基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法技术

一种基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，用于生成既有整体分形效果，又具有细节不确定性艺术图案。其技术方案是，所述方法对初始化处理后的输入图片进行q次分形矩阵迭代，并在每次分形矩阵迭代之前先进行p次云模型元胞自动机演化，生成大量既有整体分形效果，又具有细节不确定性的艺术图案。本发明专利技术将云模型元胞自动机与分形矩阵方法相结合，在图案生成过程同时考虑到模糊性和随机性，从而使生成的艺术图案整体上是分形的，细节上又有不确定的差异，给人以新的视觉感受，这种细节的差异性能够满足人们对美的个性需求。

Method of generating artistic patterns based on Fractal cloud model and cellular automata

An art pattern generation method based on Fractal cloud model and cellular automata is used to generate both the whole fractal effect and the detail uncertainty art pattern. The technical scheme is that the method of Q fractal matrix iteration of the input picture after the initialization process, and before each iteration of the fractal matrix evolution P cloud model cellular automaton, generating a large number of both the overall effect and has the fractal art pattern, details of uncertainty. The invention combines the cloud cellular automaton model and fractal matrix method in pattern generation process and considering the fuzziness and randomness, so that the art of pattern generation on the whole is fractal, details and differences of uncertainty, in order to give people a new visual experience, this difference can meet details people of the United States the individual needs.

【技术实现步骤摘要】
基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法
本专利技术涉及一种可以生成既有整体分形效果、又具有细节不确定性艺术图案的方法，属于数据处理

