(安徽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，安徽 合肥 238076)

0 引 言

隨著雕塑藝術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)雕塑作品的外形優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)表達(dá)意識(shí)下，采用計(jì)算機(jī)圖像處理方法進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為未來(lái)雕塑作品設(shè)計(jì)的重要方式。采用圖像處理和圖像的紋理特征提取方法，分析雕塑藝術(shù)作品中的紋理特征量，采用邊緣輪廓特征提取方法，進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立雕塑形式美感造型的視覺(jué)圖像分析模型，提高雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的觀賞性[1]，相關(guān)的提高雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)方法研究受到人們的極大關(guān)注。對(duì)提高雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)是建立在對(duì)圖像視覺(jué)信息融合處理基礎(chǔ)上，結(jié)合圖像處理優(yōu)化技術(shù)，提高雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的質(zhì)量。本文提出基于視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)的雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像分析方法進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)，結(jié)合藝術(shù)美感造型元素進(jìn)行信息融合，在視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)表達(dá)下實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能測(cè)試，得出有效性結(jié)論。

1 雕塑形式美感造型視覺(jué)信息采集和邊緣輪廓特征重構(gòu)

1.1 雕塑形式美感造型視覺(jué)信息采樣

為了實(shí)現(xiàn)基于視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)的雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合對(duì)雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的視覺(jué)分析技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像分析方法，進(jìn)行雕塑形式美感造型的圖像采集[2]。以邊緣中心像素點(diǎn)p的為中心得到雕塑形式美感造型的區(qū)域元素分布?jí)K結(jié)構(gòu)模型為Ψp，采用像素融合特征分解方法，構(gòu)建雕塑形式美感造型藝術(shù)視覺(jué)表達(dá)模型為：

(1)

(2)

其中,x表示雕塑形式美感造型元素塊Ψp與背景塊區(qū)域的差異性像素點(diǎn)，初始化已知信息的像素點(diǎn)x的置信度I(x)=1，雕塑形式美感造型元素塊Ψp大小為s×s，若藝術(shù)美感造型元素特征點(diǎn)x是未知信息的像素點(diǎn)，得到雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案邊緣像素輪廓特征的置信度為I(x)=0。|Ψp|表示的是雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖像在仿射區(qū)域Ψp塊內(nèi)總的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。M為藝術(shù)美感造型元素塊中像素點(diǎn)的歸一化系數(shù)，一般設(shè)置為0.21。假定藝術(shù)美感造型元素圖像的尺寸為m×n，計(jì)算雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)中藝術(shù)美感造型元素塊Ψp的優(yōu)先級(jí)系數(shù)P(p)：

P(p)=C(p)×D(p)

(3)

顯然，Ψp的藝術(shù)美感造型元素關(guān)聯(lián)系數(shù)P(p)由C(p)和D(p)的平均互信息量決定，根據(jù)符號(hào)復(fù)用塊Ψp的模板大小確定雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)中的藝術(shù)美感造型元素區(qū)域大小，得到藝術(shù)美感造型元素塊的優(yōu)先級(jí)判定過(guò)程如圖1所示。

圖1雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的藝術(shù)美感視覺(jué)傳導(dǎo)模型

根據(jù)圖1所示的雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的藝術(shù)美感視覺(jué)傳導(dǎo)模型，采用分塊區(qū)域特征匹配方法，進(jìn)行雕塑形式美感造型視覺(jué)信息采樣，根據(jù)視覺(jué)信息采樣結(jié)果，進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。

1.2 圖像的邊緣輪廓特征重構(gòu)

在采用視覺(jué)信息采集方法進(jìn)行雕塑形式美感造型的視覺(jué)圖像采樣的基礎(chǔ)上，對(duì)采集的雕塑形式美感造型視覺(jué)圖像進(jìn)行邊緣輪廓特征重構(gòu)，進(jìn)行雕塑形式美感造型藝術(shù)圖像的邊緣輪廓特征提取和多尺度分解[4]，得到雕塑形式美感造型的元素塊匹配的示意圖如圖2所示。

