WRC 2016｜華碩CTO羅仁權(quán)：機(jī)器人如何像藝術(shù)家一樣畫畫

雷鋒網(wǎng)按：本文根據(jù)羅仁權(quán)教授10月22日在2016世界機(jī)器人大會(huì)（World Robot Conference）上的演講編輯整理而來，在未改變?cè)敢獾幕A(chǔ)上略做了刪減。

羅仁權(quán)，臺(tái)灣大學(xué)講座教授，IEEE院士，英國工程技術(shù)學(xué)會(huì)（IET）院士，華碩集團(tuán)首席技術(shù)官。曾擔(dān)任兩屆臺(tái)灣國立中正大學(xué)校長、臺(tái)灣機(jī)器人協(xié)會(huì)創(chuàng)會(huì)主席。主要研究機(jī)器人控制系統(tǒng)、智能型多重傳感器融合與整合系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)視覺、3D打印制造技術(shù)等。并曾針對(duì)以上領(lǐng)域發(fā)表國際學(xué)術(shù)期刊論文、會(huì)議論文、專著共計(jì)450余篇，申請(qǐng)專利20余項(xiàng)。

為什么要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人藝術(shù)呢？我們的世界每天都非常豐富多彩，生活當(dāng)中也有著非常多的色彩，包括舞蹈和各種不同顏色的場景和建筑。我們希望我們的生活充滿藝術(shù)，而機(jī)器人是不是可以幫助我們從事藝術(shù)創(chuàng)作呢？所以藝術(shù)是生活，但是藝術(shù)現(xiàn)在要和技術(shù)結(jié)合起來。藝術(shù)和技術(shù)之間現(xiàn)在有重合的地方，這種重合是二者共通的地方，我們可以看到這種共通的地方有什么魔術(shù)般的效應(yīng)出現(xiàn)。

水族館里面孩子都在看著不同色彩的魚，實(shí)際上它是技術(shù)、科學(xué)和藝術(shù)的結(jié)合，這樣的一種把真實(shí)的魚和技術(shù)上產(chǎn)生出來的虛擬的魚結(jié)合起來需要很多的創(chuàng)造性。

現(xiàn)在很多人擔(dān)心藝術(shù)是不是能夠和機(jī)器人結(jié)合起來，我們已經(jīng)看到了很多研究文獻(xiàn)，這就是在EPFL-Lab里面的三個(gè)圖，上面是真實(shí)的圖像，下面的黑白的圖像就是機(jī)器人畫的。之前我們看到了庫卡機(jī)器人在繪畫夢(mèng)露，繪畫出來的也都是黑白的圖片。

我們能不能對(duì)機(jī)器人做進(jìn)一步的改善呢？很多情況之下機(jī)器人畫畫是單色的，或者是通過水彩和鉛筆來畫的，而且沒有視覺上的反饋，我們完全可以改進(jìn)，也可以加上各種顏色，然后讓顏色之間進(jìn)行混合。對(duì)于一個(gè)畫家來講，我們需要讓他在畫畫的時(shí)候畫布上面可以有視覺的反饋。我們希望應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的時(shí)候能夠讓它具有同樣的藝術(shù)創(chuàng)造力，然后也有視覺上的反饋。

現(xiàn)在我們使用電腦的圖像處理可以打印出非常漂亮的圖片，所以現(xiàn)在我們要把藝術(shù)和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來。我們有油畫、有水彩，可以看到電腦的顏色就在電腦里面，所以我們可能摸不到，我們的目標(biāo)就是要把人和機(jī)器在創(chuàng)造力上形成一種合力，而且把這種界限模糊掉，能夠讓人真正地進(jìn)行欣賞。

這個(gè)機(jī)械臂負(fù)荷是五公斤，最大的速度是每秒鐘五十厘米，然后幫助人們進(jìn)行繪畫。

這是我們的法國交換生，我們希望能夠看到是不是可以讓機(jī)器人畫出彩色的人像畫。我們有蠟筆、鉛筆、鋼筆和油畫的毛筆，這個(gè)學(xué)生坐在一個(gè)視頻系統(tǒng)和繪畫機(jī)器人面前，然后機(jī)器人就開始工作了。

