3D 可视化技术在企业协同办公管理中的应用

曹为刚,倪美玉

(浙江科贸职业技术学院电子信息系,浙江 金华 321019)

0 引言

目前,可视化技术已经广泛应用于多种研究中。可视化技术主要包括科学计算现代化、信息可视化以及数据可视化。 因此,可视化技术是对大量数据进行解释的有效手段[1]。 可视化技术能够将数据映射成为物体的几何图元,并且能将几何图元描绘成为图像或者图形[2]。 3D 可视化技术作为诸多可视化技术中的一种,在信息技术领域不断发展,应用的范围不断扩展。 其中就包括企业协同办公管理。 协同办公是企业在办公和管理过程中,解决资产管理、业务管理以及信息交流等一些常规协同功能,以及实现即时沟通、移动办公和数据共享等需求的一种方法[3-4]。 当前,企业的协同办公管理主要追求成本低、性能高的智能化管理。3D 可视化技术能够在一定程度上满足企业协同办公管理的这些需求。 本文研究了3D 可视化技术在企业协同办公管理中的应用。

1 3D 可视化的图像和视频帧技术

1.1 视频镜头分割

在企业协同办公管理中,3D 可视化技术主要用于处理办公过程中的图片或者视频镜头。 3D 可视化技术的主要处理方式是对视频或者图片进行分割,进而提取关键帧。 在企业协同办公管理中,企业各个部门或者多个企业的相关镜头一般是一次的连续性拍摄[5-6]。 为了更好地提取出视频的层次性,本研究将企业协同办公管理中的镜头从更加广义的角度进行定义,利用非监督式聚类算法进行视频分割。 这种算法能够从数据样本集合中提取出样本所隐含的结构[7]。本研究在处理协同办公管理的镜头数据时,主要采用的是迭代自组织数据分析算法(iterative self-organizing data analysis,ISODATA)。 由于颜色直方图的计算量较小,可通过直方图表示图像间距特征,体现视频帧间的相似度。 首先,选择合适的颜色空间、量化策略。 为了确保最终应用于企业协同办公管理的颜色空间与计算机所检测的结果近似,选择与人类感知度近似的颜色空间,并且将颜色分为不同的直方图[8]。 颜色空间有Musell 空间和色调、饱和度、明度(hue,saturation,value,HSV)空间。 对这些直方图进行颜色检索,结果表明HSV 的计算更为简单,并且效果与Musell 一致。因而本研究采用HSV 空间。 HSV 包括Hue、Saturation以及Value 三个变量。 将这三个变量分为5、5 和12 三个等级,并对这三个等级的颜色直方图进行定义,如式(1)所示。

式中:HC为一种颜色的表示;h0,0,0为HSV 的(0,0,0)颜色直方图表达式;hi,j,k为视频镜头所有帧,例如h11,4,4指视频帧中色调、饱和度、明度分别为11、4、4 的点数与总点数的比值。

因此,相似度尺度函数S表示为:

式中:f′j为第k个聚类中所包含的元素;Nk为第k个聚类的元素。

聚类完成后,需要对算法进行检验,并对阈值的取值进行分析。 实际镜头边界与检测镜头边界的比较如表1 所示。

表1 实际镜头边界与检测镜头边界的比较Tab.1 Comparison of real shot boundary and detection shot bourdary

从表1 中可以看出,部分实际镜头与检测镜头之间是完全重合的。 与检测镜头相比,实际镜头只存在一些较小的变化。 这可能是由于实际镜头中存在一些噪声或者镜头的移动。 除此之外,该结果表明非监督式聚类算法在协同办公管理中相关镜头的提取、分割方面具有良好效果[9]。 视频帧序列较少时,真实镜头与去噪声的镜头检测结果接近重合。 当视频帧序列增大时,真实镜头存在一些较小的变化,进一步说明非监督式聚类算法对镜头的分割具有良好的效果。

1.2 企业协同办公管理中的关键帧提取算法

在3D 技术运用于企业协同办公管理时,视频镜头分割完成后,需要进行关键帧的提取,同时利用遗传算法进行关键帧的组别分类。 关键帧的提取主要包括两个部分:一是确定视频帧之间的距离测度,二是决定关键帧的抽取逻辑。 从帧间距离上看,最重要的是对整个视频帧进行对比。 因此,本研究利用了压缩基础上的帧间距离。 基于压缩的帧间距离表达式如式(4)所示。

式中:x和y分别为一个二进制串;K(x|y)为串x对于串y的条件复杂度,指在已知y的情况下,重新表示x的最短程序长度;K(y|x)为串y对串x的条件复杂度。

对该式进行归一化处理,得到如式(5)所示的相似性公理。

式中:N(x,y)为相似度值;K(x,y)为联合复杂度,指二进制串对(x,y)进行表示的最短程序长度;K(x)为二进制串x的Kolmogorov 复杂度,指x压缩后的极限长度;K(y)为二进制串y的Kolmogorov 复杂度,指y压缩后的极限长度。

式(5)符合测度公理,并且值域为[0,1]。 根据某一特定归一化公式距离测度测量的原理,这两个串是相似的。 将压缩距离进行归一化,得到式(6)。

式中:H为对输入数据的压缩,并且利用其压缩后的长度来替代K( );C(x)和C(y)分别为串x和串y的长度;C(x,y)为压缩后的串对(x,y)的长度。

在企业协同办公管理背景下,对镜头所包含的图像进行处理时,可以用C(x)和C(y)分别表示x和y的图像大小;以C(x,y)表示压缩处理后的图像大小,也能反映图像之间的差异值。 也就是说,H值越小,两幅图像越接近;H值越大,两幅图像差异越大。

