تجزیه و تحلیل کمی در مقیاس بزرگ هنرهای نقاشی

دانشمندان تلاش کرده اند تا زیبایی های نقاشی هنر را به زبانهای خود درک کنند. از آنجا که دستیابی به تصویر دیجیتالی از نقاشی های نقاشی پیشرفت سریع داشته است ، محققان به جایی رسیده اند که می توان تجزیه و تحلیل آماری از یک پایگاه داده در مقیاس بزرگ از نقاشی های هنری را انجام داد تا یک پل بین هنر و علم ایجاد شود. با استفاده از تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال ، ما سه اقدام کمی از تصاویر را بررسی می کنیم - استفاده از رنگهای فردی ، تنوع رنگ ها و زبری روشنایی. ما تفاوت در استفاده از رنگ بین نقاشی های کلاسیک و عکس ها و تنوع رنگ قابل توجهی کم از دوره قرون وسطایی پیدا کردیم. جالب اینجاست که علاوه بر این ، افزایش نمایه زبری به عنوان تکنیک های نقاشی مانند Chiaroscuro و Sfumato پیشرفت کرده است با شرایط تاریخی سازگار است.

مقدمه

انسانها در نقاشی های هنری مانند نقاشی های غار ، نقاشی های دیواری در کلیساهای کلیسایی و حتی نقاشی های دیواری روی دیوارهای شهر ، تجربیات جسمی و ایده های انتزاعی را ابراز کرده اند. چنین نقاشی هایی ، برای انتقال پیام های در نظر گرفته شده ، شامل سه بلوک ساختاری اساسی است: امتیاز ، خط و هواپیماها. مطالعات اخیر بر الگوهای ریاضی جالب بین این بلوک های ساختمانی در نقاشی ها روشن شده است.

سبک های هنری از طریق تکنیک های مختلف آماری مانند تجزیه و تحلیل فراکتال 1 ، تکنیک مبتنی بر موجک 2 ، روش مخفی چند وضوح مارکوف 3 ، رویکرد مبتنی بر هسته فیشر 4 و مدل کدگذاری پراکنده 5،6 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. به تازگی ، این روش ها همچنین در مورد سایر میراث فرهنگی مانند ادبیات 7،8،9،10 و موسیقی 11،12،13،14 نیز اعمال شده است. چنین تجزیه و تحلیل کمی "استایلومتری" نامیده می شود ، که از تجزیه و تحلیل ادبیات برای شناسایی سبک ادبی مشخص 9 سرچشمه می گیرد.

در این مطالعه ، ما با تجزیه و تحلیل یک پایگاه داده در مقیاس بزرگ از نقاشی های هنری ، ابعاد جدیدی را به بدنه مطالعات استایلومتری اضافه می کنیم. با تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال ، ما تغییر در انواع رنگهای نقاشی شده و ساختارهای مکانی آنها را در ده دوره تاریخی نقاشی های غربی - قرون وسطایی ، رنسانس اولیه ، رنسانس شمالی ، رنسانس بالا ، شیوه گرایی ، باروک ، روکوکو ، نئوکلاسیسم ، رمانتیسم و واقع گرایی تعیین می کنیم - شروع می کنیم. از قرن یازدهم تا اواسط قرن نوزدهم. تصاویر دیجیتالی از نقاشی ها از گالری وب هنر 15 به دست آمد ، که یک پایگاه داده قابل جستجو برای نقاشی ها و مجسمه های اروپایی متشکل از بیش از 29000 قطعه از سالهای 1000 تا 1850 است. بیشتر تصاویر قابل شناسایی شامل اطلاعات مدارس ، دوره ها و دوره ها است. هنرمندان و از نظر وضوح خوبی برای استفاده از تجزیه و تحلیل آماری هستند.< Span> در این مطالعه ، ما با تجزیه و تحلیل یک پایگاه داده در مقیاس بزرگ از نقاشی های هنری ، ابعاد جدیدی را به بدنه مطالعات استایلومتری اضافه می کنیم. با تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال ، ما تغییر در انواع رنگهای نقاشی شده و ساختارهای مکانی آنها را در ده دوره تاریخی نقاشی های غربی - قرون وسطایی ، رنسانس اولیه ، رنسانس شمالی ، رنسانس بالا ، شیوه گرایی ، باروک ، روکوکو ، نئوکلاسیسم ، رمانتیسم و واقع گرایی تعیین می کنیم - شروع می کنیم. از قرن یازدهم تا اواسط قرن نوزدهم. تصاویر دیجیتالی از نقاشی ها از گالری وب هنر 15 به دست آمد ، که یک پایگاه داده قابل جستجو برای نقاشی ها و مجسمه های اروپایی متشکل از بیش از 29000 قطعه از سالهای 1000 تا 1850 است. بیشتر تصاویر قابل شناسایی شامل اطلاعات مدارس ، دوره ها و دوره ها است. هنرمندان و از نظر وضوح خوبی برای استفاده از تجزیه و تحلیل آماری هستند. در این مطالعه ، ما با تجزیه و تحلیل یک پایگاه داده در مقیاس بزرگ از نقاشی های هنری ، ابعاد جدیدی را به بدنه مطالعات استایلومتری اضافه می کنیم. با تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال ، ما تغییر در انواع رنگهای نقاشی شده و ساختارهای مکانی آنها را در ده دوره تاریخی نقاشی های غربی - قرون وسطایی ، رنسانس اولیه ، رنسانس شمالی ، رنسانس بالا ، شیوه گرایی ، باروک ، روکوکو ، نئوکلاسیسم ، رمانتیسم و واقع گرایی تعیین می کنیم - شروع می کنیم. از قرن یازدهم تا اواسط قرن نوزدهم. تصاویر دیجیتالی از نقاشی ها از گالری وب هنر 15 به دست آمد ، که یک پایگاه داده قابل جستجو برای نقاشی ها و مجسمه های اروپایی متشکل از بیش از 29000 قطعه از سالهای 1000 تا 1850 است. بیشتر تصاویر قابل شناسایی شامل اطلاعات مدارس ، دوره ها و دوره ها است. هنرمندان و از نظر وضوح خوبی برای استفاده از تجزیه و تحلیل آماری هستند.

