數字動漫媒體資源共享系統設計與測試

杜雨瀟

(西安航空職業技術學院 航空管理工程學院， 陜西 西安 710089)

0 引言

近幾年，卡通動漫產業發展迅速，其在經濟社會經濟發展中的作用日益凸顯，卡通動漫產業具有明顯的獨特特征，主要表現為高增值、低消耗、軟滲透的特點，并能夠帶動信息、通訊、媒體、出版等行業的發展。在經濟全球化發展的大背景下，需大力發展動漫產業，提高動漫企業的市場競爭能力。我國動漫業在相關政策的扶持下雖取得了長足發展，但由于建設數字動漫技術平臺需要較多的資金支撐，目前部分數字媒體企業尤其是中小企業的資金投入不足，數字動漫平臺建設水平有待提高。

1 智能數字動漫媒體資源共享系統設計分析

1.1 設計需求分析

快速發展完善的信息技術及新媒體為新產品提供了支撐，市場對動漫內容的需求呈現多樣化發展態勢，這就對動漫行業的發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動漫生產方式已無法滿足現代動漫的發展需要。無紙化的數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，有效節省了動漫制作成本，為科學合理的配置生產要素(包括制作平臺與資源的共享)提供了有力支撐，成為動漫產業新的主流生產方式。目前建設數字動漫媒體資源共享系統還存在許多問題，造紙數字媒體工具與資源的共享及管理水平不高，主要表現在：(1) 數字動漫媒體資源大多采用離線式的儲存方式，資源數據格式缺少統一的規范，限制了資源在不同項目組及設計師所使用設計工具中的有效共享[1]。(2) 各設計項目從開始到完工均會累積大量的數字媒體資源，但因缺少統一的歸類和整理方法，導致資源閑置及浪費問題的出現。(3) 很多數字媒體資源具有重復利用的價值，因管理與共享水平不高，導致在新的項目中需重新查找和購買，進而增加了使用成本。作為動漫企業的無形資產，具有再利用價值的數字媒體資源需能夠長期儲存，通過數字媒體資源的共享實現資源到有價值的數字化內容的轉換，在降低動漫制作成本的同時提高企業的競爭力。迅速活躍的包括微博、微信等在內的自媒體為動漫企業提供了重要的宣傳窗口，同時也成為侵害傳播權的多發載體，因此需保護好企業的著作權以及相關知識產權，為數字動漫媒體資源共享系統的后續數字資產管理工作奠定堅實基礎。為此本文在現有研究成果的基礎上，構建了一種智能數字動漫媒體共享系統[2-3]。

1.2 平臺優勢

(1) 跨平臺兼容，移動互聯網極大地改變了用戶的信息獲取方式，移動端成為現階段獲取信息的主流渠道與載體，越來越多的用戶習慣使用手機瀏覽各種形式的信息內容，但由于不同手機端(如安卓、桌面端、蘋果手機)和PC端通常安裝不同的系統，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技術，文中的數字媒體共享系統涵蓋了主流操作系統的內容轉換功能，具有良好的跨平臺兼容性能。(2) 發揮協同優勢，動漫設計行業在開展較大的項目過程中，同樣涉及前期、中期、后期成果，各階段均會產生大量的項目圖片及視頻等數字資源，共享系統中設有的圖片庫會不斷收集存儲這些資源，根據著作權及知識產權規定形成基礎資源，為使用該系統平臺的企業提供強大的數字媒體資源支撐。該數字媒體資源共享系統對項目流程及規章制度進行統一規范，充分發揮協同優勢，轉化為設計與創造過程的成本優勢。(3) 品牌化建設優勢，從培養企業互聯網產品競爭優勢的角度出發，借鑒現有互聯網產品的成熟做法，數字動漫媒體資源的品牌化是滿足動漫發展需求的必然選擇，該共享系統以形成企業獨立品牌作為主要運行目標之一，幫助企業構建適合自身的品牌形象。圖片和視頻作為較成熟的網絡商品，為兼顧工具資源共享和商業化的目標，本文共享系統同時建立了面向用戶的網上自助交易平臺，涵蓋公開透明的圖片內容及版權、授權與收費方式，為相關圖片版權保護提供依據[4]。

