多媒体应用技术的研究----lunwen.doc

多媒体应用技术的研究一、多媒体的定义“多媒体”一词译自英文“Multimedia”，而该词又是由mutiple和media复合而成的。媒体（medium）原有两重含义，一是指存储信息的实体，如磁盘、光盘、磁带、半导体存储器等，中文常译作媒质；二是指传递信息的载体，如数字、文字、声音、图形等，中文译作媒介。所以与多媒体对应的一词是单媒体（Monomedia），从字面上看，多媒体就是由单媒体复合而成。多媒体技术从不同的角度有着不同的定义。比如有人定义“多媒体计算机是一组硬件和软件设备；结合了各种视觉和听觉媒体，能够产生令人印象深刻的视听效果。在视觉媒体上，包括图形、动画、图像和文字等媒体，在听觉媒体上,则包括语言、立体声响和音乐等媒体。用户可以从多媒体计算机同时接触到各种各样的媒体来源”。还有人定义多媒体是“传统的计算媒体-文字、图形、图像以及逻辑分析方法等与视频、音频以及为了知识创建和表达的交互式应用的结合体”。概括起来就是:多媒体技术，即是计算机交互式综合处理多媒体信息-文本、图形、图像和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个系统并具有交互性。简言之，多媒体技术就是具有集成性、实时性和交互性的计算机综合处理声文图信息的技术（这句话的三性可是精髓哦！）。多媒体在我国也有自己的定义，一般认为多媒体技术指的就是能对多种载体(媒介)上的信息和多种存储体(媒介)上的信息进行处理的技术。二、多媒体技术简介于多媒体系统需要将不同的媒体数据表示成统一的结构码流，然后对其进行变换、重组和分析处理，以进行进一步的存储、传送、输出和交互控制。所以，多媒体的传统关键技术主要集中在以下四类中：数据压缩技术、大规模集成电路（VLSI）制造技术、大容量的光盘存储器（CD-ROM）、实时多任务操作系统。因为这些技术取得了突破性的进展，多媒体技术才得以迅速的发展，而成为像今天这样具有强大的处理声音、文字、图像等媒体信息的能力的高科技技术。 但说到当前要用于互联网络的多媒体关键技术，有些专家却认为可以按层次分为媒体处 理与编码技术、多媒体系统技术、多媒体信息组织与管理技术、多媒体通信网络技术、多媒 体人机接口与虚拟现实技术，以及多媒体应用技术这六个方面。而且还应该包括多媒体同步 技术、多媒体操作系统技术、多媒体中间件技术、多媒体交换技术、多媒体数据库技术、超 媒体技术、基于内容检索技术、多媒体通信中的QoS管理技术、多媒体会议系统技术、多媒 体视频点播与交互电视技术、虚拟实景空间技术等等。 三、一般多媒体系统的组成部分 一般的多媒体系统由如下四个部分的内容组成: 多媒体硬件系统、多媒体操作系统、媒体处理系统工具和用户应用软件。 多媒体硬件系统：包括计算机硬件、声音/视频处理器、多种媒体输入/输出设备及信号转换装置、通信传输设备及接口装置等。其中，最重要的是根据多媒体技术标准而研制生成的多媒体信息处理芯片和板卡、光盘驱动器等。 多媒体操作系统：或称为多媒体核心系统（Multimedia kernel system），具有实时任务调度、多媒体数据转换和同步控制对多媒体设备的驱动和控制，以及图形用户界面管理等。 媒体处理系统工具：或称为多媒体系统开发工具软件，是多媒体系统重要组成部分。 用户应用软件：根据多媒体系统终端用户要求而定制的应用软件或面向某一领域的用户应用软件系统，它是面向大规模用户的系统产品。四、多媒体硬件系统1.多媒体个人机的解释 在多媒体计算机之前，传统的微机或个人机处理的信息往往仅限于文字和数字，只能算是计算机应用的初级阶段，同时，由于人机之间的交互只能通过键盘和显示器，故交流信息的途径缺乏多样性。为了改换人机交互的接口，使计算机能够集声、文、图、像处理于一体，人类发明了有多媒体处理能力的计算机。我们这里重点谈谈个人机（就是现在说的PC啦）。所以现在你该明白，所谓多媒体个人机（Multimedia Personal Computer, MPC）无非就是具有了多媒体处理功能的个人计算机（如早期的586机型），它的硬件结构与一般所用的个人机并无太大的差别，只不过是多了一些软硬件配置而已。一般用户如果要拥有MPC大概有两种途径：一是直接够买具有多媒体功能的PC机；二是在基本的PC机上增加多媒体套件而构成MPC。到奔横行的今天，对计算机厂商和开发人员来说，MPC已经成为一种必须具有的技术规范。 2.多媒体计算机的基本配置（及可选配置） 一般来说，多媒体个人计算机（MPC）的基本硬件结构可以归纳为七部分： 至少一个功能强大、速度快的中央处理器（CPU）； 可管理、控制各种接口与设备的配置； 具有一定容量（尽可能大）的存储空间； 高分辨率显示接口与设备； 可处理音响的接口与设备； 可处理图像的接口设备； 可存放大量数据的配置等； 这样提供的配置是最基本MPC的硬件基础，它们构成MPC的主机。除此以外，MPC能扩充的配置还可能包括如下几个方面： 光盘驱动器：包括可重写光盘驱动器（CD-R）、WORM光盘驱动器和CD-ROM驱动器。