導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)學(xué)建模和3d建模的區(qū)別，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞： HTML5； WebGL； three.js； 三維模型； 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)： TN710?34； TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）24?0083?04

Web?oriented 3D model generation and processing technology

ZHENG Hua1， SU Jingfang2

（1. Shijiazhuang Institute of Railway Technology， Shijiazhuang 050061， China； 2. Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang 050018， China）

Abstract： The introduction of WebGL standards accelerated the arrival of the Web3D era. The generation and processing of 3D model is the core in Web3D project. On the basis of the three.js engine， the data drive modeling， importing and processing of static 3D model， and importing and analysis of dynamic 3D model in the Web environment are introduced. The experimental results show that the Web3D technology based on WebGL platform and three.js engine can not only effectively achieve the data visualization and the database?oriented parametric modeling， but also has compatibleness with most of the industrial 3D models and support the whole Web3D project.

Keywords： HTML5； WebGL； three.js； 3D model； data drive

0 引 言

Web自20世紀(jì)90年代初誕生以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為Internet上最重要、最普及的應(yīng)用，從HTML 1.0到2.0，3.0，4.0，XHTML以及現(xiàn)在的HTML 5.0，但至今為止，主流的Web頁面仍然是二維的，隨著3D技術(shù)的日益普及，下一代Web技術(shù)正朝著3D方向發(fā)展。2013年5月，HTML 5.1正式草案公布，新增了Canvas標(biāo)記，通過WebGL，允許瀏覽器直接在上面繪制矢量圖形，目前HTML 5和Canvas 2D規(guī)范的制定已經(jīng)完成。three.js是由JavaScript編寫的WebGL第三方庫，是一款運(yùn)行在瀏覽器中的3D引擎，可以用它在Web中創(chuàng)建各種三維場景，比如3D對(duì)象、攝影機(jī)、光、影、紋理、材質(zhì)、動(dòng)畫等。與傳統(tǒng)的Web3D技術(shù)（如Flash3D、Unity3D、Silverlight等）相比，three.js的優(yōu)勢(shì)在于它不需要在瀏覽器中安裝插件，用戶可以通過JavaScript直接控制Web頁面上的3D場景，不足之處在于它需要瀏覽器支持WebGL，到目前為止，火狐、谷歌等瀏覽器都支持WebGL，但微軟的IE瀏覽器要11.0以后的版本才支持。

現(xiàn)在，主流的Web仍然是二維的，文本、圖片、聲音、視頻仍然是Web的主要內(nèi)容。通過與傳統(tǒng)的Web技術(shù)相結(jié)合，three.js可以將二維數(shù)據(jù)以三維方式呈現(xiàn)出來，3D場景漫游將成為Web的主要內(nèi)容，這對(duì)Web的影響是革命性的，本文重點(diǎn)探討基于three.js引擎的各類三維模型的生成與處理技術(shù)。

1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三維建模

3D建模是構(gòu)建三維場景的一個(gè)基本問題，一般的方法是先建模，然后渲染，最后輸出成某種特定格式的模型或動(dòng)畫。當(dāng)模型有變化時(shí)，必須重復(fù)執(zhí)行上述步驟，也就是說，渲染結(jié)果一旦輸出，就不可修改，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)變化。

Web的后臺(tái)主要是數(shù)據(jù)，3D只是一種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，通過后臺(tái)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)前臺(tái)的3D場景和動(dòng)畫，即是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三維建模，其意義在于通過修改后臺(tái)的數(shù)據(jù)，即可觸發(fā)前臺(tái)3D場景的變化。

1.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模的基本原理

與一般的建模不同，Web上的建模涉及帶寬問題，模型數(shù)據(jù)需要先從Web服務(wù)器傳輸?shù)娇蛻魴C(jī)上，然后才能進(jìn)行渲染，因此，模型本身不能太大，否則容易引起網(wǎng)頁不響應(yīng)；另外，由于Web是實(shí)時(shí)交互的，因此，模型數(shù)據(jù)要在后臺(tái)以異步方式完成傳輸，如AJAX；由于three.js是基于JavaScript的，模型數(shù)據(jù)的格式最好能與之匹配，如JSON。

綜上所述，Web3D建模過程的一種合理方式是：先通過Web服務(wù)器端的技術(shù)（如Asp，Java等）將后臺(tái)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化成JSON格式，再以AJAX的方式將數(shù)據(jù)送往客戶端，然后利用JavaScript調(diào)用three.js中相應(yīng)的API，將數(shù)據(jù)以三維的方式顯示出來，其原理如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三維建模原理圖

1.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模案例

下面的例子展示了一個(gè)基于Access數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)（見圖2）驅(qū)動(dòng)的三維動(dòng)畫，描繪了太陽及其鄰近的六大行星的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過修改后臺(tái)數(shù)據(jù)，可觸發(fā)前臺(tái)頁面3D場景的實(shí)時(shí)變化，如圖3所示。

圖2 簡單三維模型數(shù)據(jù)

如圖2所示數(shù)據(jù)定義了模型（各星球）的形狀（球形）、大?。ò霃剑⒆鴺?biāo)（距離太陽的距離）、外觀（貼圖文件）、運(yùn)動(dòng)方式（自傳和公轉(zhuǎn)的速度及方向）等基本屬性，是一種很普通的關(guān)系數(shù)據(jù)。

在向?yàn)g覽器端傳輸這些數(shù)據(jù)時(shí)，為減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作，一般采用JSON格式（和JavaScript天然適應(yīng)）。另外，由于瀏覽器在渲染三維動(dòng)畫時(shí)比較消耗資源，一般采用AJAX異步通信方式（幾乎所有的瀏覽器都支持）。

接下來調(diào)用three.js中的SphereGeometry（球體）函數(shù)顯示這些星球即可。最后，為提高Web的交互性，可以加上3D聲音和場景控制（如第一人稱視角）。

圖3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的Web3D動(dòng)畫效果圖

幾個(gè)關(guān)鍵步驟的代碼如下：

（1） 將模型數(shù)據(jù)格式化成JSON格式

//???Getmodels.asp

sql="SELECT * FROM 星球 order by id"

set conn = Server.CreateObject（"ADODB.Connection"）

conn_str="DBQ="+server.mappath（"star.mdb"）+"；driver={Microsoft Access Driver （*.mdb）}；"

Conn.Open conn_str

set rs=Server.CreateObject（"ADODB.recordset"）

rs.Open sql，conn

str=" {star：["

do until rs.EOF

str=str & "{"

for each x in rs.Fields

str=str & "′" & x.name & "′：′" & x.value & "′，"

next

str= left（str，len（str）?1） +"}，"

rs.MoveNext

loop

str= left（str，len（str）?1） +"]}"

response.write（str）

%>

（2） 通過AJAX獲取模型數(shù)據(jù)

var obj；

function getstarpara（）{

var xmlhttp；

if （window.XMLHttpRequest） {xmlhttp=new XMLHttpRequest（）；}// code for IE7+， Firefox， Chrome， Opera， Safari

else {xmlhttp=new ActiveXObject（"Microsoft.XMLHTTP"）}； // code for IE6

xmlhttp.onreadystatechange=function（） {

if （xmlhttp.readyState==4 && xmlhttp.status==200）{

var txt=xmlhttp.responseText；

obj = eval （"（" + txt + "）"）；

}

}

xmlhttp.open（"GET"，"getmodels.asp？k="+Math.random（），true）；

xmlhttp.send（）；

}

（3） 通過three.js引擎生成3D模型

var sun；

var texture = new THREE.MeshPhongMaterial（{map： THREE.ImageUtils.loadTexture（′images/′+obj.star[0].tietuwenjian），emissive：0xffffff}）；

sun = new THREE.Mesh（new THREE.SphereGeometry（Number（obj.star[0].banjing），20，20）） ，texture）；

scene.add（sun）；

sun.position.set（Number（obj.star[0].juli），0，0）；

該方法的局限性在于他只能表示一些基本的、規(guī)則的三維模型，如立方體、球體、錐體等，模型本身所需要的數(shù)據(jù)很少，而且可以方便地通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，因此，在實(shí)踐中有一定的局限性。

現(xiàn)實(shí)中各類工業(yè)模型一般會(huì)復(fù)雜得多，而且很難直接通過數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)，而且他們一般都使用某種專門的工具建立，具有某種特殊的格式，如Autodesk 3DS Max下的.3ds，Wavefront下的.obj等。

