當(dāng)藝術(shù)遇上人工智能

摘要：為了加強(qiáng)美育，實(shí)現(xiàn)人工智能與藝術(shù)的跨學(xué)科融合，應(yīng)讓中小學(xué)生在課堂中親身體驗(yàn)AI藝術(shù)創(chuàng)作，從而更好地激發(fā)其創(chuàng)新思維，提高審美能力。那么，能否提供一款適合中小學(xué)生的人工智能工具，使他們能夠輕松上手并參與到藝術(shù)創(chuàng)作之中？本文以“為老黑白視頻上色”項(xiàng)目為例，探討了AI技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用，并進(jìn)一步分析了AI技術(shù)在藝術(shù)創(chuàng)作中的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)，探討了其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：XEduHub；人工智能教育；人工智能+藝術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）21-0095-03

藝術(shù)和技術(shù)的關(guān)系密不可分，它們相互影響、相互促進(jìn)。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，其在藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛，尤其是在視頻處理和圖像增強(qiáng)方面。當(dāng)藝術(shù)遇上AI，天馬行空的想象力與嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的技術(shù)流相互碰撞，可以激發(fā)出無(wú)限創(chuàng)意的火花。AI技術(shù)不僅能夠模仿和再現(xiàn)傳統(tǒng)藝術(shù)形式，還能夠創(chuàng)造出全新的藝術(shù)表達(dá)方式，為藝術(shù)創(chuàng)作提供了更多的可能性。那么，能否設(shè)計(jì)一些適合中小學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)作項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生對(duì)AI的學(xué)習(xí)興趣？

項(xiàng)目分析：AI在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用

AI在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用廣泛，它通過(guò)模仿人類(lèi)藝術(shù)家的創(chuàng)作過(guò)程，為藝術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)了創(chuàng)新和變革。其常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域如圖1所示。

①文學(xué)創(chuàng)作。AI不僅能模仿特定作者的風(fēng)格創(chuàng)作文學(xué)作品，還能獨(dú)立生成全新的內(nèi)容，包括詩(shī)歌、小說(shuō)、散文等多種文學(xué)形式。

②視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作。視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作可分為靜態(tài)視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作和動(dòng)態(tài)視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作。靜態(tài)視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作以常見(jiàn)的圖像生成為代表，同時(shí)廣泛地應(yīng)用于圖像處理、風(fēng)格遷移、平面設(shè)計(jì)等領(lǐng)域；動(dòng)態(tài)視覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作以視頻生成、編輯和處理為代表，在視頻剪輯、動(dòng)畫(huà)制作、特效合成等視頻創(chuàng)作與處理環(huán)節(jié)均有應(yīng)用，常用于影視制作領(lǐng)域。

③聽(tīng)覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作。AI在聽(tīng)覺(jué)藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用可以大致分為音樂(lè)創(chuàng)作和聲音處理兩個(gè)部分。AI在音樂(lè)創(chuàng)作中的應(yīng)用主要包括旋律生成、和聲編排、樂(lè)器模仿等；在聲音處理中的應(yīng)用主要包括音效生成、聲音自動(dòng)編輯與優(yōu)化等。

除上述三個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用領(lǐng)域之外，AI技術(shù)還可以運(yùn)用于藝術(shù)分析與理解領(lǐng)域，通過(guò)識(shí)別藝術(shù)作品的風(fēng)格和情感表達(dá)，幫助人們進(jìn)行藝術(shù)品的分類(lèi)和鑒定，為藝術(shù)批評(píng)提供新的視角。

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)：“為黑白視頻上色”

前段時(shí)間，筆者無(wú)意中看到一條新聞：一個(gè)藝術(shù)家利用人工智能為一些古老的視頻做修復(fù)、上色，使其煥發(fā)新活力。經(jīng)過(guò)分析，這個(gè)案例的操作難度不大，基本上屬于AI模型的應(yīng)用。要完成這個(gè)案例，需結(jié)合視頻數(shù)字化的原理，很適合用于中小學(xué)教學(xué)。

