貴州儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺(tái)設(shè)計(jì)

白海娟，王存睿，王 磊

(大連民族大學(xué) a．計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院; b．大連市民族文化數(shù)字技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116605)

貴州儺文化是一種原始的宗教文化現(xiàn)象，是一種民間的宗教信仰，一種文化活動(dòng)和藝術(shù)表演方式。包括各種各樣的儀式和豐富多彩的儺戲、儺樂(lè)、儺舞表演，還有千姿百態(tài)的儺面具藝術(shù)、儺壇的組織和狂歡節(jié)等[1]。由于時(shí)間受限和地點(diǎn)多變，儺文化的演繹場(chǎng)景遠(yuǎn)離人們的日常生活，儺文化的相關(guān)活動(dòng)、儺藝術(shù)與現(xiàn)代媒體發(fā)展相脫離。傳統(tǒng)的“登記、發(fā)現(xiàn)、保存”的保護(hù)模式隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨已經(jīng)變得非常落伍了[2-3]。儺戲與儺面具的采集工作由于環(huán)境、保存情況、技術(shù)人員等多方面原因，導(dǎo)致了儺戲及面具采集的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不全面，有的數(shù)據(jù)僅有一個(gè)名稱一個(gè)數(shù)字。儺文化的數(shù)據(jù)科學(xué)研究需要大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與處理工作，然而現(xiàn)存的儺文化數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以當(dāng)前儺戲文化保護(hù)最重要的內(nèi)容和工作步驟就是儺戲面具的數(shù)據(jù)采集整合。

1 儺文化大數(shù)據(jù)規(guī)范化處理技術(shù)

1.1 信息數(shù)據(jù)采集與分類處理

采集的數(shù)據(jù)分圖形、視頻音頻、文本、3D數(shù)字模型四大類，數(shù)據(jù)來(lái)源于人工采集和網(wǎng)上獲取。本文主要研究圖形與3D數(shù)字模型的采集方法。對(duì)于面具圖樣和服飾、崖畫、版畫等平面藝術(shù)作品，采用哈蘇相機(jī)垂直正攝影采集圖像平面信息，并標(biāo)記相關(guān)信息儲(chǔ)存為RAW格式文件，RAW格式數(shù)據(jù)是相機(jī)捕獲的原始數(shù)據(jù)，可高保真的支持圖像色彩分析等應(yīng)用。三維數(shù)據(jù)采集一般采用三維激光掃描與實(shí)景結(jié)合的方法，通過(guò)單反相機(jī)對(duì)構(gòu)建物拍攝，以PNG格式存儲(chǔ)，保證頂視圖一張與底視圖各一張，并進(jìn)行水平向上每次30°左右變化，水平方向向下每次45度左右的變化的環(huán)繞式拍攝，每組3張總計(jì)26張照片，采集過(guò)程及效果如圖1。

圖1 采集過(guò)程及效果展示

儺文化大數(shù)據(jù)集的分類處理實(shí)際上是在探索非物質(zhì)文化遺產(chǎn)內(nèi)在文化邏輯的基礎(chǔ)上，對(duì)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并制定相關(guān)元數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)[4]。

據(jù)此構(gòu)建的儺文化資源標(biāo)準(zhǔn)描述框架包含名稱、標(biāo)簽、標(biāo)識(shí)、導(dǎo)出的類型和其他相關(guān)信息，以文件目錄檢索XLM文件，URL連接儲(chǔ)存三維信息模型，拋棄單一文件儲(chǔ)存方法建立資源數(shù)據(jù)集，儺文化資源標(biāo)準(zhǔn)描述框架見(jiàn)表1。由此實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一開(kāi)源的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，具有大量真實(shí)高效快速特點(diǎn)[5]。對(duì)于影音類數(shù)據(jù)直接統(tǒng)一格式增加注釋標(biāo)記后歸檔儲(chǔ)存。便于后期對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)范與細(xì)化，資料的數(shù)據(jù)加工和數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)采集處理流程如圖2。

表1 儺文化資源標(biāo)準(zhǔn)描述框架

1.2 基于分形理論的儺文化圖片資源分類

將采集到的2D數(shù)據(jù)定義為“圖像”，例如面具和人物的照片；通過(guò)計(jì)算機(jī)將采集到的圖像由計(jì)算機(jī)繪制成形或手工繪制的面具圖片、人物肖像等定義為“圖形”。因?yàn)閳D像描述一般是自然場(chǎng)景的物體，圖像中物體的邊界區(qū)域線條比較平滑。圖形中通常存在大塊顏色相似區(qū)域，圖形中物體邊界的色差變化大，導(dǎo)致區(qū)域線條相對(duì)不平整。分形理論(Fractal Theory)是目前應(yīng)用于圖像分析領(lǐng)域的一種新理論，本文基于分形理論的圖片分類方法主要利用了分形維數(shù)和局部分維數(shù)變化率用以判斷儺戲面具2D圖形和自然圖像。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

首先計(jì)算分形維數(shù)公式如：

(1)