2 復(fù)雜靜態(tài)三維模型的導(dǎo)入及處理

一個(gè)典型的靜態(tài)三維模型中包含了幾何體頂點(diǎn)、貼圖坐標(biāo)點(diǎn)、頂點(diǎn)法線、線、面、曲線、曲面等信息，將這些數(shù)據(jù)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方式存儲(chǔ)是不太現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)閿?shù)據(jù)量太大且難以控制。更好的處理方式是直接在建模工具中將模型建立好，然后輸出成特定格式的模型文件，直接在Web3d中加以利用。這就涉及到三維模型的導(dǎo)入及處理問題。

由于沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，過去用于工業(yè)建模設(shè)計(jì)上的交換格式，例如Autodesk 3DS Max下的.3ds和Wavefront軟件下的.obj，現(xiàn)在成為了最具代表性的兩種主流靜態(tài)模型格式。其中.obj格式由于沒有專利限制，使用文本存儲(chǔ)，而被大家廣泛采納。

Three.js中的OBJLoader（）和OBJMTLLoader（）類專門用于導(dǎo)入和處理obj格式的模型，下面的代碼導(dǎo)入了一個(gè)挖掘機(jī)的靜態(tài)模型，如圖4所示。首先在建模工具中建立好模型，然后輸出成.obj格式，假設(shè)模型文件命名為“wjj.obj”，導(dǎo)入模型的關(guān)鍵代碼如下：

var obj=′model_obj/wjj.obj′； //模型文件

var mtl=′model_obj/wjj.mtl′； //貼圖文件

var loader = new THREE.OBJMTLLoader（）；

loader.load（obj，mtl，function（object）{

object.position.set（0，0，0）；

scene.add（ object ）；

} ）；

圖4 靜態(tài)模型的導(dǎo)入

靜態(tài)模型本身是靜止的，程序能做的事情只能是改變他的坐標(biāo)位置、旋轉(zhuǎn)角度和顯示比例，通過改變這些參數(shù)，也可以實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫效果（參考第一個(gè)例子）。

3 復(fù)雜動(dòng)態(tài)三維模型的導(dǎo)入及處理

一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)三維模型中包含了頂點(diǎn)、紋理、骨骼、蒙皮、動(dòng)畫等信息，與靜態(tài)模型相比，動(dòng)態(tài)模型需要存儲(chǔ)的信息更多，控制也更復(fù)雜，因此也更加適合用導(dǎo)入的方式來處理和使用。

隨著硬件和技術(shù)的發(fā)展，三維建模逐漸從靜態(tài)模型向“幀動(dòng)畫”和“骨骼動(dòng)畫”發(fā)展，ID Tech下的.md，Autodesk下的.fbx，以及非盈利性組織Khronos負(fù)責(zé)維護(hù)的.dae格式成為了主流的動(dòng)態(tài)模型格式。各種模型格式之間可以通過插件互相轉(zhuǎn)換，因此對(duì)于Web開發(fā)者來說，并不需要完全弄清每種模型的詳細(xì)格式，選擇當(dāng)前最為流行的一種格式即可。

Dae格式由于其開放性而成為目前應(yīng)用最普遍的一種動(dòng)態(tài)三維模型格式，他使用XML格式存儲(chǔ)，結(jié)構(gòu)靈活，運(yùn)用自由度很高，圖5展示了一個(gè)典型的dae文件結(jié)構(gòu)。

圖5 一個(gè)典型的dae文件

對(duì)于動(dòng)態(tài)模型來說，將其導(dǎo)入到三維場景的方法和靜態(tài)模型是基本相同的，但動(dòng)畫部分需要程序員通過JavaScript來控制，這是難點(diǎn)所在。

Three.js中的ColladaLoader（）類專門用于導(dǎo)入和處理dae格式的模型，下面的代碼展示了一個(gè)頂點(diǎn)變形動(dòng)畫模型在導(dǎo)入和處理過程中的關(guān)鍵代碼：

var md="model_dae/wjj.dae"；

var loader = new THREE.ColladaLoader（）；

loader.load（md， function （ collada ） {

dae = collada.scene；

skin = collada.skins[ 0 ]；

dae.position.set（0，0，0）；

animate（）；

} ）；

function animate（） {

var delta = clock.getDelta（）；

if （ t > 1 ） t = 0；

if （ skin ） {

for （ var i = 0； i < skin.morphTargetInfluences.length； i++ ） {

skin.morphTargetInfluences[i]=0；

}

skin.morphTargetInfluences[Math.floor（t*30）]=1；

t += delta；

}

requestAnimationFrame（ animate ）；

}

在Web3D中，動(dòng)態(tài)模型一般是循環(huán)播放的，three.js通過requestAnimationFrame函數(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果，它很類似于setTimeOut函數(shù)，但又略有區(qū)別，一是當(dāng)標(biāo)簽頁失去焦點(diǎn)時(shí)，它就不再運(yùn)行了，二是該函數(shù)目前還是依賴于瀏覽器的，以后可能還有變化。

4 其他三維模型的導(dǎo)入及處理

其他常見的3D模型格式還有：vtk，wrl，utf8，stl，ply，JSON等，這些模型中的大多數(shù)three.js都提供了相應(yīng)的接口，如：CTMLoader，PLYLoade，BinaryLoader，VTKLoader，STLLoader，UTF8Loader，VRMLLoader等，在處理方法上與obj或dae格式大同小異。

5 結(jié) 語

至此，完成了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三維模型、復(fù)雜的靜態(tài)三維模型和復(fù)雜的動(dòng)態(tài)三維模型的處理工作，大多數(shù)情況下，這三種模型能夠支持一個(gè)完整的3D場景了。與普通的視頻不同，在Web3D中，由于所有的動(dòng)畫都是實(shí)時(shí)渲染的，對(duì)CPU和GPU資源的消耗很嚴(yán)重，對(duì)于大型的3D場景，要有一定的優(yōu)化措施。

（1） 渲染效率問題

筆者曾做過實(shí)驗(yàn)，在3D場景中加入一個(gè)半徑為2 000的球體，如果加上燈光和陰影，在一臺(tái)普通PC機(jī)上需要近2 min的時(shí)間才能渲染出來（FireFox瀏覽器），如果再加上動(dòng)畫，網(wǎng)頁基本處于“未響應(yīng)”狀態(tài)。造成這種情況的根源在于three.js是以三角形為基礎(chǔ)來構(gòu)建3D模型的，在一個(gè)半徑為2 000的球體平面上會(huì)有大量的三角形，他們都需要獨(dú)立渲染。因此，在進(jìn)行Web3D開發(fā)時(shí)，應(yīng)盡量減少使用弧面模型，如果必須使用，則應(yīng)盡量縮小其尺寸。

（2） 碰撞檢測(cè)問題

Three.js沒有提供碰撞檢測(cè)機(jī)制，即在改變模型的坐標(biāo)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)模型進(jìn)入另一個(gè)模型內(nèi)部的問題，這部分工作需要開發(fā)者自己編程解決，一種簡單的算法是AABB算法，即沿坐標(biāo)軸方向的包圍盒算法。

參考文獻(xiàn)

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篇2

一、前言

目前，我國各大專院校至中專學(xué)校在工程類專業(yè)均開設(shè)了CAD、CAM類型的軟件學(xué)習(xí)課程，我校在數(shù)控、模具、汽修幾個(gè)專業(yè)開設(shè)了AutoCAD與ProE軟件學(xué)習(xí)課程。在AutoCAD與ProE軟件的教學(xué)實(shí)踐中，特別是在學(xué)習(xí)的初級(jí)階段，我們老師經(jīng)常見到少數(shù)學(xué)生在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)打開AutoCAD與ProE軟件，欲比較同一幅圖在兩種軟件中畫法上的差異性、規(guī)范性和繪圖效率，同時(shí)，學(xué)生們也會(huì)向老師提出一些相關(guān)問題，如：兩種軟件繪制的平面圖有什么差別？哪款軟件繪圖方便？它們的應(yīng)用場合？等等。面對(duì)有關(guān)問題，我們教師應(yīng)當(dāng)從理性和感性兩方面著手，才能予以全面和正確的解答。在理性方面，我們可以簡要說明矢量化軟件與參數(shù)化軟件的特點(diǎn)與區(qū)別，我們還應(yīng)當(dāng)花一點(diǎn)時(shí)間，有針對(duì)性的講解《畫法幾何》、《機(jī)械制圖》相關(guān)知識(shí)；在感性方面，在上計(jì)算機(jī)操作課的時(shí)候，我們偶爾用同一幅圖在兩種軟件中做示范性練習(xí)和講解。這樣一來，既可以減少學(xué)生們學(xué)習(xí)的困惑、課堂的躁動(dòng)，又可以順利實(shí)施各軟件后續(xù)的相關(guān)教學(xué)活動(dòng)。（說明：一般情況下，每堂計(jì)算機(jī)課只允許學(xué)生打開和學(xué)習(xí)一種軟件。AutoCAD軟件后續(xù)教學(xué)內(nèi)容是完整的工程圖繪制及實(shí)體圖繪制，均為DWG格式文件；ProE軟件后續(xù)教學(xué)內(nèi)容是零件、組件、制造等模塊，ProE3.0文件格式有10種，在此述略。）