در اینجا ما روی سه مقدار زیر تمرکز می کنیم - استفاده از هر رنگ ، انواع رنگهای نقاشی شده و زبری روشنایی تصاویر. اول ، ما حساب می کنیم که چند بار یک رنگ خاص در یک نقاشی برای هر دوره ظاهر می شود. از هیستوگرام فرکانس ، تفاوت روشنی بین نقاشی ها و عکس های کلاسیک مشاهده می کنیم. در مرحله بعد ، ما یک بعد فراکتال از رنگ های نقاشی شده را برای هر دوره در یک فضای رنگی اندازه گیری می کنیم ، که به طور مشابه در نظر گرفته می شود که منعکس کننده رنگ "پالت" آن دوره است. جالب اینجاست که بعد فراکتال دوره قرون وسطایی پایین تر از دوره های دیگر است. نتایج مفصل و استنباط ما در این بخش مورد بحث قرار گرفته است. آخر ، ما در نظر داریم که یک تصویر به معنای روشنایی آن چقدر خشن یا صاف است. به منظور تعیین کمیت زبری روشنایی ، یک اندازه گیری مشهور ناهمواری در فیزیک آماری اعمال می شود. ما می دانیم که نماینده زبری به تدریج در طی 10 دوره افزایش می یابد ، که مطابق با شرایط تاریخی مانند تولد تکنیک های جدید نقاشی مانند Chiaroscuro و Sfumato 16،17 است (Chiaroscuro و Sfumato تکنیک های اصلی نقاشی هستند که در طول آن توسعه یافته و به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. دوره رنسانس. به معنای واقعی کلمه ، کلمه مرکب Chiaroscuro از کلمات ایتالیایی Chiaro (Light) و Oscuro (Dark) تشکیل شده است ، که به یک تکنیک هنری برای ترسیم کنتراست های تنشی و اشیاء گسترده با استفاده چشمگیر از نور اشاره دارد. پیش سازهای Chiaroscuro لئوناردورو هستندداوینچی (1452-1519) و میکل آنژ Merisi da Caravaggio (1571-1610) و Rembrandt Van Rijn (1606-1669) یک هنرمند نماینده به دلیل استفاده از Chiaroscuro است. کلمه ایتالیایی Sfumato از اصطلاح Italian Fumo گرفته شده استکه به معنای واقعی کلمه به معنای "دود" است. لئوناردو داوینچی Sfumato را به عنوان ترکیبی از رنگ ها بدون خط یا مرز ، به روش دود یا فراتر از صفحه تمرکز ذکر کرد. به عبارت دیگر ، Sfumato یک تکنیک نقاشی برای بیان محو شدن تدریجی بین جسم و پس زمینه برای جلوگیری از طرح های سخت است.). با تجزیه و تحلیل این سه ویژگی ، ما روشهای جدیدی را برای تجزیه و تحلیل کمی پایگاه داده در مقیاس بزرگ از نقاشی ها پیشنهاد می کنیم. با استفاده از روش ما در نقاشی های جنجالی جکسون پولاک ، می توان استنباط کرد که نقاشی های قطره ای وی کاملاً متفاوت از آثار سایر نقاشان است.

نتایج

کروم طیف

ابتدا بررسی می کنیم که چند نوع رنگ مختلف در یک نقاشی ظاهر می شود و چند بار رنگ خاصی نقاشی می شود ، که شبیه به طرح ZIPF برای فرکانس های کلمه در ادبیات 18 است. این نام به عنوان "کروم-طیفوسکوپی" نامگذاری شده است. یک رنگ مانند یک کلمه برای یک نقاش در نظر گرفته می شود. به عنوان نمونه ای از کرومو-طیف سنجی ، شکل 1A کسری از هر رنگ مورد استفاده در یک نقاشی را به ترتیب رتبه نزولی نشان می دهد. اگر هر رنگ از یک پالت به طور یکنواخت انتخاب شود ، فرکانس هر رنگ برای یک فرآیند تصادفی از توزیع دوتایی پیروی می کند (جزئیات بیشتری را در مکمل مشاهده کنید) و نقشه رتبه آن معکوس از تجمعی آن ، یعنی منظم است. عملکرد ناقص بتا 19. این امر به این دلیل است که نقشه رتبه معکوس عملکرد چگالی تجمعی آن است (به نقاط سیاه در شکل 1A مراجعه کنید). با این حال ، جالب اینجاست که توزیع استفاده از رنگ با رتبه بندی شده (RCD) توزیع دم بلند را نشان می دهد ، که با عملکرد معکوس عملکرد بتا ناقص تنظیم شده متفاوت است (شکل 1A را ببینید).

توزیع کاربرد رنگ مرتبه ای برای یک تصویر و دوره.

(الف) توزیع کسری از هر رنگ در یک مرتبه نزولی برای اثر هنری نقاش آلمانی یوهان اردمن هومل (1852-1769) ، "Schloss Wilhelmshöhe با Habichtswald" (این تصویر از حق چاپ است.). محور افقی نشانگر رتبه یک رنگ در فرکانس و محور عمودی است که نسبت یک رنگ در یک تصویر را نشان می دهد. حداقل (حداقل) رنگ مورد استفاده در سمت چپ (راست ترین) در محور افقی قرار دارد. نقاط سیاه نشان دهنده انتخاب رنگ از همان پالت به طور یکنواخت به طور تصادفی است.(ب) توزیع استفاده از رنگ با ترتیب (RCD) از 10 دوره و عکس. توجه داشته باشید که توزیع عکس ها به وضوح دم دیگری را نشان می دهد. inset: RCD برای دوره نئوکلاسیسم. رنگ نمایش داده شده با رتبه آن مطابقت دارد. توجه داشته باشید که کسری با اندازه تصویر و تعداد نقاشی ها در هر دوره عادی می شود.

