（计算机软件与理论专业论文）面向动画制作的数字媒体资源管理技术与系统.pdf

浙江大学硕七论文 摘要 动画产业的发展，要求动画公司在制作高质量的动画片的同时，不断提高动 画片的制作速度。对于高素质的动画人才的需求是必不可少的，但烦杂的动画制 作过程，不仅要求制作人员具有使用计算机软件工具进行制作动画的能力，而且 对于整个制作团队来说，成员间的协调工作，避免重复劳动，对于提高整个动画 制作进度是十分必要的。 本文主要从动画媒体资源的管理方面，阐述如何提高动画制作效率的方法。 应用多媒体数据库技术，是一个有效的动画媒体资源的管理解决方法。基于元数 据描述的媒体资源管理，是指通过对媒体数据进行元数据( m c 诅d a t a ) 描述， 借助现有的数据库管理系统进行管理媒体资源的方法，在数字资产管理( d 蜮t a l a s s e t m a l l a 嚣m e n t ) 方面已经有了广泛的应用。 专门针对动画制作行业的数字资源管理，主要包括如下两个方面：1 ) 在动 画制作过程中，对于动画中间产品，也就是数字媒体产品进行动态的管理，促进 制作人员问的协调工作，其中包括媒体资源的共享、版本管理、产品审批等等， 是一种计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ew o r k ) 的具体应用； 2 ) 动画制作过程中素材的静态归档管理，对于系列动画片的创作，复用动画素 材能够大大提高动画创作的速度，除了传统的关键字搜索动画素材外，采用最新 的基于内容的检索技术，能够更好的满足动画制作人员的检索要求。 关键字：动画多媒体技术c b i r 计算机支持的协同工作 浙江大学硕上论文 a b s t r a c t d e v e l o p m e mo ft h ea n i m a t i o ni n d u s t r yr e q u i r e st om a k eh i g hq u a l i t ya n i m a t i o n ， m ea i ：1 w h i l es p _ e e d u pt h ep r o d l l c i n gp a c ei sa l s od e m a n d e d s k i l l e du s e ro fa n i m a t i o n t 0 0 1 si se s s e n t i a lf o rf a b r j c a t 主n gc 积o o nm o v i eo rs 碰a 1 ，b u ta i l i m a t i o nm 趿u f a c t u r i n g c o m p r i s e so fm a n y 仃i v i a ls t 印sw h i c hm u t u a lc o m b i n e dt o g e t h e rc o n d u c i n gl o w e r e f f i c i e n c yo f c a n o o np r o d u c t i o n t h i sp 8 p e rm a i n l yf o c u so ni m p r o v i n gt h ee 伍t i v e n e s so fa n i m a t i o np f o d u c t i o n f r o mm ev i e w p o i n to fd i g i t a lm e d i am a n a g e m e n ti nt h ec a r t o o np m d u c i n gp m c e s s m u h i m e d i ad a t a b a s ei sa9 0 0 ds o l u t i o nf o rd i 西t a la s s e tm a i l a g e m e n ta t l dh a sa p p l i e d i n m a n yd o m a i n ss u c ha sd i g i t a l1 i b r a f y ， m u “i m e d i at r a i n i n gc e n t e r ， d i g i t a i e n c y c l o p a e d i a ，e t c m e t a 出瞳ad e s c r i p t i o nt e c l l l l i q u eh a sb e e ni m r o d u c e dt om u l t i l n e d i a d a t a b a s es i n c et h eo r i g i no f i ta i l dh a sb e e np r o v e dt ob eas u c c e s s 向l 印p r o a c h a n i m a t i o n p r o d u c i n 争o f i e n t e dd i g i t a lm e d i am a l l a g e m e n ti n d u d e s 铆ob a s i c 印p l i c a t i o nf i e l d s 矗d mt h ed y n 锄i ca n ds t a t