数字动漫媒体资源共享系统设计与测试

杜雨潇

(西安航空职业技术学院 航空管理工程学院， 陕西 西安 710089)

0 引言

近几年，卡通动漫产业发展迅速，其在经济社会经济发展中的作用日益凸显，卡通动漫产业具有明显的独特特征，主要表现为高增值、低消耗、软渗透的特点，并能够带动信息、通讯、媒体、出版等行业的发展。在经济全球化发展的大背景下，需大力发展动漫产业，提高动漫企业的市场竞争能力。我国动漫业在相关政策的扶持下虽取得了长足发展，但由于建设数字动漫技术平台需要较多的资金支撑，目前部分数字媒体企业尤其是中小企业的资金投入不足，数字动漫平台建设水平有待提高。

1 智能数字动漫媒体资源共享系统设计分析

1.1 设计需求分析

快速发展完善的信息技术及新媒体为新产品提供了支撑，市场对动漫内容的需求呈现多样化发展态势，这就对动漫行业的发展提出了更高的要求，普遍存在制作成本高、效率低等不足的传统动漫生产方式已无法满足现代动漫的发展需要。无纸化的数字动漫制作体系显著提高了动漫的自动制作水平，在提高制作效率的同时，有效节省了动漫制作成本，为科学合理的配置生产要素(包括制作平台与资源的共享)提供了有力支撑，成为动漫产业新的主流生产方式。目前建设数字动漫媒体资源共享系统还存在许多问题，造纸数字媒体工具与资源的共享及管理水平不高，主要表现在：(1) 数字动漫媒体资源大多采用离线式的储存方式，资源数据格式缺少统一的规范，限制了资源在不同项目组及设计师所使用设计工具中的有效共享[1]。(2) 各设计项目从开始到完工均会累积大量的数字媒体资源，但因缺少统一的归类和整理方法，导致资源闲置及浪费问题的出现。(3) 很多数字媒体资源具有重复利用的价值，因管理与共享水平不高，导致在新的项目中需重新查找和购买，进而增加了使用成本。作为动漫企业的无形资产，具有再利用价值的数字媒体资源需能够长期储存，通过数字媒体资源的共享实现资源到有价值的数字化内容的转换，在降低动漫制作成本的同时提高企业的竞争力。迅速活跃的包括微博、微信等在内的自媒体为动漫企业提供了重要的宣传窗口，同时也成为侵害传播权的多发载体，因此需保护好企业的著作权以及相关知识产权，为数字动漫媒体资源共享系统的后续数字资产管理工作奠定坚实基础。为此本文在现有研究成果的基础上，构建了一种智能数字动漫媒体共享系统[2-3]。

1.2 平台优势

(1) 跨平台兼容，移动互联网极大地改变了用户的信息获取方式，移动端成为现阶段获取信息的主流渠道与载体，越来越多的用户习惯使用手机浏览各种形式的信息内容，但由于不同手机端(如安卓、桌面端、苹果手机)和PC端通常安装不同的系统，因此在访问图片和视频时需使用到不同的媒体播放器及相关技术，文中的数字媒体共享系统涵盖了主流操作系统的内容转换功能，具有良好的跨平台兼容性能。(2) 发挥协同优势，动漫设计行业在开展较大的项目过程中，同样涉及前期、中期、后期成果，各阶段均会产生大量的项目图片及视频等数字资源，共享系统中设有的图片库会不断收集存储这些资源，根据著作权及知识产权规定形成基础资源，为使用该系统平台的企业提供强大的数字媒体资源支撑。该数字媒体资源共享系统对项目流程及规章制度进行统一规范，充分发挥协同优势，转化为设计与创造过程的成本优势。(3) 品牌化建设优势，从培养企业互联网产品竞争优势的角度出发，借鉴现有互联网产品的成熟做法，数字动漫媒体资源的品牌化是满足动漫发展需求的必然选择，该共享系统以形成企业独立品牌作为主要运行目标之一，帮助企业构建适合自身的品牌形象。图片和视频作为较成熟的网络商品，为兼顾工具资源共享和商业化的目标，本文共享系统同时建立了面向用户的网上自助交易平台，涵盖公开透明的图片内容及版权、授权与收费方式，为相关图片版权保护提供依据[4]。

