數(shù)字動漫媒體資源共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試

杜雨瀟

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航空管理工程學(xué)院， 陜西 西安 710089)

0 引言

近幾年，卡通動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其在經(jīng)濟(jì)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用日益凸顯，卡通動漫產(chǎn)業(yè)具有明顯的獨(dú)特特征，主要表現(xiàn)為高增值、低消耗、軟滲透的特點(diǎn)，并能夠帶動信息、通訊、媒體、出版等行業(yè)的發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的大背景下，需大力發(fā)展動漫產(chǎn)業(yè)，提高動漫企業(yè)的市場競爭能力。我國動漫業(yè)在相關(guān)政策的扶持下雖取得了長足發(fā)展，但由于建設(shè)數(shù)字動漫技術(shù)平臺需要較多的資金支撐，目前部分?jǐn)?shù)字媒體企業(yè)尤其是中小企業(yè)的資金投入不足，數(shù)字動漫平臺建設(shè)水平有待提高。

1 智能數(shù)字動漫媒體資源共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1 設(shè)計(jì)需求分析

快速發(fā)展完善的信息技術(shù)及新媒體為新產(chǎn)品提供了支撐，市場對動漫內(nèi)容的需求呈現(xiàn)多樣化發(fā)展態(tài)勢，這就對動漫行業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，普遍存在制作成本高、效率低等不足的傳統(tǒng)動漫生產(chǎn)方式已無法滿足現(xiàn)代動漫的發(fā)展需要。無紙化的數(shù)字動漫制作體系顯著提高了動漫的自動制作水平，在提高制作效率的同時，有效節(jié)省了動漫制作成本，為科學(xué)合理的配置生產(chǎn)要素(包括制作平臺與資源的共享)提供了有力支撐，成為動漫產(chǎn)業(yè)新的主流生產(chǎn)方式。目前建設(shè)數(shù)字動漫媒體資源共享系統(tǒng)還存在許多問題，造紙數(shù)字媒體工具與資源的共享及管理水平不高，主要表現(xiàn)在：(1) 數(shù)字動漫媒體資源大多采用離線式的儲存方式，資源數(shù)據(jù)格式缺少統(tǒng)一的規(guī)范，限制了資源在不同項(xiàng)目組及設(shè)計(jì)師所使用設(shè)計(jì)工具中的有效共享[1]。(2) 各設(shè)計(jì)項(xiàng)目從開始到完工均會累積大量的數(shù)字媒體資源，但因缺少統(tǒng)一的歸類和整理方法，導(dǎo)致資源閑置及浪費(fèi)問題的出現(xiàn)。(3) 很多數(shù)字媒體資源具有重復(fù)利用的價(jià)值，因管理與共享水平不高，導(dǎo)致在新的項(xiàng)目中需重新查找和購買，進(jìn)而增加了使用成本。作為動漫企業(yè)的無形資產(chǎn)，具有再利用價(jià)值的數(shù)字媒體資源需能夠長期儲存，通過數(shù)字媒體資源的共享實(shí)現(xiàn)資源到有價(jià)值的數(shù)字化內(nèi)容的轉(zhuǎn)換，在降低動漫制作成本的同時提高企業(yè)的競爭力。迅速活躍的包括微博、微信等在內(nèi)的自媒體為動漫企業(yè)提供了重要的宣傳窗口，同時也成為侵害傳播權(quán)的多發(fā)載體，因此需保護(hù)好企業(yè)的著作權(quán)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，為數(shù)字動漫媒體資源共享系統(tǒng)的后續(xù)數(shù)字資產(chǎn)管理工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為此本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種智能數(shù)字動漫媒體共享系統(tǒng)[2-3]。

