馮 玲

(泰山學(xué)院信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東泰安 271021)

1 引言

分形理論應(yīng)用于計算機圖形學(xué)可生成無數(shù)奇異圖案，這些圖案是設(shè)計人員無法設(shè)計出的，非常適用于一些圖形的輔助設(shè)計，如印刷業(yè)、廣告業(yè)、紡織工業(yè)等多個領(lǐng)域的圖案設(shè)計.分形藝術(shù)圖案因其抽象性和奇異性，不能用單純的花朵、動物之類的詞語進行劃分，其評價主要是憑借用戶的主觀判斷，很容易因個人偏好造成評價的偏差，進而引起一定的歧義.因此，分形圖案設(shè)計評價的研究擁有很強的現(xiàn)實應(yīng)用.

分形圖案可作為設(shè)計人員的圖形設(shè)計參考庫.這些圖案可視化效果的優(yōu)良主要通過人為判斷，沒有實際的評價指標(biāo)，本文嘗試提出一種新的評價方法，根據(jù)不同的圖片帶給用戶不同的情感狀態(tài)作為評價指標(biāo)，并利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立評價模型.情感狀態(tài)的測量以PAD三維情感模型中的情感量表為依據(jù)，根據(jù)圖案應(yīng)用領(lǐng)域，分別對PAD情感量表的12個項目進行量化，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用RBF網(wǎng)絡(luò)，輸入為PAD情感量表量化分，輸出為適應(yīng)度(及最終評價).應(yīng)用此方法產(chǎn)生的模型，非常接近人類思維模式的特征，較好地保證了評價結(jié)果的客觀性.

2 PAD三維情感模型

奧斯古德(Osgood)的研究發(fā)現(xiàn)情緒體驗可以從評價(Evaluation)、力度(Potency)和活躍性(Activity)三個維度進行分析.基于奧斯古德的思路，美拉比安(Mehrabian)和拉塞爾(Russell)采用語義差異評價方法，將三個維度修訂為愉悅度(Pleasure，簡寫P，表示個體情感狀態(tài)的正負特性)、激活度(Arousal，簡寫為A，表示個體的神經(jīng)生理激活水平)、優(yōu)勢度(Dominance，簡寫為D，表示個體對情境和他人的控制狀態(tài)).該模型簡稱為PAD三維情感模型.根據(jù)這3個維度可以將情緒劃分為8類:+P+A+D，如高興的;－P－A －D，如無聊的;+P+A －D，如依賴的;－P－A+D，如蔑視的;+P－A+D，如放松的;－P+A －D，如焦慮的;+P－A －D，如溫順的;－P+A+D，如敵意的.Mehrabian編制了一個僅包括12個項目(3個維度分別用4個項目進行測量)的簡化版本.該量表具有廣泛的應(yīng)用價值，如產(chǎn)品評價、心境狀態(tài)和情緒的評定以及人格測試等，該表可與其他很多人格量表或情緒量表建立對應(yīng)關(guān)系.而且該表也有其獨特優(yōu)勢，如應(yīng)用PAD情緒量表中的3個維度能夠有效地表示出正性情緒和負性情緒.例如PAD情緒量表能夠區(qū)分出焦慮情緒和抑郁情緒，焦慮情緒和抑郁情緒都具有較低的愉悅度和優(yōu)勢度，但焦慮情緒要比抑郁情緒具有較高的激活度［1］.

3 分形圖案設(shè)計評價模型

3.1 原理

基于PAD情感量表的評價原理如下［2］:

(1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量為PAD情感量表的量化值，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為相應(yīng)綜合評價的向量;(2)訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)時要用足夠的樣本，使不同的輸入向量活動對應(yīng)的輸出值;

(3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)得到的正確內(nèi)部表示即為最終神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所持有的那組權(quán)值和閾值.

訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可作為一個有效工具，對樣本以外的數(shù)據(jù)作對應(yīng)的評價.因此，此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既可模擬設(shè)計人員對分形圖案進行評價，又可減少評價過程中的人為誤差.

3.2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練

建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要考慮兩個問題:一是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)的確定，二是學(xué)習(xí)參數(shù)的調(diào)整.在通常情況下，并沒有一個固定的模式來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)，一般利用實驗方法來獲到一個較合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

3.2.1 評價指標(biāo)體系及其量化

以PAD三維情感模型為基礎(chǔ)，測量情感的工具分為完整PAD情感量表和簡化版PAD情感量表.其簡化量表包含12對形容詞，評價者通過比較每一對形容詞的含義與某種情感狀態(tài)的相似程度，在從1到9的量表上標(biāo)注出PAD三維情感空間上的情感狀態(tài)值.通過簡化版PAD情感量表，PAD三維情感模型可以實現(xiàn)對情感狀態(tài)的量化.

在中文簡化版PAD情感量表中，每個項目有1對表示不同情感狀態(tài)的形容詞，每對形容詞間的被分隔為9段;每對形容詞所表示的情感在其所屬維度上的量值相反，而在其他2個維度上基本相同.例如，測量愉悅度的一個項目由"憤怒的"和"有活力的"這對詞構(gòu)成，它們所代表的情感在愉悅度上相反，而在激活度和優(yōu)勢度上大致相同.該量表具有很大的應(yīng)用價值，如產(chǎn)品評價、心境狀態(tài)和情緒的評定以及人格測試等，該表可與其他很多人格量表或情緒量表建立對應(yīng)關(guān)系［3－4］.

表1 分形藝術(shù)圖案設(shè)計的評價指標(biāo)體系

要實現(xiàn)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評價圖案的設(shè)計，首先要建立評價指標(biāo)體系，根據(jù)中文簡化版PAD情感量表(如表1)作為評價體系對圖案設(shè)計進行評價.評價者分別從12個項目，評價自己看到圖片時所感受到的情緒體驗.評價者需根據(jù)哪種情緒更強烈及其強烈的程度來判定他們見到圖片時產(chǎn)生的情緒.從最左到最右，在此項目上的評分記為"－4"到"4"，在中間時，記為"0"分，最后的評分為測量該維度的4個項目得分的平均值，計算的方法如表2.分值越高，則愉悅度、激活度、優(yōu)勢度越高［5］.

根據(jù)不同的情感體驗和不同的應(yīng)用領(lǐng)域，分形藝術(shù)圖案的評價重點肯定是不同的.在進行評價圖案設(shè)計時，要根據(jù)實際應(yīng)用領(lǐng)域來確定不同指標(biāo)的權(quán)重.本文應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來確定各指標(biāo)的權(quán)重，從而克服模糊隨機性及人為因素的影響.

表2 PAD原始分數(shù)計算

3.2.2 數(shù)據(jù)的采集

首先選定圖案設(shè)計的應(yīng)用領(lǐng)域，本文以室內(nèi)裝飾領(lǐng)域為例，評價人員對20副分形藝術(shù)圖案分別就以上提到的12組項目和最終評測結(jié)果測評并打分.評價的征集群體為小區(qū)住戶，采用問卷調(diào)查的方式，共發(fā)放70份問卷，收回問卷62份，其中有效問卷55份，本文選取其中的50份問卷結(jié)果，取其平均值作為最終PAD情感的評價結(jié)果.

根據(jù)問卷結(jié)果，得到相應(yīng)的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，取得RBF網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本，分形藝術(shù)圖案數(shù)據(jù)如表3所示.表3中每行的最后一列為測試者對該樣本的評價值或滿意度的評分.評價值位于［1，10］區(qū)間內(nèi)，評價值越大表示該樣本(圖案)應(yīng)用于此領(lǐng)域越好.

