CN104794202B - 一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法。本发明方法是通过研究文物本体知识表达规范和文物在设计学上的知识表达规范，进而建立面向创意设计的文物知识表达规范，然后在此基础上构建面向创意设计的文物知识库系统。本发明涉及的关键技术包括：面向创意设计的文物知识标引技术、面向创意设计的文物本体知识构建技术、基于关联规则的推理规则获取技术和文物相似性分析技术，这些技术保证了面向创意设计的文物知识库系统具有更高的准确率和更广的适用性。

Description

一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法

技术领域

本发明涉及利用文物知识进行文化创意设计的领域，特别是涉及一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法。

背景技术

文物是人类宝贵的历史文化遗产，是中华民族智慧和文明的象征，其中包含的历史、艺术和文化等要素既是文化创意设计的源泉，也是当代设计的重要组成部分。如今，越来越多的设计师将文物元素运用在了设计作品中，以便达到产品的差异化，为设计界的时尚风格注入新鲜的血液。随着设计师对于文物资源需求的递增，世界各国相继启动了面向创意产业的文物相关项目，帮助文物走出博物馆，使得文物不再仅仅是被保护和修复，而是融入到文化创意产业中。例如，英法等国的博物馆、图书馆、高校等研究机构正在围绕数字化的文化遗产信息，研究个性化和带入式的数字文化体验技术，建立开放式、可扩展的文化遗产信息服务平台，从而为文化创意产业界提供有效的文化遗产数字化信息及工具。

传统的文化创意设计重点在于研究多样化的文化创意设计方法和程序化的设计过程，从文物元素的提取到设计应用，整个过程都依赖于设计师自身的经验能力与部分理论方法的指导。随着科技的发展和社会的变迁，文化创意产业对于历史文物的借鉴需求迅猛增长，仅靠设计师的个人能力进行文化创意设计已不能满足日益丰富的设计需求。因此，亟需将各学科知识与技术进行交叉融合，紧密联系文博专家、计算机人员和设计师等专门领域的人才，借助信息化手段，对文物资源进行系统搜集和加工整理，最终建立一个为创意设计服务的文物知识系统，从而为文化创意产业界提供强有力的理论体系和支撑服务，为消费者创造出更多更有创新性的文化产品。

但是，目前对于文物知识的研究多半停留在文博领域，面向创意设计的文物资源的发掘和利用却显得十分不足。文物在造型、结构、图饰等方面所蕴含的文化因子、艺术(审美)因子、历史因子未被系统挖掘和整理，使得文物只能深藏于博物馆之内，而无法飞入寻常百姓家。从而导致设计人员在进行文化产品创意设计时往往会将文物资源进行误读和误用。

为解决上述问题，本研究从创意设计的角度出发，建立了面向创意设计的文物知识表达规范，结合文物知识标引、分析等关键技术，构建了一个面向创意设计的文物知识库系统。在该系统中，每一件文物都存储了两个方面的知识，包括：文物的本体知识和文物在设计学上的知识。这样，设计师既能获得文物的准确知识，又能满足设计需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法。

本发明采用的技术方案其步骤如下：

1.一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法，其特征在于：

1)构建面向创意设计的文物知识表达规范；

第一步，制定文物自身知识的分类框架，文物本体知识的分类框架包含四类信息：文物类别、类型信息、文物基本信息和文物解读信息，其中文物基本信息包括名称、创作年代、级别、创作者、度量、出土时间、出土地点、现藏地点、展览历史、产地；

第二步，制定文物设计知识的分类框架，文物设计知识的分类框架包含四类信息：造型要素、功能要素、技术要素和文化要素；

第三步，结合第一步和第二步的分类结果，建立面向创意设计的文物知识表达规范，将面向创意设计的文物知识分为文物自身属性知识和文物设计属性知识两大类，其中，文物自身属性知识包括：类型信息、名称、创作年代、级别、创作者、度量、出土时间、出土地点、现藏地点、展览历史、产地；文物设计属性知识包括：文物的造型要素、功能要素、技术要素和文化要素；

