка изображений, Пер. с англ., Москва, Мир, 1982.-312с.

19. Малецкая С.В. Разработка автоматизированных методов проектирования узоров многоцветных тканей, диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., МГТУ им. А.Н, Косыгина, 2003

20. Автоматизация процессов чтения, патронирования рисунков набивки картона для жаккардового ткачества в СССР и за рубежом. Координированное издание обзоров в рамках Легпроминформ, М., ЦНИИТЭИ-легпром, 1981

21. Заборовский Ю.А., Морозов Г.К., Петренко А.И. и др. Автоматическое программирование жаккардовых ткацких узоров. Киев, Техника, 1978

22. Морозов Г.К., Разработка технологии программирования рисунков для жаккардовых машин с помощьб комплекса автоматических устройств. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М. КТИ, 1977

23. Морозов Т.К., Осиповская М.Е., Андреев А.Ф., Каган В.М. Система подбора переплетений для однослойных тканей. Программы для ЭВМ. Базы данных. Топология интегральных микросхем. Информационный бюллетень официальной регистрации РосПАТЕНТа. Вып. №1,1994

24. Ребарбар Я.М. Разработка методов автоматического программирования с двухцветного рисунка в жаккардовом ткачестве. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М„ МТИ, 1964

25. Сафьянников Н.М., Буренева О.И. Система компьютерного дизайна тканей. Тезисы доклада на всероссийской научно техническойконференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» Текстиль-98 М., МГТА, 1998, с.251

26. Романов В.Я., Вакс К.Э., Липшиц Н.В. Проектирование крупнораппортных рисунков цвета с использованием ЭВМ. Текстильная промышленность. 1997. №4

27. Жученкова С.Н. Разработка принципов программирования цвета в костюме при проектировании коллекции. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МГТА, 1995

28. Колесникова Е.Н. Основы проектирования технологии петлеобразования. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М., МГТУ, 2001

29. Кудрявин Л.А. Автоматизированное проектирование параметров трикотажа, М., Легпромбытиздат, 1992

30. Розанов Ф.М., Кутенков О.С., Жупикова Д.М. и др. Строение и проектирование тканей. М., Гизлегпром, 1953

31. Бавструк Н.Ф. Курс ткацких переплетений М., Искусство, 1951

32. Кутепов О.С. Строение и проектирование тканей М., Легпромбытиздат, 1988

33. Лунд-Иверсен Б. Ткацкие переплетения. Перевод с новежского -М., Легпромбытиздат, 1987

34. Dobrzanski Е. Wykorzystanie maszyny cyfrowej (mc) do sporzedenia wzornic sterujacych ruchem nicielnic ni krosnie. Przglad wlokienniczy. 1980. №2

35. Dobrzanski E., Owczarz R. Proektiwanie wzorow kolorystycznych tkanin wspomagane komputerem. Przglad wlokienniczy, 1980, №1

36. Rudloff E., Grosslaub К. I. Rechnereinsatz zur Gewebemusterung. Textiltecnik, 1980, №7

37. Слостина Г.Л. и др. Построение мелкоузорчатых переплетений на ЭВМ. М., МГТА, 1999

38. Калистратова С.Н. Автоматизация проектирования и анализа ткацких переплетений с помощью ЭВМ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МТИ, 1969

39. Скоков П.И., Казарновская Г.В., Применение ПЭВМ для проектирования цветных рисунков. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 1998. №6

40. Крылов Г.А. Автоматизированная система проектирования тканей «Автодессинатор». Текстильная промышленность. 1979, №3

41. Moravec V. Anwendung elektronseher Datenvararbeitung fur die Gewebebindung. Textiltechnik, 1981, №1

42. Rudloff E., Muhlmann R. Neuer Standart Gewebebindungen mit Darstellung in Matrix-form. Textiltechnik, 1983, №6

43. Никитин M.H. Художественное оформление тканей. М., Лёгкая индустрия, 1971.

44. Ахо А.В., Хопкрофт Дж., Ульман Дж.Д. Структуры данных и алгоритмы. -М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.

45. Крылов Г. А. Автоматизированная система проектирования тканей. «Автодессинатор» Текстильная промышленность. 1979. №3.

46. Проскуряков С. А., Борзунов Г. И. Автоматизированная система подготовки к производству семейства видорисунков одного артикула // Сборник научно-исследовательских работ МТИ-ЛМТИ. М. 1981.

47. Борзунов Г. И. Применение ЭВМ при подготовке к производству тканей мелкоузорчатых переплетений // Диссертация на соискание ученой стпени к. т. н. -М.: МТИ, 1979.

48. Гусаков А. В., Ломов С. В. Система автоматизированного расчета многослойных тканей СЕТКА // Прграммы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. // Инф. бюл. официальной регистрации РосПАТЕНТа Вып. №3,1998.