近日，艺术学院“文化遗产数字保护与智能设计协同创新团队”关于宋代铜镜纹样识别的研究成果Research on Song Dynasty Copper Mirror Pattern Recognition Based on MOEA/D发表于Nature Portfolio旗下重要期刊、中科院1区TOP期刊npj Heritage Science，这是学校人文社科领域首次在该期刊发表研究成果，标志着西安科技大学在文化遗产数字保护的交叉学科研究领域实现重要突破，也为中华优秀传统文化的数字化传承与智能保护打造了全新技术路径。
铜镜是中国古代兼具实用价值与文化内涵的艺术瑰宝，宋代铜镜更是工艺美术史上的经典。随着商品经济繁荣与市民阶层兴起，宋代铜镜突破前代风格，纹样题材拓展至龙、凤、鹤等动物纹、花卉纹及铭文，雕刻从唐代奢华高浮雕变为浅雕刻，构图更精巧密集，还作为跨文化交流媒介外销至日本、朝鲜等地，镌刻着当时的社会审美与文化底蕴。但长期以来，宋代铜镜纹样的识别与研究多依赖专家主观判断，效率低、准确性受个人经验限制，成为文化遗产数字化保护的一大难题。
此次西科团队的研究，正是聚焦宋代铜镜动物纹样识别这一关键问题，由艺术学院冯青教授为第一作者，2023级设计学研究生余可心担任通讯作者，艺术学院研究生李雅璇、人工智能与计算机学院马天教授为共同作者，研究成果得到了国家社科基金艺术学项目（NO.24EG247）的支持。团队摒弃传统研究的定性分析思路，融合人工智能技术，打造出融合残差网络ResNet50与多目标进化分解算法MOEA/D的自动化识别框架，让千年宋镜的纹样之美，在AI技术下被精准“解码”。
研究的第一步，团队搭建了规范化的宋代铜镜动物纹样数据集，完成了图像数据采集、标准化处理、数据集划分与标注等一系列工作，整理出包含龙、凤、鹤、龟、狮等14类动物纹样的140幅宋代铜镜原始图像，按70%、15%、15%的比例划分为训练集、验证集与测试集。针对样本量不足、类别分布不均衡的问题，团队对训练集开展在线数据增强，通过随机裁剪缩放、水平翻转、旋转等7种操作，让每幅图像随机生成15个变体，大幅提升模型泛化能力，为模型训练筑牢数据基础。
在模型构建上，团队选择ResNet50作为基础特征提取网络，通过冻结部分网络层的方式，提升模型训练稳定性与识别效率，该网络能有效缓解深度神经网络的梯度消失问题，分层捕捉铜镜纹样从浅层边缘、几何特征到深层语义特征的多维度细节。而研究的核心创新，在于引入MOEA/D算法对ResNet50的学习率、权重衰减等关键超参数进行联合优化，将多目标优化问题分解为一系列单目标子问题，实现“最大化识别准确率、最小化验证损失”的多目标平衡；同时采用焦点损失函数，让模型更关注狮、鹿、孔雀等样本量较少的难分类纹样，有效缓解类别不均衡带来的识别偏差。
相较于传统手工特征提取方法，这套深度学习框架能自主学习高层次纹样表征，大幅减少人为干预导致的误差，在性能与效率上实现了双重突破。实验结果显示，优化后的模型在验证集上的汉明准确率最高达94.48%，较基础ResNet50模型提升超4.5个百分点，且训练时间与基础模型相差不足0.3%，计算量全程可控。在测试集上，该模型汉明准确率达0.919、宏F1值达0.358，均优于VGG16、EfficientNet-B0等对比模型，不仅提升了标签级预测一致性，还降低了不同纹样品类间的识别性能波动，有效缓解了基础模型“少数类性能崩溃、多数类过拟合”的问题。
更值得关注的是，冯青教授带领的“文化遗产数字保护与智能设计协同创新团队”，隶属于我校重点建设的智能科创10大青年教学团队之一 ——智慧文化艺术传播团队。团队长期深耕中华传统造物思想的理论与实践研究，围绕文物智能虚拟修复已发表相关论文30余篇，研究成果还曾获“陕西省第十七次哲学社会科学优秀成果奖”二等奖、“陕西高等学校人文社会科学研究优秀成果奖”三等奖。此次研究成果登上国际顶级期刊，正是团队跨学科研究实力的有力彰显。
此次西科在npj Heritage Science发表重要成果，也是学校推进人文社科与人工智能、计算机科学等理工学科交叉融合的典型范例，更是落实教育强国建设要求、打造特色科技创新团队的具体体现。这套AI识别框架，不仅将宋代铜镜动物纹样识别从“人工主观判断”推向“自动化精准分析”，为文化遗产的数字化存档、传播与复用提供了可靠技术支撑，也为其他传统工艺与文化遗产的智能保护提供了全新思路。
未来，学校还将继续依托跨学科研究平台，深耕文化遗产数字保护领域的研究与探索，团队也将通过扩充样本、引入迁移学习、生成式数据增强等方式进一步提升模型性能，同时结合可解释人工智能技术，挖掘模型识别的关键特征，让AI不仅能“认出”纹样，更能解读纹样背后的文化内涵。从青铜古镜到智能算法，千年文化遗产与现代科技的碰撞，正让中华优秀传统文化在数字时代焕发新的生机，西科将持续为文化遗产保护事业贡献智慧与力量，推动中华优秀传统文化的创造性转化和创新性发展。
鸣 谢 | 艺术学院 图书馆
制 版 | 陈俊杰
编 辑 | 王少博
责 编 | 刘光林
审 核 | 曹雪梅
党委宣传部网络与新媒体中心出品
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