劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

陳 威，卜克明

（總裝備部工程設(shè)計研究總院，北京 100028）

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

陳 威，卜克明

（總裝備部工程設(shè)計研究總院，北京 100028）

從劇院管理數(shù)字化、信息化的思路，具體解析了劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和采用的關(guān)鍵技術(shù)。

劇院；創(chuàng)作管理系統(tǒng)；數(shù)字化；演出工藝；舞臺設(shè)備；信息技術(shù)；實時渲染；交互式

1 引言

隨著文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對藝術(shù)感知的追求日趨多樣。劇院作為舞臺藝術(shù)傳播的重要載體，觀眾對其功能要求越來越高，僅僅是單一的現(xiàn)場觀看已不能滿足人們對藝術(shù)的深層體驗。要想真正地打動觀眾，使觀眾產(chǎn)生心靈的共鳴，就必須在節(jié)目創(chuàng)意、宣傳、制作以及演出等環(huán)節(jié)采取必要的技術(shù)投入與革新。對于一個專業(yè)化的劇場，擁有以舞臺藝術(shù)為核心的多媒體創(chuàng)作平臺、信息化設(shè)備管理系統(tǒng)以及多維的交流、經(jīng)營、推廣服務(wù)界面等是其發(fā)展的必然趨勢。

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)是基于計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)平臺上，集劇院演出工藝、劇院舞臺設(shè)備管理以及信息技術(shù)為一體的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。在劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)中，實時渲染技術(shù)逼真地展現(xiàn)了劇場場景的三維視覺效果；交互式實時驅(qū)動，虛擬場景設(shè)備的運動狀態(tài)與現(xiàn)實場景的完全一致；多媒體技術(shù)的應(yīng)用，使系統(tǒng)在視頻、音頻和光效等視聽感觀方面，高度還原現(xiàn)場感。因此，劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)是一個沉浸于現(xiàn)場感、實現(xiàn)藝術(shù)與管理數(shù)字化和信息化的系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)功能

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)實現(xiàn)的兩大功能：

（1）為藝術(shù)創(chuàng)作提供現(xiàn)實感的數(shù)字平臺；

（2）為劇院運營提供信息化的管理平臺。

創(chuàng)作是藝術(shù)的生命，數(shù)字化創(chuàng)作技術(shù)是對傳統(tǒng)創(chuàng)作過程和方法的重要變革。系統(tǒng)與導(dǎo)演的實時交互、真實視聽感受的實時還原與展現(xiàn)，將激發(fā)創(chuàng)作過程中的藝術(shù)靈感，提高創(chuàng)作效率。

數(shù)字化劇院管理方法，是計算機圖形學(xué)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)平臺的結(jié)合。劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)將過去單一表格化的數(shù)據(jù)庫模式，轉(zhuǎn)變成真實感三維場景中數(shù)據(jù)表現(xiàn)的形式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的可視化，即在場景中獲取數(shù)據(jù)，在場景中處理數(shù)據(jù)，在場景中管理數(shù)據(jù)。其區(qū)別于一般數(shù)據(jù)庫管理模式的重要特征在于，直觀、迅速定位，實時點擊獲取和處理數(shù)據(jù)。基于網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的劇院管理，將在文化推廣和交流等方面有著更為廣闊的前景。

2.1 舞臺創(chuàng)意

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)功能之一是在虛擬劇院環(huán)境中輔助藝術(shù)創(chuàng)編。重點表現(xiàn)在舞臺設(shè)備的運用，舞美環(huán)境的創(chuàng)作，演員與設(shè)備和道具的結(jié)合，燈光、LED、背景、音樂、演出流程的管理等；其中主要運用有實時渲染技術(shù)、動態(tài)加載、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及圖形交互技術(shù)（GUI）。

