摘要: 20世纪90年代初，艺术家和设计师开始了人工智能艺术与设计软件的研究与开发工作。演化艺术作为进化计算与设计理论结合的一个领域，已经成为人工智能原理应用到数字艺术的核心课题之一。大部分的“演化艺术”系统基本上都是由1991年Sim的系统发展而来的。用户通过电脑屏幕选择二维图形，经过反复基因重组与突变后，最终呈现符合人类偏好的人造图形。该系统的研究重点涉及两个方面：编码和适应度函数的设定。编码设计主要是指选择合适的染色体基因串来表达图像。编码是否适当，对遗传算法求解质量和效率有着直接的影响。适应度函数是染色体优劣程度评价的关键，交互式进化已成为体现用户评价度的主要策略。
虽然近年来出现了诸多研究系统，但是怎样使编码方式更好的体现设计理念与目标，怎样增大搜索空间以增加设计的多样性，以及减小交互过程中的用户疲劳度还面临着挑战。一方面，很多编码方式无法有效的表达已有的设计特征，无效的基因型到表现型的映射极大地影响到进化过程的盲目性。另一方面，由于交互过程中产生的图案趋于相似，用户很容易在反复的迭代过程中丧失兴趣。
本论文针对这些挑战，在这两个方面展开了研究，分别提出了一种新的图案编码方式和外部繁殖机制。并以印度尼西亚Batik图案设计作为应用，设计出一个新的交互式软件系统。论文的主要内容和创新点如下：
基于图案特征的编码方式
图案特征是用户审美评价及视觉系统的主要标准。基于像素级别的表示方法通常搜索空间比较大，搜索时间比较长，不利于得到理想的结果。基于参数级别的表示方法通常局限性比较大，不利于拓展搜索空间。最常使用的遗传编程的编码方法，是用函数表达式来表示像素的颜色，并把函数集用分层的树结构来表示，但是用这种方法产生的初始个体通常都比较简单和抽象，由于函数集的元素和拓扑结构都比较多，所以容易呈现组合膨胀，不利于搜索。本论文提出的编码方式是建立在最小信息描述基础上的一种特征基因表示方法。每组特征对应基因型中的每个基因，基因又是由最小点边集和变换函数组成。这种表示方法不仅能够约束特定的初始设计空间，并且能更好的反应出用户的审美标准和图案特征之间的联系。
基于相似度比较的外部繁殖机制
用户疲劳的一个主要原因是进化过程的早期收敛问题。群体的相似性也是用户兴趣度下降的主要因素。所以为了增加个体的多样性，防止进化停滞，本论文提出了一种基于相似度比较的外部繁殖机制。这种机制嵌入了特征变异算子和相似度过滤器，因此可以在进化停滞阶段将更为多样化的基因引入进化过程，以设计出更具有创意的结果。
基于Batik图案的辅助设计软件系统
本论文提出了一个基于Batik图案设计的软件模型。该系统除了上述主要特征区别于以往的交互式进化系统之外，还具有较高的有效性和易用性。该文分别从统计和主观实验中论证了这一点。据我们所知，这是世界上第一套用于Batik创意设计的计算机辅助系统。