基于Protégé的青花瓷本体构建方法研究

郭英英

陕西科技大学镐京学院 西安 712046

随着计算机技术的飞速发展，图像等多媒体数据海量增长，如何快速有效地从大规模数据中检索到所需要的信息是目前需要解决的问题。近年来，基于语义的图像检索技术受到极大关注，人们试图从图像中提取知识来增强检索系统的性能。领域本体的构建是基于语义的图像检索的研究热点，本文分析并构建青花瓷领域本体以实现基于语义的青花瓷图像标注与检索。

1 青花瓷概述

青花瓷是中国瓷器的主流品种之一。我国的原始青花瓷在唐宋时，已经在北方和南方窑口烧制出来。成熟的青花瓷则出现在元代的景德镇窑。明清两朝青花是中国青花瓷的昌盛期。明永乐、宣德的青花是青花瓷史上的一个高潮，以古雅见长；明成化的青花瓷淡雅精致，完成了青花瓷由异国情调向中国国粹的转折；清康熙青花以精细的工艺和浓淡相宜的青花发色将青花瓷推向巅峰。明清时期，还创烧了青花五彩、孔雀绿釉青花、豆青釉青花、青花红彩、黄地青花等衍生品种。

不同年代、不同出土地、不同类型的青花瓷存放于全国各级博物馆中，而全国各级博物馆对于文物藏品的管理，具有独特的信息采集、描述方法。那么，为数字博物馆中的青花瓷藏品建立本体网络，可以实现对青花瓷统一的描述，也为以后面向青花瓷领域的语义检索或推荐提供参考价值。从实际应用角度来看，通过构建青花瓷领域本体，可以让一些非专业人士更好地了解青花瓷，获得更全面的知识。

国内外关于文化遗产领域的本体研究已经取得不少成果。王铁君[1-3]等人基于Jena创建了适用于唐卡领域本体的推理规则，实现了基于语义的唐卡图像检索；宋志浩[4]等人构建了敦煌壁画领域本体并实现了基于本体的敦煌壁画的语义检索；胡骏[5]对非物质文化遗产进行本体构建，并采用Access和Protégé软件分别进行基本存储和可视化存储；张前军[6]构建了青铜器的领域本体并实现了检索；温超[7]构建了陶俑的领域本体，并实现了基于本体的陶俑图像语义标注；朱竞冉[8]将宋朝名窑瓷器与新兴的领域本体相结合构建了宋朝五大名窑瓷器领域本体，对于名窑瓷器领域中的概念之间的关系进行了明确、 清 晰 的 描 述； Albaar Rubhasy， Ridwan Andi Kambau，Zainal Arifin Hasibuan[9-10]利用UNESCO提供的印度尼西亚文化遗产数据建立本体，并对其进行管理的检索。

本文以故宫博物院中馆藏的部分明清青花瓷为研究对象，分析并构建了青花瓷领域本体。

2 青花瓷领域本体构建

2.1 本体构建工具

本文采用Protégé作为本体构建工具，Protégé是由斯坦福大学设计开发，基于Java编写的本体编辑和知识获取软件，主要用于语义网中本体的构建。Protégé中本体结构以树形的层次目录结构显示，用户可以通过点击相应的项目来增加或编辑类、子类、属性、实例等，使用户在概念层次上设计领域模型。此外，如果将本体数据以RDF、RDFS或OWL文档的形式保存下来，就可以在系统外部对知识数据进行编辑、修改。Protégé工具还可以对编辑好的本体进行可视化。

2.2 本体构建方法

常见的本体构建方法有TOVE法、METHONTOLOGY法、骨架法、七步法和基于叙词表的领域本体构建法。本文根据青花瓷领域的特点和研究需求，选择七步法作为青花瓷领域本体的构建方法，利用七步法构建青花瓷本体的步骤如下：

第一步：确定本体领域和范畴。本文选取故宫博物院中馆藏的部分明清青花瓷为研究领域。

第二步：考查复用现有本体的可行性。本文青花瓷领域本体的类定义参考了青花瓷鉴定的相关著作，还复用了CIDOC CRM概念参考模型中的部分类及属性。

第三步：列举本体中的重要术语、概念。以青花瓷相关文献和著作中的专有词汇作为参考依据。

第四步：定义类和类层次体系。青花瓷领域的术语划分采用的是自顶向下法，逐级对领域本体的类进行细分，搭建出本体的基础框架。

第五步：定义类的属性，为青花瓷的类添加属性。

第六步：定义属性的约束，对属性之间存在的基本语义关系进行设置。

第七步：生成实例，添加具体的青花瓷对象。

2.3 青花瓷领域本体构建过程

本文采用七步法并通过Protégé工具完成青花瓷本体的构建，复用CIDOC CRM中的部分类及属性，此外还自定义了一些青花瓷的类及属性。青花瓷领域的类要能全面概括出青花瓷的特征信息，类的划分采用自顶向下法，先确定好青花瓷领域的顶层概念，再对这些类按层级逐步化分。类层次结构如图1所示。