二、AutoCAD平面圖特點(diǎn)

1、AutoCAD軟件簡介：AutoCAD是Autodesk公司發(fā)明的一款矢量繪圖軟件，采用笛卡爾直角坐標(biāo)系為參照，支持直角坐標(biāo)、球面坐標(biāo)、柱面坐標(biāo)、極坐標(biāo)輸入法。對(duì)于一般平面圖形還是以相對(duì)坐標(biāo)法、距離法為主要的數(shù)據(jù)輸入方式。其在三維造型功能上，曲線基本未超過圓的方程，簡單易學(xué)，尚不能廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)，況且，該軟件在數(shù)控仿真方面才剛剛起步。AutoCAD軟件目前主要應(yīng)用于機(jī)械制造、建筑、礦山等行業(yè)的二維工程圖的繪制（俗稱三視圖及軸測(cè)圖），由于簡單易學(xué)，界面簡潔，文字、標(biāo)注、打印等樣式靈活可調(diào)，因此，AutoCAD軟件在工程行業(yè)廣受歡迎。

2、AutoCAD繪圖過程：一般來說，工程圖須采用正投影、單線條構(gòu)圖，工程圖在投影關(guān)系、畫法、文本格式等居多方面各個(gè)國家都有嚴(yán)格的要求。AutoCAD正是由此應(yīng)運(yùn)而生的一款軟件。我總結(jié)該軟件繪圖過程是：啟動(dòng)命令單擊起點(diǎn)（或稱前點(diǎn)）命令選項(xiàng)單擊透明命令輸入數(shù)據(jù)單擊終點(diǎn)結(jié)束，反復(fù)重復(fù)上述操作步驟。上述繪圖過程中，對(duì)于一些簡單的操作命令，命令選項(xiàng)、單擊透明命令兩步驟可省略，輸入數(shù)據(jù)步驟有時(shí)可用自動(dòng)捕捉、鼠標(biāo)點(diǎn)擊代替。顯然，上述基本繪圖過程簡單易記，容易讓操作者形成一定的習(xí)慣，也便于學(xué)習(xí)掌握，但是， AutoCAD軟件包含太多的命令、 步驟，幾乎每條線需要由一個(gè)命令來構(gòu)圖，在較多采用圓弧連接的圖例中，有時(shí)還需要繪制輔助線找出定位點(diǎn)，加之，后期的編輯修改類似于上述繪圖操作步驟也有較大的工作量，這就使得其繪圖過程較ProE軟件慢一些。

3、AutoCAD平面圖特點(diǎn)：其一，盡管AutoCAD支持位圖輸入、輸出（2004版本以后），其主要構(gòu)圖元素仍然是點(diǎn)、直線、圓類曲線，且為矢量線性，保真度很高，可滿足于工程界的測(cè)繪、打印的需要；其二，AutoCAD平面圖形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各圖元之間的相對(duì)位置關(guān)系不易產(chǎn)生滑變，便于編輯修改和分析研究；其三，在不使用內(nèi)置模塊時(shí)，也能制作出符合各個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)的工程圖樣來；其四，在需要出圖的其他學(xué)科，可以作為輔助教學(xué)手段使用，如：《機(jī)械制圖》、《機(jī)械基礎(chǔ)》、《平面幾何》等多媒體教學(xué)和試題制作；其五，AutoCAD平面圖繪圖過程有時(shí)比ProE草繪圖繁復(fù)一些。

三、ProE草繪圖特點(diǎn)

1、ProE軟件簡介：ProE軟件由美國PTC公司開發(fā)，1988年推出。該軟件集CAD（設(shè)計(jì)）、CAM（制造）、CAE（仿真）三大功能于一體，可謂是一款全方位的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件。我們可以用它進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、零件裝配、模具制造等工作，但是，不同的功能必須在不同的模塊下進(jìn)行操作。ProE草繪圖既是一個(gè)單獨(dú)的模塊，也融匯于3D建模過程中經(jīng)常被使用。ProE草繪圖可作為SEC格式文件單獨(dú)保存。

2、ProE草繪圖繪制過程簡述：我總結(jié)ProE草繪圖繪圖過程是：啟動(dòng)命令單擊起點(diǎn)單擊終點(diǎn)結(jié)束反復(fù)重復(fù)上述步驟修改參數(shù)約束、編輯、修剪。其中，修改參數(shù)、約束、編輯、修剪這幾個(gè)步驟比AutoCAD的繪圖、編輯過程快捷很多。

3、ProE草繪圖特點(diǎn)：其一，其主要構(gòu)圖元素為點(diǎn)、直線、二次曲線，且為矢量線性，保真度亦很高；其二，ProE草繪圖的線型、顏色單調(diào)，不能滿足于工程圖的各種格式要求；其三，由于是參數(shù)化構(gòu)圖，各圖元除了保持各自的方程特性和約束特性外，各圖元之間在鼠標(biāo)碰觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生滑變，即，定位尺寸和定形尺寸容易發(fā)生變化，因?yàn)槎ㄎ怀叽绾投ㄐ纬叽缍紝儆诳烧{(diào)參數(shù)；其四，ProE草繪圖盡管可作為獨(dú)立的SEC格式文件保存，一般不能被工程上單獨(dú)使用，它通常被用作3D建模的過程圖；其五，總體上看，ProE草繪圖繪圖過程比AutoCAD平面圖繪圖過程快捷些。

四、比較法教學(xué)實(shí)例

1、分別在ProE草繪圖和AutoCAD平面圖中繪制下列五角星（圖1）。

[操作過程簡述] 在AutoCAD平面圖中，單擊line命令，單擊起點(diǎn)，用相對(duì)極坐標(biāo)輸入法輸入數(shù)值（略），至結(jié)束。在ProE草繪圖中，單擊“兩點(diǎn)線”按鈕，連續(xù)畫出五條直線，結(jié)束，附加五條直線“相等”約束，修改參數(shù)（長度、角度）。

[比較結(jié)果] AutoCAD平面圖用相對(duì)極坐標(biāo)法輸入數(shù)值過程需較長時(shí)間，不如ProE草繪圖繪制過程快捷、易掌握。

2、分別在ProE草繪圖和AutoCAD平面圖中繪制下列三視圖（圖2），無需標(biāo)注尺寸。

[操作過程] 述略。

[比較結(jié)果] 由于不必標(biāo)注尺寸，AutoCAD平面圖通過使用極軸追蹤、對(duì)象捕捉手法，繪圖速度比ProE草繪圖快捷。ProE草繪圖必須通過修改參數(shù)完成繪圖，速度慢一些，并且，系統(tǒng)自動(dòng)生成許多弱尺寸，使得圖面不夠簡潔。

五、結(jié)論

1、AutoCAD軟件界面簡潔明了，具備中學(xué)數(shù)理水平的學(xué)習(xí)者可以較快掌握AutoCAD平面圖繪制方法。ProE草繪圖也是如此。但ProE其他模塊的學(xué)習(xí)則需要較高的知識(shí)準(zhǔn)備，在此不贅述。

篇3

中圖分類號(hào)：TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-2738（2011）12-0288-01

摘要：我們?cè)谶@篇論文當(dāng)中描述了一個(gè)可以自動(dòng)生成卡通風(fēng)格動(dòng)畫角色著色技術(shù)，我們的方法需要我們制定shader，并使其根據(jù)模型形體自動(dòng)辨別邊界并進(jìn)行著色處理。我們解決了具體的問題包括 卡通模型技術(shù)，法線貼圖技術(shù)以及動(dòng)態(tài)光影生成技術(shù)，結(jié)果直觀而簡單。

關(guān)鍵詞：日式動(dòng)畫風(fēng)格；非真實(shí)感渲染；賽璐珞著色法

一、概述

由于傳統(tǒng)的手工上色耗費(fèi)大量的時(shí)間以及成本，數(shù)字化的無紙動(dòng)畫上色也僅僅是將制作過程變成手工計(jì)算機(jī)上色，仍然需要耗費(fèi)大量的人工時(shí)間以及成本。對(duì)于這種情況我們希望能夠出現(xiàn)一種技術(shù)可以減少這種勞動(dòng)密集型的上色修型作業(yè)，提高效率，同時(shí)進(jìn)一步改善并統(tǒng)一動(dòng)畫圖形品質(zhì)，減少項(xiàng)目的運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)。