شکل 1b RCD ها را برای 10 دوره از تاریخ هنر اروپا و عکس ها نشان می دهد. RCD یک دوره نشان می دهد که چند رنگ استفاده شده است و هر چند وقت یکبار یک رنگ خاص در طول دوره ظاهر می شود. همه دوره های نقاشی منحنی توزیع جهانی را نشان می دهند، اما رتبه هر رنگ برای هر دوره نسبتاً متفاوت است. RCD عکس‌ها شبیه به نقاشی‌ها در ابتدای بخش قانون قدرت است، اما دم نمایی به طور قابل‌توجهی از نقاشی‌ها منحرف می‌شود، همانطور که در شکل 1b نشان داده شده است. به منظور روشن شدن تفاوت بخش دم RCD ها بین نقاشی و عکس، پس از اعمال چندین فیلتر نقاشی از نرم افزار محبوب، RCD های تصاویر عکس ها را تجزیه و تحلیل می کنیم. هنگامی که فقط فیلتر رنگ روغن اعمال می شود، تغییرات واضحی در دم توزیع وجود دارد. یک فیلتر رنگ روغن معمولاً از دو پارامتر - محدوده و سطح - تشکیل شده است که به اندازه قلم مو و شدت لکه گیری مربوط می شود. به نظر می رسد این دو پارامتر بر شکل دم نمایی RCD تأثیر می گذارد. واقعیت جالب دیگر این است که هیچ تفاوت واضحی بین RCD عکس‌ها و نقاشی‌های هایپر رئالیسم وجود ندارد، که با میکروسکوپ بسیار ظریف کشیده شده‌اند و به سختی از عکس‌های با چشم غیر مسلح تشخیص داده می‌شوند (شکل S4b را در مکمل ببینید). این نشان می‌دهد که نقاشی‌ها فقط از نظر کمی از عکس‌ها توسط بخش دم RCD متمایز می‌شوند. دم RCD نشان دهنده فراوانی رنگ های نویز یا سطحی از جزئیات در تصویر است.

الگوی فراکتال و پالت رنگ

RCD ها برای تمام دوره های نقاشی منحنی های توزیع کاملاً جهانی را نشان می دهند. با این حال، رنگ رایج ترین رنگ برای هر دوره متفاوت است. برای مشخص کردن کمی بیشتر تنوع رنگ ها، در حالی که فرکانس فردی آن را نادیده می گیریم، الگوی فراکتالی رنگ رنگ شده را در فضای رنگی RGB برای هر دوره بررسی می کنیم.

برای بررسی خصوصیات فراکتال رنگهای نقاشی شده برای هر دوره ، ما ابعاد شمارش جعبه 20 نقاشی را در فضای رنگ RGB اندازه گیری می کنیم و آنها را با دو هنرمند نمادین مقایسه می کنیم: Pieter Bruegel Elder and Jackson Pollock. هر رنگ مورد استفاده در نقاشی در یک نقطه در فضای رنگ RGB ترسیم شده است. بر اساس تعریف ابعاد شمارش جعبه ، ما به طور تکراری طول جعبه ε را از ε = 1 به ε = 32 تغییر می دهیم و تعداد جعبه های غیر خالی را حساب می کنیم. یک جعبه غیر خالی نشان می دهد که حداقل یک بار از رنگ های مربوط به جعبه استفاده می شود. اگر توزیع رنگ ها در فضای رنگ یکدست باشد ، ابعاد شمارش جعبه 3 است. به عبارت دیگر ، اگر ابعاد شمارش جعبه کمتر از 3 باشد ، توزیع در فضای رنگ ناهمگن و فراکتال است ، به این معنی که برخی از محورها ترجیح داده می شوندیا توزیع از یک طرح رنگی ارجح در فضای رنگ تشکیل شده است. به این معنا ، اندازه گیری ابعاد شمارش جعبه ، یکنواختی مکانی یا شکستگی رنگهای رنگ شده را برای هر دوره هنری تعیین می کند.

شکل 2A نشان می دهد که ابعاد محفظه ای از نقاشی ها از 10 دوره تاریخی به جز دوره قرون وسطایی در محدوده بین 2. 6 تا 2. 8 قرار دارد. همانطور که در شکل 2B نشان داده شده است ، فقط ابعاد محفظه ای از دوره قرون وسطایی نزدیک به نقاشی های قطره ای جکسون پولاک (زیر 2. 4) است ، جایی که او از رنگهای محدود عمداً استفاده می کرد. علاوه بر این ، ابعاد شمارش جعبه برای نقاشی های Pieter Bruegel بزرگتر تقریباً 2. 55 است. ابعاد کم شمارش نشان دهنده این است که در تعداد کمی از رنگ های منتخب در عصر قرون وسطایی یک ترجیح قوی وجود دارد. یعنی پالت رنگ در عصر قرون وسطایی با دوره های دیگر متفاوت است.

ابعاد شمارش جعبه و تمایل آن.

(الف) نتایج ابعاد شمارش جعبه در 10 دوره هنری تفاوت معنی داری از دوره قرون وسطایی را از دوره های دیگر نشان می دهد. میله های خطا انحراف از استاندارد را نشان می دهند.(ب) تعداد جعبه ها برای پوشاندن فضای رنگ در مقابل اندازه جعبه. بعد فراکتال در فضای رنگ نقاشی های قطره ای جکسون پولاک در حدود 2. 35 اندازه گیری شده است ، مشابه نقاشی های قرون وسطایی (همچنین به شکل S5 در مکمل مراجعه کنید) ، اما با آن با یک هنرمند نمادین دیگر پیتر بروگل The Elder متفاوت است.

دلیل متفاوت بودن ابعاد جعبه شماری برای قرون وسطی و جکسون پولاک با سایرین را می توان در حقایق تاریخی یافت. اول، رنگدانه‌های کمیاب خاص برای اهداف سیاسی و دلایل مذهبی در قرون وسطی با وجود هزینه‌های گران‌قیمت ترجیح داده می‌شدند. ثانیاً، در آن دوره به دلیل تمایل به تأکید بر خلوص رنگ‌ها و خود مواد، از هیچ تکنیک اختلاط فیزیکی بین رنگ‌های خالص مختلف استفاده نمی‌شد. هنرمندان برای نمایش رنگ های مختلف در دوران میانسالی دوباره روی بوم رنگی نقاشی می کردند. نقاشی های قطره ای جکسون پولاک نیز از رنگ آمیزی مجدد هر الگوی چکه ای تک رنگ بر روی لایه های دیگر شکل گرفته اند و تعداد رنگ های استفاده شده کمتر از سایر نقاشی های غربی قبل از قرن بیستم است. علاوه بر این، رنگ‌های روغن و تکنیک‌های ترکیب رنگ تا عصر رنسانس به طور کامل توسعه نیافته بودند. معرفی ابزارهای بیانی جدید، مانند پاستل و انگشتان و تکنیک های نقاشی، مانند کیاروسکورو و اسفوماتو، بیان بسیار رنگارنگ و طبیعی تری را پس از دوره رنسانس ممکن کرد. تفاوت ابعاد فراکتال بین دوره های قرون وسطی و سایر دوره ها از نظر کمی ممکن است از نظر کمی نشان دهنده حقایق تاریخی و تفاوت فنی نقاشی در تاریخ هنر باشد.

