計算機生成西盟型銅鼓鼓面紋樣初探

郭健鳴

摘要：銅鼓是我國西南和東南亞地區廣泛分布的民族文化瑰寶，其鼓面紋飾美觀具有規律，本文使用創新的新媒體技術生成銅鼓鼓面紋飾，主要貢獻包括：（1）提出一種使用新媒體技術研究民族圖案的可行方法;（2）提出了一種鼓面紋飾數據描述框架;（3）開發了一種鼓面紋飾圖樣生成算法，實現了自動隨機生成西盟型銅鼓鼓面紋飾圖樣，節省大量圖案繪制時間。

1簡介

銅鼓是我國西南地區乃至整個東南亞地區廣泛分布的重要民族文化符號，其形制大小不一，重量不盡相同。銅鼓表面紋樣具有迷人的魅力，是地緣文化重要的組成部分，在解讀銅鼓紋樣過程中，許多人文知識被挖掘出來。絕大多數銅鼓鼓面和鼓身都有裝飾圖案紋樣，鼓面為重點裝飾部分。紋樣多以淺浮雕呈現，如鼓面具有太陽紋、云紋、乳釘紋、櫛紋、游旗紋等民族傳統紋樣。鼓面紋樣整體很有規律，一般為中心太陽紋，其它紋樣圍繞中心成同心圓分布在整個鼓面，一些花紋呈現二方連續形式層層排列。這種極富規律的紋樣可以為現代設計提供豐富的創作靈感，帶有這種紋樣元素的工藝品、服裝等文創商品具有極高的經濟價值。

在以往的銅鼓紋樣研究中，多數方向是社會科學、歷史、考古等領域，這些方向的研究成果還鮮有應用，而在新媒體技術環境下紋樣的生成方面還未曾有相關研究。本文將計算機圖像生成技術與銅鼓鼓面紋樣結合起來，專門研究利用自行開發的計算機程序生成銅鼓鼓面紋樣，初步取得一定成果。使用本文方法，可以使運用銅鼓紋樣靈感的數字設計過程提高效率，為建立從傳統費時的手工繪制過渡到新媒體技術時代新的制作方法過程中邁出堅實一步。

2相關工作

早在我國南朝劉宋時的《后漢書馬援傳》中就有銅鼓的描述，直到清代乾隆十四年1749年才有梁詩正、蔣博編撰的《西清古鑒》對銅鼓進行了簡單分類并收錄了一定的圖像、紋樣資料。現代銅鼓科學研究的代表是20世紀初奧地利學者弗朗茨黑格爾所著的《東南亞古代金屬鼓》一書，他將當時面世的165面銅鼓按照形制、花紋分為四個基本型和3個過渡型，所做的開創性研究奠定了此后一個世紀銅鼓研究的基礎。我國的現代銅鼓研究自民國時期開始到目前已有相當積累，1980年在廣西南寧召開的古代銅鼓研究會上我國學者確定8個銅鼓標準分類分別是萬家壩型、石寨山型、冷水沖型、遵義型、麻江型、北流型、靈山型、西盟型銅鼓。

關于現存銅鼓紋飾的相關研究很多，經過總結，大多數傳統銅鼓紋飾遵從特定形制，太陽紋是銅鼓鼓面中心裝飾，它是最早出現于銅鼓的上的裝飾紋樣，其它裝飾都是圍繞太陽產生。在不同類型銅鼓上太陽紋存在演變，但通常可以見到光體、光芒、光環和暈圈。除太陽紋外，鼓面裝飾中還存在云雷紋密布在太陽紋周圍，晚期的一些麻江型銅鼓還存在游旗紋、符篆紋，具有特定宗教意義。鼓面中心外側區域的中央附近還會出現翔鷺紋構成暈圈是各型銅鼓鼓面常見的花紋。西盟型存在花朵紋、小鳥紋、魚紋等。現存銅鼓文物中不同時期和類型的銅鼓鼓面紋飾暈圈裝飾風格存在變化，但往往有共用元素。紋飾結合外形的變化反映了不同時代地區和民族的審美和原始宗教信仰。由晚期銅鼓鼓面紋飾中出現的文字銘文和龍紋，可以看出隨著生產力的發展，勞動人民在銅鼓紋樣設計上一直進行變化和創新。有關銅鼓紋飾素材，20世紀70 80年代廣西進行的銅鼓調查活動內部資料中收錄了大量紋飾油印圖片，現已作為出版物公開發行，廣西民族大學的李富強教授主編的《中國東南亞銅鼓老撾卷》收錄了大量老撾出土的銅鼓高質量紋樣照片。

