寧懷鐃 劉 杰 范彥斌

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 廣東 佛山 528000)

前言

中國陶瓷歷史悠久，源遠(yuǎn)流長，歷代的陶瓷藝術(shù)家和陶瓷藝人，在豐富的想象力下創(chuàng)造出了陶瓷裝飾藝術(shù)，以圖案紋樣繪圖技法美化陶瓷，形成了豐富多彩的陶瓷圖案藝術(shù)。現(xiàn)代陶瓷裝飾的新形勢、新手法、新工藝層出不窮，陶瓷圖案裝飾更是不斷創(chuàng)新，陶瓷圖案裝飾已經(jīng)發(fā)展到了一個極高的階段，傳統(tǒng)的優(yōu)秀圖案得到良好繼承和不斷推陳出新[1～5]。陶瓷圖案題材多種多樣，比如有花鳥瑞獸、人物山水、幾何器物等，都具有深刻的文化內(nèi)涵和強(qiáng)烈的象征意義。其中纏枝蓮、纏枝牡丹等傳統(tǒng)圖案，經(jīng)過現(xiàn)代陶瓷藝術(shù)家的重新組合,比傳統(tǒng)圖案更簡潔、明快，甚至還創(chuàng)造出“梧桐山水”、“古典園林”、“富貴吉祥”等深受人們喜歡的新圖案。現(xiàn)代藝術(shù)陶瓷中，裝飾形式往往以繪畫形式為主，加以繪畫結(jié)合圖案裝飾為輔,多種風(fēng)格的裝飾圖案，往往表達(dá)了不同文化習(xí)俗，不同審美情趣以及人們對它審美個性化的追求。陶瓷圖案是對藝術(shù)形態(tài)的創(chuàng)造，往往需要使用創(chuàng)造性的藝術(shù)手法，描繪物質(zhì)形態(tài)和神態(tài)美。圖案作為人類表達(dá)藝術(shù)美感和想象力的最重要載體，圖案設(shè)計(jì)的靈感來源于生活，生活中最樸素的場景和藝術(shù)手法的結(jié)合，往往可以獲得非常自然的形象感染力，充分利用視覺平衡獲得有序穩(wěn)定的美感?，F(xiàn)代藝術(shù)產(chǎn)品的審美層次很多，類別尤其繁復(fù)，傳統(tǒng)藝術(shù)上的陶瓷工藝品，其制造工藝往往已經(jīng)非常成熟，然而陶瓷圖案還可以獲得進(jìn)一步發(fā)展，傳承藝術(shù)和美感，給人們多元化的圖案選擇和藝術(shù)表達(dá)是現(xiàn)代陶瓷圖案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和核心。

我國陶瓷地板磚的裝飾經(jīng)歷了絲網(wǎng)印花、輥筒印花之后進(jìn)入了噴墨打印時代[6～8]。隨著瓷磚噴墨印花技術(shù)地廣泛應(yīng)用，任何圖案都可用陶瓷釉料在瓷磚上打印出來，通過打印客戶指定的圖案方式，實(shí)現(xiàn)個性化圖案設(shè)計(jì)，適合當(dāng)今瓷磚裝飾現(xiàn)代化、個性化、小批量、多花色的發(fā)展趨向。陶瓷作為藝術(shù)美感和工藝結(jié)合的產(chǎn)物，是使用價值和美學(xué)欣賞同時兼?zhèn)涞乃囆g(shù)品。陶瓷圖案是陶瓷藝術(shù)品的重要組成部分，是陶瓷制造者出于審美意識的考慮，而在陶瓷上描繪的圖案，是陶瓷上的重要裝飾。從設(shè)計(jì)方面來說，噴墨印花技術(shù)的出現(xiàn)，為陶瓷設(shè)計(jì)提供了豐富多彩的設(shè)計(jì)元素[9～10]。木紋、石材、外墻紙、布料等的紋理通過噴墨技術(shù)體現(xiàn)得淋漓盡致，而花草鳥蟲、飛禽走獸、山川河流、人物肖像等各種藝術(shù)元素的表達(dá)更顯得多彩多姿盡顯美感。

