隋唐时期联珠团窠纹智能再生设计研究_孙晓婉.pdf

2023 年第 2 期创新发展研讨会 服装传统图案的创新设计是时尚产业关注的焦点，智能再生技术为传统图案的传承和活化提供了新思路13。实现文物表面花型的提取与修复，对传统纹样进行解析和再设计，有利于推动传统图案的传承和发展，对激活纺织服装新消费需求具有重要意义4-7。近年来，纹样的自动提取成为研究热点，主要方法包括颜色聚类8-10、图案分割11等算法。区域生长算法12在图像分割方面效果较佳；傅立叶算法13、隋唐时期联珠团窠纹智能再生设计研究孙晓婉1，俞楠1，徐平华1，2，3，石文慧1摘要：为了实现隋唐时期联珠团窠纹图案智能再生设计，文章采用中值滤波平滑处理，利用自适应高低阈值法代替人工调参，提高适应性；结合拉普拉斯算子和形态学处理优化线稿，最后基于颜色特征将位图转化为矢量图。通过对隋唐时期联珠团窠纹样矢量图进行创新设计，并应用于现代汉服和家纺产品中，为联珠团窠纹在纺织服装产品中的设计与应用提供参考。关键词：联珠团窠纹；传统纹样设计；图案智能设计；边缘检测；线稿提取；矢量化中图分类号：TS 941.26文献标志码：A文章编号：1000-4033（2023）02-0065-05Research on Intelligent Regeneration Design of Lianzhu TuankePattern in Sui and Tang DynastiesSun Xiaowan1，Yu Nan1，Xu Pinghua1，2，3，Shi Wenhui1Abstract：In order to realize the intelligent regeneration design of Lianzhu Tuanke pattern in Sui and Tang dy-nasties，the median filtering smoothing technology was adopted，and the adaptive double thresholds method was pro-posed to replace manual parameter adjustment Then it combined with the Laplacian operator and morphological pro-cessing to optimize the sketch Finally，the bitmap was transformed into a vector map based on the color character-istics Lianzhu Tuanke pattern in Sui and Tang dynasties was innovatively designed and applied to modern clothingand home textile products，which provides references for the design and application of this kind of PatternKey words：Lianzhu Tuanke Pattern；Traditional Pattern Design；Intelligent Pattern Design；Edge Detection；Sketch Extraction；Vectorization基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（61702460）；国家社会科学基金重点项目（19AMZ009）；浙江省高校重大人文社科攻关计划项目（2023QN092）；浙江理工大学科研业务费资助项目（22076215-Y，2021Q057）；浙江理工大学教育教学改革研究重点项目（jgzd202202）；浙江省服装工程技术研究中心开放基金（2021FZKF04）；服装设计国家级虚拟仿真实验教学中心项目（zx20212004）；浙江理工大学优秀研究生学位论文培育基金（LWYP2021053）。获奖情况：“2022全国纺织服装时尚与科技创新大会”优秀论文。作者简介：孙晓婉（1998），女，硕士研究生。主要从事纺织品服装数字化技术研究。通讯作者：徐平华（1984），男，副教授，博士。Email：shutexph163com。（1School of Fashion Design Engineering，Zhejiang Scitech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China；2Clothing Engineering Research Center of Zhejiang Province，Zhejiang Scitech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China；3Key Laboratory of Silk Culture Inheriting and Products Design Digital Technology，Ministry of Culture and Tourism，Zhejiang Scitech University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）（1浙江理工大学 服装学院，浙江 杭州310018；2浙江理工大学 浙江省服装工程技术研究中心，浙江 杭州310018；3浙江理工大学 丝绸文化传承与产品设计数字化技术文化部重点实验室，浙江 杭州310018）652023 年第 2 期创新发展研讨会 服装HOG特征算法14、距离算法15、遗传算法16、卷积神经网络17常用于图像的特征提取；形态学算法1819、边缘检测算法20常用于元素提取、结构提取等。此类算法结果均以位图为主，不可直接编辑。因此，本文提出一种基于纹理提取的矢量线稿生成算法，实现传统图案的智能再生设计。