圖2 雕塑形式美感造型的元素塊匹配示意圖

給定雕塑形式美感造型藝術(shù)設(shè)計(jì)搜索出最佳匹配塊Ψp'，圖像雕塑形式美感造型藝術(shù)圖像邊緣輪廓區(qū)域的像素序列樣本(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xN,yN)，yi=1或者0分別代表像素特征強(qiáng)度和背景視覺(jué)特征分量。在Taubin平滑區(qū)域進(jìn)行藝術(shù)美感造型元素塊檢測(cè)，得到Ψp滿足：

I(xi+Δx,yi+Δy)≈

(4)

采用種子點(diǎn)序列重構(gòu)方法，可得到雕塑形式美感造型樣本模板尺寸為：

EyeMapC(i,j)=floor(0.2*(255-f(x,y))+

0.8*GA(i,j))

(5)

在最佳匹配塊區(qū)域確定基礎(chǔ)上，按照樣本模板尺寸求得雕塑形式美感造型的灰度信息與紋理信息，對(duì)雕塑形式美感造型圖像進(jìn)行紋理檢測(cè)和特征提取[5]，確定紋理最佳分割的像素點(diǎn)梯度信息：

(6)

由此確定雕塑形式美感造型的塊梯度模為：

(7)

其中f(x,y)為所有的邊緣像素點(diǎn)中(x,y)點(diǎn)的紋理中心分布集，結(jié)合角點(diǎn)檢測(cè)和三維邊緣輪廓特征檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型顏色特征匹配[6]，得到塊區(qū)域分布模型為：

{τk(ti):|τk|≥4,i=2,…,|τk|-2,k=1,…,K}

(8)

當(dāng)yi=1時(shí)，w1,i=1/2m，采用圖像邊緣輪廓特征重構(gòu)方法，得到藝術(shù)美感造型元素塊區(qū)域檢測(cè)值為Ψq''，根據(jù)藝術(shù)美感造型元素塊優(yōu)先級(jí)判定結(jié)果確定最佳匹配塊區(qū)域，由此指導(dǎo)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)[7]。

2 雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征提取

在上述構(gòu)建雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖像處理模型，并采用視覺(jué)信息采集方法進(jìn)行雕塑形式美感造型的視覺(jué)圖像采樣的基礎(chǔ)上，進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出基于視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)的雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，令Hx,Hy分別為多分辨雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的小波分解的x軸和y軸的像素特征值，在N×N窗口wi內(nèi)得到藝術(shù)美感造型元素在藝術(shù)設(shè)計(jì)圖案中的高分辨特征重構(gòu)分量，采用紋理特征分割方法進(jìn)行雕塑形式美感造型細(xì)節(jié)特征分析和重構(gòu)[8]，對(duì)重構(gòu)的雕塑形式美感造型圖案采用視覺(jué)特征重組方法進(jìn)行雕塑形式美感造型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到優(yōu)化的模板匹配式：

(9)

采用網(wǎng)格化的曲率進(jìn)化學(xué)習(xí)方法進(jìn)行圖案分割，對(duì)雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案分割的自適應(yīng)學(xué)習(xí)權(quán)重為：

(10)

(11)

采用模糊邊緣約束方法進(jìn)行雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的動(dòng)態(tài)重建，得到雕塑形式美感造型重建的特征分解式為：

O=USVT

(12)

其中，U是一N×N維的雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案像素訓(xùn)練樣本集矩陣，V是一個(gè)2×2的雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的灰度矩陣，S是一個(gè)N×2維的邊緣輪廓特征分布集，采用局部區(qū)域梯度分解實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型重建，得到雕塑形式美感造型重建輸出：

(13)

其中f(z)是雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的稀疏性特征分量，*為卷積運(yùn)算。采用模糊動(dòng)態(tài)約束重構(gòu)方法，得到雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)式描述為：

