彭國(guó)明　樊　臻　張森林

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院　浙江 杭州 310027)

0　引　言

絲綢可以用于制作服裝、床件套、窗簾等，在當(dāng)代社會(huì)依然具有十分可觀的市場(chǎng)。影響絲綢產(chǎn)品最重要的一個(gè)方面就是其色彩搭配，不同的場(chǎng)合需要不同的色彩搭配，不同的圖案需要不同的色彩搭配等。一個(gè)好的配色方案可以給絲綢產(chǎn)品加分不少[1-2]。

我國(guó)的絲綢文化博大精深，絲綢歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，絲綢文物含有巨量的信息，例如年代信息、色調(diào)信息、圖案形狀信息、圖案結(jié)構(gòu)信息等。提取這些信息，設(shè)計(jì)出特定的配色方案供設(shè)計(jì)師學(xué)習(xí)借鑒，具有重要意義。但是通過傳統(tǒng)的人力方式去學(xué)習(xí)以及設(shè)計(jì)符合要求的配色方案，工作量會(huì)很大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。

基于此，本文實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于絲綢文物的配色專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于絲綢文物信息和領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，采用Prolog、JS等技術(shù)手段，很大程度上完成專家所做的工作，提供給用戶符合其需求的配色方案。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1　技術(shù)平臺(tái)

將Prolog語(yǔ)言應(yīng)用于系統(tǒng)的后臺(tái)推理模塊，模仿專家推理機(jī)制。圖案配色采用前端JS實(shí)現(xiàn)[3]。

1) PrologProlog是一種很適合應(yīng)用于專家系統(tǒng)的語(yǔ)言。它簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的WHEN、IF、ELSE等邏輯語(yǔ)言。Prolog語(yǔ)言具有極快的推理速度，其還與數(shù)據(jù)高度統(tǒng)一，具有一定優(yōu)勢(shì)。Prolog的編程方法更像是使用邏輯語(yǔ)言來(lái)描述程序，更具有可讀性[4]。

2) Web前端運(yùn)用HTML、CSS、JS實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面。同時(shí)利用JS可以很方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)上圖片顏色的替換功能。

1.2　系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作原理是通過獲取用戶需求，提供給用戶相應(yīng)的配色方案。如圖1所示，用戶(設(shè)計(jì)師)通過系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，回答系統(tǒng)提供的一系列問題，提交之后得到系統(tǒng)推薦的配色方案。配色方案會(huì)在展示界面展示，設(shè)計(jì)師可以選擇相應(yīng)的配色方案，并查看其配色效果[5]。

圖1　系統(tǒng)工作流程圖

1.3　系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)模塊基礎(chǔ)上作一些改變，主要由人機(jī)交互模塊、邏輯推理和配色模塊、自學(xué)習(xí)模塊、效果展示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊五個(gè)模塊[6]，如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

1) 人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊是與設(shè)計(jì)師聯(lián)系最緊密的模塊，完成問答、展示等工作。

2) 邏輯推理和配色模塊邏輯推理模塊負(fù)責(zé)處理人機(jī)交互模塊提供的數(shù)據(jù)(年代、圖案主題等問題答案)。邏輯推理模塊有一套完整的推理程序，該程序基于Prolog語(yǔ)言。根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)推理出最符合這些數(shù)據(jù)的配色方案。

3) 自學(xué)習(xí)模塊學(xué)習(xí)模塊存儲(chǔ)著大量的領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，給邏輯推理模塊提供理論支持。可以完善專家提問問題、配色方案種類、專家推理規(guī)則等[7-8]。

4) 效果展示模塊效果展示模塊實(shí)現(xiàn)圖案的換色工作。采用前端JS知識(shí)，展示系統(tǒng)提供的配色方案效果。

5) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的一系列數(shù)據(jù)，包括問題、答案、用戶操作習(xí)慣、配色方案等。

2　系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1　絲綢文物信息提取

根據(jù)絲綢文物的具體特征以及領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)，我們對(duì)文物信息進(jìn)行了特定處理，著重提取了文物的內(nèi)容信息。