其中CD-ROM驱动器为MPC带来了价格便宜的650M存储设备，存有图形、动画、图像、声音、文本、数字音频、程序等资源的CD-ROM早已广泛使用，因此现在光驱对广大用户来说已经是必须配置的了。而可重写光盘、WORM光盘价格较贵，目前还不是非常普及。另外，DVD出现在市场上也有些时日了，它的存储量更大，双面可达17GB，是升级换代的理想产品。 音频卡：在音频卡上连接的音频输入输出设备包括话筒、音频播放设备、MIDI合成器、耳机、扬声器等。数字音频处理的支持是多媒体计算机的重要方面，音频卡具有A/D和D/A音频信号的转换功能，可以合成音乐、混合多种声源，还可以外接MIDI电子音乐设备。 图形加速卡：图文并茂的多媒体表现需要分辨率高，而且同屏显示色彩丰富的显示卡的 支持，同时还要求具有Windows的显示驱动程序，并在Windows下的像素运算速度要快。所以现在带有图形用户接口GUI加速器的局部总线显示适配器使得Windows的显示速度大大加快。 视频卡：可细分为视频捕捉卡、视频处理卡、视频播放卡以及TV编码器等专用卡，其功能是连接摄像机、VCR影碟机、TV等设备，以便获取、处理和表现各种动画和数字化视频媒体。 扫描卡：它是用来连接各种图形扫描仪的，是常用的静态照片、文字、工程图输入设备。 打印机接口：用来连接各种打印机，包括普通打印机、激光打印机、彩色打印机等，打印机现在已经是最常用的多媒体输出设备之一了。 交互控制接口：它是用来连接触摸屏、鼠标、光笔等人机交互设备的，这些设备将大大方便用户对MPC的使用。 网络接口：是实现多媒体通信的重要MPC扩充部件。计算机和通信技术相结合的时代已经来临，这就需要专门的多媒体外部设备将数据量庞大的多媒体信息传送出去或接收进来，通过网络接口相接的设备包括视频电话机、传真机、LAN和ISDN等。3.多媒体用户创作工具： 目前流行的多媒体创作工具很多，如：Authorware、PowerPoint97、方正奥思、Toolbook、Freehand、3D MAX或Flash MX以及后期合成软件等。他们在设计多媒体程序以及多媒体课件各有长处。PowerPoint97系列为一整体的设计观念，其主要功能在于协助使用者对演示文稿的制作，使用户通过Word、Excel、Access及PowerPoint97提供的强大编辑功能，制作出课件内容要求的各类文字、动画、统计图表或数据库，是一种能够融文字、图形、图像、声音以及影像剪辑于一体的多媒体演示与制作软件。 Macromedia公司推出的多媒体制作软件Authorware是不可多得的开发工具之一。它使得不具有编程能力的用户也能创作出一些高水平的多媒体作品。Authorware采用面向对象的设计思想，是一种基于图标（Icon）和流线（Line）的多媒体开发工具。它把众多的多媒体素材交给其他软件处理，本身则主要承担多媒体素材的集成和组织工作。Authorware操作简单，程序流程明了，开发效率高，并且能够结合其他多种开发工具，共同实现多媒体的功能。它易学易用，不需大量编程，使得不具有编程能力的用户也能创作出一些高水平的多媒体作品，对于非专业开发人员和专业开发人员都是一个很好的选择。1Authorware的主要特点（1）面向对象的可视化编程。这是Authorware区别于其他软件的一大特色，它提供直观的图标流程控制界面，利用对各种图标逻辑结构的布局，来实现整个应用系统的制作。它一改传统的编程方式，采用鼠标对图标的拖放来替代复杂的编程语言。（2）丰富的人机交互方式。提供11种内置的用户交互和响应方式及相关的函数、变量。人机交互是评估课件优劣的重要尺度。（3）丰富的媒体素材的使用方法。Authorware具有一定的绘图功能，能方便地编辑各种图形，能多样化地处理文字。Authorware为多媒体作品制作提供了集成环境，能直接使用其他软件制作的文字、图形、图像、声音和数字电影等多媒体信息。对多媒体素材文件的保存采用三种方式，即：保存在Authorware内部文件中；保存在库文件中；保存在外部文件中，以链接或直接调用的方式使用，还可以按指定的URL地址进行访问。（4）强大的数据处理能力。 利用系统提供的丰富的函数和变量来实现对用户的响应，允许用户自己定义变量和函数。四、多媒体技术实际应用1、 多媒体中的音频处理技术（1）音频处理技术简介. 多媒体涉及到多方面的音频处理技术，如:音频采集、语音编码/解码、文一语转换、音乐合成、语音识别与理解、音频数据传输、音频一视频同步、音频效果与编辑等。其中数字音频是个关键的概念，它指的是一个用来表示声音强弱的数据序列，它是由模拟声音经抽样（即每隔一个时间间隔在模拟声音波形上取一个幅度值）量化和编码（即把声音数据写成计算机的数据格式）后得到的。计算机数字CD、数字磁带（DAT）中存储的都是数字声音。模拟一数字转换器把模拟声音变成数字声音；数字一模拟转换器可以恢复出模拟来的声音。 一般来讲，实现计算机语音输出有两种方法:一是录音/重放，二是文一语转换。第二种方法是基于声音合成技术的一种声音产生技术，它可用于语音合成和音乐合成。