文介紹了一種卡通動(dòng)畫渲染技術(shù)，使得上色過程自動(dòng)化，如圖1左邊我們對(duì)角色進(jìn)行數(shù)字化建模的過程，運(yùn)用我們的算法使得三維角色擁有和二維角色近乎一樣的視覺特征。

圖1：從我們使用數(shù)字動(dòng)畫軟件對(duì)二維角色進(jìn)行數(shù)字模型化，我們運(yùn)用抽象的渲染風(fēng)格技術(shù)進(jìn)行渲染，會(huì)讓人聯(lián)想到是卡通手繪的角色

在該技術(shù)研究中我們采用較為成熟的日式卡通風(fēng)格，來作為衡量我們技術(shù)實(shí)用性，通過我們制定shader以及數(shù)字模型來生成日式卡通二維效果，同時(shí)我們還可以訪問以及修改shader的參數(shù)，例如顏色，高光特性，對(duì)比關(guān)系，等參數(shù)控制最終的渲染結(jié)果。同時(shí)我們改進(jìn)相關(guān)的流程使得流程高效易用，并能很好的適用于實(shí)際的商業(yè)動(dòng)畫項(xiàng)目中。

二、相關(guān)工作

1.建立角色模型。

我們通過建立三維幾何體描述需要生成圖形的造型形象。對(duì)我們來說具體使用哪一種建模方法并不重要，因?yàn)殇秩舅惴ū旧硎峭ㄓ玫?，運(yùn)用不同的算法我們可以計(jì)算真實(shí)感圖形以及非真實(shí)感圖形的計(jì)算。我們知道我們一般所制作的數(shù)字模型都是依據(jù)真實(shí)的光照標(biāo)準(zhǔn)來制作的。這種數(shù)學(xué)模型稱為光照模型，這種模型可以用描述物體表面光強(qiáng)度的物理公式推導(dǎo)出來。給予計(jì)算機(jī)生成的圖形最基本的真實(shí)性。但是三維數(shù)字卡通形象都是以非真實(shí)效果存在的，這就需要我們按照卡通渲染算法對(duì)光照模型的進(jìn)行適當(dāng)修改，已滿足最終渲染效果的需要。所謂卡通渲染的基本元素，就是“輪廓線和較統(tǒng)一的著色”。依據(jù)卡通圖形的基本特征我們將從著色以和勾線這兩方面來解決問題。

2.著色處理

給三維角色著色處理，需要我們考慮兩個(gè)方面。一個(gè)是物體本身的顏色紋理，二是環(huán)境光照情況。而且對(duì)于日式卡通渲染圖形來說，重點(diǎn)是在顏色光與影的變化，對(duì)紋理的要求比較少見。因此，對(duì)于我們卡通角色著色的討論主要集在光照顏色和陰影顏色上。通常情況，當(dāng)光線照在物體上的時(shí)候，物體的顏色會(huì)依據(jù)光照強(qiáng)度的衰減出現(xiàn)平滑的明暗變化，這會(huì)讓物體看起來更為真實(shí)，而我們卡通渲染則需要離散這種光照，使得光與影能夠明顯的區(qū)分出來，且參數(shù)可以隨意控制光和影的色值，簡單的做法就是給光照強(qiáng)度限制范圍 也就是我們常說的非線性光照（如圖3 B），非線性光照是卡通渲染的重要特征。

圖3

A真實(shí)光照中平滑的光影過度層次

B卡通渲染當(dāng)中離散光照過度層次

非線性光照使圖像區(qū)別于真實(shí)感圖像所存在平滑過渡效果，這會(huì)讓我們很容易想到的一種解決方法是直接采用紋理貼圖，但是這種靜紋理貼圖局限性比較多，如不能夠根據(jù)光照變化而產(chǎn)生變化，在很多地方會(huì)限制效果的發(fā)揮，大部分時(shí)候需要光影動(dòng)態(tài)計(jì)算方式，使得整體畫面視覺效果統(tǒng)一。

3.勾線

運(yùn)用3D技術(shù)來為三維角色生成理想的輪廓線，是我們研究的重點(diǎn)，基本的要求是用黑色像素沿著物體的輪廓和邊緣進(jìn)行填色

當(dāng)視角點(diǎn)改變時(shí)，輪廓線也跟隨改變正確的渲染和計(jì)算。

下面是我提出的模擬手繪渲染邊線的解決辦法。

我們處理的思路是：采用取樣像素級(jí)法線信息，將顏色信息和法線信息分別輸出到兩個(gè)渲染目標(biāo)紋理。再獲得了法線和顏色的渲染目標(biāo)紋理后，利用這2個(gè)紋理做處理：判斷臨近的像素的法線的方向是否差別很多，如果很大，就是具有輪廓的地方，用黑色填充，否則作為顏色處理，對(duì)于顏色信息，就是正常渲染模型，法線信息就是計(jì)算三維物體在攝像機(jī)下空間坐標(biāo)XYZ，并使用三元屬性RGB顏色值表示，由于法線信息是三元浮點(diǎn)信息，而圖形渲染格式則可擁有4個(gè)通道，所以多出來的一個(gè)通道可以記錄其他信息，如模型id號(hào)，根據(jù)id號(hào)不一致情況 這樣可以檢測(cè)是否處是外輪廓。

等然后在這個(gè)物體上進(jìn)行輪廓描邊，渲染出較為理想的輪廓線。用這種方法渲染的最終效果是只有邊線的模型圖，獨(dú)立的渲染邊緣線好處就是可以獨(dú)立的處理這些邊緣線效果，我們可以按照自己預(yù)期的藝術(shù)效果，對(duì)渲染出的輪廓線進(jìn)行手工二次修改或修正。

運(yùn)用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：一是運(yùn)用計(jì)算機(jī)批量生成動(dòng)畫線稿的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，這比用傳統(tǒng)手繪動(dòng)畫的方法效率高得多，不需要太多的勾線人員，省時(shí)省力，節(jié)約成本和大量的制作時(shí)間；二是與全3D動(dòng)畫相比，技術(shù)要求門檻比較低，即使在渲染中出現(xiàn)錯(cuò)誤也可以快速修正過來。三是這種方法易于修改 可以更具需求制作如水墨線， 水彩 ，油畫等勾邊效果。

4.其他處理。

所研究的這種渲染方法還可以做進(jìn)一步延伸：通過限制制作normal map貼圖來提升角色細(xì)節(jié)，使得模型面數(shù)大大降低，

通過用最少的點(diǎn)、線、面建模提高運(yùn)行效率。渲染出明確、清晰的輪廓線和陰影線，以便于進(jìn)行2D 手繪填色，或?qū)吘壿喞€添加手繪貼圖材質(zhì)，直接渲染出有手繪效果的線條。與手繪相比，由渲染貼圖生成的線條或用繪圖板在圖形軟件中繪制的線條缺少了個(gè)性化的特點(diǎn)。運(yùn)用后期來處理來勾線提藝術(shù)家自由發(fā)揮的空間。

三、結(jié)論

我們已提出了二維風(fēng)格渲染方法，這些都源運(yùn)用不同的算法控制技術(shù)，使得模型能夠產(chǎn)生色彩邊界，強(qiáng)調(diào)形狀以及邊界，使得能夠表現(xiàn)各類非真實(shí)效果 。 我們通過這種方法模擬，使用程序化的三維渲染技術(shù)與傳統(tǒng)手工動(dòng)畫角色視覺表現(xiàn)幾乎一致，與傳統(tǒng)手繪角色同樣具有表現(xiàn)力。我們的方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：該技術(shù)易于使用并可很好的整合在動(dòng)畫制作流程當(dāng)中，成本相對(duì)于傳統(tǒng)動(dòng)畫方法低廉很多，即使剛成立的小型動(dòng)畫工作室也可以利用這種方法快速的制作出高品質(zhì)二維動(dòng)畫出來。運(yùn)用這種方法和技術(shù)，充分利用計(jì)算機(jī)的資源，減少勞動(dòng)密集型的傳統(tǒng)動(dòng)畫作業(yè)方式，提升效率降低動(dòng)畫項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營成本。雖然該技術(shù)仍然還有一定的局限性，需要制作人員針對(duì)不同鏡頭和不同情況做細(xì)致的參數(shù)調(diào)整，雖然這些參數(shù)需要被手動(dòng)設(shè)定，但也意味著為制作人員提供了更多的控制。盡管有些限制，我們的方法和流程會(huì)產(chǎn)生人信服程二維卡通角色。

本課題系南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院科研立項(xiàng)項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn):

[1] David S, Texturing and Modeling [j],Morgan Hofmann; (2003年1月4日).

[2] Kelly Dempski ,Advanced Lighting and Materials with Shaders [j].