i ca s p e c t sd u et ot h es p e c i a l i t yo fc a r t o o n i n d u s t r y f i r s tj st h em a n a g e m e n to fm ei n t e r m e d i a t ep r o d u c t si nt l l e a l l i m 砒i o n p r o d u c i n gp f o c e s ss u c ha ss h a r i n gm e s ，c o n 仃o i l i n gv e r s i o n s ，c h e c k i n gm ep m d l l c t s i t ，sa na p p l i c a t i o no fc o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e m t i v ew o r k ( c s c w ) f o rt e a m _ b a s e d c o l l a b o r a t i o nw o r k t h eo t l l e rf i e l di sm ea r c m v e m e n to fa j l i m a t i o nm a t e r i a li n v o l v i n g i n t e n l l e d i a t ea 1 1 dn n i s h e dp r o d u c ts u c ha sb a c k 毋_ o u n dp h o t o s ，3 dm o d e i s ，t e x t t l r e p a n e m s ，e t c p r o d u c i n gp e r i o dc a nb es 1 n e nc o n s i d e r d b l e l yb yr e u s i n ga i 、d h i v e d m a t 甜a l sf - o rs e r i a lc a n o o n s a d o 州i 培c o n t e n t _ b a s e di n d e x i n gt e c l l i l i q u ec a n 如l f i l l p m d u c e r sr e q l i i r e m e n tf o rs e a r c h i n gt l l em a t e r i a lb e t t e rt h a nu s i n gt h e 订a d i t i o n a i t e x t - b a s e ds e a r c h i n gm e t h o d k e y w o r d s ：a n i l l l a t i o n ，m u l t i m e d i a ，c b i r ，c s c w i i 浙江大学硕士论文 1 1 产业背景 第一章引言 动画产业被人们称为2 l 世纪的朝阳产业，发展前景十分广阔。动画产业在 美国和只本等国家号称“无烟重工业”，是国家的支柱产业之一，年度营业额均 在百亿美元以上。随着中国国民经济的持续、高速、健康发展，生活水平的不断 提高，人们对动画的需求，无论从品质还是数量上，不断提出新的要求，无形中 推动了动画产业的发展。动画产业作为一项“无烟”工业，是我们转变原来粗放 型、高污染的经济增长方式，到集约型、绿色型经济增长方式的好机遇。为此， 国家也加大了对动画产业的投入，近年来，先后创建了杭卅i 、苏州、常卅i 等一批 国家动画产业基地，有力的推动了动画产业的发展。 2 2 研究内容 动画制作过程是一个系统工程，既涉及到复杂的艺术创作，又涉及到各种各 样媒体资源( 图像形象、动作、模型、材质、音效、动效素材) 的统一管理和调 度。但这些媒体资源的表现形式是多种多样，有图形、图像和声音等，而且，同 一种媒体形式在计算机中又可能有多种不同的表达格式。在系列动画片的制作 中，有相当多的素材，如人物形象、动作等，都有很多的相同之处。随着制作出 的动画片的增多，积累下来的动画素材( 人物和背景等) 的也越来越多，它们是 十分宝贵的动画制作经验和财富，对以后的动画制作有很高的参考价值，尤其是 系列动画片的制作。如何有效地、快速地、充分地利用这些积累下来的动画素材， 也变得越来越重要。而很多动画制作任务都具有很强的时间要求，如何快速、有 效地制作出动画片是动画业界追求的目标之一。动画素材的重用一方面可以降低 动画制作的成本；另一方面，可以减少动画制作的时间，快速地制作出所期望的 动画效果。因此，为在动画制作过程中高效、充分地使用这些媒体资源，迫切需 要研制更为先进的媒体资源管理系统。 浙江大学硕十论文 2 3 全文工作介绍 本文一共分为8 章，内容组织如下： 第一章为引言。 第二章简要介绍多媒体数据发展的现状。 第三章简要介绍基于内容的多媒体检索的技术现状。 第四章介绍动画制作流程和制作过程中的流程管理。 第五章提出面向动画制作的数字媒体资源管理的解决方案。 第六章介绍m m d b 系统的设计与实现。 第七章将来的工作与展望。 浙江人学硕士论文 第二章多媒体数据库技术 目前，各种关系型数据库得到了十分广泛的应用，但是传统的关系型数据库 难以胜任各种多媒体应用的需要。