عادی سازی مجدد فضایی و تحلیل نقطه ثابت

در فضای رنگی RGB، هر نقاشی مجموعه ای از پیکسل های رنگی پراکنده خود را دارد. برای تجزیه و تحلیل ویژگی های استفاده از رنگ ها، با توجه به تنوع رنگ در نقاشی ها، سه نقطه نماینده در فضای رنگی RGB تعریف می کنیم. اول، مرکز استفاده از فرکانس در فضای رنگ ممکن است با مرکز جرم در فیزیک مقایسه شود. می توان مرکز فرکانس استفاده (CM) را در فضای رنگی با اطلاعات استفاده و موقعیت مکانی رنگ ها مانند مرکز جرم اجسام فیزیکی محاسبه کرد. دوم، تغییر اندازه مکرر یک نقاشی برای به دست آوردن نقطه ثابت نقاشی که از مفهوم عادی سازی مجدد فضای واقعی در فیزیک وام گرفته شده است، ضروری است. با تغییر اندازه مکرر یک نقاشی، یک نقاشی در نهایت یک پیکسل می شود. این نقطه ثابت نقاشی (FP) است. سومین نقطه ثابت نقاشی تصادفی (SFP) همان چیزی است که در مورد دوم ذکر شد به جز به هم زدن پیکسل های نقاشی. اگر اطلاعات فضایی رنگ پراکنده نامربوط باشد، FP و SFP تفاوت قابل توجهی ندارند. توجه داشته باشید که نقطه جرم یک تصویر به هم ریخته (SCM) با CM اصلی یکسان است. سپس دو بردار d₁(د₂) اشاره از CM به FP (SFP) را می توان برای تعیین کمیت تصادفی آرایش فضایی رنگ ها در نقاشی ها مقایسه کرد. اگر د₁و د₂مشابه هستند، رنگ های استفاده شده در یک نقاشی متنوع نیستند یا چینش فضایی رنگ ها در یک نقاشی نزدیک به تصادفی است. شکل 3c نشان می دهد که چیدمان رنگی نقاشی های قطره ای جکسون پولاک کاملاً متفاوت از نقاشی های دیگر است و نشان می دهد که آثار هنری پولاک کاملاً تصادفی است، به خصوص در آرایش فضایی رنگ ها. از سوی دیگر، دو نقطه ثابت تابلوهای پیتر بروگل بزرگتر از یکدیگر دور هستند.

عادی سازی مجدد فضایی تصاویر اصلی و به هم ریخته.

الف) نمونه ای از تبدیل تصویر به نقطه ثابت.(شکل 1a همچنین حاوی تصویری است که از حق چاپ خارج شده است.) (ب) یک مثال گویا از مرکز جرم (CM)، نقطه ثابت (FP) و نقطه ثابت (SFP) در فضای رنگی RGB.(ج) هنجار اختلاف d₁و د₂بیش از 10 دوره و مقایسه با نقاشی های قطره ای پولاک و نقاشی های پیتر بروگل بزرگتر.(د) هنجار حاصلضرب متقاطع d₁و د₂بیش از 10 دوره و مقایسه با نقاشی های قطره ای پولاک و نقاشی های پیتر بروگل بزرگتر.

زبری سطح و کنتراست روشنایی

اگرچه ما عمدتاً روی استفاده از رنگ‌ها تمرکز می‌کنیم، و چیدمان فضایی آن را در دو بخش اول نادیده می‌گیریم، اما همبستگی فضایی رنگ‌ها برای درک سبک هنری نقاشی‌ها نیز مهم است، همانطور که در تحلیل قبلی RG نشان داده شد، زیرا یک نقاشی ترکیبی ازرنگ ها در جای مناسبچیدمان فضایی رنگ ها جلوه های هنری مختلفی را ممکن می سازد. برای مثال کنتراست به عنوان یکی از جلوه های هنری عنصر مهمی برای بیان شکل و فضا در هنرهای زیبای دو بعدی است. در میان انواع مختلف کنتراست، کنتراست روشنایی به دلیل پیشینه فرهنگی اروپا که معمولاً تضاد روشنایی و تاریکی را به عنوان یک بیان استعاری اتخاذ می کند، مهم ترین در تاریخ هنر است. در این بخش، با در نظر گرفتن اطلاعات رنگی پیکسل ها و آرایش فضایی آنها، به بررسی رواج تضاد روشنایی در نقاشی های اروپایی در 10 دوره هنری می پردازیم.

برای تعیین کمیت کنتراست روشنایی ، ما از همبستگی اختلاف ارتفاع دو نقطه ای (HDC) و ناهمواری آن α استفاده می کنیم ، شیب منحنی HDC در یک نقشه لگاریتمی مضاعف مدل رشد سطح در فیزیک آماری 22. ابتدا روشنایی را در مقیاس خاکستری از اطلاعات رنگ RGB از طریق یک تحول وزنی (روش ها) دریافت می کنیم و با اتخاذ روشنایی یک پیکسل به عنوان ارتفاع در آن موقعیت تصویر ، "سطح روشنایی" یک تصویر را تعریف می کنیم. در شکل 4a و b. یک سطح سه بعدی ، مانند یک فرش شمع عمیق ، از نقاشی 2 بعدی بدست می آید ، جایی که HDC به عنوان تابعی از فاصله r محاسبه می شود. این روش به طور گسترده ای در ماده چگالش و فیزیک آماری برای تجزیه و تحلیل زبری یک سطح در حال رشد استفاده می شود ، به عنوان مثال یک سطح نیمه هادی رشد یافته توسط رسوب شیمیایی 22. برای مقایسه ، یک تصویر تغییر یافته ، با تغییر موقعیت پیکسل به طور تصادفی ، با هم تجزیه و تحلیل می شود.

ساخت سطوح روشنایی و اندازه گیری نمای زبری.

