基于絲綢文物的配色專家系統

彭國明　樊　臻　張森林

(浙江大學電氣工程學院　浙江 杭州 310027)

0　引　言

絲綢可以用于制作服裝、床件套、窗簾等，在當代社會依然具有十分可觀的市場。影響絲綢產品最重要的一個方面就是其色彩搭配，不同的場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。一個好的配色方案可以給絲綢產品加分不少[1-2]。

我國的絲綢文化博大精深，絲綢歷史源遠流長，絲綢文物含有巨量的信息，例如年代信息、色調信息、圖案形狀信息、圖案結構信息等。提取這些信息，設計出特定的配色方案供設計師學習借鑒，具有重要意義。但是通過傳統的人力方式去學習以及設計符合要求的配色方案，工作量會很大，費時費力且效率低下。

基于此，本文實現一個基于絲綢文物的配色專家系統。該系統基于絲綢文物信息和領域專家知識，采用Prolog、JS等技術手段，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　系統設計

1.1　技術平臺

將Prolog語言應用于系統的后臺推理模塊，模仿專家推理機制。圖案配色采用前端JS實現[3]。

1) PrologProlog是一種很適合應用于專家系統的語言。它簡化了傳統的WHEN、IF、ELSE等邏輯語言。Prolog語言具有極快的推理速度，其還與數據高度統一，具有一定優勢。Prolog的編程方法更像是使用邏輯語言來描述程序，更具有可讀性[4]。

2) Web前端運用HTML、CSS、JS實現人機交互界面。同時利用JS可以很方便地實現網頁上圖片顏色的替換功能。

1.2　系統工作流程

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

圖1　系統工作流程圖

1.3　系統邏輯結構

系統的邏輯結構是在傳統的專家系統模塊基礎上作一些改變，主要由人機交互模塊、邏輯推理和配色模塊、自學習模塊、效果展示模塊、數據存儲模塊五個模塊[6]，如圖2所示。

圖2　系統模塊結構圖

1) 人機交互模塊人機交互模塊是與設計師聯系最緊密的模塊，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責處理人機交互模塊提供的數據(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語言。根據輸入的數據，系統會推理出最符合這些數據的配色方案。

3) 自學習模塊學習模塊存儲著大量的領域專家知識，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、專家推理規則等[7-8]。

4) 效果展示模塊效果展示模塊實現圖案的換色工作。采用前端JS知識，展示系統提供的配色方案效果。

5) 數據存儲模塊主要用于存儲系統的一系列數據，包括問題、答案、用戶操作習慣、配色方案等。

2　系統關鍵技術實現

2.1　絲綢文物信息提取

根據絲綢文物的具體特征以及領域專家的經驗，我們對文物信息進行了特定處理，著重提取了文物的內容信息。

內容信息是指文物圖案所承載的一些內容特征，包括年代、主題、色調等。根據經驗知識，我們將年代劃分為秦漢、唐代、宋代、明清、其他5個類別；將主題劃分為動物、花草、自然、器具、建筑、其他6個類別；將色調分為暖色調、冷色調、中性色3個類別[9]，如表1所示。

表1　絲綢文物信息提取表

2.2　配色方案設計

秦漢時期絲綢的色彩以經典的青、黃、赤、白、黑五色為主，尤以赤、黑最為主要。給人的感覺是穩重、深沉、莊嚴[10-11]。

唐代的絲綢色彩相比于秦漢時期，由單一的暗色逐漸向多彩明亮發展。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樸，強調本色，主要為淡綠、藍白、杏黃等顏色，給人的感覺是淡雅潔凈、清幽淳樸[12]。

明清時期絲綢物品的色彩可謂百花齊放，繼承了秦漢、唐宋時期的配色樣式，并取長補短。其色彩更為鮮艷強烈、莊重華貴，同時又極其細膩。同時大量使用金、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，動物象征著活潑生動；花草自然象征著清新自然；器具建筑則象征著沉穩典雅等。

