作者：何方容 包振华 陈东方 吴国红 单位：武汉职业技术学院纺织系 武汉科技大学计算机系
“分形”是美国数学家曼德布罗特(BenoitB.Mandelbort)1975年为描述那些不符合欧几里几何规律的自然现象所创造的一个名词,其原义为“不规则的、分数的、支离破碎的”物体。分形出现后,人们就开始探讨利用计算机生成分形图形并将它应用到图形设计中。分形图形有一个很大的特性-自相似性,所谓自相似性,就是指局部与整体相似。这种整体与局部具有无穷尽的相似的内部结构,意味着图案的递归,表现在视觉上,便是无限精细的结构。这种精细结构,不论在深度还是广度上都是无限的,一定程度上超越了人脑的思维,因而具有独特魅力,然而分形艺术又不是随意的,分形艺术图案的创作是以数学理论为基础的,具有严谨的科学性。在数字化艺术设计日益发展的今天,计算机作为创作工具的图形设计方法逐渐成为主流技术,并广泛应用到纺织工艺图形的设计中。分形的出现及应用,又为计算机图形设计另辟蹊径,也为纺织图案的设计开创了新的思路。
1分形艺术在图案设计中的应用
分形艺术在图案设计的应用,是将分形理论与计算机应用相结合,用计算机图形学算法来构造形式,从而由分形程序生成分形图形。再经与图形处理软件相结合,最终得到绚丽多彩的艺术图像。计算机图形学中分形研究的深入发展和在图案设计中的应用,使得艺术家可以用更多的方式来进行创作,也给图案设计带来了新的元素。分形艺术作为数学技术和美学的结合,是科学和艺术完美结合的典范,对纺织品设计具有特别重要的意义,尤其是在纺织品印花和织造图案设计中的应用。分形艺术与传统艺术相比无疑有较大的创新。分形图形可以由不同的分形算法生成,图形绚丽多彩、风格多变。分形图形的形态造型有类似于自然景物的具象造型,例如树木、植物叶子、花朵、山峦、雪花等;以及自相似几何形体或偶然形体的抽象造型,抽象造型的分形图案与几何图形非常相似,不但可以自动生成形象的几何花型,也可以生成抽象的几何花型。这些分形图案都跟传统图形的某些类别相似,因此可以在分形图集中找出很多与传统纹样吻合的地方,并将其应用到计算机图案设计中,而部分分形艺术图形与传统纺织纹样相似,具备作纺织纹样的条件,因此可用作纺织纹样,再结合传统纺织艺术设计所提供的丰富形式和格律,就能开发出独具一格的纺织图案。由于分形图形具有无限的精细结构和意想不到的结果,利用分形艺术设计的纺织图案,风格独特,时尚性强,个性突出,与纺织品需求多元化发展趋势相适应。总之,分形艺术有着独特的魅力,其在纺织中的应用必将为纺织图案的设计开辟新的天地。
2纺织图案设计中分形艺术的应用
纺织品图案设计中分形艺术的应用,主要采用两种形式:一是分形图案直接作为纹样组成连续图案。如图1、图3,是应用笔者自行设计的“分形纺织图案设计软件”生成的纺织图案;二是在分形图案的基础上,通过其它方法进行艺术加工,或与其它图案有机结合,组成纹样,再连续成新的图案,如图2,利用分形Julia集生成基本分形图案,再加上画图设计,按散点排列构成纹样。分形纹样也可与传统纹样一样采用分色软件进行自动分色,再通过去杂、散点处理、光滑处理、局部修改等方法将色块分清,以及根据纹织或印染加工工艺进行图案的意匠处理,最终得到符合纺织加工工艺要求的纺织纹样。
3纺织图案在纺织工艺中的再现