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創(chuàng)客課程方向分析

創(chuàng)客類的課程應(yīng)該涵蓋哪些方向？目前并沒有很明確的定義。雖然創(chuàng)客們的作品種類復(fù)雜，包羅萬象。但是，我們從創(chuàng)客們研究的方向還是大致可以看出一些特征。

1.跨學(xué)科

創(chuàng)客的研究方向，基本上都打破了學(xué)科的界限，如生物藝術(shù)的作品，不僅和生物、藝術(shù)相關(guān)，更是結(jié)合了電子、控制、網(wǎng)絡(luò)等。其實(shí)，學(xué)科本來就是人為劃定的，在生活應(yīng)用中，往往都需要用綜合的學(xué)科知識(shí)去解決一些具體問題。這也是最近STEM、STEAM、STEM+教育思潮如此受人關(guān)注的原因。

2.智能化

創(chuàng)客們喜歡玩新技術(shù)，智能控制技術(shù)當(dāng)然是最受歡迎的。互動(dòng)媒體、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備，無論哪一種，看起來都挺酷。Arduino把單片機(jī)開發(fā)技術(shù)降到了最低，因而成為了創(chuàng)客們的神器。

3.軟硬結(jié)合

很少看到哪位創(chuàng)客的作品是純粹的軟件，或者純粹的硬件。智能化的特點(diǎn)，幾乎體現(xiàn)了創(chuàng)客們軟硬兼施的技術(shù)高度。在他們的眼里，電子技術(shù)和編程技術(shù)本來就是密不可分的基本技術(shù)。

創(chuàng)客課程校本化可能

因?yàn)樵诋?dāng)前的國家課程設(shè)置中，并沒有劃出綜合類的課程，綜合實(shí)踐活動(dòng)僅僅定位在活動(dòng)，而難以實(shí)施創(chuàng)客類課程。更為遺憾的是，高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，把信息技術(shù)和通用技術(shù)分為不同的課程，導(dǎo)致了智能化、軟硬結(jié)合的課程找不到對(duì)應(yīng)的位置。因此，要開展創(chuàng)客類課程，只能通過校本課程的形式開展了。

校本課程是與國家課程、地方課程相對(duì)應(yīng)的，以學(xué)校為本位的，由學(xué)校自行確定開發(fā)的課程。作為國家課程的補(bǔ)充，信息技術(shù)校本課程開發(fā)大致可以分為兩種思路：①在技術(shù)廣度方面進(jìn)行拓展。這類課程主要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科興趣和學(xué)科素養(yǎng)，了解和體驗(yàn)學(xué)科知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用以及國內(nèi)外前沿性的最新應(yīng)用，樹立推動(dòng)信息技術(shù)未來發(fā)展的共同愿景。②在技術(shù)深度方面進(jìn)行挖掘。這類課程主要通過項(xiàng)目或者專題的形式，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)某一領(lǐng)域開展深入探究與實(shí)踐，體驗(yàn)運(yùn)用信息技術(shù)解決實(shí)際問題的方法和過程，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)和綜合能力。

創(chuàng)客類課程一般以第二種方式開發(fā)，但是考慮到2004年出臺(tái)的高中信息技術(shù)課標(biāo)已經(jīng)嚴(yán)重滯后，與當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展脫節(jié)。所以很多課程會(huì)結(jié)合兩種開發(fā)思路的特點(diǎn)，既有廣度的拓展，又有深度的挖掘，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互動(dòng)媒體技術(shù)、智能家居技術(shù)、手機(jī)編程和3D打印等。那么，創(chuàng)客類校本課程的開發(fā)可以選擇哪些技術(shù)平臺(tái)？下面對(duì)一些技術(shù)平臺(tái)進(jìn)行介紹，通過這些技術(shù)平臺(tái)，我們能夠看到開源軟件和開源硬件推動(dòng)下的信息技術(shù)教學(xué)，正在從邏輯世界（程序語言）走向電子世界（可編程集成電路），最終通過3D打印等原型或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)構(gòu)建工具，走向改變世界的原子世界。

1.邏輯世界：圖形化語言到代碼語言

（1）Scratch類

Scratch是一款由麻省理工學(xué)院 （MIT） 設(shè)計(jì)開發(fā)的面向兒童的簡易編程工具。Scratch雖然采用積木堆砌的形式編寫程序，但是功能十分強(qiáng)大，支持?jǐn)?shù)組、事件驅(qū)動(dòng)、多線程編程，具備了面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言的基本特點(diǎn)。難得的是，Scratch提供了外部傳感器和樂高WEDO系列馬達(dá)、傳感器的接口，只要拖拽指令塊圖標(biāo)，就可以制作出各種有趣的互動(dòng)作品。Scratch2.0加入了攝像頭識(shí)別和自定義模塊功能，還支持第三方的插件，功能更加強(qiáng)大。對(duì)青少年來說，用Scratch開發(fā)各種創(chuàng)客作品，是非常好的選擇。

Scratch是一款開源軟件，在推廣過程中衍生了好多款修改版本，如S4A、Labplus等。S4A是Scratch for Arduino的縮寫，主要提供對(duì)Arduino和Andriod的支持：采用Arduino作為傳感器和執(zhí)行器的控制平臺(tái)，提供了6組模擬輸入和2組數(shù)字輸入接口，以及舵機(jī)輸出和數(shù)字輸出接口；提供了基于HTTP協(xié)議的遠(yuǎn)程傳感器功能和安卓手機(jī)的配套程序，可以組網(wǎng)互動(dòng)，也可以和智能手機(jī)進(jìn)行互動(dòng)。Labplus則是國內(nèi)教育企業(yè)盛思使用的Scratch的修改版，可以支持直流馬達(dá)輸出，能以更低的成本和技術(shù)門檻讓學(xué)生體驗(yàn)軟硬件互動(dòng)。

（2）App Inventor

App Inventor的中文意思是“應(yīng)用程序發(fā)明家”，是谷歌公司Google Lab項(xiàng)目中的一部分，稱為“Google AppInventor”。Google App Inventor是谷歌公司致力于完全在線的可視化編程而打造的一項(xiàng)Arduino手機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)工具。當(dāng)時(shí)，該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人Hal Abelson是麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的一位計(jì)算機(jī)科學(xué)教授。2012年，麻省理工學(xué)院（MIT）正式接手谷歌公司的App Inventor項(xiàng)目，將其更名為“MIT App Inventor”，并繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)且對(duì)公眾開放使用。目前，MIT App Inventor的第二版本支持應(yīng)用程序在手機(jī)和平板上的開發(fā)。因?yàn)榫幊涕T檻低，世界各地有很多教師開發(fā)了基于App Inventor的手機(jī)編程課程。

（3）Processing

Processing是由美國麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT Media Lab）美學(xué)與運(yùn)算小組（Aesthetics Computation Group）的Casey Reas與Ben Fry創(chuàng)立的一款專為設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家使用的編程語言。Processing在電子藝術(shù)的環(huán)境下介紹程序語言，并將電子藝術(shù)的概念介紹給程序設(shè)計(jì)師。通過它無需太高深的編程技術(shù)，便可以實(shí)現(xiàn)夢(mèng)幻般的視覺展示及媒體交互作品。同時(shí)，Processing也可結(jié)合Arduino等相關(guān)硬件，制作出令人驚艷的互動(dòng)作品。

2.電子世界：軟硬件聯(lián)合編程

當(dāng)創(chuàng)客類課程進(jìn)入電子世界之后，軟件環(huán)境和可編程硬件被完美結(jié)合起來，如Arduino既是一個(gè)開源硬件的名字，也是這款開源硬件編程的語言的名字，軟件和硬件的界限通過編程語言變得模糊起來，軟硬件聯(lián)合編程教學(xué)成為了創(chuàng)客類校本課程開發(fā)的新方向。

（1）Arduino

Arduino是一個(gè)基于開放源碼的軟硬體平臺(tái)，具有類似Java、C語言的開發(fā)環(huán)境。因源碼開放和價(jià)格低廉，Arduino目前廣泛地應(yīng)用于歐美等國家和地區(qū)的電子設(shè)計(jì)及互動(dòng)藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，得到了Make magazine等出版物和Instructable等網(wǎng)站的認(rèn)可和推薦。Arduino被稱為“科技藝術(shù)”，作為一種新“玩具”，甚至新的藝術(shù)載體，吸引了各個(gè)領(lǐng)域的人們加入到Arduino的神奇世界里來。國內(nèi)外已經(jīng)有人開發(fā)了多款基于圖形化界面的Arduino編程環(huán)境或者插件，如Modkit、Ardublock等，為Arduino的推廣普及作出了積極的貢獻(xiàn)。