技术介绍
艺术图案设计是一种以平面装饰为目的的造型活动，利用分形进行艺术图案设计已有很大进展，分形艺术图案作为一种艺术形式受到了人们的喜爱。应用计算机进行分形艺术图案设计在很大程度上取决于图案生成算法，这些算法都建立在对构图原理与创作思维的综合利用基础上。目前基本的分形艺术图案生成算法主要包括两类：一类是采用函数迭代和基于集合过程的重复应用算法；另一类则是采用传统与分形相结合的算法构图技术,如整体分形构图和规则骨架构图方法。其中整体分形构图是按照某种算法模型对图案的幅面进行整体分形构造，以产生具有无穷自相似特征的画面，分形矩阵就是一种典型的整体分形构图方法,其作为一种简单的图案生成算法采用矩阵迭代的方法能够得到清新漂亮的分形图案。但这种方法过于依赖生成矩阵，所以采用相同的生成矩阵得到的艺术图案较为类似，很难满足实际需要；另外模糊元胞自动机也被应用于艺术图案生成领域，它的动力学行为使其能产生各种复杂、漂亮的艺术图案，其通过模糊规则的约束避免了元胞自动机在生成图案过程中的不可预知性，使得元胞自动机向理想图案的方向进行演化。所述方法的缺点是只有在初始图案为分形图案时才能产生具有无穷自相似特征的分形图案，这限制了其应用范围；本专利技术人曾提出一种分形模糊元胞自动机艺术图案生成方法，所述方法将分形矩阵和模糊元胞自动机方法相结合，在分形矩阵每次迭代前采用模糊元胞自动机进行若干次演化，从而使所述方法兼有前面两种方法的特点，能够生成复杂、漂亮和分形的艺术图案。但是,由于所述方法只考虑到元胞自动机演化的模糊性而未考虑随机性，使每次演化产生的图案是确定的、完全对称的和完形的。目前一种新的艺术图案设计思路是“整体分形但细节上不完全对称或不确定的图案往往会给人们以新的视觉感受”，鉴于分形模糊元胞自动机图案生成方法的特点，其无法生成这种既有整体分形效果又具有细节不确定性的艺术图案，所以很难满足该设计思路下的艺术图案生成需要，也就限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，以生成既有整体分形效果，又具有细节不确定性艺术图案。本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的：一种基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，所述方法对初始化处理后的输入图片进行q次分形矩阵迭代，并在每次分形矩阵迭代之前先进行p次云模型元胞自动机演化，生成大量既有整体分形效果，又具有细节不确定性的艺术图案，所述方法包括以下步骤：a.初始化处理：对输入图片进行预处理，将图片转换为灰度图并将所得图案的灰度值矩阵作为元胞的初始状态矩阵，然后设定云模型元胞自动机演化次数p和分形矩阵迭代次数q；b.采用选定的云推理规则对图案灰度值矩阵进行云推理；c.根据云推理结果对图案灰度值矩阵进行反云化处理；d.根据反云化处理结果，对图案灰度值矩阵进行元胞自动机演化：将每个元胞的云推理结果E(y1)与当前时刻该元胞状态值相加得到下一时刻的状态值，从而生成下一时刻的灰度值矩阵；e.由用户判断演化结果是否符合其要求，若符合要求将其存入艺术图案库；f.判断演化次数是否达到p次，若否转入步骤b，若是转入步骤g；g.将步骤f获得的图案灰度值矩阵作为生成矩阵，进行分形矩阵迭代：令矩阵A作为迭代变换的生成矩阵，分别用A的每一个元素aij(1≤i≤m，1≤j≤n)加上或乘以矩阵A的每一个元素所得的矩阵，去置换元素aij本身，产生矩阵A＇，其中m与n分别表示矩阵的行数和列数或h.判断迭代次数是否达到q次，若否转入步骤b并将A＇作为新的图案灰度值矩阵，若是则结束。上述基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，在对图片进行云模型元胞自动机演化时采用正态云对变量进行云化。本专利技术将云模型元胞自动机与分形矩阵方法相结合，在图案生成过程同时考虑到模糊性和随机性，从而使生成的艺术图案整体上是分形的，细节上又有不确定的差异，给人以新的视觉感受，这种细节的差异性能够满足人们对美的个性需求。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术技术方案的流程图；图2是艺术图案生成的云推理器；图3是(He＝En/400)3次迭代后1次演化艺术图案生成结果；图4是(He＝En/400)3次迭代后3次演化艺术图案生成结果；图5是(H＝En/400)3次迭代后9次演化艺术图案生成结果；图6是(He＝En/200)3次迭代后1次演化艺术图案生成结果；图7是(He＝En/200)3次迭代后3次演化艺术图案生成结果；图8是(H＝En/200)3次迭代后9次演化艺术图案生成结果；图9是(He＝0)3次迭代后1次演化艺术图案生成结果；图10是(He＝0)3次迭代后3次演化艺术图案生成结果；图11是(He＝0)3次迭代后9次演化艺术图案生成结果。文中所用符号清单为：p为云模型元胞自动机演化次数，q为分形矩阵迭代次数，x1和x2为两个输入变量，y1为输出变量，aij为矩阵A的元素，μ表示隶属度值，CGAij和CGBk为云发生器，MP为乘法器,RS为规则选择器。具体实施方式步骤a是预处理步骤，对输入图片进行预处理，将图片转换为灰度图并获得图案的灰度值矩阵作为元胞的初始状态矩阵，然后确定相关参数，如元胞自动机演化次数p和分形矩阵迭代次数q等。步骤b、c、d均属于云模型元胞自动机演化的步骤。这里引入云模型元胞自动机演化的目的在于采用云模型推理模拟人脑决策获得理想的具有细节不确定性的复杂、漂亮和分形的图案。步骤b、c共同构成了一个完整的云推理器，对每一个元胞进行云推理，如图2所示，该多条件多规则推理器前件数为2、规则数为9，具体实施办法如下：1)输入向量云化。图2左边部分是输入向量云化过程，本专利技术方法中包括两个输入变量：中心元胞的灰度值x1和邻域元胞平均灰度值x2，每个输入变量对应三种定性概念(语言值)：A1＝{灰度水平低}，A2＝{灰度水平中等}，A3＝{灰度水平高}，两个输入变量组成了输入向量X。对于输入向量的云化通过二维X条件云发生器来实现，二维X条件云发生器由一维X条件云发生器扩展而来。对于不同的系统，云的形状可能是不同的，鉴于正态云的普适性，本专利技术采用正态云对变量进行云化。输入向量共对应9种定型概念(语言值)：{x1语言值为A1，x2语言值为A1}，{x1语言值为A2，x2语言值为A1}，{x1语言值为A3，x2语言值为A1}，{x1语言值为A1，x2语言值为A2}，{x1语言值为A2，x2语言值为A2}，{x1语言值为A3，x2语言值为A2}，{x1语言值为A1，x2语言值为A3}，{x1语言值为A2，x2语言值为A3}，{x1语言值为A3，x2语言值为A3}，每个语言值对应一个二维X条件云发生器，每个二维X条件云发生器由两个一维X条件云发生器CGAij和1个乘法器MP构成，其中当i＝1、2、3时分别表示输入变量语言值为A1、A2和A3，当j＝1、2时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，其特征是，所述方法对初始化处理后的输入图片进行q次分形矩阵迭代，并在每次分形矩阵迭代之前先进行p次云模型元胞自动机演化，生成大量既有整体分形效果，又具有细节不确定性的艺术图案，所述方法包括以下步骤：a.初始化处理：对输入图片进行预处理，将图片转换为灰度图并将所得图案的灰度值矩阵作为元胞的初始状态矩阵，然后设定云模型元胞自动机演化次数p和分形矩阵迭代次数q；b.采用选定的云推理规则对图案灰度值矩阵进行云推理；c.根据云推理结果对图案灰度值矩阵进行反云化处理；d.根据反云化处理结果，对图案灰度值矩阵进行元胞自动机演化：将每个元胞的云推理结果E(y