面向对象的方法是实现多媒体数据库的最有效 途径，但是目前基于面向对象的数据模型仅能实现多媒体数据的内容与结构建 模，还难以实现多媒体的表现建模，面向对象型数据库仍然有许多没有解决的问 题，并没有得到广泛的应用。因此，通过扩展关系型数据库的数据模型、数据管 理和查询机制来使关系型数据库能较好地支持各种多媒体应用，是现阶段实现多 媒体数据库的一条可行而实用的途径。 2 1 多媒体数据库的特点 ( 1 ) 与数据库管理系统无缝结合 多媒体数据库的存在对数据库用户来说是透明的，用户通过数据库管理系统 的各种接口就可以实现对视频、图像、声音、三维模型等多媒体数据进行增、删、 改、查等操作。多媒体数据像其它传统的数值、字符等数据类型的数据一样存储 在数据库中，不仅可以单独进行处理，还可以和其它数据类型共同使用。 ( 2 ) 媒体类型的可扩展性 现实世界中的媒体种类多种多样，各种应用的需求也千变万化。因此，多媒 体数据库应具有良好的可扩展性，不仅能够支持各种新的多媒体数据类型的出 现，还应具有对新的媒体处理方法的可扩展性。 ( 3 ) 支持多媒体数据的基于内容的检索 传统数据类型的查询可以做到精确匹配，而基于内容的模糊匹配是检索多媒 体数据的有效方法。多媒体数据库在数据库存储多媒体数据的同时，能够自动地 抽取多媒体数据的各种特征。在进行数据查找时，能通过基于内容的检索方法获 取多媒体的数据。 ( 4 ) 支持多媒体数据内容特征的索引 对数据的索引技术是数据库管理系统中的一项关键技术，它是提高数据查询 浙江大学硕十论文 效率的重要因素。对于多媒体数据的基于内容的检索，同样需要对多媒体数据的 各种特征建立索引以提高检索速度，特别是在大容量的多媒体数据库中，索引技 术显得十分重要。多媒体数据的特征是一种多维特征，因此必须采用与传统数据 不同的索引方法。 ( 5 ) 提供多媒体应用开发的用户接口 多媒体数据库更好地为多媒体应用提供支持，就必须为应用开发人员提供易 于使用的用户接口。这种接口不仅能够处理存储在数据库中的多媒体数据，而且 应能够与数据库中的传统数据处理良好地结合使用。因此，我们设计的多媒体数 据库引擎，向用户提供标准的s q l 接口。 2 2 多媒体数据库的主要技术 2 2 1 数据建模与存储 多媒体数据模型的基本任务【3 3 l 是：支持结构化数据( 如字符、数值) 和非结构 化数据( 如视频、声音等) 的表示及其属性特征的描述；支持多媒体的表现建模， 即多媒体数据模型应能表示多媒体对象间的语义关系、时态关系和空间关系。 多媒体中的结构化信息可以采用关系数据模型表示，而非结构化信息则具有 复杂、庞大、时序、冗余的特点，因此无法采用传统的关系数据模型表示而只能 采用面向对象的数据模型或超文本数据模型表示。面向对象的数据模型是多媒体 数据库的理想模型，是一个有向无环图；超媒体模型本质上等价于一种语义网络 加浏览机制，结点是信息的基本单位，可以存放文字、图形、声音及视频信息， 再通过链接把结点联成一个网状结构。这两种数据模型不仅可以表示多媒体信 息，而且还可以支持多媒体对象之间语义关系、时态关系和空间关系的描述，即 支持多媒体的表现建模。 表现建模是多媒体数据模型中的重要组成部分。在多媒体数据模型中，由于 多媒体对象是由各种媒体的数据元素组成的聚合，因此在模拟多媒体对象的表现 4 浙江人学硕士论文 时必须考虑到各种媒体单元的时态关系和空间结构，进行多媒体元素的合成，即 统一表达来自多个数据流的数据。有关多媒体表现有如下描述性定义：a 多媒体 表现是多媒体数据的合成再现；b 多媒体合成包括空间合成和时间合成；c 空间 合成是某一表现域中共存的一系列媒体对象之间的空间特性、位置关系的描述； d 时间合成是某一时间域内并发( 包顺序和并行) 表现的一系列媒体对象问时序关 系的描述；e 多媒体同步是指采用进程协调时序关系的机制，亦即实现时间合成 的方法描述；f 多媒体时空同步是把空间合成融入时间合成中，以时间合成为主 线，在合成对象的各子对象上附加各自的空间特性以完成时空合成。这些定义是 多媒体表现建模的重要依据和准则。此外，多媒体数模型的建立还应该考虑结合 标准的内容描述形式m p e g 7 来进行。 对于多媒体数据存储，主要采取数据信息和检索信息分开的方法，以适应多 媒体数据种类多、类型差异大的特点。现有的多媒体系统中大多将多媒体信息存 放在外部文件中，在数据库中只存放指向该文件的指针，再由应用程序来实现对 多媒体信息的访问。另外，由于多媒体信息的数据量巨大，在存储时一般都要对 多媒体数括进行压缩处理。目前已经有不少压缩编码标准，如j p e g 标准，m p e g 1 ，2 4 ，7 标准等。 2 2 2 数据的索引和过滤 对于多媒体数据库来说传统的索引方、法【3 3 1 可能不再适用，因此需要研究新的 适合于多媒体内容特征匹配的快速访问结构。索引是对特征库进行快速访问，对 于数据库中的每个数据项( 特征项) ，索引项包含关键属性值以及可以直接访问该 数据项的指针。索引构成树结构，索引树中的中间节点是它们子节点的抽象。一 个索引树既可以自底向上通过抽象来构造，也可以自顶向下通过分类来构造。