云計(jì)算時(shí)代電影工業(yè)化體系構(gòu)建策略與工程設(shè)計(jì)思考

劉 達(dá)

（中國電影科學(xué)技術(shù)研究所,北京100086）

1 引言

電影是科技進(jìn)步的產(chǎn)物,是科技和藝術(shù)的融合體,是一種兼具工業(yè)屬性和文化屬性的特殊產(chǎn)品。進(jìn)入新時(shí)代,我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段,內(nèi)外部環(huán)境發(fā)生深刻變化,科技創(chuàng)新能力與技術(shù)應(yīng)用水平成為決定綜合國力和國際競爭力的關(guān)鍵因素。

隨著膠片電影向數(shù)字電影整體轉(zhuǎn)換的全面完成、電影產(chǎn)業(yè)信息化建設(shè)和智能化升級(jí)的持續(xù)推進(jìn)以及高新技術(shù)格式電影攝制播映的迅猛發(fā)展及廣泛應(yīng)用,電影作為科技與文化的深度融合體,正呈現(xiàn)積極、迅猛、持續(xù)發(fā)展態(tài)勢,在此背景下,科技創(chuàng)新能力、高新技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用水平在電影產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的支撐和引領(lǐng)作用愈加顯現(xiàn)和日益突出。

2 云計(jì)算支撐電影工業(yè)化體系構(gòu)建和產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)增效

近年來,云計(jì)算 (Cloud Computing)技術(shù)從概念階段迅速發(fā)展到落地應(yīng)用,并不斷擴(kuò)展到諸多行業(yè)和領(lǐng)域。云計(jì)算并不是一項(xiàng)全新的技術(shù),其起源并有效融合并行計(jì)算 (Parallel Computing)、分布式計(jì)算 (Distributed Computing)、網(wǎng)格計(jì)算(Grid Computing)、虛擬化 (Virtualization)、面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)等技術(shù)和思想而形成。云計(jì)算技術(shù)由于在商業(yè)模式上實(shí)現(xiàn)重大創(chuàng)新,因而獲得巨大成功。一般來說,巨型機(jī)/大型機(jī)時(shí)代向微型計(jì)算機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)時(shí)代的發(fā)展演進(jìn)被譽(yù)為信息通信技術(shù)(ICT)產(chǎn)業(yè)的第一次重大變革,微型計(jì)算機(jī)/個(gè)人計(jì)算機(jī) (PC)時(shí)代向互聯(lián)網(wǎng) (Internet)時(shí)代的發(fā)展演進(jìn)被譽(yù)為信息通信技術(shù) (ICT)產(chǎn)業(yè)的第二次重大變革,互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代向云計(jì)算時(shí)代的發(fā)展演進(jìn)被譽(yù)為信息通信技術(shù) (ICT)產(chǎn)業(yè)的第三次重大變革(圖1),而且第三次變革相對(duì)于前兩次變革更為深刻、更具影響力,因而云計(jì)算技術(shù)在ICT 產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)不可低估的重要地位。

圖1 信息通信技術(shù) (ICT)產(chǎn)業(yè)的三次重大變革

簡言之,云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新型商業(yè)計(jì)算模型和信息服務(wù)模式,其通過將計(jì)算任務(wù)分布在資源池上,使用戶按需獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)。云計(jì)算具有彈性服務(wù)、資源池化、按需服務(wù)、服務(wù)計(jì)費(fèi)、泛在接入等技術(shù)特點(diǎn),其服務(wù)類型涵蓋軟件 (Software)、平臺(tái) (Platform)、基礎(chǔ)設(shè)施 (Infrastructure)三種基本模式,簡稱SPI模型,分別代表軟件即服務(wù) (SaaS,Software as a Service)、平臺(tái)即服務(wù) (PaaS,Platform as a Service)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) (IaaS,Infrastructure as a Service),即通過對(duì)底層軟硬件資源進(jìn)行不同級(jí)別的封裝,進(jìn)而將資源轉(zhuǎn)化為服務(wù)。一切皆服務(wù)(Everything as a Service)是云計(jì)算的發(fā)展要求和主旨思想。

