交互式遺傳算法應(yīng)用到紡織品圖案設(shè)計(jì)的研究

王晗?！”R晶

摘要：隨著科技的迅猛發(fā)展，新的圖案設(shè)計(jì)方法層出不窮。在追求個(gè)性化趨勢(shì)日益凸顯的今天，人們傾向于親歷親為設(shè)計(jì)出屬于自己的圖案。交互式遺傳算法是通過(guò)編碼，運(yùn)用遺傳算法的選擇、交叉和變異操作，通過(guò)與用戶的交流互動(dòng)，根據(jù)其打分生成符合用戶需求圖案的一種方法。下文將闡述這一方法在紡織品圖案設(shè)計(jì)中的相關(guān)應(yīng)用研究及其在應(yīng)用中的還需改善的方面。

關(guān)鍵詞：圖案設(shè)計(jì) 交互式遺傳算法 紡織品圖案

引言

圖案作為人類歷史發(fā)展過(guò)程中不可或缺的一部分，在文化傳播中有著舉足輕重的作用。裝飾性作為圖案的一個(gè)重要特性，在不同的歷史時(shí)期打上了不同的時(shí)代烙印。如今，智能設(shè)備正悄然地改變著人類生活方式，人們也利用這些科技新寵來(lái)豐富自己的感官體驗(yàn)。作為智能設(shè)備的一種，計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)師用來(lái)設(shè)計(jì)裝飾圖案聽起來(lái)已不再新鮮，交互式遺傳算法作為智能算法的一種，其可以被普通人在計(jì)算機(jī)中加以應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)出自己需要的圖案。

一、交互式遺傳算法概述

交互式遺傳算法是以人的主觀評(píng)價(jià)作為進(jìn)化個(gè)體適應(yīng)值的進(jìn)化優(yōu)化方法。人根據(jù)需要通過(guò)與計(jì)算機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)化過(guò)程的干預(yù)和引導(dǎo)，以解決傳統(tǒng)遺傳算法無(wú)法解決的一類隱式性能指標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。該算法最早由Dawkins于1986年提出，用于生物圖形的生成，20世紀(jì)90年代，Takagi在Dawkins的基礎(chǔ)上，對(duì)交互式遺傳算法展開了進(jìn)一步研究，隨后，Parmee等將交互式遺傳算法應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，提出交互式優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)遺傳算法相比，交互式遺傳算法根據(jù)用戶的評(píng)價(jià)來(lái)確定適應(yīng)值函數(shù)，而適應(yīng)值函數(shù)則多了一個(gè)人機(jī)交互的過(guò)程。以圖案設(shè)計(jì)為例，交互式遺傳算法設(shè)計(jì)圖案的步驟如下：

①組建單個(gè)圖案部件數(shù)據(jù)庫(kù)；

②對(duì)各個(gè)圖案部件編碼；

③生成進(jìn)化操作的各參數(shù)，種群初始化；

④進(jìn)行交叉、變異等遺傳操作；

⑤產(chǎn)生新的種群，解碼生成組合的圖案：

⑥對(duì)新的圖案部件組合進(jìn)行個(gè)體適應(yīng)值評(píng)價(jià)；

⑦判斷是否為滿意圖案；

⑧是，輸出最優(yōu)解，否，返回第④步。

二、交互式遺傳算法在紡織品圖案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）紡織品圖案

紡織品在織造過(guò)程中，隨著所用紗線材質(zhì)和織造方法的不同，紡織品成品紋樣也不相同。通過(guò)染整、刺繡等工藝更豐富了紡織品圖案的類別。目前市面上的紡織品根據(jù)圖案形式可分為以下幾類：①純色、拼色或撞色圖案，即單一純色或幾種純色圖案組合而成的圖案；②以動(dòng)植物為主的圖案，該類圖案為最常見的紡織品圖案，主題鮮明，色彩明快，具體生動(dòng)；③民族風(fēng)圖案，此類圖案（如伊斯蘭圖案）來(lái)源于特定文化或地域，裝飾效果強(qiáng)烈；④以數(shù)學(xué)圖案為主的圖案，分形、弱混沌及準(zhǔn)軌則斑圖等富有個(gè)性、節(jié)奏性，設(shè)計(jì)感十足。

（二）紡織品整體圖案的設(shè)計(jì)

Zamani等把地毯圖案劃分成主圖案、角圖案和邊緣花形三個(gè)部分，對(duì)每部分編碼后進(jìn)行遺傳操作，為減輕用戶疲勞，在算法中加入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。用戶在評(píng)價(jià)的同時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也得到訓(xùn)練，在降低了設(shè)計(jì)者的門檻、設(shè)計(jì)出滿意圖案的同時(shí)，很好地減輕用戶疲勞。

Gong等把窗簾分成了窗幔、窗身和窗紗三個(gè)部分，對(duì)各部分的二維圖片進(jìn)行編碼，通過(guò)遺傳操作，運(yùn)用模糊語(yǔ)言集評(píng)價(jià)減輕用戶評(píng)價(jià)負(fù)擔(dān)，隨機(jī)生成窗簾搭配方案。與實(shí)際的圖案設(shè)計(jì)流程相比，這種算法本身還不夠細(xì)致靈活，在窗簾搭配實(shí)驗(yàn)中用戶不能對(duì)每個(gè)部分的二維的窗簾紋樣圖案進(jìn)行細(xì)節(jié)控制。

（三）單個(gè)紡織品圖案的設(shè)計(jì)

Long等用計(jì)算個(gè)體之間的海明距離的方式來(lái)估計(jì)算法的適應(yīng)值公式，最后通過(guò)交互界面來(lái)讓用戶打分，以生成符合用戶滿意的分形圖案。李杰等采用二叉樹結(jié)構(gòu)表示分形圖案的迭代函數(shù)，并對(duì)迭代函數(shù)進(jìn)行遺傳操作，產(chǎn)生新的后代，以用戶共識(shí)滿意度作為適應(yīng)度函數(shù)，使用優(yōu)化評(píng)價(jià)機(jī)制，減小主觀評(píng)價(jià)誤差。以上研究將遺傳算法應(yīng)用到分形圖案的設(shè)計(jì)中，但是用戶疲勞的問(wèn)題在算法中沒(méi)有得到有效的解決。

馮玲使用H（色調(diào)）I（亮度）S（飽和度）色彩空間，使計(jì)算機(jī)隨機(jī)產(chǎn)生6個(gè)H、I、S組合作為分形圖案的初始顏色形成初始圖案。用戶為每次生成的分形圖案進(jìn)行打分，以確定適應(yīng)度函數(shù)。通過(guò)遺傳算子操作生成新的圖形再進(jìn)行打分。但由于用戶間選擇的差異性，生成的配色方案在滿意度上也有顯著差異，因此，初始色彩的確定需要用戶具備一定色彩搭配的專業(yè)知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)。

三、結(jié)語(yǔ)

交互式遺傳算法作為一種新型的圖案設(shè)計(jì)方法，在社會(huì)多元化需求越來(lái)越凸顯的趨勢(shì)下，結(jié)合其他數(shù)學(xué)算法思想，會(huì)逐漸在紡織品圖案設(shè)計(jì)中得到更廣泛的運(yùn)用。但是隨著研究的深入，其容易產(chǎn)生用戶疲勞、算法的早熟收斂以及對(duì)算法評(píng)價(jià)不確定性等問(wèn)題也逐漸凸顯，今后對(duì)算法的應(yīng)用也需要更加精細(xì)化。