对 于多媒体数据不仅仅用一个关键字属性来产生一个索引树，还要利用一种抽象数 据类型，它可以是特征( 特征矢量) 、多维矩阵( 多维特征、图象数据，图象序列等) 或指向数据结构的指针。在索引树的不同级别上，所用的关健属性可以不同。另 外，分组的准则和函数不仅是基本的逻辑表示式，而目主要是特征矢量的相似性 浙江大学硕士论文 度量或用集束的方法来归类，还可以利用特征的空间和时间约束来分类。从应用 的不同要求上考虑，索引可以分类，以向用户提供不同的检索方法，既提供用户 熟悉的某些常规索引方法同时又提供新的满足用户特征要求的索引方法。 过滤是用快速计算的过滤器对数据库中的所有特征数据进行扫描，产生初步 的匹配集合，然后通过了过滤器的项才完整地计算相似度和进行匹配操作，最后 获得最佳匹配结果显示给用户。 2 2 3 数据的检索与查询 由于多媒体的复合、分散、时序性质及其形象化特点，使得查询不再只是通 过传统的基于字符或数值作为键值的查询与检索方法，而应支持非格式化数据或 基于内容的查询。多媒体数据查询和检索一般分为基于表示和基于内容两大类。 基于表示的检索目前已比较成熟，并且得到了广泛的应用。基于表示形式的 检索与数据类型和数据结构有关，不需对内容进行任何分析，只需在多媒体数据 录入时人工或计算机自动地建立好关键字检索表，检索表与多媒体数据分开存储 即可。在进行检索时，只需对关键字检索表进行检索，然后根据关键字检索表的 指针找到相应的多媒体数据。它的特点是检索速度快、精确度高。 同时，在实际应用中也存在基于内容的检索需求，且这类需求不断增多，日 益成为今后检索方式的主流。基于内容的检索是指根据多媒体对象的语义、特征 进行检索，如图象中的音色、纹理、形状视频中的镜头、场景、镜头的运动，声 音中的单调、晌度、高色等。 2 3 多媒体数据库的实现途径 6 浙江大学硕士论文 2 3 1 扩充关系数据库的方法 关系数据库只能描述字符和数字等符号媒体信息【3 3 】，无法描述图象、视频、 声音等多媒体信息。一种简单的方法是在关系数据中引入新的数据类型用以描述 多媒体数据，并运用一些新技术( 典型的如w i n d o w s 的对象链接与嵌入技术 0 l e ) 使之具有一定的多媒体管理功能。例如，p a r a d o xf o r w i n d o w s 增加了动态 注释( d ”锄i cm e m o ) ，格式注释( f o h i l a dm e m o ) ，图形( g r a p l l i c ) 和大二进制对 象b 1 0 b ( b i n a r yl a r g e0 b j e c t ) 四种数据类型用于管理多媒体数据。这种扩充关系数 据库的方法容易实现，但存在对多媒体信息的建模能力差，无法反映多媒体信息 间的空间关系、时间关系与语义关系等缺点，也难以实现基于内容的查询和检索。 2 3 2 面向对象的多媒体数据库 这种方法倾向于从媒体的数据模型入手，采用面向对象方法中对象、方法、 属性、消息、对象类的层次结构和继承特点描述多媒体的数据模型。采用面向对 象数据库模型方法有如下优点：支持“聚合”与“抽象”的概念能更好地处理复 杂的多媒体对象的结构语义；支持抽象数据类型和用户定义的方法，便于支持新 的数据类型及其操作；数据抽象、功能抽象与消息传送的特点使多媒体对象是独 立的；且良好地封闭了多媒体数据之间在类型及其它方面的巨大差异，并且很容 易实现并发处理，也便于系统模式的扩充和修改；具有对象类、类层次和继承性 的特点，减少了冗余和由此引起的问题，还有利于版本控制；实体独立于值存在， 避免了关系数据库中各种异常；查询语言通常是沿着系统提供的内部固有联系进 行，避免了大量的查询优化工作。 2 3 3 超文本超媒体数据库 7 浙江大学硕上论文 超文本是一种表示和管理多媒体信息的强有力工具，它采用非线性的网状技 术组织和表示块状信息。结点和链是超文本的两个核心概念；结点是信息的单位， 可以包括文本、图象、视频、声音、动画等，各种媒体信息链用来组织信息，表 达信息间的关系( 包括媒体间的时空关系) 。由于超文本的节点和链具有描述多 媒体信息及其相互关系的能力，因此它成为目前普遍采用的描述多媒体数据模型 的工具。 2 3 总结 多媒体数据多样性的特点，致使各种多媒体数据库的实现技术层出不穷，根 据各种应用的特点，采用合适的技术实现多媒体数据库的应用是关键。对于动画 行业的媒体资源管理，扩充关系型数据库，通过0 i t m ( o b j e c t r e l a t i o nm a p p i n g ) 技术，为应用层提供对象接口，融合关系型数据库与面向对象技术的优点，是实 现媒体资源管理的好方法。 浙江大学硕士论文 第三章基于内容的多媒体检索技术综述 上一章讲述了多媒体数据库的发展现状，着重介绍了数据库的体系结构和特 点，以及一些现存的多媒体数据库实现技术，本章侧重于介绍多媒体数据库中的 关键应用技术，即基于内容的多媒体检索技术。本章将从四种不同的多媒体类型， 综述各自的基于内容的检索技术。 3 1 图像检索 基于内容的图像检索( c o n t e n t - b a s e di m a g er e 研e v a l ，c b i r ) 以图像视觉特 征或与图像相似的草图作为用户查询和系统检索的依据。