云計(jì)算作為新一代信息通信技術(shù) (ICT)領(lǐng)域的核心技術(shù),是信息文化傳媒產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)增效、業(yè)務(wù)與服務(wù)模式創(chuàng)新變革的重要力量,將對(duì)電影產(chǎn)業(yè)的發(fā)展升級(jí)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。迄今,電影產(chǎn)業(yè)已步入云計(jì)算時(shí)代,計(jì)算密集型應(yīng)用 (Computing-Intensive Applications)持續(xù)增長,計(jì)算能力(算力)的顯著提升為計(jì)算密集型應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐和可行性方案。近年來,計(jì)算能力的有效提升主要源于以下諸多因素的綜合影響:(1)CPU/GPU/TPU/NPU/FPGA/SOC/SOPC等芯片的時(shí)鐘頻率和處理能力顯著提升；(2)單核體系結(jié)構(gòu)加速向CPU 多核體系結(jié)構(gòu)/GPU 眾核體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)；(3)縱向擴(kuò)展(Scale-Up)加速向橫向擴(kuò)展 (Scale-Out)演進(jìn)；(4)并行計(jì)算、分布式計(jì)算和云計(jì)算發(fā)展迅猛,應(yīng)用日益廣泛和不斷深入；(5)高性能計(jì)算(High Performance Computing,HPC)/超級(jí)計(jì)算(Super Computing)發(fā)展迅猛,E 級(jí) (Exascale)超算被公認(rèn)為全球超算界的戰(zhàn)略發(fā)展制高點(diǎn)。

美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室已于2018年6月宣布研制完成頂峰(Summit)超級(jí)計(jì)算機(jī),其浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值可達(dá)每秒20億億次,逼近我國神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)的2倍,中國超算連續(xù)5年世界第一的地位被美國所取代。近年來,全球超算強(qiáng)國都在加快布局下一代超算和籌劃研制E 級(jí)超算,預(yù)計(jì)到2021 年E 級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)將會(huì)問世。迄今,由國防科技大學(xué)牽頭研制,運(yùn)算速度預(yù)計(jì)可達(dá) “天河二號(hào)”10倍以上的新一代百億億次級(jí) (Exascale)超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)E 級(jí)原型機(jī)系統(tǒng)”已在國家超算天津中心完成研制部署。超級(jí)計(jì)算 (高性能計(jì)算)不同于云計(jì)算,其主要面向國家公共服務(wù)重大工程項(xiàng)目和企事業(yè)單位用戶,而非個(gè)人用戶,且必須有效解決行業(yè)定制問題,提升行業(yè)契合度,以滿足行業(yè)發(fā)展需求。超算中心可作為電影后期模型渲染、特效制作等計(jì)算密集型業(yè)務(wù)的實(shí)施載體,通過在影視制作基地、影視產(chǎn)業(yè)園和超算中心之間部署高速光纖專線,以支撐大容量、高碼率影視素材與節(jié)目文件的高速和安全傳輸。

科技發(fā)展永無止境,隨著人類社會(huì)由信息時(shí)代向智慧時(shí)代發(fā)展演進(jìn),云計(jì)算技術(shù)也在與軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 (NFV)、人工智能(AI)、機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)、大數(shù)據(jù)(Big Data)、物聯(lián)網(wǎng)(IOT)、無線傳感網(wǎng) (WSN)、第五代移動(dòng)通信(5G)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)共融發(fā)展。此外,云數(shù)據(jù)中心(Cloud Data Center,CDC)、移動(dòng)云計(jì)算 (Mobile Cloud Computing,MCC)、云端融合、車載云計(jì)算(Vehicle Cloud Computing)、綠色云計(jì)算 (Green Cloud Computing)等云核心基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)新興衍生技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用?？梢灶A(yù)見,云計(jì)算技術(shù)將在支撐電影工業(yè)化體系構(gòu)建、促進(jìn)電影產(chǎn)業(yè)提質(zhì)升級(jí)增效和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮不可低估的重要作用。