基于絲綢文物的內容信息和領域專家的專業知識，再結合經典的HSV色彩模型，設計出不同類型的配色方案。

其中，HSV即為色相、飽和度、明度，在配色領域應用廣泛。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。色相中的冷暖色調分別可以對應冷靜、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，暗代表了厚重沉穩等[14]。如表2所示。

表2　HSV與配色的關系表

基于絲綢文物信息、領域專家知識、結合經典的色彩模型，可以設計出一系列的配色方案，例如：莊嚴沉穩型、清新自然型、優雅華貴型、活潑生動型等。

如圖4所示，相應的文物信息對應相對的配色方案，實線表示置信度高，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的連線，用相應數字表示。括號里面的數字對應相應的配色方案，其中帶有上標引號的數字代表低的置信度，例如1則為對應莊嚴穩重型且置信度高，1’對應莊嚴穩重型，但是置信度低。

圖4　配色方案設計圖

2.3　專家知識的表示

通過歸納總結領域專家的經驗和知識，設計出特定的推理規則。專家系統的核心功能就是可以模擬人類專家解決問題的過程，由于專家的經驗和知識一般情況下是模糊的，因此可以使用模糊規則來表示專家經驗和知識，可以采用經典的IF-THEN邏輯語言來實現。其表示方式如下：

IF條件C

THEN結論R

用Prolog語言表示則為：

Resolution(S):- Condition(C)

(1)

條件C是用戶的需求數據，結論是給配色方案相應的置信度。例如條件C為唐代，則給1號配色方案S1的置信度，給2號配色方案S2的置信度。置信度的值越大，表明結論的正確性越高。在多個條件之后，每個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結論，所以在系統中設置一個閾值λ，當S≥λ時，則對應的結論被采納。最后基于置信度的大小對被采納的配色方案進行由高到低地排序[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　專家推理規則圖

2.4　效果展示模塊

系統推理出來的符合條件的配色方案僅為文字或者數字方式展現給用戶供其選擇，用戶無法查看配色效果。所以系統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庫實現。基本原理是，通過圖片中不同顏色的邊界，判斷出不同的顏色區域，賦予不同的色彩。

3　系統運行效果

3.1　問答交互界面

系統人機交互界面采用專家問答的方式，系統提供一系列的問題，設計師選擇相應的選項，回答完畢之后點擊提交按鈕，如圖6所示。系統會提問設計師你想要的配色方案是與哪個年代有關的。你想要的圖案主題是動物、植物的還是其他的等。設計師按要求選擇答案，也可以選擇跳過該問題，當然如果設計師覺得一個問題就可以滿足他的要求，則無需回答后面的問題，直接選擇提交就可以。設計師也可以點擊“上一題”修改之前的答案。

圖6　人機交互界面

3.2　展示界面

當設計師提交問題選項之后系統會自動轉到展示界面，該界面已經提供給了設計師所需要的配色方案，設計師可以點擊相應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為系統的展示界面，提供了古代絲綢文物圖案，以及系統推理出來的一套配色方案，當設計師點擊該配色方案按鈕之后，系統將該配色方案展現在文物圖案上，如圖8所示。

圖8　配色效果圖

4　結　語

本文設計了一個基于絲綢文物的配色專家系統。通過提取絲綢文物所包含的年代、主題等內容信息，結合領域專家知識，設計出不同風格類型的配色方案，這些配色方案基于HSV色彩模型理論，確保其科學性。在系統的推理模塊，專家規則的描述采用傳統的模糊規則，利用Prolog語言實現。系統通過判斷置信度的大小來選取相應的配色方案，將符合要求的配色方案按置信度大小順序輸出給用戶。系統模擬專家解決問題的方式，在人機交互界面與用戶進行問答，獲取用戶的需求，通過專家系統推理出符合用戶需求的配色方案供其選擇和使用。該系統大大減輕了設計師的工作量，給當代絲綢產品設計師的絲綢配色工作提供了極大的幫助。該系統目前已經處于試運行階段，性能穩定，各方面均符合設計要求。

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