1.2 平臺優(yōu)勢

(1) 跨平臺兼容，移動互聯(lián)網(wǎng)極大地改變了用戶的信息獲取方式，移動端成為現(xiàn)階段獲取信息的主流渠道與載體，越來越多的用戶習(xí)慣使用手機(jī)瀏覽各種形式的信息內(nèi)容，但由于不同手機(jī)端(如安卓、桌面端、蘋果手機(jī))和PC端通常安裝不同的系統(tǒng)，因此在訪問圖片和視頻時需使用到不同的媒體播放器及相關(guān)技術(shù)，文中的數(shù)字媒體共享系統(tǒng)涵蓋了主流操作系統(tǒng)的內(nèi)容轉(zhuǎn)換功能，具有良好的跨平臺兼容性能。(2) 發(fā)揮協(xié)同優(yōu)勢，動漫設(shè)計(jì)行業(yè)在開展較大的項(xiàng)目過程中，同樣涉及前期、中期、后期成果，各階段均會產(chǎn)生大量的項(xiàng)目圖片及視頻等數(shù)字資源，共享系統(tǒng)中設(shè)有的圖片庫會不斷收集存儲這些資源，根據(jù)著作權(quán)及知識產(chǎn)權(quán)規(guī)定形成基礎(chǔ)資源，為使用該系統(tǒng)平臺的企業(yè)提供強(qiáng)大的數(shù)字媒體資源支撐。該數(shù)字媒體資源共享系統(tǒng)對項(xiàng)目流程及規(guī)章制度進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，充分發(fā)揮協(xié)同優(yōu)勢，轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)與創(chuàng)造過程的成本優(yōu)勢。(3) 品牌化建設(shè)優(yōu)勢，從培養(yǎng)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品競爭優(yōu)勢的角度出發(fā)，借鑒現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的成熟做法，數(shù)字動漫媒體資源的品牌化是滿足動漫發(fā)展需求的必然選擇，該共享系統(tǒng)以形成企業(yè)獨(dú)立品牌作為主要運(yùn)行目標(biāo)之一，幫助企業(yè)構(gòu)建適合自身的品牌形象。圖片和視頻作為較成熟的網(wǎng)絡(luò)商品，為兼顧工具資源共享和商業(yè)化的目標(biāo)，本文共享系統(tǒng)同時建立了面向用戶的網(wǎng)上自助交易平臺，涵蓋公開透明的圖片內(nèi)容及版權(quán)、授權(quán)與收費(fèi)方式，為相關(guān)圖片版權(quán)保護(hù)提供依據(jù)[4]。

1.3 智能數(shù)字動漫媒體共享系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文基于 SaaS 完成了智能分布式共享系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

主要由基礎(chǔ)支撐平臺(屬于軟硬件的結(jié)合體)和公共服務(wù)平臺構(gòu)成，具體細(xì)分為網(wǎng)絡(luò)支撐、數(shù)據(jù)存儲、安全保障幾個主要子系統(tǒng)模塊，SaaS 基礎(chǔ)支撐平臺由各類共享設(shè)備在內(nèi)的基礎(chǔ)硬件設(shè)備和相應(yīng)的控制軟件構(gòu)成。作為 SaaS 公共服務(wù)平臺軟硬件功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，基礎(chǔ)設(shè)備層主要由各種服務(wù)器、 SAN 存儲、三維渲染等構(gòu)成，調(diào)度控制層主要由共享系統(tǒng)、數(shù)字版權(quán) DRM 、包括渲染在內(nèi)的功能調(diào)度軟件等構(gòu)成[5]。SaaS 公共服務(wù)平臺主要負(fù)責(zé)對外提供共享服務(wù)，具體由資源共享層和應(yīng)用層組成，資源共享層負(fù)責(zé)將包括軟件、信息、版權(quán)、設(shè)備等在內(nèi)的各類共享資源提供給用戶，直接與用戶交互的應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供各項(xiàng)服務(wù)。

2 數(shù)字資源共享系統(tǒng)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的融合

2.1 三維渲染子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)的主要構(gòu)成為渲染器(基于3D 應(yīng)用軟件自帶渲染器)、渲染及作業(yè)記錄管理軟件。其中，渲染器使用了通用的Final-RenderStage (FinalRender公司)和R/S 渲染器等高級渲染器，選用提供遠(yuǎn)程管理工具的 Deadline(FranticFilms公司，具有完備的 Plugin SDK)作為渲染管理軟件，該專業(yè)軟件支持包括VRay、BrazilR/S、FinalRender、Gelato等在內(nèi)的多種渲染軟件，人機(jī)交互性較好，具有靈活的作業(yè)調(diào)度功能，支持多種調(diào)度策略，具有業(yè)務(wù)記錄、存取驗(yàn)證信息及文件日志、加密/隔離文件等功能，能夠?qū)τ脩粼L問過程進(jìn)行控制和審計(jì)，可通過C++ 編程完成安全及作業(yè)記錄管理軟件的自主開發(fā)過程[6-7]。具體渲染管理任務(wù)流程，如圖2所示。