當(dāng)今隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和通訊設(shè)施的發(fā)達(dá)，隨著生活經(jīng)濟(jì)水平的提高和消費(fèi)水平的提升，消費(fèi)觀念在轉(zhuǎn)變，時尚傳播速度越來越快，流行周期越來越短，消費(fèi)者對產(chǎn)品的要求已不再只是滿足于生活所需，他們越來越關(guān)注產(chǎn)品的外觀及其含有的文化價值。由于個性化定制的產(chǎn)品具有獨(dú)特性與唯一性，能給消費(fèi)者帶來足夠的精神滿足，因此越來越多的消費(fèi)者都在尋求崇尚自我、彰顯個性的商品。而陶瓷藝術(shù)作為我國最優(yōu)秀的藝術(shù)文化遺產(chǎn)之一，是全世界的珍貴財富。但是面臨傳統(tǒng)手工藝人逐漸老去，又沒有新鮮血液的注入的窘境，陶瓷藝術(shù)面臨失傳的危機(jī)。陶瓷藝術(shù)的傳承，需要年輕力量的注入，這樣可以將陶瓷圖案與個性化定制相結(jié)合，來吸引年輕人的目光，讓他們有機(jī)會了解陶瓷藝術(shù)，有助于陶瓷藝術(shù)的更好傳承與發(fā)展。然而傳統(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模的批量生產(chǎn)會導(dǎo)致市場產(chǎn)品樣式單調(diào)、同質(zhì)化太高，無法滿足人們的個性化需求以及對美好生活的向往，因此陶瓷企業(yè)的制造模式正在逐步從大規(guī)模定制演化成為個性化定制。隨著瓷磚噴墨印花技術(shù)地廣泛應(yīng)用，任何圖案都可以用陶瓷釉料在瓷磚上打印出來，通過客戶指定的圖案方式來實(shí)現(xiàn)個性化圖案設(shè)計(jì)。

隨著消費(fèi)者對產(chǎn)品的陶瓷圖案個性化定制需求越來越迫切[11]。定制化趨勢已經(jīng)成為年輕一代時尚生活的一部分，如果將陶瓷圖案個性化定制和陶瓷工藝結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)陶瓷藝術(shù)的個性化定制，將會具有巨大的市場意義。陶瓷圖案個性化定制從本質(zhì)上來說是指用戶參與到陶瓷圖案的生產(chǎn)過程中，將具有強(qiáng)烈個人意愿的想法，表達(dá)到指定瓷磚上，獲得自己需要的個性化配置的陶瓷圖案樣式。視覺圖像是人類意識表達(dá)最直觀的媒介，而個性化圖像生成算法作為一種實(shí)現(xiàn)個性化定制的重要手段，是解決個性化需求和大規(guī)模生產(chǎn)之間不匹配矛盾的最有效方法之一，是面向用戶實(shí)現(xiàn)個性化需求的核心技術(shù)。

1 個性化陶瓷圖案生成算法

1.1 基于視覺屬性學(xué)習(xí)的陶瓷圖案生成算法

個性化陶瓷圖案設(shè)計(jì)所面臨的最大困難就是語義鴻溝。對人類來說，通過視覺獲得信息之后，便可以將信息抽象為知識，并且利用知識表達(dá)個人需求，將這些知識應(yīng)用反饋到圖像上來。個性化陶瓷圖案設(shè)計(jì)通常讓設(shè)計(jì)師在創(chuàng)作和設(shè)計(jì)圖案的時候掌握主動性，可以自由掌控設(shè)計(jì)和制作的過程；在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)自己的構(gòu)想，根據(jù)產(chǎn)品的功能和使用場景，先設(shè)計(jì)出初步作品，甚至可以在計(jì)算機(jī)模擬生成所需要的圖案，經(jīng)過不斷調(diào)整和修改，將個性化的圖案設(shè)計(jì)圖印制到陶瓷產(chǎn)品上。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)中十分令人振奮的研究方向，它可以通過輸入大量圖像來進(jìn)行訓(xùn)練，使用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)圖像中蘊(yùn)含的模式和知識。深度學(xué)習(xí)可使計(jì)算機(jī)不僅能區(qū)分不同的陶瓷圖案類別，比如山川河流、鳥獸蟲魚；還能使用視覺屬性對圖案進(jìn)行詳細(xì)描述，甚至對第一次遇到的圖案也能描述出它不同尋常的視覺屬性。視覺屬性可以更好更自然地描述圖案，它是連接人類個性化需求和計(jì)算機(jī)底層特征的橋梁，由于視覺屬性具有良好的辨別能力，又能夠輕易地被計(jì)算機(jī)和人類理解。利用深度學(xué)習(xí)分離出圖案中的視覺屬性描述，能夠很好地運(yùn)用到個性化圖案設(shè)計(jì)中。