而第一种方法是最简单的音乐合成方法，曾相继产生了应用调频（FM）音乐合成技术和波形表（wavetable）音乐合成技术。 （2）乐器数字接口MIDI的概念 现在我们用的最多的音频名词之一MIDI（musical instrument digital interface）是作为“乐器数字接口”的缩写出现的，并用它来泛指数字音乐的国际标准。由于它定义了计算机音乐程序、合成器及其他电子设备交换信息和电子信号的方式，所以可以解决不同电子乐器之间不兼容的问题。另外，标准的多媒体PC平台能够通过内部合成器或连接到计算机MIDI端口的外部合成器播放MIDI文件，利用MIDI文件演奏音乐，所需的存储量最少。 至于MIDI文件，是指存放MIDI信息的标准文件格式。MIDI文件中包含音符、定时和多达16个通道的演奏定义。文件包括每个通道的演奏音符信息:键通道号、音长、音量和力度（击键时，键达到最低位置的速度）。由于MDDI文件是一系列指令，而不是波形，它需要的磁盘空间非常少；并且现装载MIDI文件比波形文件容易的多。这样，在设计多媒体节目时，我们可以指定什么时候播放音乐，将有很大的灵活性。在以下几种情况下，使用MIDI文件比使用波形音频更合适:需要播放长时间高质量音乐，如想在硬盘上存储的音乐大于4分钟，而硬盘又没有足够的存储容量；需要以音乐作背景音响效果，同时从CD-ROM中装载其它数据，如图像、文字的显示；需要以音乐作背景音响效果，同时播放波形音频或实现文一语转换，以实现音乐和语音的同时输出。2、 体在WEB中的应用我们知道，由于声音点播和影视点播应用还没有完全直接集成到现在的Web浏览器中，这就需要一个单独的应用程序来帮助，通常我们使用媒体播放器(Media player)来播放声音和影视。典型的媒体播放器要执行好几个功能，包括解压缩、消除抖动、错误纠正和用户播放等功能。现在可以使用像插件这种技术把媒体播放器的用户接口放在Web客户机的用户界面上，浏览器在当前Web页面上保留屏幕空间，并且由媒体播放器来管理。目前，大多数客户机使用如下几种方法来读取声音和影视文件： 通过Web浏览器把声音/影视从Web服务器传送给媒体播放器； 直接把声音/影视从Web服务器传送给媒体播放器 直接把声音/影视从多媒体流放服务器传送给媒体播放器； 在这个过程中，媒体播放器的主要功能表现在如下四个方面： 解压缩：几乎所有的声音和电视图象都是经过压缩之后存放在存储器中的，因此无论播放来自于存储器或者来自网络上的声音和影视都要解压缩。 去抖动：由于到达接收端的每个声音信息包和电视图象信息包的时延不是一个固定的数值，如果不加任何措施就原原本本地把数据送到媒体播放器播放，听起来就会有抖动的感觉，甚至对声音和电视图象所表达的信息无法理解。在媒体播放器中，限制这种抖动的简单方法是使用缓存技术，就是把声音或者电视图象数据先存放在缓冲存储器中，经过一段延时之后再播放。 错误处理：由于在因特网上往往会出现让人不能接收的交通拥挤，信息包中的部分信息在传输过程中就可能会丢失。如果连续丢失的信息包太多，用户接收的声音和图象质量就不能容忍。采取的办法往往是重传。 用户可控制的接口：这是用户直接控制媒体播放器播放媒体的实际接口。媒体播放器为用户提供的控制功能通常包括声音的音量大小、暂停/重新开始和跳转等等。 3、 GI上三维软件的定制与开发上运行的操作系统是，该机运行的版本是5.3。是I公司在操作系统上针对图形处理功能进行加强而产生的一个的变种，它在很大程度上继承了系统的内核和风格，使其具有并发多任务，多进程管理，窗口服务，强大的网络支持功能等主要特征，为在其上运行的图形应用软件提供强大的支持。在平台上，我们主要配置有两个公司的图形产品，即aos公司和Sideffect公司。aos公司提供很多的二维图形处理软件，我们购买的是pandemoniumt和ntitle。这里就不详细介绍。Sideffect公司的主要产品是平台上三维套件：Prisms。它包括四个大的构件：、Sage 、Action 、Ice 、Morph。其中Ice是套件中图像处理和编辑模块。Morph是一套相当不错的图像变形软件，而Action是整套的核心，它主要完成建模、材质、灯光、动画，着色等全部三维动画功能。Sage是一个高级建模的模块。这四个部分相互配合而构成了一个有机的整体，与其它的三维图形软件相比，Prisms的最主要的风格是其对用户的开放性。当前软件设计的趋势是内核越来越复杂，界面越来越简单。易用性、人机界面的友好和功能的集成，已经成为一个软件是否成功的重要标志。“用户只需按动鼠标，其它的事由软件来做。”也成为软件设计的理想。在应用软件的领域里，这样发展确实改善了各个专业用户的处境，用户不需要更多的了解软件本身的运行机制而能够做好本专业的工作。在电视应用领域，快速有效是工作的特定要求。客观上，用户的思维受软件本身的束缚相对减少，这正好符合这一特定要求。但软件的界面友好和集成的背后却隐藏着另一事实，就是用户对软件的较深层次的参与性相对减少。例如，一般的用户很难在中根据自己的喜好增加一个自己的构件，在这样的编辑软件中根据自己的实际需要而添加一个新的功能，换名话说，在软件本身的升级和改进方面，绝大多数用户所能做到的仅仅只能等待下一个新版本的到来。