1.3 智能数字动漫媒体共享系统总体结构

本文基于 SaaS 完成了智能分布式共享系统平台的设计，该系统总体结构，如图1所示。

图1 系统总体架构

主要由基础支撑平台(属于软硬件的结合体)和公共服务平台构成，具体细分为网络支撑、数据存储、安全保障几个主要子系统模块，SaaS 基础支撑平台由各类共享设备在内的基础硬件设备和相应的控制软件构成。作为 SaaS 公共服务平台软硬件功能实现的基础和关键，基础设备层主要由各种服务器、 SAN 存储、三维渲染等构成，调度控制层主要由共享系统、数字版权 DRM 、包括渲染在内的功能调度软件等构成[5]。SaaS 公共服务平台主要负责对外提供共享服务，具体由资源共享层和应用层组成，资源共享层负责将包括软件、信息、版权、设备等在内的各类共享资源提供给用户，直接与用户交互的应用层负责提供各项服务。

2 数字资源共享系统与其他应用系统的融合

2.1 三维渲染子系统

该子系统的主要构成为渲染器(基于3D 应用软件自带渲染器)、渲染及作业记录管理软件。其中，渲染器使用了通用的Final-RenderStage (FinalRender公司)和R/S 渲染器等高级渲染器，选用提供远程管理工具的 Deadline(FranticFilms公司，具有完备的 Plugin SDK)作为渲染管理软件，该专业软件支持包括VRay、BrazilR/S、FinalRender、Gelato等在内的多种渲染软件，人机交互性较好，具有灵活的作业调度功能，支持多种调度策略，具有业务记录、存取验证信息及文件日志、加密/隔离文件等功能，能够对用户访问过程进行控制和审计，可通过C++ 编程完成安全及作业记录管理软件的自主开发过程[6-7]。具体渲染管理任务流程，如图2所示。

图2 三维渲染管理任务流程图

2.2 三维动作捕捉系统

该系统主要用于完成对相关动作数据的采集、修整处理以及综合处理过程，系统根据实际情况通过使用自带的采集软件完成动作数据的采集过程；然后通过使用MotionBuilder修整软件(Kaydara公司)对所采集到的数据进行动作修整，将无用的以及错误的点进行剔除和修正；接下来通过动作数据综合处理模块完成对数据的进一步处理，可根据需要使用 C++ 编程完成综合处理模块功能的自主开发。此过程需使用到相应的算法，在对变形轨迹进行设计时，以采集点的空间位置关系为依据，使用软件辅助控制和约束多个点的形变过程[8]。变形模板类通过面向对象的编程方法的运用实现多样化的定义，使模板具有不同的属性和方法，在此基础上通过继承类实现丰富多样的变形效果；通过使用面向数据集的空间扭曲函数实现变形效果的进一步拓展，优化模板覆盖效果；动作数据中的关节点通过约束条件获取，在此基础上对不同关节点间的牵扯关系进行定义，实现相应的三维运动模型从所采集数据中的自动抽取过程，最后根据实际需要使用相应运动模型完成进一步的修补、外展和夸张处理。可在 MotionBuilderSDK 上进一步编程后封装 SDK，结合运用 Motion Capture、openGL、DirectX 等实现修改过程的可视化交互与展现[9-10]。

2.3 中间画面辅助生成系统

现有变形技术中，能够自动生成二维中间画面的技术主要基于形状(包括基于物理的变形、圆集合形状匹配法、移动点限制法、有点坐标线性与矢量线性插值法等)和基于骨架(主要包括中心折线以及星状骨架法)两种方式实现变形，各变形技术的优缺点及适用范围不尽相同。中间画面辅助生成系统由2部分构成：变形技术分类器，分类筛选已有的变形技术，判断其生成于不同条件下(如平移、旋转、非线性运动)的中间画面物体形状的准确性，并得出以数学条件表达的应用准则；变形技术选择器，使用时需先找出特征点，这些特征点蕴含于卡通形象关键帧中，在此基础上完成特征骨架的抽取，接下来将通过计算获取的关键帧间骨架的映射关系向具体的应用条件转换，据此确定适合的变形技术并选择相应的变形器，实现中间画面的生成。现有变形技术无法满足使用需求时会给出提示信息。针对包括转头、行走、眨眼等在内的常见卡通动漫中的动作，可在中间画面辅助生成系统中建立相应动作的模型库，具体需先将常见动作采用手工绘制方式制作出由一系列图片构成的动画序列，在此基础上提取出运动过程中做出动作的各部位(包括头、颈、腹、躯干、上下肢等)的非线性变化规律，并对各个部位进行参数化控制，建立并不断完善动态信息库，通过适应信息库实现对动漫人物骨架模型的直接驱动，极大地简化了改变姿态、速度等的实现过程[8]。