1.3 智能數字動漫媒體共享系統總體結構

本文基于 SaaS 完成了智能分布式共享系統平臺的設計，該系統總體結構，如圖1所示。

圖1 系統總體架構

主要由基礎支撐平臺(屬于軟硬件的結合體)和公共服務平臺構成，具體細分為網絡支撐、數據存儲、安全保障幾個主要子系統模塊，SaaS 基礎支撐平臺由各類共享設備在內的基礎硬件設備和相應的控制軟件構成。作為 SaaS 公共服務平臺軟硬件功能實現的基礎和關鍵，基礎設備層主要由各種服務器、 SAN 存儲、三維渲染等構成，調度控制層主要由共享系統、數字版權 DRM 、包括渲染在內的功能調度軟件等構成[5]。SaaS 公共服務平臺主要負責對外提供共享服務，具體由資源共享層和應用層組成，資源共享層負責將包括軟件、信息、版權、設備等在內的各類共享資源提供給用戶，直接與用戶交互的應用層負責提供各項服務。

2 數字資源共享系統與其他應用系統的融合

2.1 三維渲染子系統

該子系統的主要構成為渲染器(基于3D 應用軟件自帶渲染器)、渲染及作業記錄管理軟件。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，該專業軟件支持包括VRay、BrazilR/S、FinalRender、Gelato等在內的多種渲染軟件，人機交互性較好，具有靈活的作業調度功能，支持多種調度策略，具有業務記錄、存取驗證信息及文件日志、加密/隔離文件等功能，能夠對用戶訪問過程進行控制和審計，可通過C++ 編程完成安全及作業記錄管理軟件的自主開發過程[6-7]。具體渲染管理任務流程，如圖2所示。

圖2 三維渲染管理任務流程圖

2.2 三維動作捕捉系統

該系統主要用于完成對相關動作數據的采集、修整處理以及綜合處理過程，系統根據實際情況通過使用自帶的采集軟件完成動作數據的采集過程；然后通過使用MotionBuilder修整軟件(Kaydara公司)對所采集到的數據進行動作修整，將無用的以及錯誤的點進行剔除和修正；接下來通過動作數據綜合處理模塊完成對數據的進一步處理，可根據需要使用 C++ 編程完成綜合處理模塊功能的自主開發。此過程需使用到相應的算法，在對變形軌跡進行設計時，以采集點的空間位置關系為依據，使用軟件輔助控制和約束多個點的形變過程[8]。變形模板類通過面向對象的編程方法的運用實現多樣化的定義，使模板具有不同的屬性和方法，在此基礎上通過繼承類實現豐富多樣的變形效果；通過使用面向數據集的空間扭曲函數實現變形效果的進一步拓展，優化模板覆蓋效果；動作數據中的關節點通過約束條件獲取，在此基礎上對不同關節點間的牽扯關系進行定義，實現相應的三維運動模型從所采集數據中的自動抽取過程，最后根據實際需要使用相應運動模型完成進一步的修補、外展和夸張處理?？稍?MotionBuilderSDK 上進一步編程后封裝 SDK，結合運用 Motion Capture、openGL、DirectX 等實現修改過程的可視化交互與展現[9-10]。

2.3 中間畫面輔助生成系統

現有變形技術中，能夠自動生成二維中間畫面的技術主要基于形狀(包括基于物理的變形、圓集合形狀匹配法、移動點限制法、有點坐標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)兩種方式實現變形，各變形技術的優缺點及適用范圍不盡相同。中間畫面輔助生成系統由2部分構成：變形技術分類器，分類篩選已有的變形技術，判斷其生成于不同條件下(如平移、旋轉、非線性運動)的中間畫面物體形狀的準確性，并得出以數學條件表達的應用準則；變形技術選擇器，使用時需先找出特征點，這些特征點蘊含于卡通形象關鍵幀中，在此基礎上完成特征骨架的抽取，接下來將通過計算獲取的關鍵幀間骨架的映射關系向具體的應用條件轉換，據此確定適合的變形技術并選擇相應的變形器，實現中間畫面的生成。現有變形技術無法滿足使用需求時會給出提示信息。針對包括轉頭、行走、眨眼等在內的常見卡通動漫中的動作，可在中間畫面輔助生成系統中建立相應動作的模型庫，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成的動畫序列，在此基礎上提取出運動過程中做出動作的各部位(包括頭、頸、腹、軀干、上下肢等)的非線性變化規律，并對各個部位進行參數化控制，建立并不斷完善動態信息庫，通過適應信息庫實現對動漫人物骨架模型的直接驅動，極大地簡化了改變姿態、速度等的實現過程[8]。