这样的情形对一个用户创作软件来说是不利的，因为创作需要的是新的东西，软件公司的开发工件和用户的实际需要在许多方面是很难同步和统一的。用户需要是不断的更新的、有自己特色的功能，大多数软件的易用性实际上大大地抑制用户对软件本身的直接参与，这在一个较深层次上又束缚了用户对软件本身的二次开发工作，无形中也为用户自己划定了一个上限。而Prisms套件在设计的思想上，强调了用户的可参与性，这对用户提出了较高的技术要求，同时也给用户极大的空间和自由度。它的主要特色在其所有的模块中，包括建模、材质动画中广泛地引进了可编程函数的概念，再则提供了一个向所有用户敞开的基本的功能库，它的所有的SOPS(Surface Constrction)都是由这些基本功能模块构成。当然用户可以用这个基本的功能库及由其构成的SOPS完成几乎所有的三维造型功能，同时Prisms还鼓励用户用语言编制自己的功能模块，在其主菜单上专有一栏是“EXPR FUNCS”，允许用户在Action界面中直接控制和调用，并提供Costom命令允许用户将自己编制的语言功能模块直接转换成SOP。这样用户可以在实际操作中不断补充和发展Prisms的功能，使其越来越强大，并逐渐将Prisms版本变为自己的版本。当然软件公司也在不断升级其软件。引用函数的概念允许用户用数字模型构成实用的实体模型，因此在建模的同时就方便地加入运动控制。例如做一个飘动的旗帜，用一般的建模和关键帧的方法很难做到，但如果引入函数的概念，这个问题就相当简单：第一步：我们做一个平面，它们有11行，11列，2020单位大小，ZX方向。第二步：我们用pointsop来处理该平面，平面上X，Z的坐标不变，而原来Y轴坐标用sin($TX*360)*0.2-0.8代替，这样平面在Y轴方向就有一个正弦波动，自变量是X值，放大系数0.2，-0.8是Y轴上的常量。第三步：我们让这个波形随时间而变化而产生一个波动的效果，我们引入一个当前帧数$F自变量，将上面的函数改为：sin($TX*360+$F*4.8)*0.2-0.8，这样平面上每一点都以其X位置和时间自变量以正弦方式振动而构成一个波动的平面。第四步：旗帜在靠近旗杆的地方是不动的，而从旗杆开始，振幅渐渐增大，我们引用$PT点数和总点数$NPT的自变量，我们以旗杆处的点的点数为0来排序，将以上函数变为sin($TX*360+$F*4.8)*$PT/$NPT*0.2-0.8这样正弦振动的振幅将乘一个$NPT的系数，在开始的几个点$NPT将等于或近似为0，这样边缘的平面将不作振动或振幅很小，而沿点排序的方向振动将渐渐增大到一定值（系数最大为0.2)。从以上，我们看到用户用数学建模来建立一个复杂的实体模型的过程，这个过程是相当精确而且精炼有效的。同样方法我们可以用数学模型来方便地表达一个物体表面的复杂的颜色变化，用read SOP读入一个海豚的线框。现在我们从下到上动态地刷新这只海豚的色彩，我希望以滑的方式从红色和绿色区域中写一个效果表达式。：clamp($BBY-($F-1)/$FEND,-1,1)*0.5+0.5：1-(clamp($BBY-($F-1)/$FEND,-1,1)*0.5+0.5)：0。（注：clamp是一个钳位函数）$BBY在海豚的外框（bounding box)的Y值端点之间从0至1变化，$F/$FEND是当前帧数除以总帧数，从而提供一个函数的随时间变化的自的变量，clamp函数将上面的函数值限制在1，1之间。我们可以看出在第一帧时海豚的最下端红色值为0.5，而绿色值也为0.5，最上端海豚的红色值为而绿色为，在最末帧时，海豚的最下端红色值为绿色值为，最上端海豚的红色值为0.5，绿色值为0.5，中间的变化过程是平滑的，用户可以根据自己的需要而修改这两个函数的系数和常量得出不同的变化效果。从以上的例子，相信读者已经体会到引入可编程函数在动画制作中的重要价值，它可以使用户更直接有效地通过Prisms控制自己的动画过程。下面，让我们再看一个用户自己开发和定制的实例。用户自己编制的SOP，实际上是用户自己写一段程序，然后利用Prisms提供的Custom工具把它添入原来的SOP库中，和原来的SOP库一起被Action调用。这段用户编制的程序将包括几个标谁的数据结构用以注解接口信息，然后是几个标准的功能模块调用。数据结构定义了程序操作的数据性质，而功能就是操作这些数据信息的代码模块。实际上在Prisms中提供了不少范例来解释这个数据结构和功能模式的语法及功能，用户可以根据自己的需要用这些功能模块构成自己的SOP。在代码中，除了一些标准的函数以外，Prisms还提供了一些自己的函数来帮助用户。原来的magnet SOP，它运行得不够好，不能真实地模拟现实中的磁场作用，磁场只作用在磁场物体与受作用物体相交的区域而被作用的物体在此区域外是不受磁场控制的，实际上这个相交的区域是不应这样绝对的，有时我们需要磁场作用于整个物体，而不仅仅是相交部分，于是对其进行了改进，为了区别原来的magnet.c,我对改进后的程序取名为attract.c。