计算机生成西盟型铜鼓鼓面纹样初探

郭健鸣

摘要：铜鼓是我国西南和东南亚地区广泛分布的民族文化瑰宝，其鼓面纹饰美观具有规律，本文使用创新的新媒体技术生成铜鼓鼓面纹饰，主要贡献包括：（1）提出一种使用新媒体技术研究民族图案的可行方法;（2）提出了一种鼓面纹饰数据描述框架;（3）开发了一种鼓面纹饰图样生成算法，实现了自动随机生成西盟型铜鼓鼓面纹饰图样，节省大量图案绘制时间。

1简介

铜鼓是我国西南地区乃至整个东南亚地区广泛分布的重要民族文化符号，其形制大小不一，重量不尽相同。铜鼓表面纹样具有迷人的魅力，是地缘文化重要的组成部分，在解读铜鼓纹样过程中，许多人文知识被挖掘出来。绝大多数铜鼓鼓面和鼓身都有装饰图案纹样，鼓面为重点装饰部分。纹样多以浅浮雕呈现，如鼓面具有太阳纹、云纹、乳钉纹、栉纹、游旗纹等民族传统纹样。鼓面纹样整体很有规律，一般为中心太阳纹，其它纹样围绕中心成同心圆分布在整个鼓面，一些花纹呈现二方连续形式层层排列。这种极富规律的纹样可以为现代设计提供丰富的创作灵感，带有这种纹样元素的工艺品、服装等文创商品具有极高的经济价值。

在以往的铜鼓纹样研究中，多数方向是社会科学、历史、考古等领域，这些方向的研究成果还鲜有应用，而在新媒体技术环境下纹样的生成方面还未曾有相关研究。本文将计算机图像生成技术与铜鼓鼓面纹样结合起来，专门研究利用自行开发的计算机程序生成铜鼓鼓面纹样，初步取得一定成果。使用本文方法，可以使运用铜鼓纹样灵感的数字设计过程提高效率，为建立从传统费时的手工绘制过渡到新媒体技术时代新的制作方法过程中迈出坚实一步。

2相关工作

早在我国南朝刘宋时的《后汉书马援传》中就有铜鼓的描述，直到清代乾隆十四年1749年才有梁诗正、蒋博编撰的《西清古鉴》对铜鼓进行了简单分类并收录了一定的图像、纹样资料。现代铜鼓科学研究的代表是20世纪初奥地利学者弗朗茨黑格尔所著的《东南亚古代金属鼓》一书，他将当时面世的165面铜鼓按照形制、花纹分为四个基本型和3个过渡型，所做的开创性研究奠定了此后一个世纪铜鼓研究的基础。我国的现代铜鼓研究自民国时期开始到目前已有相当积累，1980年在广西南宁召开的古代铜鼓研究会上我国学者确定8个铜鼓标准分类分别是万家坝型、石寨山型、冷水冲型、遵义型、麻江型、北流型、灵山型、西盟型铜鼓。

关于现存铜鼓纹饰的相关研究很多，经过总结，大多数传统铜鼓纹饰遵从特定形制，太阳纹是铜鼓鼓面中心装饰，它是最早出现于铜鼓的上的装饰纹样，其它装饰都是围绕太阳产生。在不同类型铜鼓上太阳纹存在演变，但通常可以见到光体、光芒、光环和晕圈。除太阳纹外，鼓面装饰中还存在云雷纹密布在太阳纹周围，晚期的一些麻江型铜鼓还存在游旗纹、符篆纹，具有特定宗教意义。鼓面中心外侧区域的中央附近还会出现翔鹭纹构成晕圈是各型铜鼓鼓面常见的花纹。西盟型存在花朵纹、小鸟纹、鱼纹等。现存铜鼓文物中不同时期和类型的铜鼓鼓面纹饰晕圈装饰风格存在变化，但往往有共用元素。纹饰结合外形的变化反映了不同时代地区和民族的审美和原始宗教信仰。由晚期铜鼓鼓面纹饰中出现的文字铭文和龙纹，可以看出随着生产力的发展，劳动人民在铜鼓纹样设计上一直进行变化和创新。有关铜鼓纹饰素材，20世纪70 80年代广西进行的铜鼓调查活动内部资料中收录了大量纹饰油印图片，现已作为出版物公开发行，广西民族大学的李富强教授主编的《中国东南亚铜鼓老挝卷》收录了大量老挝出土的铜鼓高质量纹样照片。

由于铜鼓类型众多，表面纹饰元素庞杂，还未有成熟的纹饰数据库支撑，本文選择探索西盟型铜鼓鼓面纹样的生成，以求减少需要纹饰元素数量和形制类型，使生成的鼓面纹样更具实际意义。我国的西盟型属于黑格尔Ⅲ型铜鼓，不但在我国境内有分布还大量出现在东南亚地区，西盟型鼓面花纹晕圈相对其它型更多，花纹元素更小，重复数量更多，二方连续少，适合使用计算机生成。西盟型铜鼓纹饰元素类型明晰，配合随机生成算法时可以产生许多变化。