式中：ε是小立方體一邊的長(zhǎng)度；N(ε)是用此小立方體覆蓋被測(cè)形體所得的數(shù)目，維數(shù)公式意味著通過(guò)用邊長(zhǎng)為ε的小立方體覆蓋被測(cè)形體來(lái)確定形體的維數(shù)。

局部分維數(shù)變化率(Local Fractal Dimension Slope,LFDS)用來(lái)做已確定維數(shù)圖片的分類。計(jì)算LFDS的公式如[6]：

(2)

式中：N是尺度ε的最大值；kLFD(ε)是擬合效果最佳直線的斜率。

當(dāng)測(cè)量的尺度值ε較小時(shí)，圖形局部區(qū)域的特征決定了分形維數(shù)，圖形局部小區(qū)域比較平滑，因此局部分維數(shù)(kLFD(ε))值也相對(duì)較小。但是隨著測(cè)量的尺度值ε逐漸增大，決定分形維數(shù)的不再是圖形局部區(qū)域的特征，而是由圖形的整體區(qū)域的特征來(lái)決定。因?yàn)閳D形中間區(qū)域的變化較大，則局部分維數(shù)kLFD(ε)的值變大，此時(shí)LFDS大于0。然而對(duì)于自然圖像的二維投影來(lái)說(shuō)，獲取照片時(shí)的周圍噪點(diǎn)和自然物體的本身特征，圖像內(nèi)部區(qū)域不像圖形內(nèi)部區(qū)域具有光滑性。自然圖像內(nèi)部區(qū)域相對(duì)較粗糙，局部分維數(shù)kLFD(ε)的值較大，隨著測(cè)量的尺度值ε逐漸增大局部分維數(shù)kLFD(ε)的值減小，此時(shí)LFDS小于0。因此我們可以根據(jù)LFDS的值對(duì)儺資源圖像和儺資源圖形分類存儲(chǔ)。若LFDS大于0的圖片，就是圖形，LFDS小于0就是圖像。

2 儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺(tái)

2.1 概 述

在多媒體技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能應(yīng)用終端等技術(shù)手段廣泛應(yīng)用的今天，急需大量穩(wěn)定的公開(kāi)的數(shù)據(jù)源[7]。儺文化大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，是對(duì)貴州省銅仁市獲取的圖形圖像、文學(xué)、視頻、三維模型等藝術(shù)材料，實(shí)現(xiàn)持續(xù)維護(hù)和開(kāi)源的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺(tái)應(yīng)包含民族特色，開(kāi)源共享，標(biāo)準(zhǔn)化等特征：

(一)民族特色。傳統(tǒng)的民族文化保護(hù)，多通過(guò)人工登記、專家鑒定、調(diào)研發(fā)現(xiàn)、記錄保存的保護(hù)方法，所需存儲(chǔ)空間相對(duì)較小[8]。隨著數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)，有了三維村寨漫游，民族舞蹈，民族建筑等使用媒體進(jìn)行內(nèi)容描述的新數(shù)據(jù)，又有了傾斜攝影三維實(shí)景建模和激光掃描點(diǎn)云模型技術(shù)。

(二)開(kāi)源的儺文化共享數(shù)據(jù)集。隨著數(shù)據(jù)記錄方式的不斷更新和增加，開(kāi)始產(chǎn)生大量相關(guān)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形式。建立中國(guó)儺文化具有特色的面具數(shù)據(jù)集，儺戲人物譜系以及關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖表，研究?jī)幕髷?shù)據(jù)基本特征，提供規(guī)范后儺戲與面具的2D及3D數(shù)據(jù)，方便廣大中國(guó)傳統(tǒng)愛(ài)好者、設(shè)計(jì)工作者查閱、使用。

(三)標(biāo)準(zhǔn)化的儺文化大數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源、異構(gòu)狀態(tài)[9]。隨著圖像、音視頻、地理位置信息，以及Web上出現(xiàn)的大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量異構(gòu)數(shù)據(jù)的混合，導(dǎo)致提供有用信息的難度不斷增大。為了提供真實(shí)有效的信息，開(kāi)源的數(shù)據(jù)集所用數(shù)據(jù)必須提出一套標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)流程。

2.2 儺文化數(shù)據(jù)網(wǎng)

貴州儺文化數(shù)據(jù)網(wǎng)是一個(gè)展示并提供儺文化大數(shù)據(jù)服務(wù)的網(wǎng)站，平臺(tái)界面如圖3。包含儺戲與儺面具的2D及3D數(shù)據(jù)，并及時(shí)關(guān)聯(lián)儺文化傳承人的相關(guān)信息，面具2D標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范處理儺面具及其他象征物的原始及抽象的平面圖，儺文化3D標(biāo)準(zhǔn)主要提供標(biāo)準(zhǔn)的儺面具3D模型，包含網(wǎng)格及色彩、紋理等信息貼圖文件。儺文化App是針對(duì)儺文化介紹與傳承開(kāi)發(fā)的移動(dòng)端軟件，可以瀏覽貴州儺文化的發(fā)展及歷史溯源，包含大量的圖文與視頻信息。AR明信片是通過(guò)手機(jī)360o展示儺文化的戲曲與面具模型信息的交互應(yīng)用。全景地圖可以幫助用戶遠(yuǎn)程全景游覽儺文化博物館[10]。