實時渲染技術(shù)提供運用虛擬舞臺機械仿真現(xiàn)實舞臺機械的運動屬性，可在設(shè)計范圍內(nèi)調(diào)整參數(shù)，具有運動設(shè)備之間的相互干涉檢測、運動參數(shù)（速度、時間和距離）的實時顯示等功能，使得系統(tǒng)中各種不同設(shè)備的運動參數(shù)控制、組合運動、設(shè)備中間暫停位置與現(xiàn)實舞臺表現(xiàn)相同，以輔助創(chuàng)編舞臺造型。

動態(tài)加載是指從系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外加載對象，如：演員模型、道具模型、設(shè)備模型、音頻文件、視頻文件、圖片文件、演藝流程、控制文件、管理文件等。

綁定技術(shù)的后臺支持是數(shù)據(jù)庫技術(shù)，它可以通過手動或自動的方式，使物體之間產(chǎn)生或解除相互約束關(guān)系。如：演員站在車臺上，并隨著車臺一同運動；當(dāng)該演員移到升降臺上時，可以隨著升降臺一同升降；幕布與不同的吊桿產(chǎn)生綁定關(guān)系時，可隨著有綁定關(guān)系的吊桿一同升降等等。

GUI（Graphical User Interface，圖形交互技術(shù)）可提供一些輔助工具，使創(chuàng)作團隊在藝術(shù)創(chuàng)意過程中的操作更直觀便捷。如：亮顯選中物體——當(dāng)許多吊桿無法識別時，只有選擇的吊桿呈高亮顯示；實時顯示漫游視點的空間位置——實時表現(xiàn)當(dāng)前位置的視覺感受；等等。

2.2 劇院管理

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)是整個劇院正常工作運行的管理平臺，演藝設(shè)備管理是其中重要的一部分，如舞臺機械、控制、燈光照明、音響、水效、LED及投影等系統(tǒng)的管理。

依據(jù)設(shè)備信息類型的不同，可將數(shù)據(jù)分為以下幾個方面。

（1） 靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)

靜態(tài)數(shù)據(jù)：設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝與維護時產(chǎn)生的固有數(shù)據(jù)等。

動態(tài)數(shù)據(jù)：設(shè)備在運動過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如設(shè)備的實時載荷、設(shè)備的工作時間等。

（2） 常態(tài)數(shù)據(jù)、警示數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)

常態(tài)數(shù)據(jù)：非工作狀態(tài)或正常工作狀態(tài)時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如日常維護保養(yǎng)的數(shù)據(jù)等。

警示數(shù)據(jù)：維護保養(yǎng)日期、設(shè)備零部件的壽命、電池電量、油位高度等其他有可能出現(xiàn)故障時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等。

故障數(shù)據(jù)：產(chǎn)生故障的數(shù)據(jù)，如運行超限、運動干涉、無法啟動或復(fù)位等。

（3）統(tǒng)計數(shù)據(jù)

設(shè)備在使用過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，如設(shè)備利用率、設(shè)備使用參數(shù)、設(shè)備的運行和維護成本、設(shè)備的備件與庫存等。

（4）管理數(shù)據(jù)

設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)和安裝單位、設(shè)備位置、數(shù)量、重量、價格、設(shè)備維護人員、維護日志、維護時間、維護成本等。

（5）自動獲取的數(shù)據(jù)、導(dǎo)入的數(shù)據(jù)和人工輸入的數(shù)據(jù)

自動獲取的數(shù)據(jù)：系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)獲取傳感器傳來的數(shù)據(jù)或系統(tǒng)自動生成的數(shù)據(jù)，如安裝傳感器設(shè)備運行時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

導(dǎo)入的數(shù)據(jù)：由其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，如模型文件、多媒體文件等。

人工輸入的數(shù)據(jù)：非自動生成或?qū)氲臄?shù)據(jù)，如值班、維護保養(yǎng)、劇務(wù)、創(chuàng)意管理數(shù)據(jù)等。

（6）面向用戶的數(shù)據(jù)和非面向用戶的數(shù)據(jù)

面向用戶的數(shù)據(jù)：系統(tǒng)界面顯示的數(shù)據(jù)，有些是可以操作，如相機位置數(shù)據(jù)的顯示、修改設(shè)備運動速度參數(shù)等。