內(nèi)容信息是指文物圖案所承載的一些內(nèi)容特征，包括年代、主題、色調(diào)等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，我們將年代劃分為秦漢、唐代、宋代、明清、其他5個(gè)類別；將主題劃分為動(dòng)物、花草、自然、器具、建筑、其他6個(gè)類別；將色調(diào)分為暖色調(diào)、冷色調(diào)、中性色3個(gè)類別[9]，如表1所示。

表1　絲綢文物信息提取表

2.2　配色方案設(shè)計(jì)

秦漢時(shí)期絲綢的色彩以經(jīng)典的青、黃、赤、白、黑五色為主，尤以赤、黑最為主要。給人的感覺是穩(wěn)重、深沉、莊嚴(yán)[10-11]。

唐代的絲綢色彩相比于秦漢時(shí)期，由單一的暗色逐漸向多彩明亮發(fā)展。唐代的絲綢物品以紅、紫、黃為主，富麗堂皇、雍容華貴。

宋代在服飾色彩上主張簡(jiǎn)樸，強(qiáng)調(diào)本色，主要為淡綠、藍(lán)白、杏黃等顏色，給人的感覺是淡雅潔凈、清幽淳樸[12]。

明清時(shí)期絲綢物品的色彩可謂百花齊放，繼承了秦漢、唐宋時(shí)期的配色樣式，并取長(zhǎng)補(bǔ)短。其色彩更為鮮艷強(qiáng)烈、莊重華貴，同時(shí)又極其細(xì)膩。同時(shí)大量使用金、銀等顏色，給人一種高貴典雅的感覺[13]。

至于主題信息中的元素，動(dòng)物象征著活潑生動(dòng)；花草自然象征著清新自然；器具建筑則象征著沉穩(wěn)典雅等。

基于絲綢文物的內(nèi)容信息和領(lǐng)域?qū)＜业膶I(yè)知識(shí)，再結(jié)合經(jīng)典的HSV色彩模型，設(shè)計(jì)出不同類型的配色方案。

其中，HSV即為色相、飽和度、明度，在配色領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。色相表示紅、橙、黃等顏色種類；飽和度表示色彩的鮮艷程度；明度表示了顏色的明暗、深淺。HSV色彩模型如圖3所示。

圖3　HSV色彩模型圖

不同的HSV值可以給人不同的視覺感受。色相中的冷暖色調(diào)分別可以對(duì)應(yīng)冷靜、溫暖等感受。低飽和度給人樸素等感受，高飽和度給人艷麗等感受。明度中明代表了生活活潑等，暗代表了厚重沉穩(wěn)等[14]。如表2所示。

表2　HSV與配色的關(guān)系表

基于絲綢文物信息、領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)、結(jié)合經(jīng)典的色彩模型，可以設(shè)計(jì)出一系列的配色方案，例如：莊嚴(yán)沉穩(wěn)型、清新自然型、優(yōu)雅華貴型、活潑生動(dòng)型等。

如圖4所示，相應(yīng)的文物信息對(duì)應(yīng)相對(duì)的配色方案，實(shí)線表示置信度高，虛線表示置信度低，為了圖片效果不至于雜亂省略主題及色調(diào)的連線，用相應(yīng)數(shù)字表示。括號(hào)里面的數(shù)字對(duì)應(yīng)相應(yīng)的配色方案，其中帶有上標(biāo)引號(hào)的數(shù)字代表低的置信度，例如1則為對(duì)應(yīng)莊嚴(yán)穩(wěn)重型且置信度高，1’對(duì)應(yīng)莊嚴(yán)穩(wěn)重型，但是置信度低。

圖4　配色方案設(shè)計(jì)圖

2.3　專家知識(shí)的表示

通過歸納總結(jié)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)，設(shè)計(jì)出特定的推理規(guī)則。專家系統(tǒng)的核心功能就是可以模擬人類專家解決問題的過程，由于專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)一般情況下是模糊的，因此可以使用模糊規(guī)則來(lái)表示專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，可以采用經(jīng)典的IF-THEN邏輯語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。其表示方式如下：

IF條件C

THEN結(jié)論R

用Prolog語(yǔ)言表示則為：

Resolution(S):- Condition(C)