基于内容的图像检索主 要包含特征提取、多维索引及用户接口三个基本技术要素。下面将对它们给予简 述：( 1 ) 视觉特征包含颜色、纹理、形状、区域、空间层次等【”。每个特征所对应 的匹配算法正日趋成熟。近年来研究人员发现视觉特征提取仍不能很好地满足用 户的需要，于是在提高其精确度的同时开始研究高层的语义特征描述和相似匹配 口j l 。( 2 ) 高效的多维索引技术是使c b i r 能够应用于超大型图像数据库的重要保 障。常用的树索引技术源于传统的数据库查询1 】【4 】，但多维特征向量有维数太多 和富含语义等特点。许多专家开始研究其它的方式提高索引效率，例如使用聚类 和神经网络技术对图像进行分类索引【5 】【6 1 。( 3 ) 图像检索系统通过用户接口从用 户处获取查询信息，并向用户提交查询结果。用户可以向系统提交与所需查询的 图像一致或类似的例图或绘制草图；还可以给出一种或多种特征要求7 1 。在有 的系统中对图像进行语义分类，用户可以交互地由系统引导直到找到自己需要的 图像为止1 8 j 。在许多现存的c b i r 系统中都运用了其中的一种或几种相结合的接 口方式。就今后的发展来看，交互式、特征与语义信息结合的接口更接近用户的 需要。 随着基于内容图像检索方法研究的不断深入，出现了许多图像检索系统，其 中既有商用系统也有研究用原型系统，下面介绍几个典型系统【1 3 】。 9 浙江大学硕上论文 o b i c 是第一个商用的基于内容的图像检索系统，它的出现对其后图像检索 系统的构架和采用技术产生了深刻的影响。q b i c 的系统结构由图像入库、特征 计算、查询阶段三部分组成，支持示例查询、用户构造草图查询、选择颜色查询、 选择纹理查询等查询方法。其色彩特征的表达采用了平均色和色彩直方图两种方 法；纹理特征的表达采用了纹理的粗糙度、对比度和方向性三者的综合；形状特 征的表达采用了形状的面积、圆形度、离心率、主轴方向以及一组变换无关矩等 描述方法。在q b i c 的新系统中支持基于关键字的查找方法与基于内容相结合的 检索方法。 v i r a g e 是v i r a g e 公司开发的基于内容图像检索引擎，支持基于颜色、颜色一 空间、纹理、对象边界信息的查询。与q b i c 相比，v i r a g e 支持以上4 种原子查 询的任意组合查询，用户可通过调整权重决定不同原子特征在检索中的重要性。 v i s u a l s e e k 是基于视觉特征的图像检索引擎，w e b s e e k 是基于w e b 的文本、 图像搜索引擎。这两个引擎都是由哥伦比亚大学开发的，提供了基于色彩和纹理 的索引方法，整幅图像色彩的分布使用了全局色彩直方图，区域色彩的索引用二 进制色彩集表达方法，它采用基于小波变换的方法来表示图像的纹理特征。为了 提高检索速度系统采用了基于二叉树的索引方法。v i s u a l s e e k 支持视觉特征、 空间关系特征的组合查询，w c b s e e k 支持关键字与视觉特征的组合查询。 3 2 三维模型检索 基于内容的三维模型检索首先从模型数据中自动计算并提取三维模型的特 征【l ”，如形状、空间关系、材质的颜色及纹理等，建立三维模型的多维信息索 引，然后在多维特征空间中计算待查询模型与目标模型之间的相似程度，实现对 三维模型数据库的浏览和检索【2 ”。基于内容的含义就是试图利用反映三维模型 视觉特征的内容信息自动建立特征索引，达到检索三维模型的目的。基于内容的 三维模型检索技术通过对视觉特征的相似性匹配来查找用户所要求的三维模型， 这更贴近于人们在现实生活中靠直觉印象使用信息的方式。 三维模型可以具有任意角度的坐标方向和任意大小的坐标单元，其内容信息 和数据量远比二维图像矩阵丰富，因此，其识别和检索也比二维图像检索更加复 1 0 浙江大学硕上论文 杂。与图像等二维的媒体数据相比较，三维模型存在一些特殊之处。首先，三维 模型则同时具有几何特性( g e o m e t r i c a lp r o p e r t i e s ) 和表面属性( a p p e a r a l l c e a t t r i b u t e 曲两方面的数据。其中，表面属性主要包括材质种类及其颜色、透明度、 反射系数以及纹理贴图等等；而几何特性则存在多种表示方式，如参数化曲面或 多边形网格包围的实体表示、体元集合、隐性函数和以及类似于v r m l 模型的 多边形混合模型等等1 2 “。由于表面属性的多样性和复杂性，目前的三维模型检 索算法往往针对特定的三维模型数据表示方法，只根据其形状特征进行相似性检 索。例如，h i l a g a 等人嘲和v r a l l i c 【2 4 1 等人都以多边形网格包围的实体表示模型作 为检索对象；r e g l i 【2 5 1 ，m c w b e n e r 【2 6 1 ，c o m e y 【2 7 1 和m u l 【a i 渊等则以几何c a d 模型 作为检索对象；而k e i m 等人则采用体元集合表示模型作为检索对象【2 9 1 ，z h a n g 等人【2 川和o h b u c h i 等人采用v i 洲l 模型作为检索对象。目前还没有一种统一 的形状描述能综合所有三维模型表示方法的共同点，而且不同的模型表示方法之 间有时并不能相互转换口j 。