圖2 三維渲染管理任務(wù)流程圖

2.2 三維動作捕捉系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于完成對相關(guān)動作數(shù)據(jù)的采集、修整處理以及綜合處理過程，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況通過使用自帶的采集軟件完成動作數(shù)據(jù)的采集過程；然后通過使用MotionBuilder修整軟件(Kaydara公司)對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行動作修整，將無用的以及錯誤的點(diǎn)進(jìn)行剔除和修正；接下來通過動作數(shù)據(jù)綜合處理模塊完成對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理，可根據(jù)需要使用 C++ 編程完成綜合處理模塊功能的自主開發(fā)。此過程需使用到相應(yīng)的算法，在對變形軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)時，以采集點(diǎn)的空間位置關(guān)系為依據(jù)，使用軟件輔助控制和約束多個點(diǎn)的形變過程[8]。變形模板類通過面向?qū)ο蟮木幊谭椒ǖ倪\(yùn)用實(shí)現(xiàn)多樣化的定義，使模板具有不同的屬性和方法，在此基礎(chǔ)上通過繼承類實(shí)現(xiàn)豐富多樣的變形效果；通過使用面向數(shù)據(jù)集的空間扭曲函數(shù)實(shí)現(xiàn)變形效果的進(jìn)一步拓展，優(yōu)化模板覆蓋效果；動作數(shù)據(jù)中的關(guān)節(jié)點(diǎn)通過約束條件獲取，在此基礎(chǔ)上對不同關(guān)節(jié)點(diǎn)間的牽扯關(guān)系進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的三維運(yùn)動模型從所采集數(shù)據(jù)中的自動抽取過程，最后根據(jù)實(shí)際需要使用相應(yīng)運(yùn)動模型完成進(jìn)一步的修補(bǔ)、外展和夸張?zhí)幚??？稍?MotionBuilderSDK 上進(jìn)一步編程后封裝 SDK，結(jié)合運(yùn)用 Motion Capture、openGL、DirectX 等實(shí)現(xiàn)修改過程的可視化交互與展現(xiàn)[9-10]。

2.3 中間畫面輔助生成系統(tǒng)

現(xiàn)有變形技術(shù)中，能夠自動生成二維中間畫面的技術(shù)主要基于形狀(包括基于物理的變形、圓集合形狀匹配法、移動點(diǎn)限制法、有點(diǎn)坐標(biāo)線性與矢量線性插值法等)和基于骨架(主要包括中心折線以及星狀骨架法)兩種方式實(shí)現(xiàn)變形，各變形技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍不盡相同。中間畫面輔助生成系統(tǒng)由2部分構(gòu)成：變形技術(shù)分類器，分類篩選已有的變形技術(shù)，判斷其生成于不同條件下(如平移、旋轉(zhuǎn)、非線性運(yùn)動)的中間畫面物體形狀的準(zhǔn)確性，并得出以數(shù)學(xué)條件表達(dá)的應(yīng)用準(zhǔn)則；變形技術(shù)選擇器，使用時需先找出特征點(diǎn)，這些特征點(diǎn)蘊(yùn)含于卡通形象關(guān)鍵幀中，在此基礎(chǔ)上完成特征骨架的抽取，接下來將通過計(jì)算獲取的關(guān)鍵幀間骨架的映射關(guān)系向具體的應(yīng)用條件轉(zhuǎn)換，據(jù)此確定適合的變形技術(shù)并選擇相應(yīng)的變形器，實(shí)現(xiàn)中間畫面的生成?，F(xiàn)有變形技術(shù)無法滿足使用需求時會給出提示信息。針對包括轉(zhuǎn)頭、行走、眨眼等在內(nèi)的常見卡通動漫中的動作，可在中間畫面輔助生成系統(tǒng)中建立相應(yīng)動作的模型庫，具體需先將常見動作采用手工繪制方式制作出由一系列圖片構(gòu)成的動畫序列，在此基礎(chǔ)上提取出運(yùn)動過程中做出動作的各部位(包括頭、頸、腹、軀干、上下肢等)的非線性變化規(guī)律，并對各個部位進(jìn)行參數(shù)化控制，建立并不斷完善動態(tài)信息庫，通過適應(yīng)信息庫實(shí)現(xiàn)對動漫人物骨架模型的直接驅(qū)動，極大地簡化了改變姿態(tài)、速度等的實(shí)現(xiàn)過程[8]。