(الف) و (ب) نمونه های مصور از سطوح روشنایی. روشنایی هر نقطه به عنوان قد آن در نظر گرفته می شود.(ج) نمونه ای از عملکرد HDC دو نقطه ای G (R) در سطح روشنایی یک تصویر در قسمت ، یک نقاشی پانل از نقاش ایتالیایی Taddeo Gaddi (1348-1353) با عنوان "سنت جان انجیلی که از مسموم می نوشدجام "(این تصویر از حق چاپ است.). محور افقی نشانگر فاصله R ، جایی که یک واحد پیکسل است ، بین دو نقطه مجزا روی سطح. نقاط قرمز HDC یک تصویر اصلی را نشان می دهد و رنگهای آبی نشان دهنده یک تصویر تصادفی است. شیب تقریباً 2α است~0. 28.(د) عملکرد HDC برای تصویری که در قسمت زیرین نشان داده شده است ، نقاشی نقاش آمریکایی جکسون پولاک (1912-1912) با عنوان "شماره 20 ، 1948 ، 1948" (این تصویر با اجازه انجمن حقوق هنرمندان و انجمن هنرمندان تولید می شود. کپی رایت کره ، © 2014 بنیاد Polloc k-Krasner/ARS ، NY - Sack ، Seoul) که هیچ تفاوتی از یک تصویر تصادفی به طور تصادفی نشان نمی دهد به جز فاصله کوتاه کمتر از 10 پیکسل ، که کمتر از 1 ٪ از عرض تصویر است.

همانطور که در شکل 4a و B نشان داده شده است ، از آنجا که روشنایی یک نقطه به عنوان ارتفاع آن تعریف شده است ، اختلاف ارتفاع بین دو نقطه نشان دهنده اختلاف روشنایی است. HDC دو نقطه ای از یک نقاشی به طور تصادفی در نقاط آبی در شکل 4C و D برای مقایسه نمایش داده می شود. شیب α برای تصاویر تصادفی 0 است زیرا دیگر همبستگی مکانی وجود ندارد. شکل 4D نمونه ای از نقاشی قطره ای جکسون پولاک را نشان می دهد ، که تشخیص آن از نقاشی تصادفی به طور تصادفی دشوار است وقتی که فقط همبستگی مکانی در نظر گرفته می شود. نمای زبری نقاشی قطره ای جکسون پولاک در مقایسه با سایر نقاشی های اروپایی بسیار اندک است.

از آنجا که HDC همبستگی مکانی بین پیکسل های رنگی بر روی یک سطح را به عنوان تابعی از فاصله توصیف می کند ، شیب عملکرد HDC ، یعنی نمایه زبری α ، میانگین روش روشنایی را با توجه به اثر کنتراست نشان می دهد. شکل 5a نشان می دهد که α به تدریج α به تدریج در 10 دوره هنری افزایش می یابد ، که با شرایط تاریخی سازگار است. اول ، گرایش روزافزون α مربوط به تغییر در تکنیک های نقاشی و ژانرها مانند پرتره ها تا چشم انداز است. در تاریخ هنر غربی ، بسیاری از تکنیک های جدید نقاشی در دوره رنسانس تدوین و پخش شد. به عنوان مثال ، Chiaroscuro ، که یکی از حالت های نقاشی متعارف در دوره رنسانس 16 است ، تضاد شدید بین نور و سایه را مشخص می کند. نمایه زبری و HDC سطح روشنایی و موقعیت مکانی نسبی را ضبط می کند. از این رو ، یک ضعف زبری α از یک نقاشی می تواند یک شاخص کمی از یک تکنیک Chiaroscuro باشد و گرایش روزافزون آن در دوره های هنری نشان دهنده گسترش تکنیک Chiaroscuro در قاره 21 است. علاوه بر این ، جنبش هنری رنسانس منجر به این شد که نقاشی ژانرها متنوع تر شود. بنابراین ، بیشتر پرتره ها و نقاشی های منظره تشویق می شوند. اشیاء بزرگ در نقاشی هایی مانند یک نیم تنه ، یعنی قسمت بالای پرتره ها ، یا کوه ها و آسمان در مناظر ، اختلاف روشنایی را در مسافت کوتاه کاهش می دهند ، اما باعث می شود افزایش HDC با افزایش فاصله 21. بنابراین ، نوسازی تاریخی تکنیک های نقاشی و تنوع ژانرهای نقاشی به وضوح در گرایش فزاینده ای از بوی زبری α اسیر می شود.

روند تجاوزهای زبری و آنتروپی های تصویر.

(الف) روند نماهای ناهمواری در 10 دوره تاریخی هنر، رفتار فزاینده ای را نشان می دهد.(ب) تمایل آماری مقادیر آنتروپی تصویر سطوح روشنایی در طول دوره‌ها. نوارهای خطا نشان دهنده خطای استاندارد میانگین است.

مثال دیگر، sfumato یکی دیگر از روش‌های اصلی نقاشی است که در دوره رنسانس برای بیان ناپدید شدن یا سایه انداختن اطراف اشیاء در یک نقاشی توسعه یافت. صاف کردن لبه های اجسام در یک نقاشی باعث می شود واریانس روشنایی کاهش یابد زیرا اجازه نمی دهد تغییرات ناگهانی در مرز ایجاد شود. در این مورد، آنتروپی تصویر 23 اندازه گیری خوبی برای تکنیک sfumato خواهد بود، که نشان دهنده واریانس روشنایی در یک مکان خاص است. از آنجایی که واریانس با همگنی نسبت معکوس دارد، آنتروپی تصویر سطح همگنی محلی روشنایی در یک نقاشی را توصیف می کند.

شکل 5b نشان می دهد که آنتروپی تصویر H تا نئوکلاسیک افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد، که تا حدودی با توان زبری متفاوت است، زیرا آنتروپی تصویر فقط پیچیدگی گرادیان رنگ اطراف یک پیکسل را به صورت محلی در نظر می گیرد در مقایسه با این واقعیت که نما زبری نیز در نظر گرفته می شود. تفاوت روشنایی رنگ از راه دورما فکر می‌کنیم که رفتارهای مختلف این دو معیار ممکن است نشان‌دهنده این تمایل باشد که تکنیک کیاروسکورو هنوز در حال توسعه است اما sfumato کاهش می‌یابد. ممکن است رد بیان مرموز و احترام به بیان واقع بینانه باشد.