3 云計(jì)算時(shí)代電影工業(yè)化體系構(gòu)建的基本原則與策略

電影工業(yè)化體系構(gòu)建是一項(xiàng)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程,不僅需要電影行業(yè)加強(qiáng)完善頂層設(shè)計(jì),以重大工程設(shè)計(jì)為抓手積極推進(jìn)科技創(chuàng)新和高新技術(shù)應(yīng)用,而且需要新一代信息通信技術(shù) (ICT)的有力支撐。“構(gòu)建工業(yè)化體系,鑄就新時(shí)代精品”是新時(shí)代對(duì)我國電影產(chǎn)業(yè)提出的發(fā)展需求,其中精品的內(nèi)涵極其豐富,覆蓋精品電影、精品工藝、精品技術(shù)、精品系統(tǒng)、精品設(shè)施等內(nèi)容。為適應(yīng)上述發(fā)展需求,云計(jì)算時(shí)代電影工業(yè)化體系構(gòu)建必須遵循以下基本原則:統(tǒng)籌科技創(chuàng)新和工匠精神；統(tǒng)籌頂層設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐；社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益并重。在以上基本原則的基礎(chǔ)之上,應(yīng)當(dāng)采取以下實(shí)施策略:

(1)適應(yīng)技術(shù)演進(jìn)趨勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,科學(xué)規(guī)劃和有效規(guī)范電影拍攝制作整體技術(shù)流程與基本技術(shù)流程,加快推進(jìn)家庭作坊、機(jī)器大工業(yè)制作模式向現(xiàn)代化工業(yè)與智能化生產(chǎn)制作模式的轉(zhuǎn)變。

(2)運(yùn)用大數(shù)據(jù)挖掘分析、視覺預(yù)演 (Pre-Viz)、信息可視化 (Information Visualization)等技術(shù),有效規(guī)避和降低電影制片風(fēng)險(xiǎn),科學(xué)指導(dǎo)電影創(chuàng)作、制作和生產(chǎn),提升電影產(chǎn)業(yè)的科學(xué)決策水平。

(3)支持基于高速互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算平臺(tái)的電影網(wǎng)絡(luò)化分布式遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作,加快創(chuàng)建 “強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同創(chuàng)新”的電影制作新機(jī)制,構(gòu)建云計(jì)算體系下的現(xiàn)代電影生產(chǎn)制作工藝流程和新型產(chǎn)業(yè)服務(wù)模式,為國產(chǎn)精品電影持續(xù)推出提供技術(shù)支撐和平臺(tái)保障。

(4)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺 (Computer Vision)、大數(shù)據(jù)分析(Big Data Analysis)、人工智能 (Artificial Intelligence)、機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning)、深度學(xué)習(xí) (Deep Learning)、生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)等技術(shù),創(chuàng)建基于自然界真實(shí)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電影制作新模式。

(5)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像 (CG/CGI)、新興視聽技術(shù) (4K/8K/3D/4D/HFR/HDR/WCG/Giant Screen/Immersive Audio)、虛擬攝制、虛擬資產(chǎn)、三維激光掃描、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)/全息 (VR/AR/MR/Holography)等技術(shù),豐富、完善電影攝制手段,創(chuàng)新電影視覺表達(dá)方式,不斷增強(qiáng)拓展電影視覺表達(dá)的感知性與認(rèn)知性。

(6)研究制定電影拍攝制作領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(覆蓋視覺預(yù)演、前期拍攝、后期制作、VFX 視效制作、母版制作等環(huán)節(jié)),并實(shí)施影片質(zhì)量控制(QC)和流程優(yōu)化,推進(jìn)電影拍攝制作環(huán)節(jié)的規(guī)范化。

(7)高度重視安全 (Security)和版權(quán) (Copyright),綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)加解密 (Encryption/Decryption)、密鑰管理 (Key Management)、數(shù)字水印(Digital Watermarking)、數(shù)字簽名 (Digital Signature)、可信計(jì)算 (Trusted Computing)、區(qū)塊鏈(Blockchain)等技術(shù),保證電影內(nèi)容安全和實(shí)施數(shù)字版權(quán)管理(DRM)。