圖3 數(shù)據(jù)共享平臺(tái)展示

基于Web的儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺(tái)作為儺文化大數(shù)據(jù)集的窗口。在做實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候還考慮主從延時(shí)問(wèn)題，在數(shù)據(jù)采集地設(shè)計(jì)一個(gè)主庫(kù)用來(lái)寫入儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，并在阿里云搭建一個(gè)云服務(wù)器作為用戶訪問(wèn)的讀取庫(kù)[11]。

2.3 全景地圖

儺文化大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供高清實(shí)景地圖及360°的真實(shí)場(chǎng)景如圖4。通過(guò)理光景達(dá)全景相機(jī)對(duì)銅仁市儺文化博物館采集的全景圖像，以第一人稱視角瀏覽,足不出戶游覽儺文化博物館每一個(gè)角落，同時(shí)采集的儺文化數(shù)據(jù)圖像全景視頻恢復(fù)了原鮮活生動(dòng)的儺戲及儺文化演出過(guò)程。儺文化大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)涵蓋部分的高清全景圖片和視頻，全景數(shù)據(jù)與基于Web端實(shí)時(shí)渲染實(shí)現(xiàn)了儺文化全景數(shù)據(jù)的共享，填補(bǔ)了儺文化全景地圖的空白，解決了多個(gè)儺文化應(yīng)用場(chǎng)景快速切換的問(wèn)題。

儺文化非遺數(shù)字化共享展示， 是從社交網(wǎng)絡(luò)的快速傳播到公共文化平臺(tái)的公共資源應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了儺戲和儺面具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的共享。

圖4 全景地圖瀏覽

2.4 跨媒體與AR技術(shù)的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR)，是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無(wú)縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí)體信息(視覺(jué)信息，聲音，味道，觸覺(jué)等)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn);使真實(shí)的環(huán)境和虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在[12-14]。在實(shí)際操作中，將明信片對(duì)應(yīng)的3D面具及動(dòng)態(tài)視頻，標(biāo)定生成虛擬對(duì)象顯示到用戶設(shè)備所掃描的完整區(qū)域內(nèi)，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備的攝像頭實(shí)時(shí)連續(xù)標(biāo)定，構(gòu)建虛擬環(huán)境的三維或二維空間，明信片的特征圖像是由在計(jì)算機(jī)提取特征點(diǎn)后覆蓋標(biāo)定的區(qū)域，達(dá)到“虛中有實(shí)”的表現(xiàn)效果。

通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在儺文化中的應(yīng)用使儺戲與儺面具脫離了遙遠(yuǎn)的距離和空間，并以數(shù)字化的方式進(jìn)行傳播。跨媒體與AR技術(shù)的應(yīng)用，所用到的數(shù)據(jù)均來(lái)自于儺文化大數(shù)據(jù)集，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，融合現(xiàn)實(shí)效果如圖5。應(yīng)用更多的文化傳播途徑，進(jìn)一步讓民族藝術(shù)以一種全新的媒介、新穎的方式融入到信息化建設(shè)中，帶來(lái)更智能的感知體驗(yàn)同時(shí)，幫助廣大民眾更好的了解這些少數(shù)民族文化的價(jià)值及其代表的獨(dú)具魅力的文化內(nèi)涵。

圖5 AR技術(shù)掃描明信片

3 結(jié) 語(yǔ)

以貴州的儺文化為例，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立儺文化數(shù)據(jù)平臺(tái)。針對(duì)儺文化的物質(zhì)和非物質(zhì)文化設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共享已采集和處理的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集，提出全新的儺文化數(shù)據(jù)處理與開(kāi)源模式[15]，這種模式是儺文化發(fā)展傳承與文化的基創(chuàng)，加速了儺文化數(shù)字化保護(hù)的進(jìn)程，創(chuàng)造了儺文化大數(shù)據(jù)應(yīng)用的新途徑。在數(shù)據(jù)應(yīng)用上，它包含了儺戲和儺面具構(gòu)建的2D與3D數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集和相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)用案例。通過(guò)AR技術(shù)展示的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)3D模型和動(dòng)態(tài)圖像，取得了良好的效果。儺文化大數(shù)據(jù)集模式作為一種面向大眾應(yīng)用的、新型的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)了在終端對(duì)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚并提供基本數(shù)據(jù)資源的服務(wù)，其核心是一套數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)和管理功能，并且能夠在終端瀏覽器上實(shí)現(xiàn)透明化訪問(wèn)。實(shí)踐說(shuō)明儺文化大數(shù)據(jù)平臺(tái)能有效的保護(hù)和傳承貴州省銅仁市儺文化的物質(zhì)及非物質(zhì)文化遺產(chǎn)，這種數(shù)字遺產(chǎn)保護(hù)模式，最終可以達(dá)到利用數(shù)據(jù)的力量服務(wù)科學(xué)和社會(huì)的目的。