3 主要模塊系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 建構(gòu)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 圖片、視頻搜索引擎，所運(yùn)用的引擎中涵蓋復(fù)雜的計(jì)算過程，除圖像及分布式處理外，還涉及計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，用戶在共享系統(tǒng)界面的搜索框內(nèi)輸入相應(yīng)的描述關(guān)鍵詞，可從數(shù)據(jù)庫中獲取最貼切的圖像或視頻等內(nèi)容，并以直觀的縮略圖版形式顯示搜索結(jié)果，包括對這個縮略圖片文件大小、名稱等的描述。(2) 云計(jì)算、CDN 的運(yùn)用，面對種類和數(shù)量不斷增加的圖片和視頻資源，通過運(yùn)用云計(jì)算能夠使用戶的瀏覽速度和系統(tǒng)的安全性得以顯著提升，同時可明顯降低建設(shè)和使用數(shù)字媒體資源的成本[11]。動漫企業(yè)可基于私有云完成適合自身的圖片云技術(shù)的構(gòu)建，選用分發(fā)優(yōu)秀內(nèi)容的 CDN (由網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商提供)完成管理部署，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同企業(yè)已有云平臺間的有效整合，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)本文資源共享系統(tǒng)更加高質(zhì)高效的覆蓋。(3) 視頻自動轉(zhuǎn)碼技術(shù)，人工處理方式無法滿足不斷增加的視頻數(shù)據(jù)量的視頻轉(zhuǎn)碼需求，需運(yùn)用相應(yīng)的自動化轉(zhuǎn)碼技術(shù)，增設(shè)存儲服務(wù)器和轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，結(jié)合使用FFMPEG 轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)通過存儲備份、分發(fā)轉(zhuǎn)碼任務(wù)，完成高效的自動化轉(zhuǎn)碼過程，并自動存放到點(diǎn)播服務(wù)器上[12]。

