藝術與特殊網點

一、藝術網點

在傳統印刷製程內半色調網點的形狀多為一般的幾何圖形，如圓形、菱形、

正方形與橢圓形等。而藝術網點的形狀可由文字、符號、圖案、藝術圖形與特殊 設計圖像等來構成，如圖 2-17 所示。因此，網點形狀的藝術性可以增加印刷品 的特殊性、設計性與防偽性，同時也兼具客製化特性。瑞士洛桑聯邦理工學院

（École Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL）的學者 Hersch，於 1995 年在 Artistic Screening 論文中，針對使用藝術網點設計與建構半色調影像有深入的剖 析與探討，如圖2-18，為該篇論文使用文字所建構之藝術網點。

圖2-17 傳統網點（a）和藝術網點（b）（c）

資料來源：Rudaz, Hersch & Ostromoukhov, 1998

圖2-18 使用文字所建構之藝術網點

資料來源：Rudaz, Hersch & Ostromoukhov, 1998

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（一）藝術網點定義

由瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）Hersch 為首的研究團隊於 1995 年提出的 半色調影像建構方式，其發想受到荷蘭知名版畫家M.C Escher（Maurits Cornelis

Escher）的木版畫作品天空與水一（Sky and Water I）的啟發，如圖2-19，使用其

版畫作品元素－魚與鳥為影像網點架構，設計完成藝術網點數位半色調過網，如

資料來源：Ostromoukhov, 1999

y

Figure 5: Spot function, dither matrix, and corresponding screen dot shapes.

Two fixed predefined contours Interpolated contours Discretized screen element

(a)

(b)

Figure 6: Artistic screening with a screen dot pattern inspired by Escher reproduced on an image representing a grayscale wedge.

behavior at increasing intensity levels (see Fig. 5). Dither thresh-old levels can either be specified manually or algorithmically [17].

Previous algorithmic approaches for generating discrete dither

ar-↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

input image pixel boundaries

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

input image pixel boundaries

Figure 7: Effect of rapid intensity transitions on (a) standard clustered-dot screen elements and (b) artistic screen elements (en- larged).

(a)

(b)

rays are based on spot functions [2]. A spot function z = S(x, y) defines the dither threshold levels for a dither element tile defined in a normalized coordinate space (-1 ≤ x, y < 1).

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

input image pixel boundaries

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

input image pixel boundaries

Figure 8: Rapid intensity transitions smoothed out by bi-linear interpolation of source image pixels at halftoning time on (a) stan- dard clustered-dot screen elements and (b) artistic screen elements (enlarged).

S(x, y)

< z ≤

SIGGRAPH'95 Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1995

隨著數位過網演算法的演進，利用數位過網演算的方式來產生各式的網點則 更加簡易與快速。藝術與特殊網點的產生方式可利用點陣調色法加以呈現改變其 中矩陣排列的方式即可產生所需的圖形。現今多運用具撰寫數位過網演算法的市 售的商用軟體來製作，使設計網點形狀的方式更容易。在 Hersch 教授等人的文 獻中，也有論述使用向量的圖形製作軟體來創作具藝術風格的半色調影像，圖 2-21 為向量圖形所製作成的半色調影像階調。

圖2-21 使用向量圖形建構之半色調影像階調

資料來源：Rudaz, Hersch & Ostromoukhov, 1998

（二）藝術網點元素的建構與網點漸變

瑞士學者 Rudaz, Hersch 與 Ostromoukhov 在^“An interface for the interactive design of artistic screens” 一文中建構出使用向量的圖形製作軟體（Adobe Illus-trator），來設計繪製藝術網點的製程，稱為使用者定義映像（user-defined mapping）。

其步驟為使用向量圖形製作軟體，設計描繪出藝術網點的基礎元素，再設定最小 與最大的藝術網點結構，並以這兩個尺度為基準，透過內插的方式決定中間不同 階調濃度對應的網點大小建立關係，如圖2-22。

藝術網點之加密設計研究—以傳統剪紙鯉躍龍門為例

圖2-22 藝術網點階調建構

資料來源：Rudaz, Hersch & Ostromoukhov, 1998

二、特殊網點

an artistic screen. Some of the bitmaps derived from the key contours in Fig. 1 are dis-played in Fig. 2.

Fig. 2. A subset of the screen elements obtained through the interpolation and the rasteri-zation of the contours described in Fig. 1.

The third and last step involves the production of an artistically screened image by using the discrete screen elements created at the previous step to produce a gray-level image. In this step, the intensity value of a pixel in the original image is used as an index for selecting the corresponding element of the artistic screen [1]. The exact posi-tion of a screen element cell for a given output image pixel is obtained by calculating the coordinates of that pixel, modulo the dimensions of the screen element. An exam-ple of a simexam-ple reference image reproduced with the artistic screen generated from the contours outlined in Fig. 1 is shown below in Fig. 3.

Fig. 3. A grayscale reference image, and the halftoned image obtained by using the artis-tic screen described in Fig. 1 and Fig. 2.

