基于基因表達式編程和分形理論的服飾圖案生成系統設計

伍玉彬

摘? 要： 原有的服飾圖案生成系統生成的結果單一，無法滿足人們的審美需求，為此提出基于基因表達式編程和分形理論的服飾圖案生成系統設計。在原有硬件結構的基礎上，增加PIO按鈕，合理選擇控制總線，保證信號的傳輸速度穩定，根據數據選擇器裁決信號，完成外設驅動;應用基因表達式編程，完成數次迭代，增加人機交互環節，計算適應值，確定影響因素，生成分形圖案，完成系統設計。利用對比實驗，驗證所設計系統的有效性，實驗結果表明，原有系統的生成結果較為單一，而所設計系統能夠根據同一圖形變換得出不同的形態。由此可見，所設計系統優于原有系統。

關鍵詞： 服飾圖案生成系統; 系統設計; 基因表達式編程; 分形理論; 系統測試; 結果分析

中圖分類號： TN911.73?34; TS941.2? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）18?0125?03

Abstract： In allusion to the single generated results of the original dress pattern generation system， which cannot meet people′s aesthetic needs， a design of dress pattern generation system based on gene expression programming and fractal theory is proposed， on which the original hardware structure is retained. The PIO button is added， the control bus is selected reasonably to ensure the stable transmission speed of the signal. The verdict of signal is performed according to data selector to complete the peripheral drive. The gene expression programming is used to complete several iterations， and the human?computer interaction links is added to calculate the adaptive value， determine the influencing factors and generate fractal pattern， so as to complete the system design. The effectiveness of the designed system is verified by comparative experiments. The experimental results show that the generated results of the original system is relatively single， while the designed system can obtain different forms according to the same graph transformation. It can be seen that the designed system is superior to the original system.

Keywords： dress pattern generation system; system design; gene expression programming; fractal theory; system testing; result analysis

0? 引? 言

隨著生活水平的不斷提升，人們的消費觀念以及審美觀念開始產生變化，對于穿衣搭配的關注度也在提高，使得服飾設計行業發展迅速，從而使服飾的設計制作技術以及縫制方法不斷革新。服裝的圖案版型創新逐漸成為服飾制造企業提升市場競爭力的主要手段[1]。隨著網絡技術以及計算機技術的飛速發展，計算機設計系統能夠基本滿足設計師的應用需求，一個好的計算機設計系統能夠為設計者提供一定的靈感思路，并輔助其完成設計。服飾設計過程中，很大一部分工作是針對圖案設計的。在傳統的設計過程中，通常是由設計者將頭腦中的構圖，使用紙筆將其表達出來，再經過修改研究，最終完成定稿[2]。但由于這種方法所受到的限制太多，且后續的修改過程十分復雜繁瑣，無法滿足現代人們高標準的審美需求。為此采用基因表達式編程以及分形理論，可以幫助生成服飾設計圖案，利用分形的自相似性，構造各式各樣且高分辨率的服飾圖案，再使用計算機程序，將其參數合理修改，達到高質量的藝術效果，滿足人們的審美追求[3?4]。

1? 服飾圖案生成系統硬件設計

1.1? 硬件總體結構

在原有硬件結構的基礎上，增加PIO按鈕和相關配置，將圖像數字化編碼、圖像數據處理以及圖像存儲結合至一體，其具體情況如圖1所示。

由圖1可知，在原有硬件環境中，使用Verilog HDL硬件描述語言，完成自定義模塊的編寫，并設置相關系統功能。通過SOPC Builder，添加Nios處理器、存儲器等相關組件。結合實際需求設計系統模塊，在組成系統構架的過程當中，利用總線將其相關組件合理連接[5?6]。

1.2? 控制總線選擇

為滿足不同外設功能的需求，維持系統的正常運行，其系統總線必須擁有多種傳輸方式，完成主設與外設之間的數據傳輸。利用SOPC環境生成由可編程陣列邏輯內部單元構成的互連邏輯。將總線的時序動作簡化，使高速外設集成化更加有利[7]，其全部的信號都是高電平或者低電平有效，從而加快了信號的傳輸速度，根據數據選擇器接收信號，完成對外設的驅動，無需再次設置電平數值。連接結構圖如圖2所示。