(8)影視制作基地和影視產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃、布局和建設(shè),要適應(yīng)計(jì)算、應(yīng)用和服務(wù)向云端遷移趨勢,積極推進(jìn)云化、信息化和智能化建設(shè),全面提升科技含量和綜合服務(wù)能力,避免低水平重復(fù)建設(shè)。

(9)高度重視電影工藝鏈中重大技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和工程設(shè)計(jì)。平臺(tái)化是電影產(chǎn)業(yè)向?qū)I(yè)化、集約化和更高層級(jí)發(fā)展演進(jìn)的必由之路,重大技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和工程設(shè)計(jì)是關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)落地應(yīng)用的必然要求。基于云計(jì)算平臺(tái)支撐重大技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)和工程設(shè)計(jì),進(jìn)而承載大規(guī)模、大數(shù)據(jù)、高碼率、多元化和多媒體業(yè)務(wù),與新時(shí)代電影產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)與需求高度契合。

4 云計(jì)算時(shí)代電影產(chǎn)業(yè)重大工程設(shè)計(jì)

4.1 電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)工程

近年來電影制作領(lǐng)域呈現(xiàn)以下新特點(diǎn)、新趨勢、新需求: (1)全球化、網(wǎng)絡(luò)化、分布式、協(xié)作化、專業(yè)化、融合化成為基本趨勢；(2)制作功能加速整合,制作流程持續(xù)優(yōu)化,促進(jìn)制作功能和效率不斷提升； (3)制作規(guī)模和技術(shù)品質(zhì)要求持續(xù)提升,制作分工愈加精細(xì)化、專業(yè)化；(4)前期拍攝和后期制作界限趨于模糊,銜接更加緊密,融合化趨勢明顯,電影大制作成為行業(yè)共識(shí)；(5)互聯(lián)網(wǎng)帶寬、運(yùn)算和存儲(chǔ)成本趨于低廉化,基于個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)工作站和筆記本電腦的通用計(jì)算與并行計(jì)算技術(shù)逐漸占據(jù)電影后期制作領(lǐng)域；(6)基于新興視聽技術(shù)的高新技術(shù)格式影片比重持續(xù)加大,顯著提升電影的視聽質(zhì)量和觀影體驗(yàn)；(7)云計(jì)算、超級(jí)計(jì)算、計(jì)算機(jī)視覺、智能科學(xué)在影視渲染、后期制作、動(dòng)畫制作等領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化； (8)渲染農(nóng)場(Render Farm)加速向云渲染 (Cloud Rendering)演進(jìn),以支撐高概念影片/視效影片制作和計(jì)算密集型應(yīng)用；(9)電影后期制作/特效制作工具加速向云端遷移,軟件即服務(wù) (SaaS)模式加快推廣應(yīng)用；(10)面向便攜式移動(dòng)智能終端,融合移動(dòng)計(jì)算、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的移動(dòng)云計(jì)算 (Mobile Cloud Computing,MCC)應(yīng)用不斷提速。

適應(yīng)電影制作發(fā)展的新特點(diǎn)、新趨勢、新需求,加快構(gòu)建電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)成為行業(yè)共識(shí),以實(shí)現(xiàn)基于高速互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算平臺(tái)的電影網(wǎng)絡(luò)化分布式遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作。實(shí)施電影云制作對(duì)于電影產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展將產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響:(1)通過創(chuàng)建強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同創(chuàng)新的電影制作新機(jī)制,克服現(xiàn)有制作機(jī)構(gòu) “小而散”發(fā)展瓶頸,形成電影制作合力,促進(jìn)精品電影持續(xù)推出,推動(dòng)國產(chǎn)電影加快由高原邁向高峰；(2)創(chuàng)建云計(jì)算體系下的現(xiàn)代電影制作生產(chǎn)工藝流程和新型產(chǎn)業(yè)服務(wù)模式,促進(jìn)電影制作工業(yè)化體系構(gòu)建和自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定,使我國電影制作水平、能力、效率和科技含量整體提升；(3)推動(dòng)中國電影制作與國際接軌,使中國電影制作機(jī)構(gòu)能夠承接更多國際制作項(xiàng)目,進(jìn)而提升國際競爭力,有力推進(jìn)電影強(qiáng)國建設(shè)。