（2）pcDuino

pcDuino是PC和Arduino的結(jié)合體。pcDuino使用A20處理器，運(yùn)行速度達(dá)到1GHz，自帶1G的BDRAM和2GB的Flash，支持Ubuntu和Android，接上鼠標(biāo)鍵盤和顯示器就是一臺(tái)迷你PC，尺寸有手掌大小，重量相當(dāng)于半個(gè)雞蛋。pcDuino最大的優(yōu)勢(shì)是兼容Arduino，借助Arduino豐富的擴(kuò)展板卡和傳感器資源，pcDuino就成了一臺(tái)能直接控制各類電子元件的計(jì)算機(jī)，在互動(dòng)媒體方面，應(yīng)用空間很大。pcDuino還能運(yùn)行修改版的Scratch，學(xué)生通過Scratch就能控制傳感器、馬達(dá)等外部設(shè)備。利用pcDuino做一個(gè)基于WiFi的遠(yuǎn)程控制機(jī)器人是很輕松的事情。pcDuino上面可以支持Scratch依據(jù)測(cè)控板的信息輸入做出馬達(dá)、LED輸出，因此使用pcDuino可以和Scratch測(cè)控板整合起來，構(gòu)成一個(gè)完整的、可移動(dòng)的機(jī)器人控制環(huán)境。

（3）Microduino

Microduino的尺寸比Arduino更小，相當(dāng)于一個(gè)大的方形紐扣，由北京的一位大學(xué)實(shí)驗(yàn)室教師最先開發(fā)。和Arduino的故事類似，迅速集結(jié)了一批開發(fā)者，幫助其添加功能。其尺寸上的優(yōu)勢(shì)使得它堆疊的效果和產(chǎn)品級(jí)別的電路板的功能及尺寸毫無區(qū)別，加之成本優(yōu)勢(shì)，使得很多產(chǎn)品沒有必要生產(chǎn)定制的電路板。依據(jù)其設(shè)計(jì)的校本課程可以直接稱為電子產(chǎn)品制造而不是電子產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)。

3.原子世界：從掃描、設(shè)計(jì)到打印

（1）Kinect和Leap Motion

Kinect是微軟開發(fā)的3D體感攝影機(jī)，具備即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入和語音辨識(shí)等功能。微軟的宣傳標(biāo)語說：“你的身體就是控制器”。Kinect的出現(xiàn)不僅帶來了一種新的游戲操控體驗(yàn)，由之引發(fā)的讓機(jī)器“讀懂人”的交互方式，也正引領(lǐng)人機(jī)交互技術(shù)的新一輪變革。Leap Motion是一款體積僅一包口香糖大小的體感控制器。通過USB連接計(jì)算機(jī)后，它會(huì)創(chuàng)造出一個(gè)4立方英尺的工作空間。在這個(gè)空間里，10根手指的動(dòng)作都會(huì)被即時(shí)追蹤，誤差在0.01毫米以內(nèi)，最大頻率是每秒鐘290幀，精確度相當(dāng)于Kinect的200倍。這樣的精準(zhǔn)程度足夠保證用戶順利完成如pinch-to-zoom或控制3D渲染物體等操作。當(dāng)Leap Motion首次亮相之時(shí)，外界認(rèn)為它承載了一個(gè)新穎而獨(dú)特的計(jì)算機(jī)用戶體驗(yàn)――通過揮舞手指或拳頭來和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互。和Kinect一樣，Leap Motion也提供了SDK，可以二次開發(fā)。

利用Kinect和Leap Motion，可以開發(fā)手勢(shì)識(shí)別、體感控制之類的課程，但是不用擔(dān)心其開發(fā)語言是否過于復(fù)雜。早有人寫好了Kinect for Scratch和Leap Motion for Scratch的第三方插件。用Scratch就能研究手勢(shì)識(shí)別、體感控制之類的課程了。使用Kinect可以制作3D掃描儀，直接輸出物品的3D模型，可以用SketchUp做進(jìn)一步的加工，最后用3D打印機(jī)輸出出來。

（2）SketchUp

SketchUp是一款三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具，但是因?yàn)槠渲С謱?dǎo)出STL文件，成為3D設(shè)計(jì)的最好選擇之一。比起Solidworks、UG等專業(yè)級(jí)工具來說，數(shù)十兆大小的SketchUp在普通配置的計(jì)算機(jī)中可以流暢運(yùn)行。目前，SketchUp常常用于通用技術(shù)課的三視圖繪制。而如果要求不高，小學(xué)生用SketchUp畫出一些小零件并用3D打印機(jī)打印出來，并不是一件難度很高的事。

（3）3D打印機(jī)

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關(guān)鍵詞：非物質(zhì)文化遺產(chǎn)；非遺視覺資源；大數(shù)據(jù)；數(shù)字圖書館

中圖分類號(hào)： G254.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI：10.11968/tsyqb.1003-6938.2016092

Abstract Visual resources of intangible cultural heritage， such as text， images， audio and video， and 3D models of digitization system have become an important carrier of information. Research on digitalization technologies of visual intangible cultural heritage resources contributes to the promotion of intangible cultural heritage protection. Based on an analysis of present situation in the protection of intangible cultural heritage， methods are put forward for the acquisition， organization， understanding and description of the visual resources of intangible cultural heritage and visual search and interaction patterns are analyzed from the perspective of case analysis.

Key words intangible cultural heritage（ICH）； ICH visual resources； big data； digital library

1 引言

人類所接受的信息源中超過80%的信息來自于視覺通道（主要包含文本、圖像、視頻與幾何模型等），作為承載視覺通道的信息資源類型稱之為視覺資源。隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的逐步完善和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，以文本、圖像、音視頻和3D模型等為代表的視覺資源逐漸成為數(shù)字圖書館最為重要的信息載體，在非物質(zhì)文化遺產(chǎn)（Intangible Cultural Heritage，ICH，以下簡稱“非遺”）數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用體系中也不例外。

非遺作為人類世代相傳、與人類生存生活密切相關(guān)的文化表現(xiàn)形式、傳承方式和文化空間，由于其自身所帶的系統(tǒng)性、無形性、復(fù)雜性和漸變性等特殊屬性[1]，使非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用難度較大。而非遺視覺資源除了擁有上述自然屬性之外，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下更是增添了數(shù)據(jù)量大、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化、縱深緯度高、語義關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)和語義時(shí)空性等附屬特征，使得非遺視覺資源的高效處理、內(nèi)容理解和交互反饋就成為需要解決的難點(diǎn)問題，而非遺視覺資源的有效獲取、系統(tǒng)組織與結(jié)構(gòu)化描述就成為亟待解決的首要問題。因此，本文從優(yōu)化非遺視覺資源的獲取、組織與描述方式的角度出發(fā)，致力于研究大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織和描述過程，建立相應(yīng)的模型，針對(duì)知識(shí)類和實(shí)體類非遺視覺資源提出相應(yīng)的獲取、組織和描述方法。

2 非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外關(guān)于非遺保護(hù)的研究成果非常多，從非遺的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性分析，到非遺的綜合管理，也都出現(xiàn)了許多系統(tǒng)研究的專著。但專門針對(duì)非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用方面的研究并不多，尤其是關(guān)于大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)、非遺視覺資源開發(fā)利用等方面研究更少。

數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用是非遺保護(hù)非常重要的研究領(lǐng)域。自20世紀(jì)90年代以來，國際社會(huì)和世界各國開始將數(shù)字化項(xiàng)目作為發(fā)展非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的主要策略。如聯(lián)合國教科文組織推行的“世界的記憶”計(jì)劃、日本奧茲大學(xué)的“獅子舞”數(shù)字化保護(hù)工程、芝加哥大學(xué)與西安大略湖大學(xué)的“Sulman 木乃伊工程”等。我國非遺數(shù)字化保護(hù)研究現(xiàn)已進(jìn)入到飛速發(fā)展階段，各種數(shù)字化保護(hù)平臺(tái)、技術(shù)與工具層出不窮、琳瑯滿目[2]。如 “中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字博物館”、 “中國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)與研究網(wǎng)”[3]、“湖南紙影戲藝術(shù)數(shù)字化博物館”、“山西地方戲劇文物文獻(xiàn)資源數(shù)據(jù)庫”等[4]。為了解和掌握非遺資源，我國會(huì)定期開展全國性非遺普查，采用田野調(diào)查、非遺傳承人與專家訪談、掃描、拍攝等多種手段相結(jié)合的方式，獲取了大量極具文化、歷史和科研價(jià)值，以文本、圖像與音視頻等視覺資源為主的非遺大數(shù)據(jù)資源[5]，這一過程使得視覺資源逐漸成為非遺數(shù)字化保護(hù)體系的主要信息載體[6]，因此，國內(nèi)外已有相關(guān)技術(shù)研究主要是圍繞非遺視覺資源的獲取、組織和描述等方面展開，主要集中在以下三個(gè)方面：