0

調濃度對應的網點大小建立關係，該動作稱之為使用者定義映像。

隨著使用者在網點元素設計上的不同，所構成的階調也存在著豐富的變化。

連續調影像搭配使用者定義映像網點，網點元素依照影像濃度對應關係執行放大 或縮小的調整，最終模擬成具階調變化之半色調圖像。

這種特殊網點的設計，除了具備藝術創作自由，傳達設計者的創意與巧思，

更大的意義在於，這類型的半色調圖像整合了兩層資訊，其一為圖像本身表達的 內容，另一個則是網點型狀所隱藏的資訊。也就是在一定的觀測距離臨之外，觀 察者視覺接收到訊息為一連績調影像，但若採用放大鏡細看其網點結構，將了解 到當中所隱藏的資訊（如特殊編碼或個人化資訊），若此一來擁有此網點特徵的 文件，同時也具備防偽的功能。

（二）臨界值過網

這裡所論述特殊網點建構的過程，與第一節所介紹的點陣調色法相同，是透 過臨界值矩陣的設計，決定網點形狀與大小。以點陣調色法為基礎的半色調研究，

目標均在於追求良好的影像品質，進而改良設計理想的臨界值矩陣。

本研究探討以網點形狀為目標的點陣調色法，並依據臨界值矩陣決定方式的 不同，做出以下討論：

1. 人為排列

人為的排列決定矩陣的方式，擁有絕對的自由度，臨界值排列的位置，可完 全依照需求加以安排設定。

然而，這樣的方式僅適合從事較小的矩陣排列，小型矩陣能夠呈現的網點形 狀有限，為了實現其他特殊網點的製作，擴大臨界值矩陣尺寸，有一定的必要性。

人為排列大型矩陣面臨低效率與高錯誤率等問題，所以以系統化的方式自動產生 矩陣顯得格外重要。

2. 灰階值轉換

灰階值轉換是以影像灰階值作為臨界值矩陣起點的方式，也就是依照網點希 望形成的形狀，先繪製一張灰階圖，再依照圖像當中階調值的不同轉換為臨界值，

排列完成臨界值矩陣。灰階圖的形成，主要可以區分成兩種方式。一是先繪製一 張簡單的幾何圓形，再透過程式來改變它的具像，如圖2-23。另一種方式則是以 一張二階影像（binary image）為基礎，以非黑即白的訊號區分圖樣（motif）的 背景與輪廓，再進行階調均分（histogram equalization），完成不同臨界值的分 布（Ostromoukhov & Hersch, 1999）。使用這種方式所建立的臨界值矩陣，所能 呈現的階調範圍較受限，以中間調網點呈現情形較為理想，原因在於以影像灰階 值作為臨界值矩陣起點的方式，遇到相同的灰階值則轉換為相同之臨界值，以至 於矩陣當中不同位置，可能擁有相同的臨界值。

圖2-23 利用影像灰階建構臨界值矩陣與網點模擬之圖像

資料來源：Ostromoukhov & Hersch, 1999

四、藝術網點與特殊網點應用

使用藝術與特殊網點的半色調影像，對於影像呈現具有特殊意義。由於網點 的形狀，可依創意與需求進行設計，提供設計者擁有自由發揮的空間，使創作的 網點圖形設計具有很高的藝術與設計價值。特別是藝術與特殊網點非常適合大型 海報上的圖像呈現，遠觀可呈現設計師所傳達的意義。在利用放大鏡近距離觀看 下，海報的網點可提供它本身所承載的訊息。同時藝術與特殊網點也可運用於版 權保護與有價證券防偽上。

加拿大學者 Yu 與 Akleman 於2005 年利用藝術網點於動態影像上，並使用 程式語言軟體撰寫出自動化生成藝術網點影片程式。其設計目的在增進影片的連 貫性與消除因空間域與時間域所造成動畫畫面銳利的毛邊，如圖 2-24（Yu &

Akleman, 2005）。

圖2-24 結合動態影片應用

資料來源：Yu & Akleman, 2005

EFPL 學者 Isaac Amidror 以字母 D 為微結構藝術網點，置入於十七世紀荷 蘭畫家楊．維梅爾（Jan Vermeer）的作品中，如圖 2-25。此項技術為防偽印刷 製程之一，微結構藝術網點以防偽印刷上的微小字呈現，可確保印刷品避免遭受 變造與複製，同時也可以成功再現原畫作階調。

圖2-25 藝術與特殊網點應用於底紋設計並結合圖像防偽功能

資料來源：Amidror, 2005

英國與加拿大學者Miguel, Uta 與 Sheelagh （2012）利用阿拉伯數字與字型 搭配設計出，可顯示數據資料的藝術與特殊網點印刷底紋，讓底紋除了可以呈現 階調之外，更附加了資訊傳達的功能。他們利用字級大小與粗細來傳達資訊量的 高低，如圖2-26。且並將這項技術成功運用在顯示東日本大震災所以起的海嘯程 度，如圖2-27（a），與義大利西西里島地形高低的看版設計上，如圖 2-27（b）。

圖2-26 利用阿拉伯數字建構藝術與特殊網點

資料來源：Miguel, Uta, Sheelagh, 2012

（a） （b）

圖2-27 藝術與特殊網點結和資訊傳遞功能 （a）以特定距離觀察藝術，（b）

特殊網點結構看版示意圖

資料來源：Miguel, Uta, Sheelagh, 2012

奧地利Jura 防偽印刷公司的 Artscreen 軟體能自動依設計者所需，在半色調 影像內直接置入藝術與特殊網點，並在其網點呈現階調不平順之處自動填入預設 物件，具有階調補強之功能，如圖2-28 所示。

圖2-28 Jura 所設計出 Artscreen 特殊網點製作技術

資料來源：Jura Artscreen 操作手冊，2012