由于銅鼓類型眾多，表面紋飾元素龐雜，還未有成熟的紋飾數據庫支撐，本文選擇探索西盟型銅鼓鼓面紋樣的生成，以求減少需要紋飾元素數量和形制類型，使生成的鼓面紋樣更具實際意義。我國的西盟型屬于黑格爾Ⅲ型銅鼓，不但在我國境內有分布還大量出現在東南亞地區，西盟型鼓面花紋暈圈相對其它型更多，花紋元素更小，重復數量更多，二方連續少，適合使用計算機生成。西盟型銅鼓紋飾元素類型明晰，配合隨機生成算法時可以產生許多變化。

在紋樣圖形計算機生成技術方面存在一些相關研究，計算機圖像領域一直專注于三維、圖像視頻處理等方向，專門的民族紋樣生成研究很少見到。在1975年Siggraph會議論文中Howard Alexander使用Fortran語言給出了1個簡單符號的17種計算機生成的紋樣。1998年華盛頓大學的Michael Wong等給出了較復雜的花卉紋樣裝飾的計算機生成算法，實現了紋樣生長過程。2000年華盛頓大學的Craig Kaplan使用簡單的幾何原理實現了伊斯蘭星圖案的計算機生成算法[8]，是民族藝術與計算機圖形學結合的實例。這三種方法主要適用生成矩形延展的圖案，而銅鼓紋飾屬于整體圓形紋飾，需要使用不同的生成方法。2008年Katayoon Etemad等人實現了波斯圓形花卉紋樣的生成和動畫化，解決了弧形紋樣的生成問題。在紋樣應用方面2016年Joe Takayama實現將計算機生成的西方建筑上的獎章（medallion）紋飾通過置換貼圖轉化為三維模型，進而使用3D打印技術生產出來，用計算機完成了精湛的工藝美術作品。這些方法為解決紋樣生成和應用問題提供了寶貴材料和線索，但都不能直接用于銅鼓紋樣，各民族紋樣區別較大，有必要研發出專門的銅鼓紋樣形制的生成方法。本文結合銅鼓紋樣研究，使用創新的紋樣生成算法和Processing語言實現，隨機生成西盟型銅鼓鼓面紋飾。

3實現過程

3.1研究框架

本文按照如下框架進行紋飾生成研究，以第三步數據描述和第四步紋飾生成算法為核心，完成了一套初步可行的紋飾自動化生成系統。本研究主要考慮包括紋飾元素制作，紋飾數據描述，暈圈布局方式和紋飾隨機性問題。

3.2制作重復紋飾元素

傳統圖鑒的紋飾素材大多為簡單描畫、拓片或照片，并不適合直接作為紋飾組合元素，生成任意大小的鼓面紋飾。有必要將各種紋飾元素轉化為矢量格式。SVG是當前互聯網主流的矢量格式，受到Processing，大多數瀏覽器，甚至三維制作軟件支持，既可以存儲靜態，也可以存儲動畫。本文準備了一定數量的西盟型銅鼓鼓面紋飾經常出現的復雜元素，在矢量制作軟件參考拓片和照片進行描線，將紋飾元素存儲為合理命名的SVG格式文件。而對于簡單紋飾元素，如三角形、圓形、矩形紋飾，和西盟型銅鼓暈圈大環形元素，本文未使用外部文件，而是使用簡短的代碼代替。

3.3鼓面紋飾數據描述

鼓面紋飾存在大量參數，例如太陽紋的芒數、半徑，太陽紋尖齒多邊形內外徑，暈圈數量，暈圈上各個元素的數量和位置，鼓面半徑等等。如此眾多的參數設定需要一種詳細、精確地描述。以往銅鼓研究中，大多使用銅鼓編號配合簡短文字進行記錄，這些自然語言描述雖不如照片精確，但提供了一定的數據基礎，縮減了識圖時間。通過統計《中國古代銅鼓實測記錄資料匯編》和《中國東南亞銅鼓老撾卷》中西盟型銅鼓鼓面上有關太陽紋芒數、暈圈數量、紋飾類型數據，紋飾生成算法可以找到參數依據。本文創造一種JSON格式的數據框架作為紋飾生成算法參數。它配合SVG格式元素文件，可以初步地不依靠照片描述鼓面紋飾，很好地解決了參數量大而繁雜，精確度要求的問題。隨著銅鼓和計算機領域交叉研究的不斷積累，相信越來越多的紋飾素材和參數可以嵌入本文建立的數據描述框架中。這個框架也有很大潛力為更好的歸檔銅鼓做出貢獻。

3.4鼓面紋飾生成方法

鑒于銅鼓鼓面紋飾暈圈中圖案的重復性，當前的銅鼓制造工藝中紋飾胎的基本制造方法是由內圈向外逐圈制作，在使用計算機生成圖案時也按照相似方法，先完成鼓面太陽紋的繪制，再逐漸向外制作暈圈。通過觀察西盟型鼓面，發現盡管暈圈數量很多，但基本遵循元素環和細環組有規律間隔的向外延展。如果將太陽紋區域定義為S（下圖黃色標記區域），R代表一組暈圈，R由R元素環（下圖中藍色標記區域）和R細環組（下圖紅色標記區域）構成，則鼓面紋飾整體圖案G符合