3.2 視頻庫的系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)完成視頻編碼轉(zhuǎn)碼分發(fā)后才能播放的方式，在同時使用系統(tǒng)的用戶數(shù)量較多的情況下，會出現(xiàn)視頻播放等待時間過長的問題，明顯增加用戶的等待時間。為在數(shù)據(jù)庫上同步轉(zhuǎn)碼任務(wù)的事件部署隊(duì)列時，需根據(jù)所使用的軟件開發(fā)工具包進(jìn)行，等待回調(diào)或輪詢轉(zhuǎn)碼的進(jìn)度；轉(zhuǎn)碼時，考慮不同的使用場景和網(wǎng)絡(luò)條件，通常預(yù)先設(shè)定碼率和采樣率，每次改變或調(diào)整編碼器或某些參數(shù)，均需重新轉(zhuǎn)碼一次視頻，費(fèi)時費(fèi)力，并且不能根據(jù)不同的實(shí)際情況進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。綜合考慮視頻庫系統(tǒng)架構(gòu)的開發(fā) 、使用、維護(hù)、升級需求，兼顧視頻庫的穩(wěn)定性和安全性，視頻轉(zhuǎn)碼軟件選用了 Handbrake，視頻轉(zhuǎn)碼處理服務(wù)器采用了一臺 MAC PRO，轉(zhuǎn)碼工作按照 H.264 轉(zhuǎn)碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在點(diǎn)播服務(wù)器中存入完成轉(zhuǎn)碼后的視頻，并將視頻信息添加到后臺管理程序中，有權(quán)限的用戶通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)訪問和使用視頻文件[13]。開始時手動處理視頻轉(zhuǎn)碼即可滿足較少視頻量轉(zhuǎn)換需求，視頻編碼轉(zhuǎn)碼需占用較大的 CPU 資源且耗時長，可采用非同步的處理方式，系統(tǒng)在任務(wù)隊(duì)列中放入上傳的視頻文件所需的轉(zhuǎn)碼任務(wù)，然后啟動轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，轉(zhuǎn)碼服務(wù)器以預(yù)設(shè)的參數(shù)為依據(jù)對收到任務(wù)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)碼處理，此過程的耗時同視頻碼率成正比，完成轉(zhuǎn)碼后進(jìn)入分發(fā)隊(duì)列完成視頻內(nèi)容到不同節(jié)點(diǎn)的分發(fā)。在企業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量和資源量達(dá)到一定量后，轉(zhuǎn)換到實(shí)時轉(zhuǎn)碼功能，服務(wù)器的轉(zhuǎn)碼分發(fā)推流工作與用戶視頻播放過程同步進(jìn)行，通過服務(wù)器集群的使用實(shí)現(xiàn)了分布式編碼過程，結(jié)合運(yùn)用直播中的流媒體技術(shù)，針對用戶的視頻觀看需求，由服務(wù)器將對應(yīng)的視頻文件以預(yù)設(shè)的參數(shù)為依據(jù)切成多個小塊，組成一個播放列表式的隊(duì)列系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)碼服務(wù)器啟動一個大型的轉(zhuǎn)碼集群完成編碼工作，并在完成所有轉(zhuǎn)碼后進(jìn)行分發(fā)部署，當(dāng)用戶拉動播放時間軸時，再次按照參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的編碼操作[14]。

3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)示意圖，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)層面整合了入口和權(quán)限問題，根據(jù)系統(tǒng)的性能及管理需求、用戶使用需求，系統(tǒng)平臺可通過不同的PC端和手機(jī)端使用企業(yè)微信中的權(quán)限直接登錄使用，為確保登錄驗(yàn)證的統(tǒng)一性，手機(jī)端入口可使用企業(yè)微信登錄，有獨(dú)立站點(diǎn)的PC端也需通過企業(yè)微信掃碼驗(yàn)證功能登錄，從而極大地簡化了后續(xù)的權(quán)限細(xì)分工作，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的共享能力。為使服務(wù)器有效應(yīng)對大量視頻播放帶來的壓力，增設(shè)了網(wǎng)站服務(wù)器和點(diǎn)播服務(wù)器各一臺，網(wǎng)站服務(wù)器負(fù)責(zé)存放客戶端及管理后臺的頁面信息，通過點(diǎn)播服務(wù)器提供信息及管理服務(wù)；點(diǎn)播服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲視頻文件并提供視頻播放服務(wù)。使網(wǎng)站服務(wù)器不受遭遇突發(fā)情況的點(diǎn)播服務(wù)器的影響正常運(yùn)行，確保點(diǎn)播系統(tǒng)的正常開啟，進(jìn)而提升了系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性[15]。

4 總結(jié)

考慮到中小數(shù)字媒體企業(yè)獨(dú)自建設(shè)數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作的相關(guān)技術(shù)平臺的難度較大，尤其是三維設(shè)計(jì)、渲染、動作捕捉等系統(tǒng)平臺。因此可根據(jù)區(qū)域特色，建設(shè)動漫數(shù)字媒體工具于資源的共享系統(tǒng)，提高企業(yè)間的共享和任務(wù)協(xié)同能力，并在此基礎(chǔ)上不斷整合全國范圍內(nèi)的工具資源。本文主要完成了一種數(shù)字動漫媒體資源共享系統(tǒng)的構(gòu)建，并詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的總體技術(shù)結(jié)構(gòu)、主要功能系統(tǒng)以及核心功能的實(shí)現(xiàn)路徑。