基于Protégé的青花瓷本體構(gòu)建方法研究

郭英英

陜西科技大學(xué)鎬京學(xué)院 西安 712046

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像等多媒體數(shù)據(jù)海量增長，如何快速有效地從大規(guī)模數(shù)據(jù)中檢索到所需要的信息是目前需要解決的問題。近年來，基于語義的圖像檢索技術(shù)受到極大關(guān)注，人們試圖從圖像中提取知識來增強檢索系統(tǒng)的性能。領(lǐng)域本體的構(gòu)建是基于語義的圖像檢索的研究熱點，本文分析并構(gòu)建青花瓷領(lǐng)域本體以實現(xiàn)基于語義的青花瓷圖像標(biāo)注與檢索。

1 青花瓷概述

青花瓷是中國瓷器的主流品種之一。我國的原始青花瓷在唐宋時，已經(jīng)在北方和南方窯口燒制出來。成熟的青花瓷則出現(xiàn)在元代的景德鎮(zhèn)窯。明清兩朝青花是中國青花瓷的昌盛期。明永樂、宣德的青花是青花瓷史上的一個高潮，以古雅見長；明成化的青花瓷淡雅精致，完成了青花瓷由異國情調(diào)向中國國粹的轉(zhuǎn)折；清康熙青花以精細(xì)的工藝和濃淡相宜的青花發(fā)色將青花瓷推向巔峰。明清時期，還創(chuàng)燒了青花五彩、孔雀綠釉青花、豆青釉青花、青花紅彩、黃地青花等衍生品種。

不同年代、不同出土地、不同類型的青花瓷存放于全國各級博物館中，而全國各級博物館對于文物藏品的管理，具有獨特的信息采集、描述方法。那么，為數(shù)字博物館中的青花瓷藏品建立本體網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對青花瓷統(tǒng)一的描述，也為以后面向青花瓷領(lǐng)域的語義檢索或推薦提供參考價值。從實際應(yīng)用角度來看，通過構(gòu)建青花瓷領(lǐng)域本體，可以讓一些非專業(yè)人士更好地了解青花瓷，獲得更全面的知識。

國內(nèi)外關(guān)于文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的本體研究已經(jīng)取得不少成果。王鐵君[1-3]等人基于Jena創(chuàng)建了適用于唐卡領(lǐng)域本體的推理規(guī)則，實現(xiàn)了基于語義的唐卡圖像檢索；宋志浩[4]等人構(gòu)建了敦煌壁畫領(lǐng)域本體并實現(xiàn)了基于本體的敦煌壁畫的語義檢索；胡駿[5]對非物質(zhì)文化遺產(chǎn)進(jìn)行本體構(gòu)建，并采用Access和Protégé軟件分別進(jìn)行基本存儲和可視化存儲；張前軍[6]構(gòu)建了青銅器的領(lǐng)域本體并實現(xiàn)了檢索；溫超[7]構(gòu)建了陶俑的領(lǐng)域本體，并實現(xiàn)了基于本體的陶俑圖像語義標(biāo)注；朱競?cè)絒8]將宋朝名窯瓷器與新興的領(lǐng)域本體相結(jié)合構(gòu)建了宋朝五大名窯瓷器領(lǐng)域本體，對于名窯瓷器領(lǐng)域中的概念之間的關(guān)系進(jìn)行了明確、 清 晰 的 描 述； Albaar Rubhasy， Ridwan Andi Kambau，Zainal Arifin Hasibuan[9-10]利用UNESCO提供的印度尼西亞文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)建立本體，并對其進(jìn)行管理的檢索。

本文以故宮博物院中館藏的部分明清青花瓷為研究對象，分析并構(gòu)建了青花瓷領(lǐng)域本體。

2 青花瓷領(lǐng)域本體構(gòu)建

2.1 本體構(gòu)建工具

本文采用Protégé作為本體構(gòu)建工具，Protégé是由斯坦福大學(xué)設(shè)計開發(fā)，基于Java編寫的本體編輯和知識獲取軟件，主要用于語義網(wǎng)中本體的構(gòu)建。Protégé中本體結(jié)構(gòu)以樹形的層次目錄結(jié)構(gòu)顯示，用戶可以通過點擊相應(yīng)的項目來增加或編輯類、子類、屬性、實例等，使用戶在概念層次上設(shè)計領(lǐng)域模型。此外，如果將本體數(shù)據(jù)以RDF、RDFS或OWL文檔的形式保存下來，就可以在系統(tǒng)外部對知識數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、修改。Protégé工具還可以對編輯好的本體進(jìn)行可視化。

2.2 本體構(gòu)建方法

常見的本體構(gòu)建方法有TOVE法、METHONTOLOGY法、骨架法、七步法和基于敘詞表的領(lǐng)域本體構(gòu)建法。本文根據(jù)青花瓷領(lǐng)域的特點和研究需求，選擇七步法作為青花瓷領(lǐng)域本體的構(gòu)建方法，利用七步法構(gòu)建青花瓷本體的步驟如下：

第一步：確定本體領(lǐng)域和范疇。本文選取故宮博物院中館藏的部分明清青花瓷為研究領(lǐng)域。

第二步：考查復(fù)用現(xiàn)有本體的可行性。本文青花瓷領(lǐng)域本體的類定義參考了青花瓷鑒定的相關(guān)著作，還復(fù)用了CIDOC CRM概念參考模型中的部分類及屬性。

第三步：列舉本體中的重要術(shù)語、概念。以青花瓷相關(guān)文獻(xiàn)和著作中的專有詞匯作為參考依據(jù)。

第四步：定義類和類層次體系。青花瓷領(lǐng)域的術(shù)語劃分采用的是自頂向下法，逐級對領(lǐng)域本體的類進(jìn)行細(xì)分，搭建出本體的基礎(chǔ)框架。