太陽紋區域S主要由中央的尖齒狀多邊形和其外延細環構成。尖齒狀多邊形繪制參數主要有內角半徑和外角半徑控制，尖齒數量就是太陽芒數。所有暈圈中的R_t細環數量基本為1至3圈，細環繪制需定義半徑和寬度，在不同暈圈中細環寬度、間隔基本一致。

暈圈中的R，元素環繪制是紋飾生成算法核心。暈圈元素數量由輸入參數給定范圍，隨機算法確定具體數量。本方法默認導入的SVG圖像元素尺寸不統一，在已知當前元素環半徑r和元素數量n1情況下，單個元素在環上的限定寬度W=2mr/n，單個元素的大小調整系數f=w/w，其中w^1是SVG圖樣最小有效矩形的寬度。這樣只需給定元素環半徑和起始位置，可以每次以360/n'度轉角進行繪制。

本文中鼓面暈圈數量由定義的鼓面半徑限定，不同寬度的元素可以出現在不同暈圈，暈圈平均寬度不定，在隨機生成時，難以從事先確定的暈圈數量中動態規劃層高，而且真實銅鼓鑄造中一般是也是逐圈制作，不規定暈圈數量。

整個繪制過程基于Processing語言實現，這種程序語言是專門為新媒體藝術家設計的編程語言，語句簡單又具有面向對象語言的優秀特性。暈圈繪制偽代碼如下，

3.5紋飾的隨機性

本文的紋飾隨機主要包括太陽紋繪制隨機、暈圈元素選取隨機、暈圈元素個數隨機、暈圈位置隨機4個方面。在進行紋飾隨機時需要一定程度上遵照真實銅鼓情況實現，因此本文設計一種的系統允許最大程度實現依據真實情況的變化的效果。

在西盟型銅鼓中太陽紋芒數存在6、8、12芒，其中12芒最多，8芒較少，6芒極少見。太陽紋齒型長度、張開角度也存在隨機性。對于暈圈部分，一些特定元素紋飾總是隨機出現在某些暈圈位置，整體存在一定規律。很少出現連續兩個暈圈使用相同紋飾裝飾的情況，但在不相鄰暈圈上元素可以重復使用。為保證制作的隨機性和參數化，在自動生成太陽紋和暈圈元素的選擇上本文采用帶有權重的隨機選擇，目前的權重參數由本文根據有限資料推得。這種帶權重的隨機過程，隨著暈圈繪制由內向外，影響可選擇的元素集合，導致每次生成紋飾元素順序都不同，保證了多樣性。

針對每一種隨機參數，都依據真實情況存在特定取值范圍，在隨機過程中參數互有影響，例如暈圈寬度隨著元素大小改變，為了保證元素在暈圈上均勻分布，其個數也受到影響，改動一個參數另外的取值范圍會有改變。本文隨機性算法綜合考慮眾多因素，基于輸入參數的不同，推斷其它未輸入的參數取值范圍，最大程度豐富紋飾變化。

3.6生成結果

4結論

本文初步實現了西盟型銅鼓鼓面紋飾的自動化、隨機化生成，產生的結果具有一定的美術價值，填補了銅鼓紋飾研究中運用新媒體技術的空白。本文提出的數據描述格式可以實現銅鼓的數據歸檔，為進一步的大數據相關性研究奠定基礎。應用本文方法可以為文創產品、互聯網應用開發等地緣民族文化知識在各個媒介傳播推波助瀾。本文在數據收集方面工作還存在不足，在紋飾位置確定上存在估計，需引入更多社科領域關于銅鼓紋飾的統計結果使生成的圖樣更具實際意義。本文提出的紋樣生成算法并未解決某些紋樣二方連續的問題，仍需進一步研究解決某些暈圈元素連接問題。本文研究由廣西高校中青年教師基礎能力提升項目支持，項目編號2017KY0426。

參考文獻

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[2]蔣廷瑜、廖明君：《銅鼓文化》，文化藝術出版社，2012年，35、36、160頁

[3]李富強、占塔皮里兼西蘇拉，《中國，東南亞銅鼓——老撾卷》，廣西人民出版社，2016年

[4]易嘉勛，《民族民間工藝美術紋飾的比較研究——西南民間銅鼓紋飾藝術探析》，《民族藝術研究》2005年第4期

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[10] Takayama，J.（2016）. MedaIlions， 3D-printed Wall PlaquesFeaturing Procedurally-generated Ornate Shapes. InternationalJournal of Asia Digital Art&Design.