代码的开始是一个用法注解SOPHELP ，当SOP的“help”菜单被选中，这段文字信息将显示在文档栏以告诉用户关于此SOP的有关信息。然后定义常量，“NSOURCES”赋值为告诉程序在attract SOP中，有两个输入的SOP，一个是磁场，一个是磁场的作用体。“typedef struct SOP-data”定义一个新的结构，告诉程序当每次这个SOP调用时，用户都要输入不同的参数，我们为其赋值为“Falloff”“SOP-PAMES”定义SOP-data结构赋值为“NULL”。下面我们来完成此SOP的功能部分，SOPDefaults功能定义了两个输入SOP的默认值，我们用“Previous”和“Twoback”两个值。SOPScan和SOPPrint功能用于action读写bmot文件。主要的功能是SOPCook功能，我们主要对它进行改进，与原来的magnet SOP不同的是，增加一段代码FOR-ALL-POINTS()LOOP，这样Attract将同时对所有的点起作用，而改变每个点的X,Y,Z数值为tmppt。然后可以参照magnet中原来的功能调用完成全部Attract.c的编制工作。最后我们用custom n attract.c行命令将自己的SOP加入到原来的SOP库中，形成一个用户自己的attract SOP。用户如果有必要还可以修改和补充Prisms的基本功能库，以上简单介绍了用户如何在Prisms中定制和开发某一特定功能。我们不难看到Prisms实际上为用户提供一个通向其内核的管道用户可以根据自己的需要构造自己的Prisms版本。在一定意义它给了用户一把钥匙，掌握了这把钥匙，用户可以真正摆脱软件本身的约束，不断做出崭新的效果，但这样也对用户提出了很高的要求，而在电视制作工作中有时需要的是快速、程式化的效果。而Prisms由于没有集成一些约定的功能模块，在这方面与其它软件相比就显得相对笨拙一些，这只能通过时间和用户的经验来弥补。4、多媒体动画特技制作系统简介如果与前十年制作的电视节目作比较的话,你会发现,在当今的电视节目制作中,电脑动画和特技所占的成份越来越大。在各个栏目、节目的片头、节目宣传、电视广告和各类专题片、文艺片中常常可以看到它的身影，它给电视观众提供了一种崭新的视野，为电视导演和节目编导提供了一种全新的创作手段。随着计算机技术的飞速发展和电视制作技术水平的提高，一种全新的电视制作手段出现了；它就是计算机动画特技制作。我台动画科就是进行这一制作的专业科组。我台的动画特技制作系统组建于90年代初，在电视同行中起步较早。在台领导和技术、制作部门的关心支持下，经过近八年的发展，现在已成为具有二维、三维动画和特技制作及综合运用能力的专业制作系统。在这里，我们将动画机房现有的动画制作系统作一个简单的介绍。一、动画系统的建立和发展我台动画科和动画特技制作始于一九九二年下半年。九十年代初，计算机技术在电视制作领域的应用较八十年代有了很大发展，特别是动画特技制作在各类节目中的运用已相当普遍。为了在电视节目包装上跟上电视发展步伐，台领导决定在制作部下成立动画科，其主要任务是为台里的自办节目进行包装。当时配备制作人员三人，设备是从演播组调入一台美国品尼高（PINNACLE）三维数字特技，另从法国引进一台斑马二维绘画箱，构成了初期的动画制作系统。品尼高的主要功能是以三维数字特技为主，兼有三维动画及Paint（绘画）功能，由于该设备为386系列，三维动画制作能力非常有限，运算速度很慢，稍复杂的画面着色常常出现死机的现象，故往往只能生成一些简单的单帧画面，其绘画能力也不够理想，没有层面功能，制作二维动画也显得较为吃力。斑马绘画箱以制作二维动画为主，当时大量片头主要依靠斑马来制作完成。随着三维动画在电视节目中的大量运用，动画科三维动画制作的薄弱环节日趋突出，解决这一问题也更显紧迫。为此，台里于94年为动画科配置了一台Indigo 2 SGI工作站。一九九五年科技之光在中央电视台正式播出，为了在节目包装方面上到一个新的台阶，适应科技之光和即将开播的一个有线频道的制作要求，台领导决定将原广告部制作科的主要制作骨干和大部份设备与动画科进行组合，集中优势兵力打歼灭战。一九九六年，在技术部门的配合下，又对动画制作系统中的PC机进行补充和完善，引进3DS MAX，并将所有的计算机连网，构成较为完备的有综合运用能力的动画特技制作系统。一九九九年，为了紧跟飞速发展的计算机技术及在电视领域的应用，又添置了二台惠普Kayak图形工作站和三维动画创作软件Maya。现在的动画特技制作系统每年可以产出近3000秒二维、三维动画特技片，按目前武汉市场的最低价格计算，每年可创造出近百万人民币的价值。我台5个频道各个栏目、节目的片头和包装，科技之光的各个片头以及大部分科技节目、文艺节目的动画特技均产于此系统。一批大量运用动画特技的科技节目凯丽可姨讲科学、欢迎您，哈雷慧星、当慧星撞击木星的时候、追寻鸟类的祖先、当我们站起来之后、追寻永乐大钟等先后在国内外获奖。1999年全国首届电脑动画设计和制作大赛上，我台动画科制作的三维动画片希望之城和二维卡通片疯狂的拉圾分获专业组三等奖，这些都是我台动画制作系统和动画科制作水平的体现。