電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)是將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于電影分布式遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作業(yè)務(wù)而實(shí)施的軟硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),通?；跒g覽器/服務(wù)器 (B/S)架構(gòu),其體系架構(gòu)圖如圖2所示。從工程設(shè)計(jì)層面考慮,電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)基于云計(jì)算技術(shù)和云數(shù)據(jù)中心(Cloud Data Center)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),以支撐物理資源的分布式部署、虛擬資源的集中化管理和資源智能調(diào)配機(jī)制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電影的網(wǎng)絡(luò)化分布式遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作,并以統(tǒng)一界面提供電影云制作技術(shù)服務(wù)。根據(jù)性能不同,可分為高性能計(jì)算環(huán)境、中高性能計(jì)算環(huán)境和低性能計(jì)算環(huán)境,以滿足不同服務(wù)等級(jí)協(xié)議(Service-Level Agreement,SLA)的制作需求。在資源虛擬化技術(shù)的支持下,服務(wù)平臺(tái)允許不同性能級(jí)別的物理資源進(jìn)行優(yōu)化組合,以滿足用戶的多元化計(jì)算和存儲(chǔ)需求。電影云制作平臺(tái)通常使用云服務(wù)質(zhì)量 (QoS)參數(shù) (可用性、可靠性、質(zhì)量保證、用戶請求延時(shí)、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量等)來定義服務(wù)等級(jí)協(xié)議(SLA)。另外,云數(shù)據(jù)中心建設(shè)應(yīng)綜合考慮選址、場地面積、電源設(shè)施與周邊環(huán)境、建設(shè)規(guī)模、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬、彈性能力、電能利用效率 (PUE)、系統(tǒng)吞吐量、安全機(jī)制?？苫诓煌瑐溥x節(jié)點(diǎn)的給定參數(shù),采用整數(shù)線性優(yōu)化 (Integer Linear Optimization)方法來確定最佳選址及資源配置方案。

圖2 電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)圖

組成云數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)組件涵蓋計(jì)算、存儲(chǔ)、通信、網(wǎng)絡(luò)、管理等模塊。關(guān)于計(jì)算資源部署,服務(wù)器可采用刀片服務(wù)器或機(jī)架服務(wù)器,前者節(jié)省空間,單位空間電力消耗大,后者空間占用大,電力消耗相對(duì)可控。在兩種類型服務(wù)器(刀片服務(wù)器/機(jī)架服務(wù)器)混合使用的情況下,擬采用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法來確定不同類型服務(wù)器的優(yōu)化部署方案。關(guān)于存儲(chǔ)資源部署,采用網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)方案,選用基于存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)(SAN)架構(gòu)的磁盤陣列集群,并具備光纖通道(FC)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP)融合組網(wǎng)能力,即支持FC-SAN 和IP-SAN 兩種組網(wǎng)模式,采用多控制器架構(gòu)。關(guān)于通信和網(wǎng)絡(luò)資源部署,擬采用高性能數(shù)據(jù)總線和高速互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)組件之間的高速信息交換,并保證可靠性、實(shí)時(shí)性和一致性。在私有云數(shù)據(jù)中心開展示范應(yīng)用的基礎(chǔ)上,未來電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)將實(shí)現(xiàn)云制作業(yè)務(wù)由私有云模式向行業(yè)公有云/混合云模式的整體遷移,進(jìn)而支撐全國范圍的遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作。

內(nèi)容安全和版權(quán)保護(hù)在電影云制作技術(shù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)中占據(jù)重要地位。云端數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)是云計(jì)算健康可持續(xù)發(fā)展的核心要素,用戶與云服務(wù)提供商之間的信任問題一直是云計(jì)算推廣應(yīng)用的關(guān)鍵阻礙,將可信計(jì)算(Trusted Computing)與云計(jì)算相結(jié)合是解決這一信任問題的重要方向。盡管基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) (IaaS)模式的可信云計(jì)算平臺(tái)(Trusted Cloud Computing Platform)理論模型已于2009年提出,但距離實(shí)用尚存較大差距。鑒于數(shù)字電影長期采用的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施/認(rèn)證中心 (PKI/CA)安全體系在云計(jì)算環(huán)境下面臨新情況和新問題,研究探索區(qū)塊鏈 (Blockchain)技術(shù)在云計(jì)算環(huán)境下數(shù)字電影系統(tǒng)中的應(yīng)用模式和解決方案是電影行業(yè)在新時(shí)代面臨的重要課題。

