朱百順

(漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院， 福建 漳州 363000)

0 引言

人們發(fā)明了各種巧妙的建筑方法來適應(yīng)不同的氣候條件，建筑形象也千變?nèi)f化，并呈現(xiàn)出多種特色。隨著人類建筑技術(shù)的不斷進步，這種體現(xiàn)地域環(huán)境特性的行為也由最初的無意識或被動行為，逐步演變?yōu)樽杂X、主動、創(chuàng)造性的行為。

在環(huán)境因素的影響下，不同地域會產(chǎn)生獨特的設(shè)計思想和觀念，形成具有地方特色的建筑，具有地域特色的表現(xiàn)，特別是古典建筑。文獻[1]對中國古代建筑遺產(chǎn)的時空分布格局進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)不同類型的古代建筑遺產(chǎn)的分布具有一定的相似性和差異性，差異性與政策制度，各歷史時期的建筑材料、建筑功能等因素密切相關(guān)。為提高古代建筑圖象特征的匹配性能，文獻[2]提出了一種基于網(wǎng)格多密度聚類的圖象特征匹配方法。在相似聚類中，對圖像進行網(wǎng)格劃分，按照近鄰比原則匹配特征點，提高三維重建古建筑圖像特征的可靠匹配度。

雖然國內(nèi)學(xué)者對于古典地域性建筑的研究較多，但大多集中在地域性建筑的發(fā)展歷史、地域性理論和解決復(fù)雜問題的跨學(xué)科層面上，針對特征因素影響地域性建筑的研究相對較少。本文通過引入生成對抗網(wǎng)絡(luò)來確定古典建筑地域性表達特征評價指標(biāo)的權(quán)重，然后匹配“融合地形地貌”“與地形肌理自然融合”“有機契入場地地形”和“詮釋地形結(jié)構(gòu)”4個具體特征，提升指標(biāo)選取的重要性和識別的準(zhǔn)確性，進而總結(jié)出判斷和提煉地域性特征的方法，為當(dāng)代地域性建筑形態(tài)的創(chuàng)造提供一定的實踐指導(dǎo)。

1 古典建筑地域性表達特征組成

地域性是指與某一地域有關(guān)或與該地域有關(guān)的性質(zhì)或特點。隨著時間的推移，地域劃分也發(fā)生了變化，例如，在華北地區(qū)，大多數(shù)平原地區(qū)的人們，在語言和風(fēng)俗習(xí)慣上有相似之處，表現(xiàn)出相同風(fēng)俗習(xí)慣的銜接和相似性，但是在山區(qū)，雖然人們的地理距離相近，但方言、風(fēng)俗習(xí)慣、表達方式都有差異。地域性在一定程度上表示區(qū)域范圍的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其要求整體特征的一致性，所以能否劃分為同一個區(qū)域取決于所選指標(biāo)的質(zhì)量和一致性。以某個指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)劃分地域時，地域可以是自然的，也可以是社會的。這是因為人的生存活動所處的自然環(huán)境的內(nèi)在特征，最終體現(xiàn)為人所處的社會環(huán)境，并使社會環(huán)境具有相應(yīng)的特征。對地域性，我們可以給出一個簡單的定義：地域性是指由某一特定地域的自然環(huán)境和社會文化要素構(gòu)成的群體。

地域文化是某一地域人民在長期發(fā)展過程中，通過勞動所創(chuàng)造的物質(zhì)和精神成果，并對其進行積累、發(fā)展和升華。包括當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展水平、科技進步、價值觀念、宗教信仰、藝術(shù)水準(zhǔn)、社會心理和生活方式等社會生活各方面。地域性建筑創(chuàng)作通過反映人類情感、環(huán)境、自然、風(fēng)俗、氣候等地域性色彩所蘊含的深刻的地域文化內(nèi)涵，展現(xiàn)出地域性建筑特征。要維持不同地區(qū)的地域特色，不僅取決于人的多方面需要(包括審美方面)，還取決于人的物質(zhì)性和社會性。

1)融合地形地貌：建筑依賴于土地、人力、當(dāng)時的建造和材料。在中國歷史上，因地制宜的調(diào)整措施應(yīng)用廣泛，例如，由山河地貌等地理要素構(gòu)成的地形是一個地區(qū)的整體面貌和物質(zhì)環(huán)境，地形地貌特點比較穩(wěn)定直觀，是自然地理環(huán)境的宏觀特征，同時也影響到植被、自然資源等。自然地形是影響建筑地域特性的重要因素之一。地形、植物分布、水系等自然景觀是構(gòu)成自然生態(tài)系統(tǒng)和場地特色的重要組成部分。

2)融合既有城市機理：場地地形結(jié)構(gòu)中建筑形態(tài)自然整合的區(qū)域表現(xiàn)形式既有自然地理因素，也有人類社會因素。對應(yīng)于“有機整合”和“地形解釋”，它表現(xiàn)為較淺的層次，是一種適應(yīng)性、增量性的建筑創(chuàng)造。