（1）非遺視覺資源數(shù)字化技術(shù)工具的選擇與評(píng)價(jià)研究。如何選擇恰當(dāng)?shù)囊曈X資源數(shù)字化技術(shù)、方法對(duì)非遺視覺資源進(jìn)行獲取、組織、描述和整理，是非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。Cheng[7]、余日季[8]等分析了虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)在非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究中的應(yīng)用，并提出通過三維重建、恢復(fù)與模擬等方式來推進(jìn)非遺數(shù)字化保護(hù)、傳承與傳播；Massimiliano等[9]認(rèn)為3D技術(shù)應(yīng)該在非遺數(shù)字化保護(hù)領(lǐng)域得到廣泛的發(fā)展和充分的應(yīng)用；夏立新等[10]從關(guān)聯(lián)標(biāo)簽的角度對(duì)非遺圖片資源之間的標(biāo)簽關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了研究，并采用可視化方法對(duì)非遺圖片資源的主題特征進(jìn)行了多元化展示；程秀峰等[11]則對(duì)舞蹈類非遺視覺資源的存在形式與類型進(jìn)行了調(diào)研，提出采用社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽（SNA）形式來揭示非遺視覺資源之間的隱性知識(shí)關(guān)聯(lián)。此外，宋麗華[4]、劉勐[12]、林毅紅[13]、彭冬梅[14]等均探討了不同的數(shù)字化保護(hù)方法、工具在非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)中的應(yīng)用，對(duì)黎族傳統(tǒng)紡染織工藝、甘肅“花兒”藝術(shù)、剪紙藝術(shù)等非遺數(shù)字化保護(hù)平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)。

（2）非遺視覺資源數(shù)字化保存機(jī)制研究。國內(nèi)外非遺視覺資源收藏機(jī)構(gòu)都在充分利用信息技術(shù)來整理、獲取、組織、處理和展示其豐富的非遺資源，從而確保了非遺視覺資源數(shù)字化長期保存和多元化展示成為其重要的研究主題。從非遺視覺資源數(shù)字化保存研究現(xiàn)狀來看，當(dāng)前主要研究重心集中在非遺視覺資源數(shù)字化保存的元數(shù)據(jù)技術(shù)和方法方面。如Athanasios等[15]就非遺視覺資源數(shù)學(xué)建模與元數(shù)據(jù)集成問題進(jìn)行了研究；Noriko等[16]分析了異構(gòu)非遺視覺資源（如戲曲、舞蹈、建筑、繪畫等）在線獲取的元數(shù)據(jù)方法；Regina等[17]對(duì)非遺視覺資源元數(shù)據(jù)格式、標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)問題進(jìn)行了分析。

（3）非遺視覺資源數(shù)字化服務(wù)研究。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字影像掃描與傳感、三維數(shù)字建模、虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、可視化等技術(shù)的發(fā)展，非遺視覺資源數(shù)字化建設(shè)項(xiàng)目逐漸具備了多元化、嵌入式、協(xié)作化的知識(shí)服務(wù)與可視化共享功能，尤其是與視覺資源整合、開放式文化教育、自主交互式工具有機(jī)結(jié)合起來后，極大地推動(dòng)了非遺視覺資源的數(shù)字化服務(wù)模式和服務(wù)內(nèi)容。

3 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織與描述方法研究

3.1 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)的新問題

在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，海量、異構(gòu)的非遺視覺資源內(nèi)容中，包含了對(duì)復(fù)雜、多元化的客觀物理類非遺資源的多角度、全方位的映射與表達(dá)，可以讓人們體驗(yàn)到更加客觀、真實(shí)、全面的非遺視覺資源展示與感知，從而為非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)與服務(wù)提供更加有效的支撐，有效推動(dòng)非遺的全面保護(hù)與活態(tài)傳承，促進(jìn)非遺客觀物理空間與虛擬服務(wù)世界的有機(jī)融合。這些非遺視覺資源是來源于現(xiàn)實(shí)世界中客觀事物，彼此之間蘊(yùn)含著密切的、復(fù)雜的時(shí)空關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過對(duì)非遺視覺資源的這些時(shí)空關(guān)聯(lián)信息的分析、處理和整合，就可以清晰地組織、描述和可視化展示非遺保護(hù)、傳承與服務(wù)的時(shí)空變遷。通過對(duì)非遺視覺大數(shù)據(jù)資源的動(dòng)態(tài)挖掘、深度學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)分析，使得許多與人類認(rèn)知相契合的非遺數(shù)字化保護(hù)與服務(wù)的工具、技術(shù)和平臺(tái)也層出不窮，如王蒙等[18]基于主題圖理論和方法，以京劇與昆曲為例，建立了非遺信息資源主題圖模型；陳路遙等[19]以“歌仔戲”為例，提出了一種基于關(guān)鍵事件技術(shù)的非遺信息資源的組織方法與可視化展示技術(shù)。

一方面，由于視覺大數(shù)據(jù)資源因其自身特性，對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)的有序化傳播、系統(tǒng)化整合、集約化管理、有效組織與描述提出了巨大的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)非遺資源相比，非遺視覺大數(shù)據(jù)資源除了具有時(shí)空信息復(fù)雜、語義關(guān)聯(lián)多樣化、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)之外，還具有數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、動(dòng)態(tài)變化性、無序性、實(shí)時(shí)性等特征，使得大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的分析和處理具有一定的難度和復(fù)雜性。

另一方面，由于非遺視覺資源的來源具有不確定性、異構(gòu)性和時(shí)空關(guān)聯(lián)性，視覺資源本身也不易組織和整合，因此，如何進(jìn)行視覺資源的高效獲取、組織和描述也是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的基礎(chǔ)性問題。同時(shí)，隨著非遺規(guī)模與類型的逐漸發(fā)展和壯大，非遺視覺資源的規(guī)模和種類也在不斷增長，尤其在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，三元空間融合下的非遺數(shù)字化保護(hù)體系在不斷產(chǎn)生著無數(shù)的非遺視覺資源，只有對(duì)其所蘊(yùn)含的內(nèi)容進(jìn)行有效獲取與組織、深度理解與結(jié)構(gòu)化描述，才有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的深度分析和有效利用。

因此，大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用研究，需要從非遺視覺資源的獲取、組織、理解和結(jié)構(gòu)化描述等方面進(jìn)行研究與分析。

3.2 非遺視覺資源的獲取與組織方法

非遺資源由于其生存環(huán)境、分類方法與傳承方式的不同，使得非遺視覺資源的類型特征、處理手段、處理技術(shù)與保存方法等也會(huì)有一定區(qū)別，這些差異使其在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的存在形式是異構(gòu)無序、動(dòng)態(tài)變化、時(shí)空關(guān)聯(lián)的，且與之相關(guān)的視覺資源的生成與也是動(dòng)態(tài)無序的。每一項(xiàng)非遺數(shù)字化過程都需要對(duì)相關(guān)主題信息、繁雜異構(gòu)信息與隱含關(guān)聯(lián)關(guān)系等進(jìn)行處理。此外，現(xiàn)有非遺視覺資源分析與處理都是基于文本標(biāo)注的，且以人工標(biāo)注為主，但傳統(tǒng)的人工標(biāo)注方法在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，存在著標(biāo)注精確性低、時(shí)間和人力成本高、分析和處理效率低等問題。因此，如何方便快捷地獲取與組織非遺視覺資源，是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的關(guān)鍵問題，而對(duì)大規(guī)模無關(guān)非遺視覺資源的分析、過濾、清洗以及對(duì)海量非遺視覺資源的高效組織也是非遺數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用的核心問題。