4.2 電影大數(shù)據(jù)深度挖掘與智能分析平臺(tái)建設(shè)工程

近年來,大數(shù)據(jù)浪潮席卷全球,電影產(chǎn)業(yè)加速步入大數(shù)據(jù)時(shí)代。大數(shù)據(jù) (Big Data)的主旨即通過對(duì)海量原始數(shù)據(jù)實(shí)施采集 (Capture)、清洗、預(yù)處理 (Extraction-Transformation-Loading,ETL)、存儲(chǔ)、集成、挖掘、分析、可視化 (Visualization)等處理,產(chǎn)生蘊(yùn)含應(yīng)用價(jià)值的深度數(shù)據(jù),進(jìn)而發(fā)現(xiàn)規(guī)律和把握趨勢,以服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和促進(jìn)科學(xué)決策。大數(shù)據(jù)挖掘分析遵循數(shù)據(jù) (Data)→信息 (Information)→知識(shí) (Knowledge)→理解 (Understanding)→智慧(Wisdom)的演變流程。大數(shù)據(jù)與云計(jì)算密不可分,相輔相成,正是在云計(jì)算技術(shù)的有力支撐下,計(jì)算能力加快向數(shù)據(jù)端遷移。海量原始數(shù)據(jù)經(jīng)離線批處理或在線實(shí)時(shí)處理,并使用自然語言處理(NLP)、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、信息可視化等技術(shù)手段,使數(shù)據(jù)最終上升為人類智慧和科學(xué)決策行為,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)人類社會(huì)向智慧社會(huì)發(fā)展升級(jí)。

迄今,繼實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、理論預(yù)測和計(jì)算機(jī)仿真三大科研范式之后,數(shù)據(jù)密集型研究 (Data-Intensive Research)成為科學(xué)研究的第四范式。在大數(shù)據(jù)時(shí)代,數(shù)據(jù)(Data)成為重要戰(zhàn)略資源,其蘊(yùn)含巨大應(yīng)用價(jià)值。電影大數(shù)據(jù)涵蓋行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、政府監(jiān)管數(shù)據(jù)、拍攝制作數(shù)據(jù)、富媒體數(shù)據(jù)、自媒體數(shù)據(jù)、播映設(shè)備日志數(shù)據(jù)、影院票務(wù)數(shù)據(jù)、影院傳感器數(shù)據(jù)等多種類型,并具有海量 (Volume)、多源(Multi-Source)、異構(gòu) (Heterogeneity)三個(gè)重要特征。大數(shù)據(jù)挖掘分析能夠幫助人類在紛繁復(fù)雜的信息中發(fā)現(xiàn)內(nèi)在關(guān)聯(lián)性和演變趨勢,幫助人類定量分析影響決策的相關(guān)因素,從而保障決策的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。迄今,實(shí)施大數(shù)據(jù)挖掘、分析與可視化,已成為電影產(chǎn)業(yè)促進(jìn)科學(xué)決策和實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要技術(shù)手段。