二、动画特技系统构成现在动画特技制作系统可以分为二个大的部分。视频系统部分和计算机创作系统部分。如图1所示。 我们先来看视频部分。视频部分的主要任务是录制由计算机创作系统制作完成的动画特技片，提供计算机创作系统所需的视频活动画面。同时，它还兼任传统电视制作特技、视频切换、磁带格式转换、对编等任务。视频系统的构成必须遵循计算机动画特技制作规律，顾及动画特技制作的特点。大家知道计算机动画特技的大部分创作和制作工作是在计算机平台上完成的，它对动画特技创作的硬、软件平台要求较高，使用设备的种类和频繁程度也较高，而视频活动画面的播放和记录相对较少，因此，在动画特技制作的视频系统中，应用较少的录相机为较多的视频设备提供高质量的服务。系统方框图见图2。视频系统的详细图如图3。该系统中的中心是二台录像机（Betacam BVW70P，MII AU65H）和一台放像机（PVW2650P），它们分别录制或供给基于二种磁带规格的视频信号，由于在系统中有多个视频输入输出设备，如二台斑马、品力高、Accom、字幕机等，录相机必须方便灵活地与它们相连接，为此，在录相机的输入、输出端加入了十选一视频切换开关和跳线器，这样操作人员可以十分方便地将视频信号输入或输出到相应的视频设备中去。系统用YUV模拟分量视频信号连接各视频设备，由于二台斑马仅提供RGB分量信号，所以用GVG的RGB转YUV （GVG M912）和FOR A的YUV转RGB（FORA CT-600）将二台斑马连接到系统中。GVG 9560同步信号发生器将所有的视频设备串联锁定。视频系统中的由美国品力高PINNACLE公司生产的Prizm数字特技，基本上是传统的电视特技制作设备，它提供实时单通道二维、三维视频特技。Prizm的硬件由三大块组成：视频工作站提供单通道YUV信号的输入和输出，其强大的特技发生器和大帧存均生于此；控制面板通过控制电缆与视频工作站进行连接，它的硬软件平台是386和MSDOS5.0，在PINNAELE自己专门开发的GUI上，你可以方便灵活地完成各种特技创作；另一块应该属于计算机创作部份，它的功用在后面将要谈到。Prizm的特技由五部分组成：1、平面特技：包括画面的放大、缩小、旋转、移动、剪切等。2、变形和卷曲：主要指画面的拉伸、扭曲、弯卷、透视角度的改变等。3、图像特技：如调整画面的颜色，马赛克、变焦、淡入、淡出、虚化、模糊等。4、蒙太奇：蒙太奇特技是利用主机内的帧存贮器，将活动画面按一定规律捕捉、存贮，然后与活动画面有机组合在一起，从而形成如拖尾、影子、叠加多个分画面，运动模糊，抽帧等特殊效果。5、DVE（数字视频特技）Prizm中的DVE特技由二个部分组成：一是DVE调用组合播放部分，它将已创作好的DVE三维物体表面“贴”上活动画面，然后与其它特技进行组合；另一部分也就是前面谈到的三大块中的另一块-PC机三维动画DVE创作部分。品力高为三维动画创作软件TOPAS提供了一个插件，TOPAS可以利用该插件着色出可携带视频贴图标记的三维物体动画文件。该文件在DVE调用、组合播放时，这种“贴”在物体表面的贴图就可以被活动视频画面所替代。我们常见到水滴上映射着青山绿水、水波里荡漾着飘动的白云就可以利用此方法制作完成。在操作方面，Prizm提供了三个层次的控制，一个层次是每一项特技具体参数的改变和调整，可直接利用它完成单一特技的制作。第二个层次是运动方面的控制，既某一或多项特技在时间轴上的演变，利用它可按一定的流程完成的一项或多项特技。第三个层次是程序方式，可以利用插入关键帧的方式，将各种特技进行自由的组合，按指定的顺序逐个或组合播放多个特技流程。Prizm的特点是实时、快速、便洁。由于它是一个依靠硬件来实现特技制作的设备，在功能开发、开放性、多层特技组合等方面有很大的弱点。现在随着PC机硬、软件的进步和发展，它的许多功能都可以在非线性多媒体中实现。两台产于法国的斑马二维实时动画工作站分别是Venice和Eclipse，它们的硬件由二个部份组成。视频工作站（绘画箱）产生4:4:4:4（RGB Aalpha / 键）10241024像素，高质量的模拟分量视频信号。装载在其中的多层图形板（Venice为六层，Eclipse为四层）在其高速图像运算器的支持下，既可单独，也可按任意顺序叠加、组合产生二维实时动画和特技。创作和系统管理部分建造在486PC机和MSDOS5.0的基础上，通过斑马公司开发的用户界面和数字化绘图板，可以方便地进行二维图形的绘制和二维动画和特技的编辑工作。在动画创作和特技方面，斑马提供了四个大的模块。它们分别是动态绘画（Dynamic Paint），单元建造（Makecell），变形（Mover），动画合成（Animation）。动态绘画部分提供了各种各样的图形绘制工具。在数字化绘图板的配合下，创作人员像一个在绘在室的画家，方便的使用各种画笔进行绘画。另外，它还提供了各种形状的量尺工具和英文大量字库。在绘制图形时，我们常常需要作一些特殊的效果处理。动态绘画为我们提供了各种滤镜，如凸凹效果、印像派、浮雕、锐化、柔和等，另外从视频通道输入到斑马的视频画面，也可从这里采入，作为一幅画或一个图形单元进行存贮或调用。