基于Protégé的青花瓷本體構建方法研究

郭英英

陜西科技大學鎬京學院 西安 712046

隨著計算機技術的飛速發展，圖像等多媒體數據海量增長，如何快速有效地從大規模數據中檢索到所需要的信息是目前需要解決的問題。近年來，基于語義的圖像檢索技術受到極大關注，人們試圖從圖像中提取知識來增強檢索系統的性能。領域本體的構建是基于語義的圖像檢索的研究熱點，本文分析并構建青花瓷領域本體以實現基于語義的青花瓷圖像標注與檢索。

1 青花瓷概述

青花瓷是中國瓷器的主流品種之一。我國的原始青花瓷在唐宋時，已經在北方和南方窯口燒制出來。成熟的青花瓷則出現在元代的景德鎮窯。明清兩朝青花是中國青花瓷的昌盛期。明永樂、宣德的青花是青花瓷史上的一個高潮，以古雅見長；明成化的青花瓷淡雅精致，完成了青花瓷由異國情調向中國國粹的轉折；清康熙青花以精細的工藝和濃淡相宜的青花發色將青花瓷推向巔峰。明清時期，還創燒了青花五彩、孔雀綠釉青花、豆青釉青花、青花紅彩、黃地青花等衍生品種。

不同年代、不同出土地、不同類型的青花瓷存放于全國各級博物館中，而全國各級博物館對于文物藏品的管理，具有獨特的信息采集、描述方法。那么，為數字博物館中的青花瓷藏品建立本體網絡，可以實現對青花瓷統一的描述，也為以后面向青花瓷領域的語義檢索或推薦提供參考價值。從實際應用角度來看，通過構建青花瓷領域本體，可以讓一些非專業人士更好地了解青花瓷，獲得更全面的知識。

國內外關于文化遺產領域的本體研究已經取得不少成果。王鐵君[1-3]等人基于Jena創建了適用于唐卡領域本體的推理規則，實現了基于語義的唐卡圖像檢索；宋志浩[4]等人構建了敦煌壁畫領域本體并實現了基于本體的敦煌壁畫的語義檢索；胡駿[5]對非物質文化遺產進行本體構建，并采用Access和Protégé軟件分別進行基本存儲和可視化存儲；張前軍[6]構建了青銅器的領域本體并實現了檢索；溫超[7]構建了陶俑的領域本體，并實現了基于本體的陶俑圖像語義標注；朱競冉[8]將宋朝名窯瓷器與新興的領域本體相結合構建了宋朝五大名窯瓷器領域本體，對于名窯瓷器領域中的概念之間的關系進行了明確、 清 晰 的 描 述； Albaar Rubhasy， Ridwan Andi Kambau，Zainal Arifin Hasibuan[9-10]利用UNESCO提供的印度尼西亞文化遺產數據建立本體，并對其進行管理的檢索。

本文以故宮博物院中館藏的部分明清青花瓷為研究對象，分析并構建了青花瓷領域本體。

2 青花瓷領域本體構建

2.1 本體構建工具

本文采用Protégé作為本體構建工具，Protégé是由斯坦福大學設計開發，基于Java編寫的本體編輯和知識獲取軟件，主要用于語義網中本體的構建。Protégé中本體結構以樹形的層次目錄結構顯示，用戶可以通過點擊相應的項目來增加或編輯類、子類、屬性、實例等，使用戶在概念層次上設計領域模型。此外，如果將本體數據以RDF、RDFS或OWL文檔的形式保存下來，就可以在系統外部對知識數據進行編輯、修改。Protégé工具還可以對編輯好的本體進行可視化。

2.2 本體構建方法

常見的本體構建方法有TOVE法、METHONTOLOGY法、骨架法、七步法和基于敘詞表的領域本體構建法。本文根據青花瓷領域的特點和研究需求，選擇七步法作為青花瓷領域本體的構建方法，利用七步法構建青花瓷本體的步驟如下：

第一步：確定本體領域和范疇。本文選取故宮博物院中館藏的部分明清青花瓷為研究領域。

第二步：考查復用現有本體的可行性。本文青花瓷領域本體的類定義參考了青花瓷鑒定的相關著作，還復用了CIDOC CRM概念參考模型中的部分類及屬性。

第三步：列舉本體中的重要術語、概念。以青花瓷相關文獻和著作中的專有詞匯作為參考依據。

第四步：定義類和類層次體系。青花瓷領域的術語劃分采用的是自頂向下法，逐級對領域本體的類進行細分，搭建出本體的基礎框架。

第五步：定義類的屬性，為青花瓷的類添加屬性。

第六步：定義屬性的約束，對屬性之間存在的基本語義關系進行設置。

第七步：生成實例，添加具體的青花瓷對象。

2.3 青花瓷領域本體構建過程

本文采用七步法并通過Protégé工具完成青花瓷本體的構建，復用CIDOC CRM中的部分類及屬性，此外還自定義了一些青花瓷的類及屬性。青花瓷領域的類要能全面概括出青花瓷的特征信息，類的劃分采用自頂向下法，先確定好青花瓷領域的頂層概念，再對這些類按層級逐步化分。類層次結構如圖1所示。