بحث

از تجزیه و تحلیل یک آرشیو تصاویر نقاشی اروپایی در مقیاس بزرگ، ما نشان می‌دهیم که کرومو طیف‌سنجی 10 دوره تاریخی هنر، منحنی توزیع جهانی را نشان می‌دهد که نقاشی‌های هنری را از عکس‌ها متمایز می‌کند. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل فراکتال به ما امکان می دهد تا گسترش پالت رنگ را پس از دوره قرون وسطی دوباره کشف کنیم، که با این واقعیت مطابقت دارد که پالت رنگی قرون وسطی در مقایسه با دوره های دیگر به دلیل شرایط تاریخی نسبتاً باریک بود. علاوه بر این، ما توان زبری و آنتروپی تصویر سطوح روشنایی را در 10 دوره تاریخی هنر اندازه‌گیری می‌کنیم. ما متوجه شدیم که این اندازه‌گیری‌های ریاضی به طور کمی تولد تکنیک‌های جدید نقاشی و استفاده روزافزون از آنها را توصیف می‌کنند. رویکردهای ما با موفقیت شاخص های کمی را ارائه می دهند که منعکس کننده تحولات تاریخی سبک های هنری است. با استفاده از آنها می توان نتیجه گرفت که نقاشی های قطره ای جکسون پولاک یک اثر هنری معمولی نیست، البته، اینها هنوز در دنیای هنر بحث برانگیز هستند.

محدودیت های مختلفی از رویکردهای ما وجود دارد و ما پیشنهاداتی را برای کارهای آینده ارائه می دهیم. اول ، اگرچه پایگاه داده بسیار بزرگ است ، اما مجموعه داده های ما تمام نقاشی های 10 دوره تاریخی هنری را پوشش نمی دهد. به همین دلیل ، این امکان وجود دارد که در نتایج ما تعصب نمونه برداری وجود داشته باشد که ما هنوز متوجه نشده ایم. برای آمار بهتر ، تجزیه و تحلیل تصاویر بسیار بزرگتر (وضوح بالاتر) مانند Google Art Project 24 بینش مشخص بیشتری برای سبک هنری به ما می دهد. خطای احتمالی دیگر اعوجاج رنگ ناخواسته هنگام تبدیل نقاشی های اصلی به تصاویر دیجیتال است که ممکن است باعث از بین رفتن اطلاعات رنگ یا تعصب شود. حتی اگر ما بررسی کرده ایم که نتایج ما از کاهش کیفیت رنگ مصنوعی به طور قابل توجهی تغییر نمی کند ، ما نمی توانیم تمام اثرات اعوجاج ممکن را دنبال کنیم. همچنین درست است که رنگ های موجود در نقاشی ها هنگام اتمام متفاوت از رنگهای اصلی هستند. نقاشی های قدیمی برای حفظ آن دشوار است و معمولاً از تخریب مواد فیزیکی نقاشی هایی مانند اکسیداسیون و خوردگی رنج می برند. این موضوعات بزرگ باقی مانده نه تنها برای این مطالعه بلکه برای همه تجزیه و تحلیل های استیل سنجی در هنر است. با این وجود ، ما انتظار داریم که مطالعه کمی ما برای ایجاد شکاف بین هنر و علم مفید باشد.

مواد و روش ها

منبع مجموعه داده و آمار نقاشی ها

در این مطالعه ، ما تصاویر دیجیتالی نقاشی های اروپایی را در گالری وب هنر که نمایش آثار هنری از قرن یازدهم تا اواسط قرن 15 را نشان می دهد ، تجزیه و تحلیل کردیم. نقاشی های اروپایی به 10 دوره تاریخی هنری طبقه بندی می شوند: قرون وسطایی ، رنسانس اولیه ، رنسانس شمالی ، رنسانس بالا ، شیوه گرایی ، باروک ، روکوکو ، نئوکلاسیسم ، رمانتیسم و رئالیسم. ما تصاویر غیر نقاشی مانند مجسمه ها ، مینیاتورها ، تصاویر ، معماری ، سفال ، نقاشی های شیشه ای و کالاها را فیلتر کردیم. تعداد تصاویر تصفیه شده برای هر دوره در جدول SI S1 خلاصه شده است. در کل ما 8،798 اثر هنری نقاشی را تجزیه و تحلیل کرده ایم. همانطور که در شکل S1 نشان داده شده است ، بیش از 94 ٪ از تصاویر از 700 × 700 پیکسل بزرگتر و بزرگترین آن 1533 × 1350 است. بنابراین ، کیفیت تصاویر به اندازه کافی مناسب است تا بتواند تجزیه و تحلیل آماری را انجام دهد. علاوه بر این ، به منظور بحث در مورد تفاوت بین نقاشی ها و عکس ها ، دو مجموعه داده دیگر برای بیش از حد رئالیسم و عکس جمع آوری می شود. ما 105 تصویر بیش از حد رئالیسم را از وب سایت های هنرمندان Hyper-Realism 25،26،27،28،29،30،30 جمع آوری کردیم ، بزرگترین آن 2974 × 1954 و دو مجموعه عکس از سایت رسمی اینستاگرام ملی جغرافیایی است. 32 و گالری عکس آنلاین یک سایت پورتال کره 33.

ابعاد شمارش جعبه

به منظور بررسی الگوهای فراکتال رنگهای رنگ شده در فضای رنگ RGB ، ابعاد شمارش جعبه 20 را اندازه گیری کردیم. ابعاد شمارش جعبه به شرح زیر تعریف شده است:

جایی که n (ε) تعداد جعبه های غیر خالی است و طول جانبی هر جعبه ε است. یک مقدار ε نشان دهنده کیفیت رنگ در یک واحد دیجیتالی است ، به عنوان مثال ، ε = 1 با 256 3 رنگ ممکن در سیستم رنگی RGB 24 بیتی مطابقت دارد و ε = 32 با 8 3 رنگ ممکن در سیستم رنگی RGB 8 بیتی همراه است. هر مقدار ε با log مطابقت دارد₂(256/ε) سیستم رنگ 3-bit RGB. تغییر ε = 32 ، 16 ، 8 ، 4 ، 2 و 1 (شکل S6 را در مکمل مشاهده کنید) و بررسی N (ε) برای هر ε ، ما اندازه گیری D_جعبه(ε).