1隋唐联珠团窠纹形制内涵联珠团窠纹作为最具代表性的唐代织锦纹样之一，起源于中亚和西亚21，并在萨珊波斯王朝时期较为流行，通过“丝绸之路”传入中国。联珠团窠纹基本是由圆珠构成的圆环为骨架形成一个相对封闭的图案，称为团窠，圆环内以动物为主题纹样22，且一个联珠团窠纹样中的圆珠数目为20颗左右23，受萨珊波斯王朝的国教祆教的影响，寓意星象所在和对神明的敬畏。由于隋唐时期统治者对外来文化采取兼容并蓄的态度和措施，联珠团窠纹样逐渐频繁出现在隋唐的纹锦中。唐朝前期，许多外藩胡人服锦也成为联珠异域走兽纹样在隋唐存在甚至流行的原因。此外，初唐时战乱频繁，为了平复战乱体现国力，统治者要求文武官员衣着勇猛，再加上织锦地大多在崇尚威武之气的北方，受胡文化影响极深，在各种因素影响下，联珠走兽纹样逐渐成为织锦的主流纹样。在萨珊波斯联珠纹锦传入中国后，窦师纶根据中国传统文化和审美将其重新设计。经过再设计的联珠团窠纹被称为陵阳公样，多装饰在瑞锦、宫绫上。陵阳公样构图多为两两相对的动物，如鹿、狮、牛、羊等走兽，以及鸟类、龙凤等，并以圆形团窠外围。在我国传统思想中，“二”指天地、阴阳，并且喜爱对称、成双成对的构成模式，从好事成双、双喜临门等成语中可见一斑。由于纹锦奢靡华贵，陵阳公样不仅象征吉祥、圆满、和谐，还代表权力的等级。陵阳公样的圆形团窠外围有联珠团窠、花卉团窠之分。联珠团窠纹样难以与中国传统审美充分融合，因此在初唐的官服中较少使用，甚至被德宗朝人苏冕称作异文，而宝花团窠纹样却因其造型特点与盛唐雄壮、轻松、博大宏放的社会气象相契合，流行时间相当长久，直至晚唐。联珠团窠纹作为舶来品受到了人们的广泛喜爱，自魏晋南北朝传入以来，在隋唐时期也一直流行，并进行了仿制和创新，形成了具有本土文化特色的传统纹样。本文从中国丝绸博物馆、苏州丝绸博物馆、故宫博物院、日本国立博物馆等博物馆官网以及中国古代丝绸设计素材图系中，筛选共计42幅典型隋唐时期联珠团窠纹丝织品文物及部分复制品图像，部分样本图像如图1所示。2隋唐联珠团窠纹智能再生隋唐联珠团窠纹多见于隋唐丝绸文物碎片上，为便于研究、保护和应用，学者们通常以绘制的方法将其复制出来。为实现快捷提取，本文将边缘检测引入提取过程。21常用边缘检测算法提取效果比较边缘检测的核心在于根据像素值的突变和不连续性识别出图图1团窠联珠纹样本（a）联珠大鹿纹锦（b）联珠对孔雀“贵”字纹锦（c）联珠大马纹锦（d）联珠团窠对鸟纹锦（e）团窠联珠对羊纹锦（f）联珠对马纹锦（g）联珠熊头纹锦（h）团窠联珠对鸭纹锦662023 年第 2 期创新发展研讨会 服装G（x，y）Medf（xm，yn）Wmn1，（x，y）N（1）像中的轮廓，是本文对联珠团窠纹样提取的重要步骤。应用边缘检测算法提取图案轮廓将会大大减少图像数据量，并且过滤掉图案中许多面料纹理等不需要的信息，留下图案主干结构。但是，从图像上提取的边缘曲线通常不是连续的，会出现一些伪边缘，边缘检测算法的准确性在联珠团窠纹样的提取过程中非常重要。为了更直观地对比不同算子，本文对预处理后的图像采用常见的Sobel算子、Log算子和Canny算子所得到的边缘检测结果进行对比分析，如图2所示。由图2可知，Sobel算子检测的边缘不平滑；Log算子检测的边缘不连续；Canny算子检测的边缘在平滑和连续性上优于前两种算子，但在边缘圆顺程度上仍需改善。22纹样线稿提取为了解决Canny边缘检测提取后存在的问题，本文将Canny算子进行改进。利用中值滤波器对图像进行平滑处理，并自适应地得到双阈值，然后采用拉普拉斯算子强化图像边缘，消除与真实边缘点具有近似灰度值的虚边点，使图像的检测具有更强的自适应性和精度，最后采用形态学处理改进线稿中线条提取效果。221中值滤波为了减少织物图像中噪声的干扰及织物纹理的影响，首先利用中值滤波替代高斯滤波对图像进行平滑处理，将图像中某一点的像素值代替其邻域的中值。该方法不仅减少了噪声的影响，而且可以消除孤立点。假设输入数字图像各点的灰度值为f（x，y），滤波窗口为W=（Wmn），中值滤波函数的二维值为G（x，y），见式（1）。222自适应阈值通过对图像的振幅直方图进行微分运算，实现自适应实时双阈值算法。首先，用最大值抑制法找到在同一梯度方向的中心像素的最大值，然后对其进行双阈值处理，如果不是最大值，像素振幅设为零，并生成梯度振幅直方图G1。最重要的是制定自适应阈值，步骤如下。第一步：对相邻的梯度振幅进行差分操作，即G1（i+1）-G1（i）。第二步：选择振幅的第一个0作为高阈值，低阈值取该高阈值的04倍，根据此规则，自适应阈值设置公式定义为式（2）和式（3）。ThH=ArgG1（i+1）-G（i）=0（2）ThL=0.4ThH（3）式中：ThH和ThL分别代表高阈值和低阈值。在确定双阈值后，当抑制非最大值时，直接对图像进行双阈值分割。G1（i，j）代表中心像素，并与ThH和ThL进行比较，可以分为3种情况：强边缘，G1（i，j）ThH；伪边缘，G1（i，j）ThL；弱边缘，ThLG1（i，j）ThH。223拉普拉斯强化边缘对于二维图像函数F（x，y），拉普拉斯算子定义为式（4）。2F=2Fx2+2Fy2=F（x+1，y）+F（x-1，y）+F（x，y+1）+F（x，y-1）-4F（x，y）（4）用二维图像函数H（x，y）表示拉普拉斯处理后图像，见式（5）。H（x，y）=F（x，y）+k2F（x，y）（5）式中：H（x，y）为输出图像；F（x，y）为输入图像；k为系数。拉普拉斯算子强调图像中强边缘和弱边缘，原图像与拉普拉斯图像相加将原图像中的伪边缘和孤立点隐于背景，从而强化边缘。224形态学处理为解决提取的线稿线条内部空心的问题，采用闭运算处理，通过膨胀操作将空心部分填充，再利用腐蚀操作将线条细化。将边缘提取后的效果与只进行Canny边缘检测的效果图像对比，本文提取的线稿图像将Canny断线处连接了起来，改善了线条呈锯齿状的问题，如图3所示。23纹样矢量化处理相比于位图而言，矢量图在放大数倍之后线条依然清晰，不会出现锯齿效果，并且支持高分辨率打印及自由实时上色，为后期联珠团窠纹