適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代特征和電影產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,構(gòu)建電影大數(shù)據(jù)深度挖掘與智能分析平臺(tái)成為發(fā)展共識(shí)。云計(jì)算是實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)分布式計(jì)算與智能化分析的基礎(chǔ)平臺(tái)和關(guān)鍵支撐技術(shù),可在超大規(guī)模用戶集聚情形下提供高可用性(High Availability,HA)服務(wù),且服務(wù)成本具備競爭優(yōu)勢；物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things,IOT)是海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、感知和識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)。可基于云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)構(gòu)建電影大數(shù)據(jù)深度挖掘與智能分析平臺(tái) (圖3所示)。其中,云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái),大數(shù)據(jù)挖掘與分析運(yùn)行在基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)之上。物聯(lián)網(wǎng)涵蓋感知層、傳送層和應(yīng)用層,海量采集數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng) (WSN)、高速互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)向云計(jì)算平臺(tái)匯聚。云計(jì)算平臺(tái)對(duì)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行集聚、存儲(chǔ)和管理,并開展挖掘、分析、預(yù)測和決策,以滿足實(shí)時(shí)性應(yīng)用需求。在面向大數(shù)據(jù)分析的云計(jì)算體系架構(gòu)中,通常將計(jì)算單元和存儲(chǔ)單元整合構(gòu)成計(jì)算/存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)計(jì)算與數(shù)據(jù)緊密結(jié)合,從而提升運(yùn)算效率,這與傳統(tǒng)高性能計(jì)算環(huán)境中將具有高速運(yùn)算能力的計(jì)算節(jié)點(diǎn)和具有大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)連接以獲得高速數(shù)據(jù)處理能力明顯不同。由此可見,大數(shù)據(jù)時(shí)代應(yīng)當(dāng)實(shí)施計(jì)算向數(shù)據(jù)遷移策略,創(chuàng)建計(jì)算/數(shù)據(jù)協(xié)作機(jī)制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)算和數(shù)據(jù)的有效融合。總之,電影大數(shù)據(jù)深度挖掘與智能分析平臺(tái),將為中國電影高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮積極有效的決策支撐作用。

圖3 電影大數(shù)據(jù)深度挖掘與智能分析平臺(tái)體系架構(gòu)圖

4.3 基于智能科學(xué)技術(shù)的智慧電影和智慧影院建設(shè)工程

近年來,由云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等驅(qū)動(dòng)的新一輪科技革命正推動(dòng)信息時(shí)代向智慧時(shí)代演進(jìn)。智慧時(shí)代具有以下基本特征:計(jì)算能力更加強(qiáng)大；信息處理能力更加高效；人機(jī)交互能力更加自然；體系架構(gòu)設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)為中心；自主學(xué)習(xí)能力類似人腦。信息時(shí)代向智慧時(shí)代演進(jìn)的基本路徑涵蓋感知 (Perception)、學(xué)習(xí) (Learning)、認(rèn)知 (Cognition)和決策 (Decision)四大環(huán)節(jié),算力 (Computing Power)、算法(Algorithm)和大數(shù)據(jù) (Big Data)是支撐人類社會(huì)智能化演進(jìn)升級(jí)的三大關(guān)鍵要素(圖4所示)。

圖4 智能化演進(jìn)升級(jí)的基本路徑和關(guān)鍵支撐要素

智能科學(xué)技術(shù)涵蓋人工智能 (Artificial Intelligence)、機(jī)器學(xué)習(xí) (Machine Learning)、深度學(xué)習(xí)(Deep Learning)、認(rèn)知計(jì)算 (Cognitive Computing)、腦科學(xué) (Brain Science)等范疇。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能(AI)的核心領(lǐng)域,是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)高精度認(rèn)知的關(guān)鍵技術(shù),其研究計(jì)算機(jī)如何模擬或?qū)崿F(xiàn)人類學(xué)習(xí)行為獲取新知識(shí)新技能,以及重新組織已有知識(shí)結(jié)構(gòu)使之增強(qiáng)完善以提升性能。具體來說,機(jī)器學(xué)習(xí)通過算法使機(jī)器從大量歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)規(guī)律,建立并驗(yàn)證模型,進(jìn)而對(duì)新樣本做智能識(shí)別或?qū)ξ磥碜龇治鲱A(yù)測,其最終目標(biāo)是使學(xué)習(xí)或訓(xùn)練建立的模型能夠很好地適用于新樣本,即模型具有強(qiáng)大的泛化能力 (Strong Generalization Power),避免過擬合 (Overfitting)和欠擬合 (Underfitting)現(xiàn)象發(fā)生,其中過擬合是機(jī)器學(xué)習(xí)面臨的主要障礙,其不能被根本消除,但要盡力緩解和降低。深度學(xué)習(xí)源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (Artificial Neural Network,ANN)相關(guān)研究。深度學(xué)習(xí)通過學(xué)習(xí)一種深層非線性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對(duì)輸入數(shù)據(jù)逐級(jí)提取從底層到高層的特征,以科學(xué)建立從底層信號(hào)到高層語義的映射關(guān)系,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜函數(shù)逼近。在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代,得益于更加強(qiáng)大的算力、更大規(guī)模的數(shù)據(jù)集、能夠訓(xùn)練更深層次網(wǎng)絡(luò)的技術(shù),深度學(xué)習(xí)的發(fā)展和應(yīng)用取得了長足進(jìn)步。近年來在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域誕生了一種極具應(yīng)用前景的模型即生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(Generative Adversarial Networks,GAN),該模型通過生成模型 (Generative Model)和判別模型(Discriminative Model)的相互博弈學(xué)習(xí)來產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)輸出,它提供了一種無需大量標(biāo)注訓(xùn)練數(shù)據(jù)就能學(xué)習(xí)深度表征的方式,非常值得電影行業(yè)關(guān)注和研究。