这增加了基于内容的三维模型检索研究的复杂性。 其次，许多三维模型尽管视觉上得到优化，但是缺乏语义上的结构层次，是病态 定义的叫d e n n e d ) 【3 0 l ，模型表面并不能进行简单的参数化描述。另外，由于三维 表面之间可能具有任意的拓扑关系，许多对二维图像媒体有效的方法，如傅立叶 变换等，并不能直接扩展应用于三维表面模型。最后，高维的三维模型数据往往 很难进行有效的处理，其模型还常常出现退化现象，如出现裂缝及多边形的重叠 等扰动现象【3 l 】。这些都给基于内容的三维模型检索研究带来了一定难度。 3 3 视频检索 基于内容的视频检索区别于传统的基于关键字的检索手段，能直接从媒体内 容中提取信息线索。从本质上讲，它是一种近视匹配技术【1 7 】，融合了图像理解、 模式识别等技术，特征提取和索引的建立可由计算机自动实现，避免了人工描述 的主观性。为了建立基于内容的视频检索系统，首先要对视频数据进行结构化处 理，包括视频结构的分析和视频单元的自动索引、视频数据的结构描述。视频可 从以下3 个方面进行索引：( 1 ) 文献数据。包括有关整个视频的信息( 例如标题、 摘要、主题、类型等) 以及制作视频的个人信息( 例如制片人、导演、演员表等) 。 浙江大学硕士论文 传统的视频检索主要依靠这些元数据，这些数据往往需要手工输人。( 2 ) 结构数 据。视频数据从结构上自顶向下可分为电影、场景、镜头和帧。帧是视频数据的 最小单元，是一幅静止的画面。镜头是视频数据的基本单位，它是摄像头的一次 连续的动作，场景由内容相近的镜头组成，从不同的角度描述同一个事件。而电 影则由许多场景组成，叙述一个完整的故事。结构层中每一个视频层次的数据都 可以用一定的属性加以描述。( 3 ) 内容数据。表示视频的语义内容，它包括音频 数据、镜头内的一组代表帧或运动物体、由字幕得到的文本关键字以及从视频数 据中提取的特征向量等。视频结构的分析是指通过镜头边界的检测，把视频分割 成基本的组成单元镜头；视频单元的自动索引是指提取镜头的颇色、纹理和 运动等各种特征，形成描述镜头的特征空间。然后依靠这个特征空间来进行镜头 内容的比较【l “。 3 4 音频检索 与图像和视频等其它多媒体数据一样，音频数据需要基于内容的索引和近似 搜索。而支持基于内容和例子回取的音频多媒体数据库，应当能够自动分析音频 数据而生音频数据的索引。文献【1 0 】描述了基于内容的音频的分类、搜索和回取 系统。它主要用统计技术来分类、分析声音，并得出由均值、变量、自相关和延 续等组成的特征向量，用特征向量作为基于内容的分类和声音回取的唯一信息。 在文献【1 1 】中，描述了通过例子查询的搜索和回取系统，但它只支持音乐数据和 查询一些较规则的震动声音。它们都存在计算量大而不精确的问题。对于可以管 理任何种类的音频数据的索引的产生方法，文献【1 2 】提出了通过短时傅立叶变换 和小波变换产生索引的方法。采用小波变换产生索引比基于信号统计和基于短时 傅立叶变换产生索引的方法具有更好的回取精度。 3 5 总结 浙江大学硕士论文 多媒体数据的复杂性、海量性是我们难以有效的对其进行高效的检索的根本 原因，唯有更好的认识、理解多媒体数据，或者从人类对多媒体数据的认知角度 来寻求突破，才能找到更好的多媒体检索方法。总之，基于内容的多媒体数据检 索技术还在不断的发展中，具有广泛的应用前景，但其技术成熟度远没有传统的 文本搜索技术，尤其是在三维模型、视频和音频搜索领域，商业化的应用，在现 阶段也还十分的有限。 浙江人学硕士论文 第四章动画制作过程与流程管理 本章简要介绍传统二维动画制作和现代计算机三维动画制作流程，并且指出 制作过程中存在的一些管理和效率问题，提出一些解决方法，在下一章给出完整 的解决方案。 4 1 传统二维动画制作流程 传统动画的生产过程中需要许多人员参与，主要包括导演、编剧、动画师、 动画制作人员、摄制人员等。这是一个协作性很强的集体劳动。一部动画片，从 开始到拍摄完成，它创作生产的全过程，基本上可以分三个阶段，如下表： 表1 1 动画创作的三个阶段 顺序阶段工作内容 完成研究剧本、体验生活、收集素材、分镜头创作、角色 l 筹备策划阶段 造型设计、背景设计以及先期录音和拍摄试验等项任务。 按导演的分镜头剧本和创作意图，完成所有动画镜头的绘 2 绘制拍摄阶段 制和拍摄任务。 完成全部镜头样片的剪辑修改和补戏，进行对白配音，完 3 后期工作阶段成全部的音乐录音，混合录音，以及声音和画面的双片的 审查，最后才可以印制发行电影拷贝，完成整个摄制任务。 而动画片的生产过程又可分为以下几个环节3 4 1 ，如下图4 1 ： 1 4 浙江人学硕士论文 l ，文学剧本卜+ | 2 造型设计卜- 叫3 故事脚本卜_ 叫4 背景 8 描线卜叫7 测试卜一6 中间画卜一5 原画( 关键帧) 9 上色卜_ 叫l o 检查卜_ 叫1 1 拍摄卜- 叫1 2 后期制作 图4 1 传统动画制作流程图 文学剧本，就是文字叙述的故事，如同故事片一样，主要包括人物对白、动 作和场景的描述。 2 造型设计，就是由设计者根据故事，对人物和其他角色进行造型设计，并绘 制出每个造型或角色不同角度的形态，以供其他工序的制作人员参考。 