我們有一個(gè)圖像的輸入，然后我們對(duì)圖像進(jìn)行處理，下一步再把它進(jìn)行渲染，因?yàn)樵械膱D片看起來不是特別的好，所以把它進(jìn)行了非圖片式的真實(shí)渲染，可以讓機(jī)器人進(jìn)行攝像。左邊有一個(gè)形態(tài)學(xué)的圖片，后來我們把它加上了顏色，然后把三者結(jié)合就可以看到最終的產(chǎn)品。

我們?cè)趫D片處理的過程當(dāng)中關(guān)注所有的這些弧線，對(duì)于邊角也要進(jìn)行探測，使用的算法叫做基于浮點(diǎn)的差異，簡稱為FDOG。然后我們對(duì)于形態(tài)學(xué)方面進(jìn)行運(yùn)作，這樣能夠讓它便于繪畫。

另外對(duì)于邊角的探測我們使用的是FBOD這樣的算法，就在這個(gè)點(diǎn)對(duì)于周圍的圖片和邊角進(jìn)行計(jì)算。如果有顏色交叉的情況我們就會(huì)給它更多的權(quán)重，如果是相同的方向我們也會(huì)給它更多的權(quán)重。

下面我們會(huì)進(jìn)行顏色細(xì)分，所以問題是一個(gè)彩色的圖像是256×256可能性的顏色，然后我們把這些顏色進(jìn)行簡化，通過蠟筆進(jìn)行模仿。之前說過這是一個(gè)人像，但是我們要讓機(jī)器人真正理解顏色。Y指的是顏色的亮度成分，U和V指的分別是顏色的層次或者內(nèi)部的成分，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)化和協(xié)調(diào)，也要整個(gè)進(jìn)行處理。

上面的一行是真實(shí)的照片，下面的一行是機(jī)器人畫出來的圖片。

藝術(shù)家們是怎么創(chuàng)造藝術(shù)的呢？之前的畫是平面的，然后加上陰影就可以了，現(xiàn)在我們完全可以進(jìn)行升級(jí)，也完全可以模仿藝術(shù)家。

這是用彩色的繪畫創(chuàng)作，可以看到首先是把顏色進(jìn)行混合，然后一邊看一邊使用不同的顏色。首先是要感知整個(gè)的圖像，然后會(huì)有圖像的處理，再去計(jì)算整個(gè)的圖像。基于這種美學(xué)的觀點(diǎn)，最終創(chuàng)造出這樣的圖片，比如我們把它叫做黑白加上RGB的顏色。

這是我們?cè)械膱D片，然后對(duì)它進(jìn)行預(yù)先的處理，最底下就是要對(duì)相關(guān)的顏色進(jìn)行檢查，不斷地進(jìn)行對(duì)比，最終的情況是RGB。照相機(jī)是要把RGB變成粉色、黑色和黃色，所以在會(huì)話的時(shí)候我們要給它各種視覺上的反饋，就像藝術(shù)家的創(chuàng)作一樣。

所以我們總是去模仿藝術(shù)家實(shí)際的創(chuàng)造過程。中間有一個(gè)顏色混合的情況，然后不斷地進(jìn)行比較，如果沒有進(jìn)行很好的對(duì)齊再進(jìn)行修改。這些對(duì)圖片來講是非常重要的，KCAT是通過照相機(jī)得到的顏色，所以在底下對(duì)這個(gè)顏色的成分進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整。這個(gè)畫的地方也是不同的計(jì)算過程，比如這個(gè)蘋果，我們可以看到亮色的部分，然后計(jì)算一下這一筆的方向是什么，還要找到最大的一筆多大，然后再加上顏色和方向。我們是把各種不同的顏色變成各種小組，包括黃色和RGB，然后將混合顏色根據(jù)不同的順序進(jìn)行繪畫。

這也是他們畫出來的實(shí)際照片，包括愛因斯坦和水果。

上周我們獲得了一個(gè)IROS 2016最佳娛樂獎(jiǎng)項(xiàng)，關(guān)于國際機(jī)器人藝術(shù)大賽，很多關(guān)注的都是機(jī)器人自動(dòng)化出來的圖像，我們希望機(jī)器人能夠創(chuàng)造出來一種更為獨(dú)特的藝術(shù)創(chuàng)作，人和機(jī)器未來將能夠在機(jī)器人這個(gè)領(lǐng)域有更多的合作，創(chuàng)造出更好的藝術(shù)作品。

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