图1 青花瓷本体的类层次结构

该本体共定义了30个类节点， 图中的E24_Physical_Man-Made_Thing是E71_Man-Made_Thing的子类，而E22_Man-Made_Object是E24_Physical_Man -Made_Thing的子类，这三个类是CIDOC CRM概念参考模型中定义好的类。E22_Man-Made_Object指的是青花瓷，其下又定义了若干个子类，涵盖了青花瓷器的名称、朝代、窑口、造型、出土地、馆藏地、纹饰、款识等。

在本体所定义的类中，E36_Visual_Item表示青花瓷的视觉信息，包括青花瓷的款识和纹饰。其中，纹饰又分为主题纹饰（ Theme_Pattern） 和辅助纹饰（Auxiliary_Pattern）两类。主题纹饰包括动物图案（Animal_Pattern）、人物图案（Figure_Pattern）、植 物 图 案 （ Plant_Pattern） 、 山 水 图 案（Landscape_Pattern）、文字图案（Character_Pattern）、吉祥 图 案 （ Auspicious_Pattern） 和 其 他 图 案（Other_Pattern）。辅助纹饰主要指的是口沿、颈部、肩部或胫部等处的纹饰，常见的有莲瓣纹、蕉叶纹、回纹、如意云纹等等。

类的层次结构只构成了本体的基本框架，必须借助属性来描述既定的知识。属性具有定义域和值域，个体通过属性进行关联。定义域规定了类中的个体与其他的个体进行关联，而值域限定了类中个体的取值范围。本文通过分析青花瓷领域的类的定义，并结合复用CIDOC CRM的属性标准，对青花瓷领域类的各种属性进行了确定，定义了17个对象属性。构建领域本体所需要的类、属性以及相关含义如表1所示。

表1 构建本体所需的属性和类

添加青花瓷本体实例时，要对个体的范围、属性等信息添加详细表述，使得本体构建更完整、规范。本文共添加了409个实例节点。

首先，在Protégé中为定义好的类E22_Man-Made_Object添加实例“青花瓷对象0001、青花瓷对象0002、……”等，如图2所示。

图2 Protégé中定义的青花瓷实例

然后，为每个具体的青花瓷对象添加实例，如，对“青花瓷对象0030”进行编辑，为其添加对应的类和属性，“P102_hasTitle青花云龙纹蟋蟀罐”意思是该瓷器名称为“青花云龙纹蟋蟀罐”，“P53_hasFormerOrCurrent Location故宫博物院”意思是馆藏于故宫博物院，“P4_hasTimeSpan明隆庆”是指该瓷器是明朝隆庆年间烧制的，“isDecoratedWith龙”意思是罐身的纹饰为龙纹，“isInscribedWith大明隆庆年造”是指该青花瓷的款识为“大明隆庆年造”，其他的实例还包括了青花瓷的口径、足径、外部特征、造型、窑口等。

Protégé还可以显示实例之间的关系。图3表示一个青花瓷实例与其他类的实例之间的关系，不同颜色的线表示不同的属性。如，“青花瓷对象0033”与“ 青花出戟花觚” 的属性关系是“P102_hasTitle”，与火焰纹、葡萄、花卉、石头等纹饰图案的属性关系是“isDecoratedWith”，与白地青花的属性关系是“P2_hasType”。

图3 青花瓷实例之间的关系

综上所述，随着文化遗产数字技术的不断发展，智慧博物馆也逐渐兴起，它对知识的分享和传播提出更高的要求。同时，智慧博物馆理念下的藏品信息外延也不断扩大，博物馆藏品不仅具有物质上的信息，如材质、尺寸、年代等，更重要的是其背后的文化历史信息、艺术信息、美学信息等，所以博物馆藏品信息结构不仅需要类目和管理信息，更需要包含藏品的其他相关信息。本体作为一种能形式化地描述特定领域中概念及概念间的关系，实现领域知识共享和重用的有效方法，将其引入到青花瓷多媒体系统研究中，为青花瓷的标注、检索等研究提供了一种新方法，同时也为青花瓷领域知识的共享、重用和传播提供了方便。