在纹样图形计算机生成技术方面存在一些相关研究，计算机图像领域一直专注于三维、图像视频处理等方向，专门的民族纹样生成研究很少见到。在1975年Siggraph会议论文中Howard Alexander使用Fortran语言给出了1个简单符号的17种计算机生成的纹样。1998年华盛顿大学的Michael Wong等给出了较复杂的花卉纹样装饰的计算机生成算法，实现了纹样生长过程。2000年华盛顿大学的Craig Kaplan使用简单的几何原理实现了伊斯兰星图案的计算机生成算法[8]，是民族艺术与计算机图形学结合的实例。这三种方法主要适用生成矩形延展的图案，而铜鼓纹饰属于整体圆形纹饰，需要使用不同的生成方法。2008年Katayoon Etemad等人实现了波斯圆形花卉纹样的生成和动画化，解决了弧形纹样的生成问题。在纹样应用方面2016年Joe Takayama实现将计算机生成的西方建筑上的奖章（medallion）纹饰通过置换贴图转化为三维模型，进而使用3D打印技术生产出来，用计算机完成了精湛的工艺美术作品。这些方法为解决纹样生成和应用问题提供了宝贵材料和线索，但都不能直接用于铜鼓纹样，各民族纹样区别较大，有必要研发出专门的铜鼓纹样形制的生成方法。本文结合铜鼓纹样研究，使用创新的纹样生成算法和Processing语言实现，随机生成西盟型铜鼓鼓面纹饰。

3实现过程

3.1研究框架

本文按照如下框架进行纹饰生成研究，以第三步数据描述和第四步纹饰生成算法为核心，完成了一套初步可行的纹饰自动化生成系统。本研究主要考虑包括纹饰元素制作，纹饰数据描述，晕圈布局方式和纹饰随机性问题。

3.2制作重复纹饰元素

传统图鉴的纹饰素材大多为简单描画、拓片或照片，并不适合直接作为纹饰组合元素，生成任意大小的鼓面纹饰。有必要将各种纹饰元素转化为矢量格式。SVG是当前互联网主流的矢量格式，受到Processing，大多数浏览器，甚至三维制作软件支持，既可以存储静态，也可以存储动画。本文准备了一定数量的西盟型铜鼓鼓面纹饰经常出现的复杂元素，在矢量制作软件参考拓片和照片进行描线，将纹饰元素存储为合理命名的SVG格式文件。而对于简单纹饰元素，如三角形、圆形、矩形纹饰，和西盟型铜鼓晕圈大环形元素，本文未使用外部文件，而是使用简短的代码代替。

3.3鼓面紋饰数据描述

鼓面纹饰存在大量参数，例如太阳纹的芒数、半径，太阳纹尖齿多边形内外径，晕圈数量，晕圈上各个元素的数量和位置，鼓面半径等等。如此众多的参数设定需要一种详细、精确地描述。以往铜鼓研究中，大多使用铜鼓编号配合简短文字进行记录，这些自然语言描述虽不如照片精确，但提供了一定的数据基础，缩减了识图时间。通过统计《中国古代铜鼓实测记录资料汇编》和《中国东南亚铜鼓老挝卷》中西盟型铜鼓鼓面上有关太阳纹芒数、晕圈数量、纹饰类型数据，纹饰生成算法可以找到参数依据。本文创造一种JSON格式的数据框架作为纹饰生成算法参数。它配合SVG格式元素文件，可以初步地不依靠照片描述鼓面纹饰，很好地解决了参数量大而繁杂，精确度要求的问题。随着铜鼓和计算机领域交叉研究的不断积累，相信越来越多的纹饰素材和参数可以嵌入本文建立的数据描述框架中。这个框架也有很大潜力为更好的归档铜鼓做出贡献。

3.4鼓面纹饰生成方法

鉴于铜鼓鼓面纹饰晕圈中图案的重复性，当前的铜鼓制造工艺中纹饰胎的基本制造方法是由内圈向外逐圈制作，在使用计算机生成图案时也按照相似方法，先完成鼓面太阳纹的绘制，再逐渐向外制作晕圈。通过观察西盟型鼓面，发现尽管晕圈数量很多，但基本遵循元素环和细环组有规律间隔的向外延展。如果将太阳纹区域定义为S（下图黄色标记区域），R代表一组晕圈，R由R元素环（下图中蓝色标记区域）和R细环组（下图红色标记区域）构成，则鼓面纹饰整体图案G符合

太阳纹区域S主要由中央的尖齿状多边形和其外延细环构成。尖齿状多边形绘制参数主要有内角半径和外角半径控制，尖齿数量就是太阳芒数。所有晕圈中的R_t细环数量基本为1至3圈，细环绘制需定义半径和宽度，在不同晕圈中细环宽度、间隔基本一致。