第五步：定義類的屬性，為青花瓷的類添加屬性。

第六步：定義屬性的約束，對屬性之間存在的基本語義關(guān)系進(jìn)行設(shè)置。

第七步：生成實例，添加具體的青花瓷對象。

2.3 青花瓷領(lǐng)域本體構(gòu)建過程

本文采用七步法并通過Protégé工具完成青花瓷本體的構(gòu)建，復(fù)用CIDOC CRM中的部分類及屬性，此外還自定義了一些青花瓷的類及屬性。青花瓷領(lǐng)域的類要能全面概括出青花瓷的特征信息，類的劃分采用自頂向下法，先確定好青花瓷領(lǐng)域的頂層概念，再對這些類按層級逐步化分。類層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 青花瓷本體的類層次結(jié)構(gòu)

該本體共定義了30個類節(jié)點， 圖中的E24_Physical_Man-Made_Thing是E71_Man-Made_Thing的子類，而E22_Man-Made_Object是E24_Physical_Man -Made_Thing的子類，這三個類是CIDOC CRM概念參考模型中定義好的類。E22_Man-Made_Object指的是青花瓷，其下又定義了若干個子類，涵蓋了青花瓷器的名稱、朝代、窯口、造型、出土地、館藏地、紋飾、款識等。

在本體所定義的類中，E36_Visual_Item表示青花瓷的視覺信息，包括青花瓷的款識和紋飾。其中，紋飾又分為主題紋飾（ Theme_Pattern） 和輔助紋飾（Auxiliary_Pattern）兩類。主題紋飾包括動物圖案（Animal_Pattern）、人物圖案（Figure_Pattern）、植 物 圖 案 （ Plant_Pattern） 、 山 水 圖 案（Landscape_Pattern）、文字圖案（Character_Pattern）、吉祥 圖 案 （ Auspicious_Pattern） 和 其 他 圖 案（Other_Pattern）。輔助紋飾主要指的是口沿、頸部、肩部或脛部等處的紋飾，常見的有蓮瓣紋、蕉葉紋、回紋、如意云紋等等。

類的層次結(jié)構(gòu)只構(gòu)成了本體的基本框架，必須借助屬性來描述既定的知識。屬性具有定義域和值域，個體通過屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。定義域規(guī)定了類中的個體與其他的個體進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而值域限定了類中個體的取值范圍。本文通過分析青花瓷領(lǐng)域的類的定義，并結(jié)合復(fù)用CIDOC CRM的屬性標(biāo)準(zhǔn)，對青花瓷領(lǐng)域類的各種屬性進(jìn)行了確定，定義了17個對象屬性。構(gòu)建領(lǐng)域本體所需要的類、屬性以及相關(guān)含義如表1所示。

表1 構(gòu)建本體所需的屬性和類

添加青花瓷本體實例時，要對個體的范圍、屬性等信息添加詳細(xì)表述，使得本體構(gòu)建更完整、規(guī)范。本文共添加了409個實例節(jié)點。

首先，在Protégé中為定義好的類E22_Man-Made_Object添加實例“青花瓷對象0001、青花瓷對象0002、……”等，如圖2所示。

圖2 Protégé中定義的青花瓷實例

然后，為每個具體的青花瓷對象添加實例，如，對“青花瓷對象0030”進(jìn)行編輯，為其添加對應(yīng)的類和屬性，“P102_hasTitle青花云龍紋蟋蟀罐”意思是該瓷器名稱為“青花云龍紋蟋蟀罐”，“P53_hasFormerOrCurrent Location故宮博物院”意思是館藏于故宮博物院，“P4_hasTimeSpan明隆慶”是指該瓷器是明朝隆慶年間燒制的，“isDecoratedWith龍”意思是罐身的紋飾為龍紋，“isInscribedWith大明隆慶年造”是指該青花瓷的款識為“大明隆慶年造”，其他的實例還包括了青花瓷的口徑、足徑、外部特征、造型、窯口等。

Protégé還可以顯示實例之間的關(guān)系。圖3表示一個青花瓷實例與其他類的實例之間的關(guān)系，不同顏色的線表示不同的屬性。如，“青花瓷對象0033”與“ 青花出戟花觚” 的屬性關(guān)系是“P102_hasTitle”，與火焰紋、葡萄、花卉、石頭等紋飾圖案的屬性關(guān)系是“isDecoratedWith”，與白地青花的屬性關(guān)系是“P2_hasType”。

圖3 青花瓷實例之間的關(guān)系

綜上所述，隨著文化遺產(chǎn)數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧博物館也逐漸興起，它對知識的分享和傳播提出更高的要求。同時，智慧博物館理念下的藏品信息外延也不斷擴(kuò)大，博物館藏品不僅具有物質(zhì)上的信息，如材質(zhì)、尺寸、年代等，更重要的是其背后的文化歷史信息、藝術(shù)信息、美學(xué)信息等，所以博物館藏品信息結(jié)構(gòu)不僅需要類目和管理信息，更需要包含藏品的其他相關(guān)信息。本體作為一種能形式化地描述特定領(lǐng)域中概念及概念間的關(guān)系，實現(xiàn)領(lǐng)域知識共享和重用的有效方法，將其引入到青花瓷多媒體系統(tǒng)研究中，為青花瓷的標(biāo)注、檢索等研究提供了一種新方法，同時也為青花瓷領(lǐng)域知識的共享、重用和傳播提供了方便。