表3 分形圖數(shù)據(jù)(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)樣本)

3.2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)確定

具有學(xué)習(xí)能力是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最大特點，在學(xué)習(xí)及訓(xùn)練過程中，網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值產(chǎn)生了變化，學(xué)習(xí)到的內(nèi)容也保存在連接權(quán)值中.通過對樣本的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷改變其連接權(quán)值和拓撲結(jié)構(gòu)，則網(wǎng)絡(luò)的輸出越來越接近期望的輸出.

運用MATLAB，對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練并確定網(wǎng)絡(luò)的模型結(jié)構(gòu)如下:

(1)輸入層神經(jīng)元的個數(shù).根據(jù)評價指標(biāo)體系，有12項指標(biāo)影響圖案設(shè)計，取輸入層個數(shù)為n=12;

(2)輸出層神經(jīng)元個數(shù).設(shè)置輸出層神經(jīng)元個數(shù)為1個.即輸出層神經(jīng)元個數(shù)m=1.評價值的范圍為［1，10］.把評價結(jié)果集設(shè)為:非常適合、比較適合、一般適合、不太適合、很不適合五個等級，其評價數(shù)值范圍分別為:［10，8.5］、(8.5，7］、(7，5.5］、(5.5，4］、(4，1］.

(3)網(wǎng)絡(luò)隱含層數(shù).選擇結(jié)構(gòu)相對簡單的3層RBF網(wǎng)絡(luò)，及隱含層個數(shù)為1.

(4)隱含層神經(jīng)元個數(shù).根據(jù)經(jīng)驗和實際的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，取隱含層神經(jīng)元個數(shù)37.

4 分形圖案設(shè)計評價舉例

根據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、指標(biāo)體系和學(xué)習(xí)訓(xùn)練步驟對20副分形圖案在室內(nèi)裝飾領(lǐng)域進行情感適應(yīng)度評價測試，將前10組樣本作為學(xué)習(xí)訓(xùn)練樣本，用以訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值.后10組作為測試樣本.經(jīng)過1000次學(xué)習(xí)訓(xùn)練，其結(jié)果與用戶測評結(jié)果對比如圖1所示.學(xué)習(xí)訓(xùn)練結(jié)束后，利用訓(xùn)練好的3層RBF網(wǎng)絡(luò)模型，依次輸入測試的10組樣本數(shù)據(jù).網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果與用戶的評價結(jié)果對比如圖2所示.從圖2可看出，此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的測評結(jié)果和用戶的評價結(jié)果基本一致.

圖1 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果和用戶評價結(jié)果對比

圖2 網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果和用戶評價結(jié)果對比

5 結(jié)束語

當(dāng)用戶面對一副美麗的分形藝術(shù)圖案時，往往不確定該應(yīng)用于什么領(lǐng)域合適，或由于個人的評判偏差錯誤的應(yīng)用于某領(lǐng)域，造成較差的效果甚至經(jīng)濟損失.本文提出基于PAD三維情感模型的分形圖評價體系，并利用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對分形藝術(shù)圖案在不同的設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域進行適應(yīng)度及滿意度評價，依據(jù)其評價結(jié)果來確定其應(yīng)用領(lǐng)域.實驗表明，應(yīng)用PAD情感量表作為分形圖評價指標(biāo)，并用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人的情感狀態(tài)，對分形圖案設(shè)計進行適應(yīng)度評價，能減少人為誤差及不確定性，獲得了較好的結(jié)果.

［1］李小明，傅小蘭，鄧國峰.中文簡化版PAD情緒量表在京大學(xué)生中的初步試用［J］.中國心理衛(wèi)生雜志，2008，22(5):327－329.

［2］朱啟紅，張鋼.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在組織網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展評價中的應(yīng)用［J］.計算機應(yīng)用研究，2007，24(6):239－241.

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［5］周慧.基于PAD三維情緒模型的情感語音轉(zhuǎn)換與識別［D］.蘭州:西北師范大學(xué)，2009.