(1)

條件C是用戶的需求數(shù)據(jù)，結(jié)論是給配色方案相應(yīng)的置信度。例如條件C為唐代，則給1號(hào)配色方案S1的置信度，給2號(hào)配色方案S2的置信度。置信度的值越大，表明結(jié)論的正確性越高。在多個(gè)條件之后，每個(gè)配色方案最終的置信度具有：

(2)

通常只需要置信度高的前幾個(gè)結(jié)論，所以在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)閾值λ，當(dāng)S≥λ時(shí)，則對(duì)應(yīng)的結(jié)論被采納。最后基于置信度的大小對(duì)被采納的配色方案進(jìn)行由高到低地排序[15]，將符合用戶需求的配色方案提供給用戶，如圖5所示。

圖5　專家推理規(guī)則圖

2.4　效果展示模塊

系統(tǒng)推理出來(lái)的符合條件的配色方案僅為文字或者數(shù)字方式展現(xiàn)給用戶供其選擇，用戶無(wú)法查看配色效果。所以系統(tǒng)的配色展示模塊不可或缺。

將配色方案在圖案上展示通過JS庫(kù)實(shí)現(xiàn)?；驹硎?，通過圖片中不同顏色的邊界，判斷出不同的顏色區(qū)域，賦予不同的色彩。

3　系統(tǒng)運(yùn)行效果

3.1　問答交互界面

系統(tǒng)人機(jī)交互界面采用專家問答的方式，系統(tǒng)提供一系列的問題，設(shè)計(jì)師選擇相應(yīng)的選項(xiàng)，回答完畢之后點(diǎn)擊提交按鈕，如圖6所示。系統(tǒng)會(huì)提問設(shè)計(jì)師你想要的配色方案是與哪個(gè)年代有關(guān)的。你想要的圖案主題是動(dòng)物、植物的還是其他的等。設(shè)計(jì)師按要求選擇答案，也可以選擇跳過該問題，當(dāng)然如果設(shè)計(jì)師覺得一個(gè)問題就可以滿足他的要求，則無(wú)需回答后面的問題，直接選擇提交就可以。設(shè)計(jì)師也可以點(diǎn)擊“上一題”修改之前的答案。

圖6　人機(jī)交互界面

3.2　展示界面

當(dāng)設(shè)計(jì)師提交問題選項(xiàng)之后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到展示界面，該界面已經(jīng)提供給了設(shè)計(jì)師所需要的配色方案，設(shè)計(jì)師可以點(diǎn)擊相應(yīng)配色方案的按鈕查看該配色方案的配色效果。如圖7所示。

圖7　方案展示界面

圖7為系統(tǒng)的展示界面，提供了古代絲綢文物圖案，以及系統(tǒng)推理出來(lái)的一套配色方案，當(dāng)設(shè)計(jì)師點(diǎn)擊該配色方案按鈕之后，系統(tǒng)將該配色方案展現(xiàn)在文物圖案上，如圖8所示。

圖8　配色效果圖

4　結(jié)　語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于絲綢文物的配色專家系統(tǒng)。通過提取絲綢文物所包含的年代、主題等內(nèi)容信息，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)，設(shè)計(jì)出不同風(fēng)格類型的配色方案，這些配色方案基于HSV色彩模型理論，確保其科學(xué)性。在系統(tǒng)的推理模塊，專家規(guī)則的描述采用傳統(tǒng)的模糊規(guī)則，利用Prolog語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)通過判斷置信度的大小來(lái)選取相應(yīng)的配色方案，將符合要求的配色方案按置信度大小順序輸出給用戶。系統(tǒng)模擬專家解決問題的方式，在人機(jī)交互界面與用戶進(jìn)行問答，獲取用戶的需求，通過專家系統(tǒng)推理出符合用戶需求的配色方案供其選擇和使用。該系統(tǒng)大大減輕了設(shè)計(jì)師的工作量，給當(dāng)代絲綢產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的絲綢配色工作提供了極大的幫助。該系統(tǒng)目前已經(jīng)處于試運(yùn)行階段，性能穩(wěn)定，各方面均符合設(shè)計(jì)要求。

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