3)契入地區(qū)地形：對優(yōu)美自然環(huán)境的關(guān)注程度相似，唯一不同之處是注意角度及使用的程度和手段不同。地勢與建筑的有機結(jié)合，既反映了地理因素，也反映了社會因素。與“自然融通”相比，此類物質(zhì)性和社會性的表達特征有更深層次的實際意義。

4)詮釋地形結(jié)構(gòu)：相對于“自然與地形紋理融合”和“有機地與場地地形融合”，地形結(jié)構(gòu)解釋有一種哲學(xué)傾向，即從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變。這一建筑形態(tài)的構(gòu)成既有地理因素，又有人文社會因素。

2 古典建筑地域性表達特征判定

目前，人們對建筑地域性的關(guān)注和理解是基于對“地域性”一詞的不同理解。不同的時代、不同的地域，對地域意義的解讀是不同的。即使在同一時代，地域性的內(nèi)涵也會隨著人們的建筑需求、用途和使用標(biāo)準(zhǔn)的不同而發(fā)生變化。建筑的地域性是在人類文明產(chǎn)生的時候就存在的，它早在原始社會就有鮮明的特點。在工業(yè)文明時期，它隨著現(xiàn)代主義建筑浪潮的興起而逐漸消退。直到今天，在經(jīng)濟文化交流的全球化浪潮下，建筑的地域性重新進入了人們的視野。地域性建筑并不是孤立存在的，首先，它與許多自然和社會因素密切相關(guān)，其實質(zhì)是尋求這些要素的組織和整合方式；其次，在人類社會各個領(lǐng)域不斷進步的影響下，地域性的分析方法和認知內(nèi)容都發(fā)生了拓展和變化。從多維的角度觀察地域條件和設(shè)計方法上的跨域借鑒，為地域建筑設(shè)計提供了更具創(chuàng)造性的途徑。

古典建筑具有地域性，尋找場所的時空位置是最基本的任務(wù)?！盁o論是從自然、人文和技術(shù)的角度，還是從環(huán)境(包括自然和人工)、社會、經(jīng)濟和技術(shù)的角度來看，影響建筑的地域因素是分化的。因為地域本身具有時間和空間的特點，所以有必要從時間和空間的角度來分析地域因素?！苯ㄖ赜蛐缘睦碚摱喾N多樣，但共同之處是都關(guān)注建筑在時間和空間上的定位。本章將分析古典建筑地域性表達特征的判定過程。地域性建筑在宏觀上不僅要對地域性建筑進行適應(yīng)氣候的選址和形態(tài)布局，使其與自然形成良性的物質(zhì)和能量交換，而且“與地形肌理既有融合”“有機契入場地地形”“融合地形地貌”和“詮釋地形結(jié)構(gòu)”等指標(biāo)是相對唯一的。

(1)

式中：j表示指標(biāo)級別；pij表示第i個指標(biāo)所處j級量度；zj表示量度值，即zj=0.2，0.4，0.6，0.8，1，分別表示不重要、一般、較重要、很重要、非常重要。此時，根據(jù)式(1)，計算地域性影響因素的影響權(quán)值，確定古典建筑地域性表達特征評價指標(biāo)權(quán)重[3]，即判斷該特征是否為古典建筑地域性表達特征，判斷流程如圖1所示。

將圖1輸出的古典建筑地域性表達特征值進行輸出權(quán)值的時間差計算，即，

(2)

式中：tcj表示的是輸出最小判定權(quán)值；rj表示的是輸出時間窗口j最早獲得判定權(quán)值的時間；tsi與tfi分別表示的是整個判定過程所用的時間與得到最終輸出權(quán)值的判定時間。通過式(2)可知古典建筑表達特征是否帶有地域?qū)傩赃@個判斷過程中的所用時間。

3 古典建筑地域性表達特征提取

對古典建筑地域性表達特征的提取需要通過觀察樣本和數(shù)據(jù)標(biāo)簽的聯(lián)合概率分布來獲取訓(xùn)練模型，訓(xùn)練后的模型能根據(jù)樣本分布生成新的數(shù)據(jù)，用于特征識別。在無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)中，生成模型具有重要意義。該方法無需目標(biāo)類的標(biāo)簽信息就能捕捉到高階相關(guān)數(shù)據(jù)。利用真實數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征，描述樣本數(shù)據(jù)的分布特征，產(chǎn)生與訓(xùn)練樣本相似的新數(shù)據(jù)[4-5]。