由圖2可知，相關數據及控制信號各有專用的外端接口，且接口都是相互分離的，外設無需對地址總線及數據總線識別選取，避免了在未選中時輸出無效的設置情況發生[8?9]。至此，完成服飾圖案生成系統硬件的優化設計，并在此基礎上，應用基因表達式編程以及分形理論，完成系統的軟件部分設計。

2? 基于基因表達式編程和分形理論的服飾圖案生成系統軟件設計

2.1? 適應度函數建立

將基因表達式編程應用在分形藝術設計當中，通過數萬次迭代函數可以得到各式各樣的服飾藝術圖案，在遺傳算法的基礎上，增加人機交互環節，將用戶的需求融入至基因表達式當中。設定用戶評價分值數列[Vee=1，2，…，x]，使[Vmax=Vk;Vk≥Ve，e=1，2，…，x]，[Vmin=Vf;Vf≤Ve，e=1，2，…，x]，則能夠采用標準差方式計算得到：

式中：[T]為共識度;[V]為所有用戶評價結果的平均值;[e]與[x]均為正整數，且[1≤e≤x]。同理可以得到其滿意度如下：

結合式（1）與式（2），得到適應度函數的共識滿意度為：

式中：[m]為共識度T所占的適應值比例;[n]為滿意度[G]所占的適應值比例，且[m+n=1]。

由上述計算公式能夠得知，適應值是由適應度函數所決定的，但由于各個用戶的主觀評價并不相同，導致適應度函數無法保證客觀性[10?11]。因此從中提取出共識度以及滿意度，并以此為依據，計算得到適應值，完成交互。

2.2? 服飾圖案生成

分形一般分為隨機性分形與確定性分形2類。其中確定性分形具有可重復性，即使在圖案生成的過程當中加入一定的隨機影響因素，得到的最終結果仍然確定不變[12]，還具有一定形成特性，能夠模擬植物或生物的結構。通過源代碼的編寫，應用計算機技術完成符合人們審美需求的服飾圖案設計，其部分代碼如下：

m_s;? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//將參數傳遞給用來調用繪制分形函數

UF_terminate （）;

return result;

完成上述操作后，確定影響因素，并通過計算機程序的反復迭代，生成分形圖案，其具體流程如圖3所示。

由圖3可知，根據迭代次數的不同，能夠得到不同表達效果的服飾圖案。分形圖案各部分之間不是單純的圖形堆砌，而是通過各個因素的相互影響達到一定的平衡，以達到差異與和諧的統一[13?15]。至此，應用基因表達式編程及分形理論完成服飾圖案生成系統的設計。

3? 服飾圖案生成系統功能測試

為驗證所設計的基于基因表達式編程和分形理論的服飾圖案生成系統的有效性，設計仿真對照實驗。將原有系統所生成的圖案結果與所設計的基于基因表達式編程和分形理論的服飾圖案生成系統結果進行對比分析，完成測試。

3.1? 測試過程

利用OpenGL開放式圖形庫強大的圖形處理功能以及兼容性能來保證實驗的順利完成。OpenGL的高效實現存在于Windows的部分UNIX平臺和Mac OS，其運行過程取決于硬件平臺的能力，為此實驗采用型號為Ins 14?5493?R1625S的計算機，其硬盤容量為512 GB SSD，顯示芯片型號為MX230，能夠支持OpenGL的正常運行。OpenGL具體操作界面如圖4所示。

通過上述操作完成實驗準備工作，并經過系統分析得到服飾圖案結果，將其結果與原有系統生成結果對比。

3.2? 測試結果分析

通過OpenGL模擬器將基因表達式編程和分形理論應用到服飾圖案的生成系統后所得到的結果與原有系統結果的對比如圖5所示。

由圖5可知，原有系統所生成的結果雖然也具有一定的邏輯性，能夠應用到服飾設計當中，但其生成的圖案固定，圖案設計結果單一，無法滿足大眾的需求。而將基因表達式編程以及分形理論應用至服飾圖案的生成系統當中后，將所生成的圖案，通過對旋轉角度以及生成規則的改變，完成多次生成，從而得到同一圖形的不同形態。

4? 結? 語

本文將基因表達式編程以及分形理論應用于服飾圖案生成系統中，通過對系統軟件及硬件的設計得到了新的服飾圖案生成系統。經實驗對比，該系統能夠根據同一圖形變換得出不同的形態，構造各式各樣且高分辨率的服飾圖案，達到較高質量的藝術效果。

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