تحول در مقیاس خاکستری

برای در نظر گرفتن سطوح روشنایی تصاویر ، ما تصاویر رنگی دیجیتال را با استفاده از فیلتر وزنی زیر به تصاویر با مقیاس خاکستری تبدیل کردیم:

جایی که R ، G و B شدت قرمز ، سبز و آبی یک پیکسل و من هستند_{در مقیاس خاکستری}روشنایی یک رنگ خاص است که به عنوان ارتفاع روی تصویر تعبیر می شود. دلیل تفاوت در مقادیر وزنی به دلیل حساسیت به رنگ چشم انسان 34 است و چندین فیلتر وزن دیگر برای شدت R ، G و B برای اهداف خاص وجود دارد. با این حال ، تفاوت معنی داری در نتایج با فیلترهای مختلف وجود ندارد.

عملکرد همبستگی اختلاف ارتفاع دو نقطه

برای اندازه گیری میزان زبری سطوح روشنایی (ارتفاع) ، عملکرد همبستگی اختلاف ارتفاع دو نقطه (HDC) 22 محاسبه می شود. تعریف است

که از فرم مقیاس ساده ، G (R) پیروی می کند~R 2α ، برای R کوچک و جایی که R فاصله بین دو نقطه پیکسل است ، نوار بیش از حد میانگین مکانی را در فاصله ثابت R برای همه نقاط ممکن ، n نشان می دهد_حرفآیا تعداد جفت های احتمالی در فاصله r ، H (x) ارتفاع در یک نقطه x (0 ≤ H (x) ≤ 255) است و α نماینده زبری است. نمایه زبری در یک طرح دو لگریتمی از G در مقابل R اندازه گیری شد ، جایی که از دامنه اتصالات از R استفاده شده است_آ= 10 تا R_شرح، جایی که HDC برای نقاشی های اصلی و تصادفی به همان مقدار اشباع می شود. تقریباً با 30 ٪ از عرض تصویر و یک ریشه مربع 9 ٪ از منطقه تصویر مطابقت دارد.

آنتروپی تصویر

آنتروپی تصویر در مقیاس خاکستری 23 ، توسط معادله زیر آورده شده است:

جایی که p (x) = h (x)/ s ، h (x) ارتفاع در نقطه ای از سطح روشنایی (0 ≤ h (x) ≤ 255) است و s مجموع تمام مقادیر ارتفاع در تصویر استعادی سازیضریب وزنی M (x) توسط m (x) = 1+σ 2 (x) داده می شود ، جایی که واریانس ارتفاع محلی فقط برای پیکسل های همسایه اطراف آن و خود در موقعیت x محاسبه می شود. از آنجا که این آنتروپی تصویر به اندازه تصویر بستگی دارد ، تمام تصاویر قبل از اندازه گیری آنتروپی تصویر به 500 500 پیکسل تغییر یافته اند.

منابع

تیلور ، R. ، Micolich ، A. & Jonas ، D. تجزیه و تحلیل Fractal از نقاشی های قطره ای پولاک. طبیعت 399 ، 422 (1999).

Lyu ، S. ، Rockmore ، D. N. & Farid ، H. یک تکنیک دیجیتالی برای احراز هویت هنر. پروکناتلACADعلمیایالات متحده آمریکا 101 ، 17006–17010 (2004).

جانسون ، C. R. ، جونیور و همکاران. پردازش تصویر برای آنالیز شناسایی هنرمند- رایانه ای از برس های نقاشی وینسنت ون گوگ. IEEE سیگنال Proc. جادوگرشماره ویژه میراث فرهنگی بصری. 25 ، 37-48 (2008).

Bressan ، M. ، Cifarelli ، C. & Perronnin ، F. تجزیه و تحلیل رابطه بین نقاشان بر اساس کارشان. پانزدهم IEEE Int. کنفرانستصویر Proc. 113–116 (2008).

Olshausen ، B. A. & Deweese ، M. R. ریاضیات کاربردی: آمار سبک. طبیعت 463 ، 1027-1028 (2010).

Hughes ، J. M. ، Graham ، D. J. & Rockmore ، D. N. کمیت سبک هنری از طریق تجزیه و تحلیل برنامه نویسی پراکنده در نقشه های پیتر بروگل بزرگتر. پروکناتلACADعلمیایالات متحده آمریکا 107 ، 1279–1283 (2010).

د مورگان ، اس. ای.

Lutostowski ، W. منشأ و رشد منطق افلاطون (Longmans ، Green ، London. ، 1897).

هولمز ، D. I. و کاردوس ، جی. نویسنده کی بود؟مقدمه ای برای استایلومتری. احتمال 16 ، 5-8 (2003).

Hughes ، J. M. ، Foti ، N. J. ، Krakauer ، D. C. & Rockmore ، D. N. الگوهای کمی از نفوذ سبک در تکامل ادبیات. پروکناتلACADعلمیایالات متحده آمریکا 109 ، 7862-7686 (2012).

Manaris ، B. et al. قانون Zipf ، طبقه بندی موسیقی و زیبایی شناسی. محاسبات. موسیقی J. 29 ، 55-69 (2005).

Huron ، D. Archetype رمپ: مطالعه پویایی موسیقی در 14 آهنگساز پیانو. روانموسیقی 19 ، 33-45 (1991).

کیسی ، م. ، رودس ، C. و Slaney ، M. تجزیه و تحلیل حداقل مسافت در فضاهای موسیقی با ابعاد بالا. IEEE ترانس. گفتار صوتی Proc. 16 ، 1015-1028 (2008).

SAPP ، C. معیارهای شباهت عددی/درجه ترکیبی برای اجراهای موسیقی. پروکIsmir 99 ، 501-506 (2008).

Krén ، E. & Marx ، D. گالری وب هنر ، مجموعه تصویر ، موزه مجازی ، بانک اطلاعاتی قابل جستجو از هنرهای زیبا اروپا (1000-1900) http://www. wga. hu/ (1996) تاریخ دسترسی 09/05/2009

گالری ملی ، لندن: نقاشی اروپای غربی 1250–1900 http://www. nationalgallery. org. uk/paintings/glossary/chiaroscuro تاریخ دسترسی 03/04/2013.