(14)

其中：

(15)

根據(jù)上述處理，提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)，提高造型設(shè)計(jì)的特征表達(dá)能力[9]。

2.2 雕塑形式美感造型重構(gòu)

在提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)并進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合紋理特征渲染方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)造型重構(gòu)，由此得到雕塑形式美感造型重構(gòu)的點(diǎn)分布模型為：

(16)

其中：x1,x2,x3,…,xT是雕塑形式美感造型的視覺(jué)特征分布的子樣，T表示渲染時(shí)間長(zhǎng)度，采用全局顏色均衡配置方法進(jìn)行雕塑形式美感造型的視覺(jué)表達(dá)，輸出為：

(17)

其中：

(18)

重新構(gòu)造雕塑形式美感造型的背景顏色，進(jìn)行雕塑形式美感造型的視覺(jué)信息增強(qiáng)處理[10]，輸出優(yōu)化的顏色渲染結(jié)果為：

βi|vi-1+2vi+vi+1|2)

(19)

其中：

(20)

提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)，結(jié)合藝術(shù)美感造型元素進(jìn)行信息融合，得到模板匹配函數(shù)表達(dá)式為：

(21)

根據(jù)均衡配置結(jié)果采用模糊視覺(jué)傳達(dá)和意識(shí)表達(dá)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸出為：

(22)

綜上分析，結(jié)合藝術(shù)美感造型元素進(jìn)行信息融合，在視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)表達(dá)下實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3 仿真測(cè)試分析

為了測(cè)試該方法在實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用性能，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)雕塑形式美感造型重建的視覺(jué)表達(dá)誤差系數(shù)設(shè)定為0.23，美感造型視覺(jué)分布的邊緣像素集強(qiáng)度為15dB，視覺(jué)信息傳達(dá)的像素集強(qiáng)度為300×300，雕塑形式美感造型視覺(jué)分布的網(wǎng)格點(diǎn)設(shè)定為2000，根據(jù)上述仿真參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到原始的雕塑造型如圖3所示。

圖3 原始的雕塑造型

以圖3的雕塑造型圖像為原始圖像，進(jìn)行的雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用紋理特征分割方法進(jìn)行雕塑形式美感造型細(xì)節(jié)特征分析和重構(gòu)，提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果如圖4所示。

分析圖4得知，采用本文方法能有效實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的視覺(jué)效果較好，測(cè)試不同方法進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸出信噪比，信噪比越高，表示設(shè)計(jì)的效果越好，得到對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1，分析得知，本文方法進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸出峰值信噪比較高。

表1雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸出信噪比對(duì)比(單位：dB)

迭代次數(shù)本文方法文獻(xiàn)[4]文獻(xiàn)[5]10024.310.412.512032.115.415.414035.616.319.316043.218.320.3

圖4 雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)

4 結(jié) 語(yǔ)

建立雕塑形式美感造型的視覺(jué)圖像分析模型，提高雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的觀賞性。提出基于視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)的雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)圖像分析方法進(jìn)行雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)。構(gòu)建雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖像處理模型，采用視覺(jué)信息采集方法進(jìn)行雕塑形式美感造型的視覺(jué)圖像采樣，對(duì)采集的雕塑形式美感造型視覺(jué)圖像進(jìn)行邊緣輪廓特征重構(gòu)，采用紋理特征分割方法進(jìn)行雕塑形式美感造型細(xì)節(jié)特征分析和重構(gòu)，提取雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)圖案的特征點(diǎn)進(jìn)行藝術(shù)特征重現(xiàn)，結(jié)合藝術(shù)美感造型元素進(jìn)行信息融合，在視覺(jué)傳達(dá)意識(shí)表達(dá)下實(shí)現(xiàn)雕塑形式美感造型優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究得知，本文方法進(jìn)行雕塑形式美感造型設(shè)計(jì)的輸出信噪比較高，視覺(jué)表達(dá)能力較好。