【技术特征摘要】
1.一种基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法，其特征是，所述方法对初始化处理后的输入图片进行q次分形矩阵迭代，并在每次分形矩阵迭代之前先进行p次云模型元胞自动机演化，生成大量既有整体分形效果，又具有细节不确定性的艺术图案，所述方法包括以下步骤：a.初始化处理：对输入图片进行预处理，将图片转换为灰度图并将所得图案的灰度值矩阵作为元胞的初始状态矩阵，然后设定云模型元胞自动机演化次数p和分形矩阵迭代次数q；b.采用选定的云推理规则对图案灰度值矩阵进行云推理；c.根据云推理结果对图案灰度值矩阵进行反云化处理；d.根据反云化处理结果，对图案灰度值矩阵进行元胞自动机演化：将每个元胞的云推理结果E(y1)与当前时刻该元胞状态值相加得到下一时刻的状态值，从而生成下一时刻的灰度值矩阵；e.由用户判断演化结果是否符合其要求，若符合要求将其存入艺术图案库；f.判断演化次数是否达到p次，若否转入步骤b，若是转入步骤g；g.将步骤f获得的图案灰度值矩阵作为生成矩阵，进行分形矩阵迭代：令矩阵A作为迭代变换的生成矩阵，分别用A的每一个元素aij(1≤i≤m，1≤j≤n)加上或乘以矩阵A的每一个元素所得的矩阵，去置换元素aij本身，产生矩阵A＇或h.判断迭代次数是否达到q次，若否转入步骤b并将A＇作为新的图案灰度值矩阵，若是则结束；步骤b中输入向量云化的具体步骤如下：输入向量云化包括两个输入变量：中心元胞的灰度值x1和邻域元胞平均灰度值x2，每个输入变量对应三种定型概念：A1＝{灰度水平低}，A2＝{灰度水平中等}，A3＝{灰度水平高}，两个输入变量组成了输入向量X；对于输入向量的云化通过二维X条件云发生器来实现，二维X条件云发生器由一维X条件云发生器扩展而来；对于不同的系统，云的形状可能是不同的，鉴于正态云的普适性，采用正态云对变量进行云化；输入向量共对应9种定型概念：{x1语言值为A1，x2语言值为A1}，{x1语言值为A2，x2语言值为A1}，{x1语言值为A3，x2语言值为A1}，{x1语言值为A1，x2语言值为A2}，{x1语言值为A2，x2语言值为A2}，{x1语言值为A3，x2语言值为A2}，{x1语言值为A1，x2语言值为A3}，{x1语言值为A2，x2语言值为A3}，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张珂，赵伟，孙娜，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13