2)构建面向创意设计的文物知识本体

使用“迭代式七步法”构建面向创意设计的文物本体知识库；

3)对面向创意设计的文物知识进行标引，实现三个方面的标引：

(1)文物自身属性知识标引；

(2)文物设计属性知识标引；

(3)面向设计师用户的自主标引；

4)进行文物相似性分析技术的研究：

第一步，获取文物单个属性的关键词；

第二步，计算不同文物这些关键词之间的余弦距离，来获得不同文物的单个属性之间的相似度；

第三步，给文物的属性赋予权重值，计算属性的加权和，来求出两个文物之间的相似度；

第四步，设定文物相似度判定的阈值t，如果文物之间的相似度大于t的话，说明这两个文物相似，否则这两个文物不相似。

5)进行基于关联规则的推理规则获取技术的研究：

第一步，提取纹饰、寓意属性描述中属性关键词

利用分词方法和权重计算方法，提取纹饰、寓意属性描述中属性关键词，组成数据项；

第二步，以这些数据项作为输入，利用FP-growth进行关联规则挖掘，获取纹饰和寓意之间的关联关系，完成面向创意设计的文物知识库系统构建。

2.根据权利要求1所述的文物知识库系统构建的方法，其特征在于：所述的“迭代式七步法”的本体构建方法的构建步骤为：

步骤1：明确本体的专业领域和应用范畴，编写面向创意设计的文物本体设计文档，文物本体设计文档中包括与设计相关的概念术语；

步骤2：调研是否可重用已有本体，

步骤3：列举出文物领域和设计领域范围内的术语和概念，

步骤4：定义本体类及类的层次，

步骤5：定义类的属性及属性的值，完成初步构建

在文物本体中，属性包含三个部分：1)属性的定义域：指属性的描述对象，又称为属性的主体；2)属性的名称：属性的名称；3)属性的值域：指描述某个对象的值，又称为属性的客体，属性的定义域是本体中的概念，属性的值域可以是本体中的概念，也可以是类类型，

步骤6：本体评测

在初步构建完成后，检查是否满足面向创意设计的需求，如果不满足，需要返回步骤3进行纠正、完善和扩展，

步骤7：本体实例化，完成本体构建。本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：

提出了新的适用于创意设计领域的文物知识表达规范，同时结合面向创意设计领域的文物知识本体构建技术、文物相似性分析技术、基于关联规则的推理规则获取技术、文物知识标引技术等计算机关键技术，建立了面向创意设计的文物知识库系统，该系统的构建可以有效地整合资源并对其进行有效的利用，建立对文物资源的知识架构，为创意设计师提供了准确而丰富的文物知识。同时，形成以文物知识素材服务和应用为核心的文化创意产业链，提升文化与相关产业的创意能力，为“中国制造”走向“中国创造”提供创意与设计源泉。

附图说明

图1是本发明的系统框架图。

具体实施方式

本发明提出的面向创意设计的文物知识库系统构建方法如图1所示，本系统采用由下而上的顺序进行设计，具体说明如下：

1)构建面向创意设计的文物知识体系和表达规范；

a)制定文物本体知识的分类框架，文物本体知识的表达形式研究：文物知识的表达离不开文物专家的分析与解读。本研究通过文献调研和专家咨询，从文物专家的角度研究了文物本体知识的表达形式，建立了文物本体知识分析的分层组织框架，主要包含了四类文物知识：文物类别、类型信息、文物基本信息和文物解读信息。该框架结构化地描述了文物信息资源，可以较为全面地展示文物知识。

b)制定文物设计知识的分类框架：从设计学角度出发，结合文物自身的产品属性特点，研究了文物在设计学上的知识分类框架，文物设计知识的分类框架包含四类信息：造型要素、功能要素、技术要素和文化要素；

c)建立面向创意设计的文物知识表达规范：根据上述对于文物本体知识的表达形式研究成果和文物在设计学上的知识表达形式研究成果，初步制定了面向创意设计的文物知识表达规范框架，然后，选择了国宝级文物进行了填写、验证、修改等工作，最终确定了框架。该框架将文物知识分为文物自身属性知识和文物设计属性知识两大类：其中，文物自身属性知识从文博知识的角度切入，以文物本体知识为基础，包括：类型、名称、创作年代、级别、创作者、度量、出土时间、出土地点、现藏地点、展览历史、产地；文物设计属性知识从设计知识的角度切入，针对创意设计产业的特点，研究了文物在造型、结构、图饰等方面所蕴含的历史、艺术和文化等与创意设计相关的文物知识体系与获取方法，以文物设计知识为基础，同时与文物本体知识相结合，包括文物的造型要素、功能要素、技术要素和文化要素。