1.“黑白視頻上色”的原理分析

（1）視頻播放的基本原理

視頻是通過(guò)連續(xù)播放一系列靜態(tài)圖像（幀）來(lái)形成連續(xù)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)效果。在視頻播放時(shí)，每一秒內(nèi)顯示的幀數(shù)稱(chēng)為幀率，通常以每秒幀數(shù)（FPS）來(lái)衡量。視頻播放器按照預(yù)定的幀率順序讀取視頻文件中的每一幀，并以極快的速度連續(xù)顯示在屏幕上。由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，即圖像在視網(wǎng)膜上保留的短暫時(shí)間，當(dāng)幀以足夠快的速度連續(xù)播放時(shí)，人眼無(wú)法察覺(jué)到每幀之間的間隔，因此產(chǎn)生了連續(xù)運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)。

（2）圖像著色技術(shù)原理

圖像著色是灰度圖像偽彩色化的過(guò)程。圖像著色模型是將灰度圖像轉(zhuǎn)換為彩色圖像的模型，它基于大量灰度和彩色一一對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)圖像的內(nèi)容來(lái)推斷合理的顏色分布，實(shí)現(xiàn)從灰度到彩色的映射。

（3）視頻上色的實(shí)現(xiàn)方式

根據(jù)上文可知，視頻文件本質(zhì)上是由一系列按時(shí)間順序排列的靜態(tài)圖像（幀）組成的。只要將視頻中的每一幀圖像取出，分別進(jìn)行著色處理，上色完成后再拼成視頻，便可以達(dá)到“為黑白視頻上色”的效果。

2.視頻拆解為圖像的功能實(shí)現(xiàn)

為了對(duì)視頻中的每一幀圖像進(jìn)行著色處理，首先要從視頻中提取這些幀。實(shí)現(xiàn)此功能的步驟包括：

①視頻讀取。利用視頻處理庫(kù)（如OpenCV）中的函數(shù)，按照視頻的編碼格式和幀率讀取視頻文件，代碼如圖2所示。

②幀提取。通過(guò)循環(huán)遍歷視頻的每一幀，將其作為單獨(dú)的圖像提取出來(lái)，為后續(xù)的圖像處理做準(zhǔn)備，代碼如圖3所示。

3.黑白圖像上色的功能實(shí)現(xiàn)

XEduHub是一個(gè)深度學(xué)習(xí)工具庫(kù)，為用戶(hù)提供了簡(jiǎn)潔的推理工具Workflow。目前，XEduHub內(nèi)置了多種內(nèi)容生成的任務(wù)，其中包括圖像著色模塊，任務(wù)名稱(chēng)為gen_color。該任務(wù)通過(guò)調(diào)用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模型進(jìn)行推理，自動(dòng)地為黑白圖像添加顏色，實(shí)現(xiàn)了快速生成逼真的著色效果。

①單張圖像上色。從XEduHub工具庫(kù)中選擇適用于圖像著色的預(yù)訓(xùn)練模型（gen_color），加載選定的圖像著色模型，對(duì)提取的黑白圖像幀應(yīng)用模型推理，模型將基于學(xué)習(xí)到的顏色分布為圖像預(yù)測(cè)并填充顏色，代碼如上頁(yè)圖4所示。

②批量處理。在實(shí)現(xiàn)單張黑白圖像上色的基礎(chǔ)上，使用循環(huán)函數(shù)對(duì)由視頻拆解而來(lái)的多張黑白圖像上色，代碼如圖5所示。

4.圖像拼接為視頻的功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)所有圖像幀完成著色后，需要將這些彩色幀重新組合成視頻。使用OpenCV庫(kù)中的VideoWriter類(lèi)創(chuàng)建視頻編寫(xiě)器對(duì)象，并設(shè)置輸出視頻的參數(shù)，如分辨率、幀率和編碼格式。隨后，將著色后的圖像幀按順序?qū)懭胍曨l流中，完成視頻上色的整體流程，代碼如圖6所示。

總結(jié)

本項(xiàng)目通過(guò)使用深度學(xué)習(xí)工具庫(kù)XEduHub中的gen_color圖像著色模型，實(shí)現(xiàn)了“為黑白視頻上色”的功能。這一過(guò)程涉及三個(gè)關(guān)鍵步驟：視頻拆解為圖像、黑白圖像上色、圖像拼接為視頻。通過(guò)這一系列操作，不僅為老電影、老視頻賦予了新的生命，也為歷史影像資料的數(shù)字化修復(fù)和藝術(shù)再現(xiàn)提供了新的方法，同時(shí)展示了AI在藝術(shù)創(chuàng)作中的潛力，激發(fā)了學(xué)生對(duì)技術(shù)的興趣，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維和審美能力。

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