3 故事脚本，在文学剧本完成后要绘制故事脚本，故事脚本就是反映动画片大 致概貌的分镜头剧本，也称为故事板( s t o r y b o a r d ) 。 4 背景，根据故事的情节需要和风格来画，在背景绘制过程中，要标出人物组 合的位置，白天或夜晚，背景如家具、饰物、地板、墙壁、天花板等结构都 要清楚，使用多大的画面( 安全框) 、镜头推拉等也要标示出来，让人物可以 自由地在背景中运动。 5 原画，是动画系列中的关键画面，也叫关键帧，这些画面通常是某个角色的 关键帧形象和运动的极限位置，由经验丰富的动画设计者完成。 6 中间画，是位于两个关键帧之间的画面，相对于原画而言，中间画也叫做动 画，它由辅助的动画设计者及其助手完成，这些画面要根据角色的视线、动 作方向、夸张、速度、人物透视、人体力学、运动的距离、推拉镜头的速度 与距离，将间断的动作连缀起来，使动作显得自然流畅。 7 测试，初步测定造型和动作，由动画检查去做审核，检查画面是否变型，动 作是否流畅，是否正确地传达原画的原意，然后再请导演做最后审核。 浙江大学硕十论文 8 描线，把铅笔稿图手工描绘在透明片上，或用照相制版的方法印在透明片上， 然后描线上墨。 9 上色，给各幅画面在透明片上涂上各种颜色的颜料。 1 0 检查，动画设计者要在拍摄之前再次检查各个镜头的动作质量。 1 1 拍摄，动画摄影师把动画系列通过拍摄依次记录在胶片上。 1 2 后期制作，编辑、剪接、对白、配音、效果音、背景乐、字幕等后期制作工 序都是必不可少的。 传统动画片的制作，是一个协助性很强的集体劳动。创作人员和制作人员的 密切配合是成功的关键。人们所熟悉的动画片大闹天宫就要人工绘制将近 1 0 万张的画面，是几十个动画人员两年多辛勤劳动的结果。传统的手工制作的 动画片，虽然生产效率低，但整个制作过程的发展和创作中积累的经验，却是当 代计算机动画的基础。计算机应用于传统的动画制作十分的有限，只在有限的制 作阶段中应用了计算机软件，来辅助动画的创作，而作为三维动画，如果没有计 算机的参与，几乎不可能制作三维动画。下一节介绍一下计算机三维动画的制作 流程。 4 2 计算机三维动画制作 计算机成像技术在电影、电视领域中的迅猛发展，尤其是计算机三维动画的 创作得到越来越多观众的认可。蓬勃发展的计算机三维动画行业，与计算机技术 的发展密不可分，可以说，没有计算机的发展，就没有三维动画的诞生。完整的 三维动画制作过程，一般都借鉴了传统的二维动画制作经验，同时融入三维动画 制作本身的特点，创作出另人赏心悦目的三维动画。相比与二维动画，由于借助 了大量的计算机工具，使得人工大大降低，但是对动画制作人员的要求有了不小 的提高。 1 6 浙江大学硕十论文 图4 2 三维动画电影怪物s h r e k ( 左) 和海底总动员剧照( 右) 三维动画的整个制作过程一般与传统的二维动画制作流程相似。在三维动画 的创作前期，需要完成剧本的创作，分镜头的定稿，测试脚本等工作，在这一阶 段所做的工作大致于二维动画的创作前期一致。动画的原始创意都在创作前期阶 段已经定了下来，之所以有的动画片很受大众欢迎，有的却只有很少的观众关注， 一般都有两方面的原因，一个就是剧本的好坏，因此一些从原始的漫画改编进行 动画创作的作品很受人们期待，因为已经有相当的读者群，做出的动画也会比较 有观众基础，另一原因就是制作水平，有了好的剧本，没有好的动画制作团队， 也是不会得到观众认可的。 在三维动画的制作过程中，三维软件的应用起者举足轻重的地位。常用于制 作三维动画的软件有3 d sm a x 、m a y a 、c i n e m a4 d 、s o f t i m a g ex s i 、l i 曲t 、v a v e 3 d 等，这些软件都是专业级别的三维软件，它们一般都提供了全方位的三维动 画制作支持。 三维动画的制作流程如下图所示： 图4 3 三维动画制作流程 浙江大学硕士论文 1 三维建模，建模好比拍电影重的选演员和搭置场景。只有把模型制作好以后， 它才能作动作，才能表演。应该说，建模是三维动画制作过程中卜分繁重的 一项工作，需要出场的角色和场景中出现的物体一一去搭建。在一般的三维 软件中，提供的建模方式有：多边形建模、样条曲线建模、细分建模。各种 建模方式都有各自的优缺点，根据不同的需要选择不同的建模方法进行建 模。 2 选择材质，事物的特性不光在于它的形状和体积，还有很大一部分取决于物 体的颜色和质感。玻璃、石头、水、木材、金属、纸、人的皮肤都具有自己 的表面特性，在一个模型球赋予材质之前，无法判断它是石头还是金属的。 设置表面材质这一步，就是把光秃秃、颜色千篇一律的模型赋予生动的表面 特性。 3 设置灯光，照明是影片制作中最重要的一方面。在真实电影的拍摄中，照明 在整个镜头完成中起到相当重要的作用。对于数字动画制作情况也是相同 的。调整场景的照明，使光线同情节的气氛相匹配，就可以强化影片的效果 和戏剧性，有许多例子可以说明照明是如何影响气氛的。 4 摄影，毫无疑问，三维动画中的摄影机要比电影摄影师用的摄影机容易掌握 得多，但是这不是说它得地位不重要，相反的，三维动画中的摄影机设置的 重要性和电影中的一样，是一部片子成败的重要因素之一。无论从构图、摄 影机运动、景别、镜头选用、焦距、焦点还是景深，三维动画中如果想要把 摄影机设置精致，需要很多专业知识，甚至是电影摄影知识。 