[发明专利]基于分形云模型元胞自动机的艺术图案生成方法

摘要

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。

主权项

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a_ij(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a_ij本身，产生矩阵A＇$A^{\′}=A\⊕A=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{11}+A& \mathrm{...}& a_{1n}+A\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ a_{m1}+A& \mathrm{...}& a_{mn}+A\end{array}\right],$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}，{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CG_Aij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时分别表示不同的输入变量x1和x2；输入向量的第一个语言值{x1语言值为A₁，x2语言值为A₁}对应的二维X条件云发生器由2个一维X条件云发生器CG_A11和CG_A12以及1个乘法器MP构成，CG_A11表示输入变量x1第1个语言值对应的一维X条件云发生器，CG_A12表示输入变量x2第1个语言值对应的一维X条件云发生器，μ₁₁和μ₁₂分别为CG_A11和CG_A12的输出隶属度，μ₁₁和μ₁₂通过乘法器MP得到μ₁＝μ₁₁×μ₁₂，μ₁表示满足输入向量第一个语言值的隶属度，其它8个输入向量语言值隶属度μ₂，…，μ₉的计算过程与μ₁的计算过程类似，只是采用的一维X条件云发生器不同；步骤b中的云推理规则为：所述推理具有一个输出变量y₁，包括4种定型概念：B₁＝{小步退化}，B₂＝{大步退化}，B₃＝{小步进化}，B₄＝{大步进化}，分别用于表示元胞的进化与退化的程度；对任意当前时刻元胞进行推理时均要求符合以下云推理规则；其中，规则数为9，分别对应输入向量的9种语言值；输入向量云化得到的隶属度μ_m(m＝1,2,…,9)，分别表示第m条定型规则的激活程度，规则选择器RS从中选择最大的隶属度μ_max，即μ_max对应的定型规则被选中，根据云推理规则表选择对应的输出语言值作为推理结果；所述步骤c中，根据云推理结果对图案灰度值矩阵进行反云化处理；将μ_max值带入相应输出语言值的一维Y条件云发生器CG_Bk(k＝1,2,3,4)中，产生一个云滴Drop(y₁,μ_max)，多次重复该过程，云推理器产生的是由大量云滴组成的云团，计算y₁的均值E(y₁)作为结果输出；其中，CG_Bk(k＝1,2,3,4)分别表示输出变量4个语言值对应的一维Y条件云发生器；所述步骤d中的元胞自动机演化步骤是：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；所述步骤e中查看演化结果图案是否满足用户要求，若满足将其存入艺术图案库中，并继续进行下一步，若不满足直接进入下一步；所述步骤g中将步骤f的演化结果作为生成矩阵进行分形矩阵迭代，获得具有无限自相似性的分形图案。