3 主要模塊系統架構的設計與實現

3.1 建構系統的關鍵技術

(1) 圖片、視頻搜索引擎，所運用的引擎中涵蓋復雜的計算過程，除圖像及分布式處理外，還涉及計算機視覺、機器學習等技術，用戶在共享系統界面的搜索框內輸入相應的描述關鍵詞，可從數據庫中獲取最貼切的圖像或視頻等內容，并以直觀的縮略圖版形式顯示搜索結果，包括對這個縮略圖片文件大小、名稱等的描述。(2) 云計算、CDN 的運用，面對種類和數量不斷增加的圖片和視頻資源，通過運用云計算能夠使用戶的瀏覽速度和系統的安全性得以顯著提升，同時可明顯降低建設和使用數字媒體資源的成本[11]。動漫企業可基于私有云完成適合自身的圖片云技術的構建，選用分發優秀內容的 CDN (由網絡供應商提供)完成管理部署，進而實現同企業已有云平臺間的有效整合，在應用中實現本文資源共享系統更加高質高效的覆蓋。(3) 視頻自動轉碼技術，人工處理方式無法滿足不斷增加的視頻數據量的視頻轉碼需求，需運用相應的自動化轉碼技術，增設存儲服務器和轉碼服務器，結合使用FFMPEG 轉碼系統通過存儲備份、分發轉碼任務，完成高效的自動化轉碼過程，并自動存放到點播服務器上[12]。

3.2 視頻庫的系統架構的實現

傳統完成視頻編碼轉碼分發后才能播放的方式，在同時使用系統的用戶數量較多的情況下，會出現視頻播放等待時間過長的問題，明顯增加用戶的等待時間。為在數據庫上同步轉碼任務的事件部署隊列時，需根據所使用的軟件開發工具包進行，等待回調或輪詢轉碼的進度；轉碼時，考慮不同的使用場景和網絡條件，通常預先設定碼率和采樣率，每次改變或調整編碼器或某些參數，均需重新轉碼一次視頻，費時費力，并且不能根據不同的實際情況進行自適應的調整。綜合考慮視頻庫系統架構的開發 、使用、維護、升級需求，兼顧視頻庫的穩定性和安全性，視頻轉碼軟件選用了 Handbrake，視頻轉碼處理服務器采用了一臺 MAC PRO，轉碼工作按照 H.264 轉碼標準進行，在點播服務器中存入完成轉碼后的視頻，并將視頻信息添加到后臺管理程序中，有權限的用戶通過手機或計算機訪問和使用視頻文件[13]。開始時手動處理視頻轉碼即可滿足較少視頻量轉換需求，視頻編碼轉碼需占用較大的 CPU 資源且耗時長，可采用非同步的處理方式，系統在任務隊列中放入上傳的視頻文件所需的轉碼任務，然后啟動轉碼服務器，轉碼服務器以預設的參數為依據對收到任務進行編碼轉碼處理，此過程的耗時同視頻碼率成正比，完成轉碼后進入分發隊列完成視頻內容到不同節點的分發。在企業系統數據量和資源量達到一定量后，轉換到實時轉碼功能，服務器的轉碼分發推流工作與用戶視頻播放過程同步進行，通過服務器集群的使用實現了分布式編碼過程，結合運用直播中的流媒體技術，針對用戶的視頻觀看需求，由服務器將對應的視頻文件以預設的參數為依據切成多個小塊，組成一個播放列表式的隊列系統，由轉碼服務器啟動一個大型的轉碼集群完成編碼工作，并在完成所有轉碼后進行分發部署，當用戶拉動播放時間軸時，再次按照參數進行相應的編碼操作[14]。

3.3 系統數據架構的實現

系統數據架構示意圖，如圖3所示。

圖3 系統數據結構圖

系統數據層面整合了入口和權限問題，根據系統的性能及管理需求、用戶使用需求，系統平臺可通過不同的PC端和手機端使用企業微信中的權限直接登錄使用，為確保登錄驗證的統一性，手機端入口可使用企業微信登錄，有獨立站點的PC端也需通過企業微信掃碼驗證功能登錄，從而極大地簡化了后續的權限細分工作，進一步提高了系統的共享能力。為使服務器有效應對大量視頻播放帶來的壓力，增設了網站服務器和點播服務器各一臺，網站服務器負責存放客戶端及管理后臺的頁面信息，通過點播服務器提供信息及管理服務；點播服務器負責存儲視頻文件并提供視頻播放服務。使網站服務器不受遭遇突發情況的點播服務器的影響正常運行，確保點播系統的正常開啟，進而提升了系統安全性和穩定性[15]。

4 總結

考慮到中小數字媒體企業獨自建設數字內容創作的相關技術平臺的難度較大，尤其是三維設計、渲染、動作捕捉等系統平臺。因此可根據區域特色，建設動漫數字媒體工具于資源的共享系統，提高企業間的共享和任務協同能力，并在此基礎上不斷整合全國范圍內的工具資源。本文主要完成了一種數字動漫媒體資源共享系統的構建，并詳細闡述了該系統的總體技術結構、主要功能系統以及核心功能的實現路徑。