1.2 基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的陶瓷圖案生成算法

自從2014年Ian Goodfellow 提出生成對抗網(wǎng)絡(luò)以來，短短6年間，圖像生成在計(jì)算機(jī)視覺和人工智能領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，誕生了大量理論、技術(shù)和應(yīng)用。生成對抗網(wǎng)絡(luò)可以模擬人類的想象，生成各種各樣的圖片，可以生成高質(zhì)量的逼真場景效果圖、產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖，可以在滿足人類需求的意愿下生成一致的圖像，使得個性化陶瓷圖案成為了一種可能。如果將陶瓷圖案藝術(shù)的創(chuàng)作過程看作一種游戲，游戲動作發(fā)生在藝術(shù)工作室中，其中有兩位玩家：評論者和藝術(shù)初學(xué)者。初學(xué)者的目標(biāo)是創(chuàng)作大師級別的畫作，但不能抄襲，而評論者的目標(biāo)則是判斷他看到的畫作是大師的作品還是初學(xué)者的作品。一次次判斷之后，初學(xué)者和評論者會進(jìn)行比賽，初學(xué)者會越來越熟練地進(jìn)行模仿，風(fēng)格越來越像大師。而評論者會更容易辨別出哪幅畫作來自初學(xué)者，二者互相督促，水平會越來越高。而GAN就是模擬這一過程的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，評論者的角色由判別網(wǎng)絡(luò)D扮演，藝術(shù)初學(xué)者的角色由生成網(wǎng)絡(luò)G扮演。一次次“游戲”過后，生成網(wǎng)絡(luò)模擬的大師畫作風(fēng)格會更逼真。生成對抗網(wǎng)絡(luò)的核心思想來源于博弈論的納什均衡，它設(shè)定參與游戲雙方分別為一個生成器和一個判別器，通過兩個相互對抗并不斷迭代優(yōu)化的過程，直到達(dá)到最小最大化模型的最優(yōu)解。

圖1 生成對抗網(wǎng)絡(luò)示意圖

如圖1所示，任意可微分的函數(shù)都可以用來表示生成對抗網(wǎng)絡(luò)的生成器和判別器。 由此，可以用可微分函數(shù)D和G來分別表示判別器和生成器，它們的輸入分別為真實(shí)數(shù)據(jù)x和隨機(jī)變量z。G(z)則為由G生成的盡量服從真實(shí)數(shù)據(jù)分布的樣本，如果判別器的輸入來自真實(shí)數(shù)據(jù)，標(biāo)注為1；如果輸入樣本為G(z)，標(biāo)注為0。這里D的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)來源的二分類判別：真(來源于真實(shí)數(shù)據(jù)x的分布)或者偽(來源于生成器的偽數(shù)據(jù)G(z)),而G的目標(biāo)是使自己生成的偽數(shù)據(jù)G(z)在D上的表現(xiàn)D(G(z))和真實(shí)數(shù)據(jù)x在D上的表現(xiàn)D(x)一致,這兩個相互對抗并迭代優(yōu)化的過程，使得D和G的性能不斷提升, 當(dāng)最終D的判別能力提升到一定程度, 并且無法正確判別數(shù)據(jù)來源時,可以認(rèn)為這個生成器G已經(jīng)學(xué)到了真實(shí)數(shù)據(jù)的分布。生成對抗網(wǎng)絡(luò)可以通過風(fēng)格學(xué)習(xí)和風(fēng)格規(guī)范遷移來生成新的圖像，生成對抗網(wǎng)絡(luò)甚至可以學(xué)習(xí)模仿任何數(shù)據(jù)分布，因此其在個性化圖案生成方面具有無限的潛力，這是一種極其新穎的圖案設(shè)計(jì)創(chuàng)作方式。