单元建造是一个剪裁、编辑单元，它将动态绘画创作的图文，进行剪裁、编辑，为动画合成准备必要的素材。动画合成模块里可以将所有其它模块制作好的单元素材“汇编”到一起。配合多层图形板提供的实时动画，叠加功能，可以连续制作五分钟的动画。独立的Actors帧存贮器，可以帧或场的方式产生转变特技。如：淡入淡出，卷曲，变形，马赛克、划变，翻转等。变形模块提供二幅单帧画面之间的变形功能，通过对二幅单帧画面的选点编辑，可以在二幅不同造型的二幅画面间产生自然、平滑的转变。斑马的优点在于实时、快速、简洁、绘画功能强大，它可十分方便的在各种电视画面中加入示意图，各种装饰题花，以及小型卡通动画，是做节目包装实时处理的好帮手。我们常见的如天气预报示意图，各种小Logo、标识，科技、教学节目中的示意动画，都是它的拿手好戏。但由于其二维功能方面的限制，在制作节目，栏目片头的综合运用中，在三维和视频特技方面，包括卡通片制作方面能力不足。在计算机动画特技制作领域里，它属于绘图功能强大，有二维动画功能的视频特技设备。还需要指出的是，品力高的Prizm和斑马都属于传统的视频特技制作设备，在开放性和功能的扩展性方面都有很大的不足。如在斑马中绘制的TGA格式图像文件虽然可在PC机中调用，但反向操作却行不通。品力高的DVE部分，为PC机创作DVE模型提供了一个开放的接口，这在传统的特技制作设备中十分少见。如果在这类传统视频特技设备中既能发挥其实时、便洁的优势，又具有灵活的可扩展和兼容性，则是动画特技制作的福音了。计算机创作系统我台动画特技制作系统中，计算机图形、动画创作部分占有非常重要的地位。目前，大约有6070的制作都是在计算机系统中完成的。从硬件构成上，计算机系统可分为二个类别：PC机和SGI工作站。美国SGI（Sililon Glraphic）公司生产的IRIS图形工作站以其卓越的图形性能及标准化的开发环境倍受用户青睐。动画系统中的一台SGI Indigo2采用的MIPS R4400处理器，时钟频率为200MHZ，运算速度为85MIPS120MIPS，配合Extreme图形加速卡，有1.2M矢量秒和205K多边形秒的图形计算能力。SGI的操作系统是IRIX，三维动画制作软件为SIDE EFFECT公司生产的PRISMS。PRISMS包括强有力的建模工具，强大的光线跟踪着色器和灵活的光源贴图方式，结合NURBS几何学运动捕获技术和逆向运动学，逆向动力学可以创作出多姿多彩的三维动画景场。ICE是配合PRISMS进行图像合成的软件。它可以处理单张或序列图像的色彩、大小、分辩率，并进行抠像、放缩、旋转等特技处理。变形软件MDJO，可以利用网络定位法，在运动和静止的连续画面间进行变形。二维数字视角效果软件PANDEMONIOM可通过色彩调整、合成，镜头和滤镜的运用将单帧图像处理成活动画面。NTITLE是文字输出软件，利用它可输出向量或矢量文字到二维或三维创作系统中去。SGI及其三维、二维软件是一个功能强大有一定开放的系统。虽然近几年来，随着PC机的迅猛发展和进步，在CPU的运行速度时钟频率等方面已经超过了SGI，但其在图像计算处理能力和系统带宽方面SGI仍具有很大的优势。我台计算机系统中的这台SGI目前存在问题是硬件平台相对落后，PRISMS虽然功能强大，但在易操作性方面相对较差，“由高和寡”之嫌，近几年来以落在三维动画制作软件主流之外。另外，在视频活动画面的处理上，ICE功能较单一，已经难以胜任要求越来越高的影视特技制作的需要。PC机是近几年来发展最为迅速，进步最快的技术。在PC机上运行的动画、图形制作软件也成为动画特技制作领域使用人数最多，应用最普遍、发展最快的应用软件。我台动画制作系统PC机上使用的3DS MAX大家不会陌生。它是由AUTODESK公司开发的，从DOS时代起3DS由1.0版发展到4.0版。3DS MAX则在Windows平台上经过近三年多的重新开发，于1996年4月发布1.0版，现在其3.0版又已推出。3DS MAX的最大优点就是它的开放性，其外挂插件结构使得凡有一定编程知识的人都可以编写出需要的播件（Plugins）来完成特定的动作，造型或特技等。现在由世界各地的开发者编写出的插件不计其数，功能各异，给动画特技制作带来了极大的方便。由于受早期3DS的影响，我国使用它的人较多，市场上教材齐全，在三维动画制作领域有很高的人气，用它来制作完成电视片头、广告、多媒体光盘、游戏基本上可以满足要求。3DS MAX的最大弱点是着色渲染器比较差，与SGI等上运行的专业软件相比有着一定的差距。1999年我台引进的Maya可以说是集三维动画制作软件之大成，代表了当今三维动画制作的新潮流。它在体系结构，角色动画，动力学，粒子系统，高级建模渲染器多方面都有鲜明的特点和较为领先的功能。看过用Maya制作出的三维人物动画片，你会相信一个由计算机创作完成的，由三维模型人物组成的数字化影视片的时代已经到来。Maya从模块上可以分为：Maya Base，它包括Maya的基本建模，动力系统动画，着色渲染器等。Maya F/X是独具特色的软性物体和仿真的粒子系统。