總之,發(fā)展智慧電影,建設(shè)智慧影院,積極推進(jìn)電影產(chǎn)業(yè)的智能化制作、生產(chǎn)、運(yùn)營、服務(wù)和管理,是新時(shí)代對(duì)電影產(chǎn)業(yè)提出的宏大目標(biāo)和戰(zhàn)略訴求。當(dāng)前,適應(yīng)制作云端化、服務(wù)平臺(tái)化、影院智能化發(fā)展趨勢,設(shè)計(jì)規(guī)劃基于智能科學(xué)的智慧電影和智慧影院建設(shè)工程成為引領(lǐng)電影產(chǎn)業(yè)向更高層級(jí)發(fā)展的重大工程實(shí)踐。智慧電影和智慧影院示意圖如圖5所示,涉及拍攝、制作、發(fā)行、放映等基本環(huán)節(jié),涵蓋強(qiáng)大計(jì)算處理能力、高效機(jī)器學(xué)習(xí)算法、優(yōu)質(zhì)深度學(xué)習(xí)模型、大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)、完備有效大數(shù)據(jù)集等重要支撐要素。

圖5 基于智能科學(xué)技術(shù)的智慧電影和智慧影院示意圖

5 結(jié)束語

伴隨中國特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代,中國電影已經(jīng)步入提質(zhì)升級(jí)增效的歷史新時(shí)期,高質(zhì)量發(fā)展成為新時(shí)代中國電影發(fā)展的核心要義和重中之重。適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展需求,一方面要綜合運(yùn)用基于計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬拍攝、機(jī)器學(xué)習(xí)和新興視聽技術(shù)的多元化電影攝制手段,基于云計(jì)算平臺(tái)和高速互聯(lián)網(wǎng)的電影網(wǎng)絡(luò)化分布式遠(yuǎn)程跨域協(xié)同制作新機(jī)制,基于視覺預(yù)演 (PreViz)和大數(shù)據(jù)分析的電影制作服務(wù)新模式,來統(tǒng)籌推進(jìn)精品電影制作生產(chǎn)；另一方面,要加快構(gòu)建與云計(jì)算時(shí)代高度契合的電影信息化運(yùn)營服務(wù)管理體系,全面提升電影產(chǎn)業(yè)的運(yùn)營服務(wù)管理水平。總之,我國電影產(chǎn)業(yè)要以豐富產(chǎn)品、提升品質(zhì)、深化改革和創(chuàng)新發(fā)展為主題,以大力發(fā)展與應(yīng)用新一代信息通信技術(shù)和智能科學(xué)技術(shù)為抓手,積極實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略和弘揚(yáng)工匠精神,加快構(gòu)建適應(yīng)云計(jì)算時(shí)代發(fā)展需求的現(xiàn)代電影工業(yè)化體系并推進(jìn)重大工程設(shè)計(jì),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電影大國向電影強(qiáng)國的歷史性跨越。