随着计算机技术及自动化技术在纺织上的应用,例如纹织CAD、喷墨印花等,利用分形生成的纺织品图案可以方便地经过纹织或喷墨印花再现。由于分形图案是数字图形,在纹织软件中可以直接处理,在喷墨印花中可以直接应用。随着电子提花织机、电脑刺绣、数码印花技术在纺织应用领域的逐步普及,这种由计算机程序生成的纺织分形纹样,不但花型种类繁多,还可通过计算机直接传输到相关生产机台上,反应迅速,不失真。这既缩短了工艺,又实现了纺织艺术图案的数字化设计。但纺织分形纹样在具体实现前,还必须结合相关的纺织工艺进行优化处理。这是因为从理论上讲分形图形具有无限精细的结构,但是纹样是通过织造、印花或绣花等方式再现到纺织品上去的,其精细程度无疑会受到纺织工艺或纺织品结构的限制,分形纹样的应用必须与相应的纺织工艺相结合。如前所述,分形图像的主要特征是图案的自相似。这种自相似导致图案中具有许多由不同颜色的像素点所表示的精细信息,这些结构太精细而无法印出来或织出来,所以利用分形艺术设计的纺织图案,在通过纺织工艺再现前,必须将这些精细结构优化而又不失分形创作的美感。下面主要就分形纹样在纹织和喷墨印花中的优化应用作些探讨。对于纹织物而言,纹样是通过各种颜色的经线与纬线按一定的规律相互交织而表达出来的,由于经线与纬线的数量都有一定的限制,所以组织点的数量是有限的,而一个组织点只能表达一种信息,因此有限的组织点数不可能完全表达出分形纹样的无限精细结构特性,但是我们可以用增加组织点的方法来尽可能地提高分形纹样在视觉上的精细效果。而在同样大小的面料上,组织点的多少取决于织物的经纬密度,经纬密越大组织点数越多。因此织物经纬密度直接影响到分形图案精细结构的表达程度,经纬密度越大,纹样的表现可以越充分,细线条、小块面、点子均能呈现于织物上,反之,则不能随意地进行表达。由此可见,密度高的织物在表现分形纹样的精细结构方面具有独特的优势。这种独特的精细表达效果不仅使分形图形转化成纺织纹样成为现实,其特殊的文饰效果还将进一步拓宽其应用领域。对于印花而言,由于分形纹样是数字纹样,而且多为装饰纹样,所以特别适合喷墨印花。分形图形的精细结构,可以通过提高喷墨印花的分辩率(dpi)来模拟。分辨率越高,分形纹样的精细结构将会表达得更清楚、更完善,图案清晰度就越好。一般纹样,dpi为180~360,精细结构的dpi为360~720,最新高精密喷嘴能喷出分辨率超过1000dpi的印花图案,完全可达到仿真效果。所以如果采用高分辨率的喷墨印花工艺,分形纹样的精细结构将会表达得更清楚、更完善。当然,也可将分形纹样进行分色处理,采用普通的印花方式来实现,例如,可通过采用高目数的丝网印花来实现分形图案的精细结构。目前,分形图案在纺织工业上的应用,主要有T恤衫图案设计、装饰布料图案设计、刺绣花样设计、真丝方巾图案设计、时装图案设计、地毯花样设计和壁毯花样设计等。本文通过自行设计的“分形纺织图案设计软件”,设计出一些符合纺织工艺的纺织纹样(见图1、2、3),这些纹样可以结合纹织CAD工艺在织机上再现;或者通过数码印花,或通过分色后采用普通印花工艺再现。
4结束语
(1)应用分形艺术设计,可以产生大量绚丽多彩的分形艺术图形,这些图案可直接或经过适当编辑后作为纺织纹样使用,为纺织图案设计开创了新思路。(2)应用分形艺术设计的纺织纹样是数字图形,经过适当优化后,在纹织CAD及喷墨印花中可以直接应用,实现了纺织艺术图案的数字化设计。可极大地丰富纺织品的花色品种,缩短花型设计的周期。总之,结合现有的数码纺织技术,可以将分形艺术的美再现到纺织品上,从而丰富和美化人们的生活。纺织图案设计中分形艺术的应用,将是纺织领域要探讨的重要课题。