2)进行文物知识标引技术研究：本研究针对文物资源在造型、功能、技术、文化方面的属性，对文物进行属性标引，包括对文物基本信息和文物解读信息的标引。例如，对一件青花瓷器的标引，既标引它的创作年代、级别、创作者、度量、出土地点等属性，同时也对其造型、纹饰、结构、历史信息等进行标引。此外，还可以建立用户的偏好知识，比如用户对于该件瓷器有自己的认知，则可以为其提供标引接口。通过对文物资源进行知识高效标引，形成文物知识的组织关联，可以为文物素材智能检索中的推理机提供基础领域知识，同时，帮助设计师高效地搜索到所需要的文物。主要实现三个方面的标引：

a)文物自身属性知识标引：多为结构化的关键词，因此只需要进行标引词的规范化处理即可，并建立多义词、同义词的映射关系，实现属性自身的标引；

b)文物设计属性知识标引：对造型因子、功能因子、技术因子和文化因子进行标引，采用基于规则推理引擎来完成词汇标引，比如根据规则“如果文物A的纹饰有宝相花纹，那么A是吉祥的”，可以对文物A添加“吉祥的”标引；

c)面向设计师用户的自主标引：建立用户的偏好知识，提供面向用户的标引接口，使得用户根据自己的习惯对知识库中的文物进行标引和组织。用户既可以选择课题提供的标准词库中的词汇，也可以手动输入词汇进行标引，当词汇大于某个阈值标引词汇，即可将其添加到系统标引中。

3)构建面向创意设计的文物本体知识：

提出面向创意设计的文物本体知识构建的新七步法——“迭代式七步法”的本体构建方法，并基于此方法来构建面向创意设计的文物本体知识库，构建步骤为：

步骤1：明确本体的专业领域和应用范畴，编写面向创意设计的文物本体设计文档，旨在确定一个文物本体的设计方案。由于本文构建的文物本体是面向创意设计的本体知识库，因此需要将文物中与设计相关的概念术语加入本体构建中去。

步骤2：调研是否可重用已有本体。目前尚未发现与面向创意设计的文物知识领域相似、可以重用的本体。

步骤3：列举领域本体中的重要术语或概念。该步骤需要构建者根据搜集的资料，尽可能多的列举出文物领域和设计领域范围内的术语和概念。由于文物本身的复杂性和创意设计领域的丰富多变性，需要借助文物专家和文化创意设计师的力量采用人工枚举的方法完成。

步骤4：定义本体类及类的层次。下面用石玉类的例子简要地描述和图解定义类和类的层次。其中，石玉类是一般顶层概念，以质地为分类指标；顶层概念以社会生活属性为分类指标；中层概念是顶层概念各项内容的具体化，以用途作为分类指标；底层概念为藏品的主题词。

步骤5：定义类的属性及属性的值。在文物本体中，属性包含三个部分：1)属性的定义域：指属性的描述对象，又称为属性的主体；2)属性的名称：属性的名称；3)属性的值域：指描述某个对象的值，又称为属性的客体。属性的定义域是本体中的概念，属性的值域可以是本体中的概念，也可以是类类型，如文物领域本体中的年代属性，值域便是朝代类中某个子类。

步骤6：本体评测。在初步构建完成后，需要在领域专家的帮助下对其进行评测，检查是否满足需求。如果不满足，需要返回步骤3进行纠正、完善和扩展。

步骤7：本体实例化，完成本体构建。

4)进行文物相似性分析技术的研究：本文采用余弦相似性度量方法，度量文物之间的相似度，具体步骤为：

步骤1：获取文物属性的关键词；

a)通过自然语言处理，对文物属性的自然性描述语言进行分词，本方案综合考虑了各种分词工具的效率和结果之后，选用apache的开源分词工具lkanalyzer进行分词。

b)对分词的结果，采用停用词词典进行过滤，去掉常见的词语

c)计算分词的词频

d)计算逆文档率

e)计算TF-IDF

TF-IDF＝词频(TF)*逆文档率(IDF)

f)将每个分词的TF-IDF按照大小进行排序，取出前5个分词，作为该属性的关键词

步骤2：计算这些关键词之间的余弦距离，来获得文物的单个属性之间的相似度

通过夹角的大小，来判断向量的相似程度。夹角越小，就代表越相似。基于此，我们采用余弦定理，来计算两个向量之间的相似度：

(A和B分别是两个文物同一属性的词向量)