非面向用戶的數(shù)據(jù)：設(shè)備的層級關(guān)系、數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)信息等。

通過以上分析可知，建立一個良好的數(shù)據(jù)庫，是完成設(shè)備管理和提高管理效率的關(guān)鍵。在虛擬場景中通過點擊物體來獲取對象數(shù)據(jù)，同樣，也可通過選擇數(shù)據(jù)庫記錄顯示場景中對應(yīng)的物體。這種數(shù)據(jù)庫操作的方法是通過三維模型與數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)的，直觀便捷，但關(guān)聯(lián)時要注意數(shù)據(jù)處理的效率，即數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)地址查尋與三維實體遍歷查尋的結(jié)合效率。

劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)還可以擴展到其他方面的管理，如：演藝管理、文化交流管理、票務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)信息管理等。這些基于統(tǒng)一平臺的集成應(yīng)用管理，將業(yè)務(wù)工作與行政管理緊密地結(jié)合在一起，實現(xiàn)現(xiàn)場與高層管理的實時交互，整合劇院的管理系統(tǒng)，為管理和決策提供第一時間的實時信息，可提高劇院的開拓創(chuàng)新和競爭的能力。

3 系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字化劇院管理系統(tǒng)技術(shù)主要包括以下幾個部分：（1）實時渲染技術(shù)；（2）數(shù)據(jù)庫技術(shù)；（3）計算機網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)。如圖1所示。

3.1 實時渲染

實時渲染技術(shù)是數(shù)字化管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)，是計算機技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。GPU（圖形處理加速器）處理圖形的單元數(shù)量一般數(shù)以千計，專門用于并行處理圖形數(shù)據(jù)，工作效率非常高。尤其是近些年來，GPU的發(fā)展速度非常迅速，這些技術(shù)的發(fā)展為計算機實時渲染提供了保障和支持。

DirectX（Direct eXtension，多媒體編程接口）和OpenGL（Open Graphics Library，開放圖形庫）提供了基于GPU硬件技術(shù)開發(fā)的API（應(yīng)用程序接口），通過API可以直接訪問和調(diào)用硬件處理器的數(shù)據(jù)處理功能來完成數(shù)據(jù)處理。不但可以處理幾何數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與渲染，還能處理音頻、視頻數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的技術(shù)處理可提供展現(xiàn)真實視聽感的平臺。

按真實比例建立三維場景，并將真實感的材質(zhì)與紋理賦予模型上，場景中加上光照系統(tǒng)，運用高級渲染器完成對場景的逼真感渲染處理后，即創(chuàng)造了一個真實感的三維場景，這是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要特征。

實時渲染對系統(tǒng)的運行性能要求很高，除了計算機硬件環(huán)境外，系統(tǒng)本身的優(yōu)化也是必不可少的。主要在以下幾個方面做好優(yōu)化：

（1）取消渲染程序中無用的流程，一次性賦值和計算；（2）定制貼圖的長寬像素，優(yōu)化利用計算機資源；

（3）小圖拼和，提高圖像加載效率，減少加載次數(shù)；

（4）采用midmap貼圖技術(shù)，動態(tài)加載不同分辨率圖像，提高圖像處理效率；

（5）采用LOD（分層顯示）技術(shù)，動態(tài)加載不同精度的模型，提高圖形處理效率；

（6）采用烘焙技術(shù)替代實時光照，加快實時渲染的效率；（7）對于不再用的資源應(yīng)當(dāng)及時卸載，節(jié)約系統(tǒng)資源；（8）相同模型只加載一次，采用克隆技術(shù)復(fù)制。

3.2 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用于劇院的設(shè)備管理、演藝管理、文化交流推廣管理等。

分層設(shè)計數(shù)據(jù)庫，建立不同的表，分別記錄不同分類的數(shù)據(jù)信息；各表之間建立關(guān)聯(lián)信息，以方便查找和訪問數(shù)據(jù)。建立一個數(shù)據(jù)庫備份，以防數(shù)據(jù)庫信息丟失或數(shù)據(jù)破壞。