Earls ، I. Renaissance Art: یک فرهنگ لغت موضعی (گرین وود پرس ، 1987).

Zipf ، G. K. رفتار انسانی و اصل کمترین تلاش: مقدمه ای بر اکولوژی انسانی (آدیسون وسلی پرس ، کمبریج ، 1949).

Abramowitz ، M. & Stegun ، I. A. کتابچه راهنمای عملکردهای ریاضی: با فرمول ها ، نمودارها و جداول ریاضی (انتشارات داور ، نیویورک ، 1965).

Gouyet ، J. F. & Mandelbrot ، B. فیزیک و ساختارهای فراکتال.(Springer-Verlag ، نیویورک. ، 1996).

Gage ، J. رنگ و معنی: هنر ، علوم و نمادگرایی (دانشگاه کالیفرنیا پرس ، برکلی. ، 2000).

Barabási، A. L. & Stanley، H. E. مفاهیم فراکتال در رشد سطحی (انتشارات دانشگاه کمبریج، کمبریج، 1995).

Brink، A. D. استفاده از اطلاعات مکانی به عنوان کمکی برای انتخاب آستانه تصویر حداکثر آنتروپی. تشخیص الگوLett. 17، 29-36 (1996).

Google Inc. Google Cultural Institute http://www. google. com/culturalinstitute/project/art-project (2011) تاریخ دسترسی 14/02/2011

گالری Jacques Bodin http://www. jacquesbodin. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

روبرتو برناردی http://www. robertobernardi. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

Raphaella Spence http://www. raphaellaspence. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

Hubert de Lartigue Accueil http://www. hubertdelartigue. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

Bernardo Torrens http://www. bernardotorrens. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

The Hyperrealism Paintings by Denis Peterson http://www. denispeterson. com/ تاریخ دسترسی 07/04/2010.

اینستاگرام رسمی نشنال جئوگرافیکhttp://instagram. com/natgeo (1999) تاریخ دسترسی 20/08/2014

Naver که به طور رسمی در سال 1999 راه اندازی شد، اولین سایت پورتال کره ای بود که موتور جستجوی خود را توسعه داد. http://www. naver. com/ (1999) تاریخ دسترسی 20/07/2009

پرت، W. K. پردازش تصویر دیجیتال (جان وایلی و پسران، نیویورک، 1991).

سپاسگزاریها

این کار توسط کمک مالی بنیاد ملی تحقیقات کره (NRF) با بودجه وزارت علوم، فناوری اطلاعات و ارتباطات و برنامه ریزی آینده (شماره 2011-0028908) حمایت شد.

اطلاعات نویسنده

نویسندگان و وابستگی ها

گروه فیزیک، موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره، Daejeon، 305-701، کره

گروه فیزیک کاربردی، دانشگاه هانیانگ، انسان، 426-791، کره

گروه فیزیک و مؤسسه برای قرن زیستی، مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته کره، Daejeon، 305-701، کره

مرکز آسیا و اقیانوسیه برای فیزیک نظری، پوهانگ، 790-784، کره

1. دنیل کیم

همچنین می توانید این نویسنده را در PubMed Google Scholar جستجو کنید

همچنین می توانید این نویسنده را در PubMed Google Scholar جستجو کنید

همچنین می توانید این نویسنده را در PubMed Google Scholar جستجو کنید

مشارکت ها

D. K. طراحی و انجام تحقیق، تجزیه و تحلیل داده ها و نگارش مقاله. S.-W. S. طراحی و انجام تحقیق و نگارش مقاله؛H. J تحقیقاتی را طراحی کرد و مقاله نوشت. همه نویسندگان نتایج را مورد بحث و بررسی قرار دادند و در مورد مقاله نظر دادند.

اعلامیه های اخلاقی

منافع رقابتی

نویسندگان هیچ منافع مالی رقیب را اعلام نمی کنند.

مواد تکمیلی الکترونیکی

اطلاعات تکمیلی

حقوق و مجوزها

این کار تحت مجوز بین المللی Creative Commons Attribution-Noncommercial-Noderivs 4. 0 مجوز است. تصاویر یا سایر مطالب شخص ثالث در این مقاله در مجوز Creative Commons مقاله گنجانده شده است ، مگر اینکه در خط اعتباری در غیر این صورت مشخص شود. اگر این ماده تحت مجوز Creative Commons گنجانده نشده باشد ، کاربران برای تولید مثل مطالب باید مجوز از دارنده مجوز را بدست آورند. برای مشاهده نسخه ای از این مجوز ، به http://creativeecommons. org/licenses/by-nc-nd/4. 0/ مراجعه کنید

در مورد این مقاله

این مقاله را ذکر کنید

کیم ، دی. ، پسر ، SW.& Jeong ، H. تجزیه و تحلیل کمی در مقیاس بزرگ هنرهای نقاشی. SCI Rep 4 ، 7370 (2014). https://doi. org/10. 1038/srep07370

دریافت شده: 13 ژانویه 2014

پذیرفته شده: 24 سپتامبر 2014

منتشر شده: 11 دسامبر 2014

این مقاله را به اشتراک بگذارید

هرکسی که لینک زیر را با آن به اشتراک بگذارید قادر به خواندن این محتوا خواهد بود:

لینک اشتراکی دریافت کنید

با عرض پوزش ، یک لینک اشتراک پذیر در حال حاضر برای این مقاله در دسترس نیست.

کپی به کلیپ بورد

ارائه شده توسط SPRINGER NATURE SHAREDIT SICTIONIATION CONTENT

این مقاله توسط

پیچیدگی فشرده سازی Kolmogorov ممکن است مدارس مختلف نمادنگاری ارتدکس را متمایز کند

• دانیل پپتناتو
• یون
• هربرت فرانتس جلینک

گزارش های علمی (2022)

دوستیابی نقاشی های باستانی Mogao Grottoes با استفاده از کدهای بصری عمیقاً آموخته شده

• qingquan li
• شین زو
• آهنگ وانگ

علوم اطلاعات علوم چین (2018)

نظرات

با ارسال نظر ، شما موافقت می کنید که از شرایط و دستورالعمل های جامعه ما پیروی کنید. اگر چیزی توهین آمیز پیدا کردید یا مطابق با شرایط یا دستورالعمل های ما نیست ، لطفاً آن را به صورت نامناسب پرچم گذاری کنید.