步骤3：给文物的某些属性赋予一定的权重，计算这些属性的加权和，来求出两个文物之间的相似度；

对文物的每一个属性，给它赋予一个权重，文物的相似度大小为属性的加权和：

步骤4：给定文物相似度判定的阈值t，如果文物之间的相似度大于t的话，说明这两个文物相似，否则这两个文物不相似。

5)进行基于关联规则的推理规则获取技术的研究：关联规则是数据挖掘中的一个重要课题，用于从大量数据中挖掘出有价值的数据项关系。本课题通过对文物数据的关联规则挖掘，分析了之间的统计相关性，得到了纹饰与寓意之间的关系表。根据此表，系统可以根据设计师用户需要的文化寓意为其推荐若干可供选择的纹饰方案，从而提高了设计效率。实施步骤为：

步骤1：对纹饰、寓意属性描述中属性关键词的提取，与文物本身属性标引类似，利用分词和权重计算方法，提取关键词，组成一个个数据项，如{松树纹，长寿}，{宝相花纹，吉祥}等等；

步骤2：以这些数据项作为输入，利用FP-growth进行关联规则挖掘，获取纹饰和寓意之间的关联关系。

Claims (1)

1.一种面向创意设计的文物知识库系统构建的方法，其特征在于：

1）构建面向创意设计的文物知识表达规范；

第一步，制定文物自身知识的分类框架，文物本体知识的分类框架包含四类信息：文物类别、类型信息、文物基本信息和文物解读信息，其中文物基本信息包括名称、创作年代、级别、创作者、度量、出土时间、出土地点、现藏地点、展览历史、产地；

第二步，制定文物设计知识的分类框架，文物设计知识的分类框架包含四类信息：造型要素、功能要素、技术要素和文化要素；

第三步，结合第一步和第二步的分类结果，建立面向创意设计的文物知识表达规范，将面向创意设计的文物知识分为文物自身属性知识和文物设计属性知识两大类，其中，文物自身属性知识包括：类型信息、名称、创作年代、级别、创作者、度量、出土时间、出土地点、现藏地点、展览历史、产地；文物设计属性知识包括：文物的造型要素、功能要素、技术要素和文化要素；

2）构建面向创意设计的文物知识本体

使用“迭代式七步法”构建面向创意设计的文物本体知识库；

所述的 “迭代式七步法”的本体构建方法的构建步骤为：

步骤1：明确本体的专业领域和应用范畴，编写面向创意设计的文物本体设计文档，文物本体设计文档中包括与设计相关的概念术语；

步骤2：调研是否可重用已有本体，

步骤3：列举出文物领域和设计领域范围内的术语和概念，

步骤4：定义本体类及类的层次，

步骤5：定义类的属性及属性的值，完成初步构建

在文物本体中，属性包含三个部分：1）属性的定义域：指属性的描述对象，又称为属性的主体；2）属性的名称：属性的名称；3）属性的值域：指描述某个对象的值，又称为属性的客体，属性的定义域是本体中的概念，属性的值域可以是本体中的概念，也可以是类类型，

步骤6：本体评测

在初步构建完成后，检查是否满足面向创意设计的需求，如果不满足，需要返回步骤3进行纠正、完善和扩展，

步骤7：本体实例化，完成本体构建；

3）对面向创意设计的文物知识进行标引，实现三个方面的标引：

（1）文物自身属性知识标引；

（2）文物设计属性知识标引；

（3）面向设计师用户的自主标引；

4）进行文物相似性分析技术的研究：

第一步，获取文物单个属性的关键词；

第二步，计算不同文物这些关键词之间的余弦距离，获得不同文物的单个属性之间的相似度；

第三步，给文物的属性赋予权重值，计算属性的加权和，求出两个文物之间的相似度；

第四步，设定文物相似度判定的阈值t，如果文物之间的相似度大于t的话，说明这两个文物相似，否则这两个文物不相似；

5）进行基于关联规则的推理规则获取技术的研究：

第一步，提取纹饰、寓意属性描述中属性关键词

利用分词方法和权重计算方法，提取纹饰、寓意属性描述中属性关键词，组成数据项；

第二步，以这些数据项作为输入，利用FP-growth进行关联规则挖掘，获取纹饰和寓意之间的关联关系，完成面向创意设计的文物知识库系统构建。