5 动画过程，动画技术发展越来越快，有关键帧动画、路径动画、非线性动画、 关联动画、动作捕捉( m 甜o nc a p t u r e ) 等多种不同的动画技术，各种动画 技术都有各自的特点。利用各种动画技术，最终，三维的人物、道具能在场 景中动起来，形成动画效果。 6 渲染动画帧，三维动画必须靠渲染采能输出结果( 序列帧或者视频) 。渲染 器有很多种，除了应用软件本身集成的渲染器外，还有许多第三方专用渲染 器。真实感的渲染器渲染出来的图片，可以与通过真实的摄影机拍摄的图片 相媲美，除了真实效果的渲染器外，还有许多非真实感的渲染器( 油画效果、 二维平涂效果、彩铅效果等) 。 浙江大学硕土论文 7 后期处理，有时三维动画是分成渲染的，或者需要对生成的文件添加特技效 果、较色，这些需要到合成软件种进行合成，然后输入到剪辑软件中进行剪 辑和配音，最后输出动画。 三维动画的每个制作环节，都需要利用三维软件进行工作，计算机对三维动 画制作的重要性可见一斑。 4 3 如何提高动画制作效率 动画影片中所有的场景、拍摄、角度受到影片中高额成本及冗长的制作过程 所制约，尤其是那些针对电视台播放的动画系列连续剧。本节从两个方面分析如 何提高动画制作的效率：应用计算机动画软件和协同动画制作流程。 4 3 1 应用计算机动画软件 计算机技术的快速发展，为动画创作提供了有力的工具，无论是二维动画还 是三维动画，大量计算机动画软件随之产生，大大提高了动画的制作速度，有效 的降低了成本。 在二维动画制作领域，虽然没有完全脱离传统的动画制作流程，但是计算机 的应用还是提高了动画制作的效率，下面介绍一下常用的计算机辅助制作二维动 画的软件。 9 浙江人学硕士论文 表4 2 常用的二维辅助动画软件 软件名称功能特点 发行公司 t o o n z 全功能的二维动画制作工具 美国s o n i m a g e r e t a s 近似传统动画制作流程日本c e l s y s 株式会社 a n i m o 面向动画师的制作方式英国c 锄b r i d g ea n i m a t i o n 点睛辅助动画提高描线、上色效率中国方正集团与央视 制作系统 s o f t i m a g e i t o o n z 是世界上优秀的卡通动画制作软件系统，它可以运行于 s g i 超级工作站的i r i x 平台和p c 的w i n d o w s n t 平台上，被广泛应用于卡通动 画系列片、音乐片、教育片、商业广告片等中的卡通动画制作 3 5 】。其特点是： 保持声音、音乐与画面同步：保持了动画师的艺术风格；调色板模块可快速容易 地进行调色板预定义，锁定以及布置你的调色板；t 0 0 n z 可根据你的独特要 求进行配置和定义，如较粗的画笔、精细的笔尖、特殊的颜色、甚至是半透明的 颜色等。 ! t a s 是日本c e l s y s 株式会社开发的一套应用于普通p c 和苹果机的专业 二维动画制作系统。r e t a sp r o 的制作过程与传统的动画制作过程十分相近， 它的四大模块替代了传统动画制作中描线、上色、制作摄影表、特效处理、拍摄 合成的全部过程。最新一代的r e t a sp r o 具备了摄影表压感笔功能，就是说你 可以在摄影表里直接画动画，而不需要用纸画了【3 ”。其特点是：在屏幕上的图 像可以像在动画桌上任意旋转，旋转动画纸就象动画师在透光桌上一样易于操 作；从消失点处提供放射性线条，辅助绘画了；当光标经过缺口的地方，轮廓线 将被自动封闭；把光标放到用s t y l o s 画的线上，只需擦动，便可调节线的粗 细。 a n i m o 是英国c 锄嘶d g ea n i m a t i o n 公司开发的运行于s g i0 2 工作站和 w i n d o w sn t 平台上的二维卡通动画制作系统。它具有厦向动画师设计的工作界 面，扫描后的面稿保持了艺术家原始的线条。它具有多种特技效果处理包括灯光、 阴影、照相机镜头的推拉、背景虚化、水波等并可与二维、三维和实拍镜头进行 合成【3 7 】。其特点是：可以从一个三维场景中输入三维模型包括它的定位、灯光、 浙江大学硕十论文 摄像机和材质信息，并与通过扫描、绘制或合成的任意的二维画稿或图像一起显 示；所有二维元素都可以通过使用三维场景中的摄像机在三维坐标中进行合成； 它将以熟悉的a n i m o 二维卡通生成的方式显示三维元素，艺术家也可以浏览和 编辑在m a y a 或3 d sm a ) 【中生成的a j l i m o 卡通图像。 点睛辅助动画制作系统是国内第一个拥有自主版权的计算机辅助制作传统 动画的软件系统。使用该系统辅助生产动画片，可以大大提高，描线，上色的速 度，并可产生丰富的动画效果，如推拉摇移，淡入淡出，金星等，从而提高生产 效率和制作质量。与传统动画的制作流程相对应，系统由镜头管理、摄影表管理、 扫描输入、文件输入、铅笔稿测试、定位摄影特技、调色板、描线上色、动画 绘制、景物处理、成像、镜头切换特技、画面预演、录制等十四个功能模块组成， 每个模块完成一定的功能。代表作有海尔兄弟。在二维动画的制作过程中， 计算机的应用虽没有象三维动画那么关系紧密，但也起着不小的作用，提高了制 作效率。其特点是：全中文界面，全中文使用手册，全中文联机帮