3 主要模块系统架构的设计与实现

3.1 建构系统的关键技术

(1) 图片、视频搜索引擎，所运用的引擎中涵盖复杂的计算过程，除图像及分布式处理外，还涉及计算机视觉、机器学习等技术，用户在共享系统界面的搜索框内输入相应的描述关键词，可从数据库中获取最贴切的图像或视频等内容，并以直观的缩略图版形式显示搜索结果，包括对这个缩略图片文件大小、名称等的描述。(2) 云计算、CDN 的运用，面对种类和数量不断增加的图片和视频资源，通过运用云计算能够使用户的浏览速度和系统的安全性得以显著提升，同时可明显降低建设和使用数字媒体资源的成本[11]。动漫企业可基于私有云完成适合自身的图片云技术的构建，选用分发优秀内容的 CDN (由网络供应商提供)完成管理部署，进而实现同企业已有云平台间的有效整合，在应用中实现本文资源共享系统更加高质高效的覆盖。(3) 视频自动转码技术，人工处理方式无法满足不断增加的视频数据量的视频转码需求，需运用相应的自动化转码技术，增设存储服务器和转码服务器，结合使用FFMPEG 转码系统通过存储备份、分发转码任务，完成高效的自动化转码过程，并自动存放到点播服务器上[12]。

3.2 视频库的系统架构的实现

传统完成视频编码转码分发后才能播放的方式，在同时使用系统的用户数量较多的情况下，会出现视频播放等待时间过长的问题，明显增加用户的等待时间。为在数据库上同步转码任务的事件部署队列时，需根据所使用的软件开发工具包进行，等待回调或轮询转码的进度；转码时，考虑不同的使用场景和网络条件，通常预先设定码率和采样率，每次改变或调整编码器或某些参数，均需重新转码一次视频，费时费力，并且不能根据不同的实际情况进行自适应的调整。综合考虑视频库系统架构的开发 、使用、维护、升级需求，兼顾视频库的稳定性和安全性，视频转码软件选用了 Handbrake，视频转码处理服务器采用了一台 MAC PRO，转码工作按照 H.264 转码标准进行，在点播服务器中存入完成转码后的视频，并将视频信息添加到后台管理程序中，有权限的用户通过手机或计算机访问和使用视频文件[13]。开始时手动处理视频转码即可满足较少视频量转换需求，视频编码转码需占用较大的 CPU 资源且耗时长，可采用非同步的处理方式，系统在任务队列中放入上传的视频文件所需的转码任务，然后启动转码服务器，转码服务器以预设的参数为依据对收到任务进行编码转码处理，此过程的耗时同视频码率成正比，完成转码后进入分发队列完成视频内容到不同节点的分发。在企业系统数据量和资源量达到一定量后，转换到实时转码功能，服务器的转码分发推流工作与用户视频播放过程同步进行，通过服务器集群的使用实现了分布式编码过程，结合运用直播中的流媒体技术，针对用户的视频观看需求，由服务器将对应的视频文件以预设的参数为依据切成多个小块，组成一个播放列表式的队列系统，由转码服务器启动一个大型的转码集群完成编码工作，并在完成所有转码后进行分发部署，当用户拉动播放时间轴时，再次按照参数进行相应的编码操作[14]。

3.3 系统数据架构的实现

系统数据架构示意图，如图3所示。

图3 系统数据结构图

系统数据层面整合了入口和权限问题，根据系统的性能及管理需求、用户使用需求，系统平台可通过不同的PC端和手机端使用企业微信中的权限直接登录使用，为确保登录验证的统一性，手机端入口可使用企业微信登录，有独立站点的PC端也需通过企业微信扫码验证功能登录，从而极大地简化了后续的权限细分工作，进一步提高了系统的共享能力。为使服务器有效应对大量视频播放带来的压力，增设了网站服务器和点播服务器各一台，网站服务器负责存放客户端及管理后台的页面信息，通过点播服务器提供信息及管理服务；点播服务器负责存储视频文件并提供视频播放服务。使网站服务器不受遭遇突发情况的点播服务器的影响正常运行，确保点播系统的正常开启，进而提升了系统安全性和稳定性[15]。

4 总结

考虑到中小数字媒体企业独自建设数字内容创作的相关技术平台的难度较大，尤其是三维设计、渲染、动作捕捉等系统平台。因此可根据区域特色，建设动漫数字媒体工具于资源的共享系统，提高企业间的共享和任务协同能力，并在此基础上不断整合全国范围内的工具资源。本文主要完成了一种数字动漫媒体资源共享系统的构建，并详细阐述了该系统的总体技术结构、主要功能系统以及核心功能的实现路径。