1.3 基于圖像翻譯的個性化陶瓷圖案生成算法

圖像翻譯是生成對抗網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)典應(yīng)用,通常指將一張輸入圖像通過變換，得到相應(yīng)的另外一張圖像。類似于語言翻譯任務(wù)，這種自動地將圖像的一種表示場景轉(zhuǎn)換到另外一種場景的任務(wù)被稱為圖像翻譯。個性化陶瓷圖案生成的過程，可以視作將一張輸入圖像按照視覺屬性變換得到相應(yīng)的另一張圖像。定義屬性集，n是不同屬性的數(shù)量，每一個屬性是圖像符合人類認(rèn)知語義的特性表達(dá)，比如個性化陶瓷圖案中可能包括的圖案類別像鳥、山水，也有可能表示山水的不同風(fēng)格描述，如水墨山水畫風(fēng)格等。圖像翻譯算法可以輕易地模擬人類設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)圖案的過程，通過修改語義層面的視覺屬性，生成適合人類個性化需求的陶瓷藝術(shù)圖案。視覺屬性的多樣化反映出了生活方式和審美意識的演變，它隨著人類文化的提升，科學(xué)的進(jìn)步，裝飾方法不斷增加，裝飾技巧不斷提高，圖案風(fēng)格也在不斷豐富，這既增加了裝飾圖案的多樣化和層次化，又使得消費(fèi)者有了更多選擇、更多自由度。圖像翻譯算法以其獨(dú)特的應(yīng)用價值，在個性化陶瓷圖案設(shè)計(jì)中將會更加廣泛應(yīng)用。

2 個性化陶瓷圖案生成的未來展望

隨著以人為本的消費(fèi)理念和對美欣賞能力的提高，消費(fèi)者對產(chǎn)品需求產(chǎn)生了極大的變化，對新奇產(chǎn)品以及有意境、情景、幽默性、趣味性的產(chǎn)品更感興趣。所以就要求對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在圖案設(shè)計(jì)上要有突破性的創(chuàng)新。個性化陶瓷圖案克服了傳統(tǒng)大規(guī)模批量制造的弊端，是未來智能制造產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的方向。隨著當(dāng)下深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展，以及生成對抗網(wǎng)絡(luò)算法研究的不斷深入，擴(kuò)大了陶瓷藝術(shù)工作者的視野。隨著技術(shù)革新和新的市場需求，這都對中國陶瓷的藝術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了影響，把現(xiàn)代人工智能算法和傳統(tǒng)陶瓷藝術(shù)相結(jié)合，在繼承和發(fā)揚(yáng)優(yōu)良傳統(tǒng)陶瓷裝飾的特色中，新一代陶瓷藝術(shù)家重視從計(jì)算機(jī)學(xué)科，從人工智能的角度感受藝術(shù)創(chuàng)新，以現(xiàn)代審美、新的算法思路進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)作。圖案表現(xiàn)形式的突破，工藝手段的革新，藝術(shù)風(fēng)格的創(chuàng)新性，將使得個性化陶瓷圖案生成算法會生成全新的、富有創(chuàng)造力的陶瓷圖案藝術(shù)。這將使陶瓷裝飾藝術(shù)顯現(xiàn)出新的風(fēng)貌，通過不斷深入探索圖案藝術(shù)表現(xiàn)手法，不斷開拓新的領(lǐng)域，未來個性化陶瓷圖案生成具有廣泛的發(fā)展前景。