在高維復(fù)雜數(shù)據(jù)處理中，采用了自動編碼器、自動簽名模型、自動生成儀器網(wǎng)絡(luò)等，其中自動編碼器和改進的自動編碼器變量，使系統(tǒng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)更容易達到初始分布。其形式是最大化概率數(shù)據(jù)下界的概率圖模型。如像素中的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這樣的授權(quán)模型是通過對每個像素的條件分布建模來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)(左或上)的[6-7]。這樣做就像把像素圖像放到模型中一樣，但是RNN(遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))在水平和垂直方向上運行，而不只是字符ID序列。從零和博弈理論中得到啟發(fā)，產(chǎn)生對抗網(wǎng)絡(luò)。包含了代際模型和歧視模型。發(fā)起者截取樣本數(shù)據(jù)的分布，并判斷模型是否為兩層索引，以評估輸入數(shù)據(jù)是否真實。該模型的過程優(yōu)化是二元的，是極小極大問題博弈的一部分，在訓(xùn)練過程中，設(shè)置一方更新另一方的參數(shù)并迭代到變化，使其他頁面的誤差最大化。最后生成的模型可以估計樣本數(shù)據(jù)的分布。

因此，本文是在生成對抗網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，捕捉每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在空間坐標(biāo)系中的位置信息組成的特征點，這些位置信息通?？梢杂脕碛嬎惚磉_、角度、速度以及識別其他特征[8-10]，本文主要考慮表達信息。地域性表達變化時序描述了整個動作過程中某些表達大小隨時間變化的軌跡，為了使表達的值域能夠盡可能在同一范圍內(nèi)[11-12]，對表達進行規(guī)范化處理，計算公式：

(3)

(4)

(5)

(6)

依據(jù)前述計算得到的規(guī)范化處理參數(shù)，引入Kinect的靜態(tài)姿勢評分方法中的評分計算公式，并加以改進使其滿足本文方法要求[13-14]，即再將規(guī)范化處理參數(shù)D帶入古典建筑地域性表達特征模型匹配準(zhǔn)確度計算公式中，得到如式(7)的提取模型：

(7)

式中匹配識別準(zhǔn)確度S的取值范圍為[0，100]，標(biāo)準(zhǔn)匹配和實時匹配的匹配度越高，S的值越大[15-16]。在式(7)中，Dst值越小，特征匹配準(zhǔn)確度的判別越嚴(yán)厲。為避免出現(xiàn)負分的情況，當(dāng)D>Dst時，Sst為預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)匹配度參數(shù)，根據(jù)實際需要將特征匹配識別準(zhǔn)確度S將直接判為0，可以通過參數(shù)Sst其控制在合適的范圍內(nèi)[17]，結(jié)合古典建筑地域性表達特征判斷流程中Zj值，得到全部帶有地域?qū)傩缘墓诺浣ㄖ磉_特征，實現(xiàn)古典建筑地域性表達特征提取。

4 實驗與分析

在本次實驗中，本文使用標(biāo)記Train_m來表示每一類古典建筑樣本，(該樣本從UCI MachineLearning Repository(https：//archive.ics.uci.edu/ml/datasets.html)中隨機挑選，同時，隨機抽取500幅圖像作為訓(xùn)練集，其余圖像作為測試集。

一輪實驗將重復(fù)30次，即每個實驗為每個場景隨機選擇m張圖像作為訓(xùn)練集，并使用剩余的圖像作為測試集。將30個實驗的平均值作為一輪實驗的最終結(jié)果。

根據(jù)式(4)計算提取時間，測試古典建筑地域性表達特征提取效率，本文模型最終提取結(jié)果如圖2所示。

圖2 古典建筑地域性表達特征提取效率

由圖2可知，為了使表達的值域能夠盡可能在同一范圍內(nèi)，在進行古典建筑地域性表達特征提取時，本文模型引入了生成對抗網(wǎng)絡(luò)，提高了地域性表達特征提取效率，使提取時間一直保持在0.75～0.1 s之間。

在古建筑地域性表達圖像個數(shù)為100～500時，驗證本文模型提取過程中的沖突率，將設(shè)計的模型與文獻[1]方法和文獻[2]方法進行對比，所得實驗對比數(shù)據(jù)具體見表1。

表1 提取特征沖突率實驗對比數(shù)據(jù)

根據(jù)表1的提取特征沖突率實驗對比數(shù)據(jù)可知，本文特征提取模型的沖突率低于文獻[1]方法和文獻[2]方法的特征提取模型，說明本文方法可精準(zhǔn)實現(xiàn)特征提取，并將其應(yīng)用于實際。

5 結(jié)論

本文提出了古典建筑地域性表達特征提取模型研究，通過分析了古典建筑地域性表達特征組成，引入了生成對抗網(wǎng)絡(luò)，分析古典建筑地域性表達具體特征之后，根據(jù)指標(biāo)期望值、方差和變異系數(shù)，確定特征匹配指標(biāo)的重要性，判斷該特征是否為古典建筑地域性表達特征，提高了地域性表達特征提取效率和準(zhǔn)確率，為該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供理論參考。

隨著非線性特征在圖像中的廣泛存在，現(xiàn)有的非線性特征提取方法得到了長足的發(fā)展。流形學(xué)習(xí)是目前非線性特征提取方法中的一個研究熱點，因此，在未來的研究中，將嘗試引入流形學(xué)習(xí)相關(guān)理論進行古典建筑領(lǐng)域研究。