Maya ARTISAN为建模提供了一个类似雕刻工具的画笔，可直接在模型表面“雕刻”出需要的模型。Maya Powermodeler提供了设计真实世界机械装置时所必需的精确度建模。Mayafur则是做人物、动物动画时所必需的毛发、皮肤制作工具。Maya cloth用来为动画人物穿上衣服，做布料、窗帘等。值得一提的是Maya Live，它可以把影视资料中摄影机的运动轨迹、位置坐标、镜头参数计算出来，然后赋值给动画师建立的三维动画环境中的摄像机。有了它我们可以天衣无缝的在已经拍摄的影视片中加入三维物体或动画人物，也可反过来，将已拍摄好的人物放到我们建造的三维环境中。这也就是电视制作的一个新热点-虚拟演播室，只不过，它是用后期非实时的方式制作完成罢了。在PC机平台上的Photoshop Corldraw等平面绘图软件主要是用来辅助三维动画软件进行创作，在这些软件里可以方便的绘制、修改、加工图片，然后在三维软件中用作贴图、遮罩、背景等。Premiere等视频编辑合成软件用来完成对视频活动画面的剪辑，组合和特技处理。借助于PC机平台的开放性和兼容性，这些软件的创作资源可以实现共享，它使得PC机上的创作十分自由，功能异常强大，真可谓取“百家之长”。随着PC机整个业界的进步和发展，软件升级快，功能不断扩展和完善。所以说动画特技制作在PC机上的最大优势就是其开放性、兼容性和可扩展性，它使得我们的动画特技制作技术随时保持着与世界先进水平同步。PC机平台上的动画特技制作的薄弱环节是受目前硬件发展水平的限制，活动视频的处理能力不足，实时动画的传输、播放受较大的限制，着色渲染过程较长。通常一个30秒的三维动画作品需要着色几十个小时或几天，而最每秒25帧PAL制，16位色深度，720576分辩率的动画数据传输量为：7205762516165.89MS。要想以非压缩方式实现实时播放，在目前水平的PC机中是难以实现的。因此，在PC机的平台上，视频处理软件通常以压缩方式工作。三维创作软件则采用预着色方式，缩小画面尺寸或降低画面质量提供予演功能，方便创作人员对制作过程进行检查。而高质量的动画序列文件只有通过非实时的方式进行传输，然后录制到其它媒体上（磁带、胶片等）。相信随着PC机技术的不断发展，在硬盘、系统总线、显示通道的数据传输和处理能力不断提高，为PC机在影视动画特技制作方面开拓出更广阔的前景。动画特技制作系统中的计算机，现已联结成一个星形局域网。网络主要用于文件共享、文件传输和备份，故底层采用CSMACD LAN，它遵循802.3协议，即通常称为以太网，是目前大量采用的局域网。上层协议采用NetBEUI通讯协议，实现Windows系统的文件共享，为了兼顾SGI的UNIX操作系统，同时采用TCPIP的通讯协议。目前该网络运行良好，速度运行于10M标准，如果将集线器升级为交换机，可以将其运行速度提高到100M。三、系统的弱点和解决方案在动画特技系统图中（图1）可以看到视频系统与计算机系统间仅依靠一台Accom实时硬盘录像机进行连接。ACCOM是一台由计算机控制的磁盘阵列，它可将视频系统输入的YUV信号经A/D转换成数字信号，并用SGI PIC YUV TGA等格式存储在硬盘中，供SGI或PC机调用。输出时，计算机着色好的顺序文件，通过网络非实时传送到Accom的磁盘中，然后利用Accom实时播放出符合电视标准的YUV视频信号，目前这台ACCOM容量为32秒。现在的电视节目制作，大量使用视频活动画面和动画特技相结合。Accom无论从容量和功能上已远远落后于形势，成为系统中的瓶颈。同时，从系统运行安全的角度考虑，一条通道显得十分脆弱。为此，我们计划在系统中增加一台非线性多媒体作为输入输出的补充，一台SGI加上磁盘阵列在功能和客量上进行扩展（见图4）。这样，可以让整个动画特技制作系统充分发挥作用，为我台的电视节目添光加彩。多媒体（Multimedia）这两年首先在计算机界刮起旋风，最简单的多媒体就是一台PC机加上声音卡，加入一个CD-ROM，就成了多媒体，多媒体使原先面目可憎、冷冰冰的计算机有了新的面孔，漂亮的图像和悦耳的声音，使得许多人进入计算机拥有者的行列，毫无例外。多媒体具有图、文、声并茂甚至有活动影象这样的特点，所以能够提供最理想的效果，利用技术手段得到文字、图像、声音、动画、视频、甚至三维虚拟现实等多位信息用于各种制作，充实容量，丰富内容，运用更加多样，更加灵活的方法。真正地使用户充分熟练地掌握现代技术，特别是计算机的操作，转换计算机辅助的思路，使更多的工作简便化。利用电化媒体技术（例如幻灯、投影、电影、录音、录像、电视、计算机等价为的一种手段，运用电教的特性和功能进行多媒体技术。现代多媒体技术已不仅是几种媒体（例如把幻灯、投影、录音、录像加以组合），而是侧重于是以计算机为中心，把语音处理技术、图像处理技术、视听技术都集成在一起，而且把语音信号、图像信号转换成统一的数字信号，对它们进行存储、加工、控制、编辑、变换、查询、检索，具备有图、文、声并茂以至活动影象的功能。计算机多媒体在教学中的作用计算机辅助教学系统在教学上的运用，标志着教学媒体质的飞