晕圈中的R，元素环绘制是纹饰生成算法核心。晕圈元素数量由输入参数给定范围，随机算法确定具体数量。本方法默认导入的SVG图像元素尺寸不统一，在已知当前元素环半径r和元素数量n1情况下，单个元素在环上的限定宽度W=2mr/n，单个元素的大小调整系数f=w/w，其中w^1是SVG图样最小有效矩形的宽度。这样只需给定元素环半径和起始位置，可以每次以360/n'度转角进行绘制。

本文中鼓面晕圈数量由定义的鼓面半径限定，不同宽度的元素可以出现在不同晕圈，晕圈平均宽度不定，在随机生成时，难以从事先确定的晕圈数量中动态规划层高，而且真实铜鼓铸造中一般是也是逐圈制作，不规定晕圈数量。

整个绘制过程基于Processing语言实现，这种程序语言是专门为新媒体艺术家设计的编程语言，语句简单又具有面向对象语言的优秀特性。晕圈绘制伪代码如下，

3.5纹饰的随机性

本文的纹饰随机主要包括太阳纹绘制随机、晕圈元素选取随机、晕圈元素个数随机、晕圈位置随机4个方面。在进行纹饰随机时需要一定程度上遵照真实铜鼓情况实现，因此本文设计一种的系统允许最大程度实现依据真实情况的变化的效果。

在西盟型铜鼓中太阳纹芒数存在6、8、12芒，其中12芒最多，8芒较少，6芒极少见。太阳纹齿型长度、张开角度也存在随机性。对于晕圈部分，一些特定元素纹饰总是随机出现在某些晕圈位置，整体存在一定规律。很少出现连续两个晕圈使用相同纹饰装饰的情况，但在不相邻晕圈上元素可以重复使用。为保证制作的随机性和参数化，在自动生成太阳纹和晕圈元素的选择上本文采用带有权重的随机选择，目前的权重参数由本文根据有限资料推得。这种带权重的随机过程，随着晕圈绘制由内向外，影响可选择的元素集合，导致每次生成纹饰元素顺序都不同，保证了多样性。

针对每一种随机参数，都依据真实情况存在特定取值范围，在随机过程中参数互有影响，例如晕圈宽度随着元素大小改变，为了保证元素在晕圈上均匀分布，其个数也受到影响，改动一个参数另外的取值范围会有改变。本文随机性算法综合考虑众多因素，基于输入参数的不同，推断其它未输入的参数取值范围，最大程度丰富纹饰变化。

3.6生成结果

4结论

本文初步实现了西盟型铜鼓鼓面纹饰的自动化、随机化生成，产生的结果具有一定的美术价值，填补了铜鼓纹饰研究中运用新媒体技术的空白。本文提出的数据描述格式可以实现铜鼓的数据归档，为进一步的大数据相关性研究奠定基础。应用本文方法可以为文创产品、互联网应用开发等地缘民族文化知识在各个媒介传播推波助澜。本文在数据收集方面工作还存在不足，在纹饰位置确定上存在估计，需引入更多社科领域关于铜鼓纹饰的统计结果使生成的图样更具实际意义。本文提出的纹样生成算法并未解决某些纹样二方连续的问题，仍需进一步研究解决某些晕圈元素连接问题。本文研究由广西高校中青年教师基础能力提升项目支持，项目编号2017KY0426。

参考文献

[1]范晔：《后汉书》卷24，岳麓出版社，19 94年，第363页

[2]蒋廷瑜、廖明君：《铜鼓文化》，文化艺术出版社，2012年，35、36、160页

[3]李富强、占塔皮里兼西苏拉，《中国，东南亚铜鼓——老挝卷》，广西人民出版社，2016年

[4]易嘉勋，《民族民间工艺美术纹饰的比较研究——西南民间铜鼓纹饰艺术探析》，《民族艺术研究》2005年第4期

[5]中国古代铜鼓研究会、广西民族博物馆，《中国古代铜鼓实测 记录资料汇编》，文物出版社，2014年

[6]Alexander，H. （1975）.The computer/plotter and the 17 0rnamentaldesign type. Proceedings of SIGGRAPH' 75，pages 160-167.

[7]Wong， M.， Zongker，D.&Salesin， D.（1998）. Computer-GeneratedFloral Ornament. SIGGRAPH '98 Proceedings of the 25th annualconference on Computer graphics and interactive techniques. Pages423 434

[8]Kaplan， C. （2000）. Computer Generated Islamic Star Patterns.Mathematical Connections in Art， Music， and Science.

[9] Etemad，K.， Samavati， F. &Prusinkiewicz， P. （2008）.Animating Persian Floral Patterns. Computational Aesthetics inGraphics， Visualization， and Imaging.

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