設(shè)備管理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，除了包括一般設(shè)備的管理信息、屬性信息、模型信息等，還要記錄一些關(guān)聯(lián)信息，如設(shè)備與模型處理的關(guān)系、設(shè)備與管理數(shù)據(jù)的關(guān)系、設(shè)備層級間的父子設(shè)備的關(guān)系、各層級設(shè)備的運動屬性等等。

演藝管理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，要體現(xiàn)藝術(shù)創(chuàng)意和演藝流程的過程管理，管理過程都要基于時間軸的設(shè)計，如演出序列設(shè)計、虛擬彩排、舞美與光聲電合成、設(shè)備運動序列等等。因此，數(shù)據(jù)庫中要加入時間記錄，由時間來觸發(fā)數(shù)據(jù)庫調(diào)用和事件發(fā)生。

文化交流與推廣的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，重點在于展現(xiàn)劇院的簡介、功能、業(yè)績、成果、科研、資源、合作、交流、展示、拓展、服務(wù)、水平、管理等方面。

其他媒體形式的文化傳播，如電影、電視、網(wǎng)頁、微信、電子期刊等，都可以用數(shù)據(jù)庫來支持和管理。

3.3 網(wǎng)絡(luò)與通信

設(shè)備管理平臺，通過網(wǎng)絡(luò)獲取設(shè)備的控制信息，在虛擬劇院中驅(qū)動相應(yīng)設(shè)備，與現(xiàn)實劇場設(shè)備同步實時地展現(xiàn)設(shè)備運動。基于網(wǎng)絡(luò)的文化推廣與交流，可以拓寬劇院的市場，如充分利用虛擬劇場設(shè)備，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)意、網(wǎng)絡(luò)舞美設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)彩排、設(shè)計虛擬道具等；基于網(wǎng)絡(luò)的文化服務(wù)，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)三維票務(wù)系統(tǒng)，人機交互訂票，座位預(yù)視等。

4 結(jié)束語

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研發(fā)的劇院數(shù)字化創(chuàng)作管理系統(tǒng)，將計算機中的三維劇院場景與數(shù)據(jù)庫結(jié)合，探索了數(shù)據(jù)庫可視化的方法。系統(tǒng)實時更新數(shù)據(jù)庫信息，尤其是設(shè)備運行與維護方面，為劇院管理提供實時信息，提高管理效率；應(yīng)用實時渲染技術(shù)，提供了藝術(shù)創(chuàng)意的平臺，逼真的虛擬場景和實時互動，可激發(fā)藝術(shù)創(chuàng)想的靈感；利用互聯(lián)網(wǎng)的云平臺技術(shù)，讓更多的劇院共享演藝資源，進行文化推廣與交流，讓更多的觀眾了解劇院，走進劇院。

［1］ 段慧文. 舞臺機械工程與舞臺機械設(shè)計[M]. 北京∶中國戲劇出版社, 2013.

［2］ （美）阮亞編著. GPU精粹3[M]. 楊柏林,陳根浪,王聰,譯. 北京∶清華大學(xué)出版社, 2010.

［3］ 韓元利, 王漢東. DirectX 11高級圖形開發(fā)技術(shù)實踐[M]. 北京∶科學(xué)出版社, 2013.

［4］ Dave Shreiner. OpenGL編程指南[M]. 北京∶機械工業(yè)出版社, 2014.

［5］ 赫恩. 計算機圖形學(xué)[M]. 北京∶電子工業(yè)出版社, 2014.

（編輯 杜 青）

Key Technologies of Digital Creative Management System in Theater

CHEN Wei, BU Ke-ming
(Center for Engineering Design and Research under the Headquarters of General Equipment, Beijing 100028, China )

According to the idea of digitalization and information in theatre management, the author analyzed the function and key technologies of the digital creation management system.

theater; creative management system; digital; performance technology; stage equipment; information technology; real-time rendering; interactive

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.01.007