圖1 青花瓷本體的類層次結構

該本體共定義了30個類節點， 圖中的E24_Physical_Man-Made_Thing是E71_Man-Made_Thing的子類，而E22_Man-Made_Object是E24_Physical_Man -Made_Thing的子類，這三個類是CIDOC CRM概念參考模型中定義好的類。E22_Man-Made_Object指的是青花瓷，其下又定義了若干個子類，涵蓋了青花瓷器的名稱、朝代、窯口、造型、出土地、館藏地、紋飾、款識等。

在本體所定義的類中，E36_Visual_Item表示青花瓷的視覺信息，包括青花瓷的款識和紋飾。其中，紋飾又分為主題紋飾（ Theme_Pattern） 和輔助紋飾（Auxiliary_Pattern）兩類。主題紋飾包括動物圖案（Animal_Pattern）、人物圖案（Figure_Pattern）、植 物 圖 案 （ Plant_Pattern） 、 山 水 圖 案（Landscape_Pattern）、文字圖案（Character_Pattern）、吉祥 圖 案 （ Auspicious_Pattern） 和 其 他 圖 案（Other_Pattern）。輔助紋飾主要指的是口沿、頸部、肩部或脛部等處的紋飾，常見的有蓮瓣紋、蕉葉紋、回紋、如意云紋等等。

類的層次結構只構成了本體的基本框架，必須借助屬性來描述既定的知識。屬性具有定義域和值域，個體通過屬性進行關聯。定義域規定了類中的個體與其他的個體進行關聯，而值域限定了類中個體的取值范圍。本文通過分析青花瓷領域的類的定義，并結合復用CIDOC CRM的屬性標準，對青花瓷領域類的各種屬性進行了確定，定義了17個對象屬性。構建領域本體所需要的類、屬性以及相關含義如表1所示。

表1 構建本體所需的屬性和類

添加青花瓷本體實例時，要對個體的范圍、屬性等信息添加詳細表述，使得本體構建更完整、規范。本文共添加了409個實例節點。

首先，在Protégé中為定義好的類E22_Man-Made_Object添加實例“青花瓷對象0001、青花瓷對象0002、……”等，如圖2所示。

圖2 Protégé中定義的青花瓷實例

然后，為每個具體的青花瓷對象添加實例，如，對“青花瓷對象0030”進行編輯，為其添加對應的類和屬性，“P102_hasTitle青花云龍紋蟋蟀罐”意思是該瓷器名稱為“青花云龍紋蟋蟀罐”，“P53_hasFormerOrCurrent Location故宮博物院”意思是館藏于故宮博物院，“P4_hasTimeSpan明隆慶”是指該瓷器是明朝隆慶年間燒制的，“isDecoratedWith龍”意思是罐身的紋飾為龍紋，“isInscribedWith大明隆慶年造”是指該青花瓷的款識為“大明隆慶年造”，其他的實例還包括了青花瓷的口徑、足徑、外部特征、造型、窯口等。

Protégé還可以顯示實例之間的關系。圖3表示一個青花瓷實例與其他類的實例之間的關系，不同顏色的線表示不同的屬性。如，“青花瓷對象0033”與“ 青花出戟花觚” 的屬性關系是“P102_hasTitle”，與火焰紋、葡萄、花卉、石頭等紋飾圖案的屬性關系是“isDecoratedWith”，與白地青花的屬性關系是“P2_hasType”。

圖3 青花瓷實例之間的關系

綜上所述，隨著文化遺產數字技術的不斷發展，智慧博物館也逐漸興起，它對知識的分享和傳播提出更高的要求。同時，智慧博物館理念下的藏品信息外延也不斷擴大，博物館藏品不僅具有物質上的信息，如材質、尺寸、年代等，更重要的是其背后的文化歷史信息、藝術信息、美學信息等，所以博物館藏品信息結構不僅需要類目和管理信息，更需要包含藏品的其他相關信息。本體作為一種能形式化地描述特定領域中概念及概念間的關系，實現領域知識共享和重用的有效方法，將其引入到青花瓷多媒體系統研究中，為青花瓷的標注、檢索等研究提供了一種新方法，同時也為青花瓷領域知識的共享、重用和傳播提供了方便。