除此以外,结合平均采样法、时序等差法和指定差异法进行关键帧的抽取。 其中:平均采样法主要是指抽取固定数量的关键帧;时序等差法是指在视频帧序列上等时差地抽取关键帧;指定差异法一般多用于在线视频的关键帧提取,非常适用于企业协同办公管理的动态视频帧提取。 指定差异法主要是对已经提取出的视频帧和需要判断是否提取的视频帧进行距离检测,当检测结果大于所设定的阈值,就进行视频帧的提取。 阈值公式如式(7)所示。

式中:ft为当前帧;fri为前一个关键帧;C(ft,fri)为当前帧和前一个帧之间的距离测度;ε为常数;i为截至前一个关键帧的帧数;n为总帧数。

对于时序等差法而言,需要先设定关键帧的数目为K,在此基础上将视频分割成为K个小段,使得每个小段之间都存在相同的差异。 分段表达如式(8)所示。

式中:V(bi,bi+1)为段(bi,bi+1-1)的帧间连续差异之和;fri为从段(bi,bi+1-1)中抽取的关键帧。

一旦边界{bi}确定后,该方法会选择每段的第一帧和中间帧作为关键帧。 关键帧提取针对的是图片或者视频的每一个部分,且其以最小单元的单幅影响画面为主,提取物体运动或者变化中的关键动作。

2 3D 可视化技术的应用效果研究

3D 可视化技术应用于企业协同办公管理中时,能够更加直观、有效地获得视频镜头中图像或者图片中的信息,进而提高协同办公管理的效率。 为了探讨3D可视化技术对镜头进行分割和处理后,应用于企业协同办公管理中的效果,利用试验进行评估。 首先,对非监督式聚类算法在协同办公管理镜头切割中的应用进行分析,得到3D 可视化技术应用于协同办公管理的镜头聚类效果,如图1 所示。

图1 3D 可视化技术应用于协同办公管理的镜头聚类效果Fig.1 Lens clustering effect of 3D visualization technology applied to collaborative office management

图1 中:四角星、圆形和三角形分别表示不同的视频帧,且相似的视频帧之间为一类。 可以看出,图1(a)有一定的聚类效果,但是不够明显,主要表现为存在不同的视频帧聚类在一起的情况,即相似的视频帧未全部聚类在一起。 而在图1(b)中,相似的办公镜头聚类在一起,和不同的视频帧之间区别较为明显,能够有效地进行镜头的切割和聚类,进而实现对镜头的处理、快速切换以及清晰展示,从而有效地提高企业协同办公管理的效率。

与此同时,以某企业为研究对象,探讨3D 可视化技术在该企业协同办公管理应用中的效果。 该企业包含多个部门,以市场部、业务部、技术部、人事处以及后勤保障部为主。 通过对多个部门之间信息传递效率的评估,进行有效性的验证,主要涉及传统信息交流方式以及3D 可视化技术的应用。 完成同一项任务时,传统信息交流方式和3D 可视化技术的效率对比如图2所示。

图2 传统信息交流方式和3D 可视化技术的效率对比Fig.2 Efficiency comparison between traditional information exchange mode and 3D visualization technology

以同一项任务为对象。 该企业市场部在传统信息交流方式下的效率为30 min,而运用可视化技术后,市场部工作效率提升到了25 min。 传统信息交流方式下,业务部工作效率为40 min,而运用3D 可视化技术后,业务部工作效率提升至30 min。 传统信息交流方式下,技术部工作效率为32 min,而运用3D 可视化技术后,技术部工作效率提升至28 min。 同样地,人事处和后勤保障部门在传统信息交流方式下的工作效率分别为50 min 和40 min,运用3D 可视化技术后,工作效率分别提升至45 min 和38 min。 综合来看,将3D 可视化技术应用于企业协同办公管理能够提高部门的工作效率,该技术的运用可以使得企业在更少的时间内完成任务。 同时,从多个方面对员工的看法进行调查,包括3D 可视化技术能否提高企业协同办公管理效率、3D 可视化技术应用于企业协同办公管理是否简单易用、是否能够接受在协同其他部门进行办公时运用3D 可视化技术、3D 可视化技术的框架交互是否有效等。 多数员工认为3D 可视化技术运用在工作当中能够提高工作效率,愿意在办公中使用3D 可视化技术,认为企业协同办公中的3D 可视化技术的框架交互是有效的。 但是也有部分员工认为3D 可视化技术简单易用,说明3D 可视化技术的运用还存在一定的难度。对于企业员工而言,对3D 可视化技术在协同办公管理中的应用掌握还有待加强。

3 结论

3D 可视化技术在一定程度上能够满足企业协同办公管理追求低成本、高性能的需求。 在分析3D 可视化技术在企业协同办公管理中的应用时,提出应用3D 可视化技术进行办公镜头的分割,以及通过对图像的处理进行视频帧的提取。 在此基础上,以某企业为例,验证了3D 可视化技术应用于企业协同办公管理中的有效性。 研究结果表明,将3D 可视化技术应用于企业协同办公管理,能够提高部门的工作效率和部门之间的交流效率。 该技术的应用可以使得企业在更少的时间内完成任务,并且将多个办公场景显示在同一界面上能够有效实现对工作的协调,大大提升工作效率。 但是3D 可视化技术的应用还存在一定的难度。 对于企业员工而言,其掌握还有待加强。 本研究验证了3D 可视化技术应用于企业协同办公管理中的有效性。 由于企业数量限制,其广泛适用性还有待进一步研究。