在整個(gè)非遺視覺資源獲取與組織流程（見圖1）中，視覺資源過濾是大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源獲取與分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文提出了一種基于輪廓特征點(diǎn)的非遺視覺資源整合體系，采用不同的方法從不同層面對(duì)獲取到的海量非遺視覺資源進(jìn)行層次過濾、清洗，其中主要的過濾與清洗方法有三種：一是基于顯著特征點(diǎn)的非遺視覺資源復(fù)雜性過濾，主要用于過濾、清洗掉高度復(fù)雜的非遺主體的背景視覺信息。該方法首先檢測(cè)出非遺視覺對(duì)象的顯著性區(qū)域，通過標(biāo)識(shí)非遺主體的顯著性區(qū)域，對(duì)所有非遺視覺對(duì)象進(jìn)行區(qū)域分割，并對(duì)區(qū)域劃分出的高顯著區(qū)域附近一定閥值區(qū)域范圍內(nèi)的所有劃分區(qū)域數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，選擇其中劃分區(qū)域數(shù)低于設(shè)定閥值的區(qū)域作為非遺主體的背景區(qū)域，并保留下來[20]；二是基于輪廓特征點(diǎn)的非遺視覺資源相似性過濾，主要用于甄選出與特定幾何輪廓一致的非遺視覺資源。在經(jīng)過第一種過濾清洗方法之后，獲取到帶有簡單背景區(qū)域的非遺視覺資源，得到符合下一操作要求的過濾清洗效果，在此基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)先設(shè)定的分割邊界與待識(shí)別非遺視覺資源輪廓特征點(diǎn)所構(gòu)成的幾何區(qū)域進(jìn)行一致性檢測(cè)和評(píng)估，并計(jì)算得出一致性值，取其中一致性值最高的作為輪廓相似性視覺對(duì)象；三是基于內(nèi)容的非遺視覺資源過濾，主要利用設(shè)定的多種標(biāo)注信息進(jìn)行非遺視覺資源內(nèi)容過濾，在前面兩輪過濾清洗后獲得的非遺視覺資源集合中，將無法提供普適性表象特性的視覺信息過濾清洗掉。如以廣西瑤族長鼓為例，經(jīng)過以上三種過濾方法的反復(fù)執(zhí)行，就能從海量、動(dòng)態(tài)變化、異構(gòu)無序的“視覺資源海洋”中獲取到符合要求的非遺視覺資源。

在現(xiàn)實(shí)生活中，并非人人都擁有繪畫技能而能手繪出自己希望搜索到的非遺，但幾乎人人都能夠手繪出自己希望搜索到的非遺輪廓的幾何模型（如三角形、圓形、線條等）。簡單幾何模型是客觀物理世界信息化的基礎(chǔ)組成元素，現(xiàn)實(shí)世界中所有客觀物質(zhì)在轉(zhuǎn)化成視覺效果（如繪畫、設(shè)計(jì)圖等）時(shí)，都能通過無數(shù)簡單幾何模型有機(jī)組合后，展示在人們視覺中，非遺亦不例外。因此，手繪簡單幾何模型的有機(jī)組合是人們展示靈感和構(gòu)思創(chuàng)意最有效、最自然的手段和方法，并被廣泛應(yīng)用于建筑規(guī)劃、工業(yè)設(shè)計(jì)、美術(shù)等領(lǐng)域。通過簡單的手繪幾何模型就能夠幫助人們將心中正在想、或轉(zhuǎn)載構(gòu)思的非遺主體轉(zhuǎn)化成具有真實(shí)感的粗放型視覺效果，這種粗粒度非遺主體輪廓可成為人們與非遺視覺資源整合平臺(tái)之間實(shí)時(shí)交互的一種橋梁。事實(shí)上，借助于大數(shù)據(jù)環(huán)境下視覺資源的分析、獲取、組織和描述方法而形成的非遺視覺資源數(shù)據(jù)集，基于粗粒度非遺主體輪廓的視覺搜索模式正逐漸走入人們生活中。

以廣西鄉(xiāng)村彩調(diào)為例（見圖3），大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源整合平臺(tái)提供的視覺搜索有兩個(gè)功能是非常重要的。一是非遺視覺資源的交互與融合搜索。人們只需在非遺視覺資源整合平臺(tái)中選擇所需要檢索的非遺類別，并勾畫出待檢索非遺的大致輪廓，平臺(tái)就可直接根據(jù)待檢索非遺主體輪廓，自動(dòng)對(duì)非遺主體輪廓執(zhí)行輪廓匹配算法，在設(shè)定的非遺類別中檢索符合要求的非遺視覺資源，并根據(jù)非遺主體輪廓在檢索區(qū)域的相對(duì)位置、相對(duì)大小和組合關(guān)系將輪廓組合在一起。然后，平臺(tái)根據(jù)視覺融合技術(shù)將檢索出來的視覺資源進(jìn)行完美融合，形成一幅全新的非遺視覺資源；二是非遺視覺資源的內(nèi)容搜索。人們?cè)诜沁z視覺資源整合平臺(tái)中選擇待檢索非遺的類別，并勾畫出待檢索非遺幾何輪廓，平臺(tái)自動(dòng)對(duì)非遺主體輪廓執(zhí)行輪廓匹配算法，檢索得出與該輪廓相似的非遺視覺資源列表。

4.2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的交互模式

從國內(nèi)外已有研究來看，傳統(tǒng)基于文本標(biāo)注的視覺搜索模式盡管存在著諸多問題，但仍有不少研究者對(duì)其進(jìn)行研究。而對(duì)于視覺資源的深度交互與實(shí)時(shí)編輯問題卻極少有研究者涉及，尤其是對(duì)非遺視覺資源的交互編輯問題的研究幾乎為零。

伴隨著大數(shù)據(jù)、人工智能與深度計(jì)算等信息技術(shù)的飛速發(fā)展和相關(guān)算法的逐步完善，視覺資源的深度交互與實(shí)時(shí)編輯問題已成為熱點(diǎn)課題。非遺的數(shù)字化保護(hù)與開發(fā)利用過程，可采取基于視覺資源融合的方法來實(shí)現(xiàn)非遺視覺資源的交互編輯相關(guān)功能。具體過程為：給出一個(gè)待編輯的非遺視覺資源以及預(yù)設(shè)定的目標(biāo)尺寸，在非遺視覺資源知識(shí)庫中，檢索得出一幅設(shè)定符合條件的新的非遺視覺資源，將二者有機(jī)融合形成一幅更大的視覺資源。這個(gè)算法執(zhí)行的難點(diǎn)在于：一是如何找到符合條件的視覺資源；二是如何保證檢索得到的視覺資源與原視覺資源進(jìn)行有機(jī)融合。

本文曾提出基于局部區(qū)域特征和非遺主體輪廓結(jié)構(gòu)的視覺描述網(wǎng)絡(luò)這一方法，借助于該描述方法可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的關(guān)聯(lián)視覺資源的有機(jī)融合。首先，設(shè)定一個(gè)非遺視覺資源為待檢索對(duì)象，同時(shí)，設(shè)定其交互編輯的目標(biāo)尺寸與待融合方法；然后，非遺視覺資源整合平臺(tái)可根據(jù)所提供的視覺搜索功能與相關(guān)算法，在非遺視覺資源數(shù)據(jù)集中檢索得到最為合適的視覺資源列表，作為候選內(nèi)容；接著，對(duì)候選資源與待處理非遺視覺資源的輪廓結(jié)構(gòu)、局部特征和主體內(nèi)容進(jìn)行一致性、相似性評(píng)估，選出待融合的視覺資源；最后，采取局部區(qū)域特征融合和邊界區(qū)域平滑過渡方法，對(duì)候選視覺資源進(jìn)行局部融合和全局變換，使其與待處理非遺視覺資源邊界部分進(jìn)行曲線平滑過渡，并采取視覺融合技術(shù)和區(qū)域分割方法對(duì)二者進(jìn)行處理[28]。

5 結(jié)論與展望

在我國文化發(fā)展大繁榮的社會(huì)背景下，非遺數(shù)字化保護(hù)事業(yè)如何貫徹國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要、國家“十三五”文化發(fā)展規(guī)劃綱要和國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)我國非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)工作的意見等重大指導(dǎo)性文件精神，在社會(huì)公共文化服務(wù)體系中獲得戰(zhàn)略地位和重要作用，成為非遺保護(hù)與傳承理論、實(shí)踐研究共同關(guān)注的重大問題。非遺數(shù)字化作為非遺保護(hù)與傳承的重要工具和手段，在大數(shù)據(jù)、視覺搜索與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)手段的沖擊下，勢(shì)必會(huì)給非遺原來賴以生存的原生態(tài)空間帶來巨大的威脅，導(dǎo)致非遺保護(hù)工作受到巨大挑戰(zhàn)，但同時(shí)也帶來了前所未有的機(jī)遇。毫無疑問，合理運(yùn)用大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和視覺搜索等現(xiàn)代科技手段進(jìn)行非遺數(shù)字化保護(hù)已成為一種必然趨勢(shì)。

文本、圖像、音視頻和3D模型等視覺資源逐漸成為非遺數(shù)字資源最重要的信息載體，如何高效地分析和利用已有的和即將獲取到的非遺視覺大數(shù)據(jù)資源，將非遺視覺大數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)化成知識(shí)是當(dāng)前面臨的主要技術(shù)瓶頸。尤其是未來十年，在大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)的積極推動(dòng)下，我國非遺視覺資源的數(shù)據(jù)規(guī)模和類型將快速增長，非遺數(shù)字化保護(hù)研究的深度和廣度快速發(fā)展，開展大數(shù)據(jù)環(huán)境下非遺視覺資源的獲取、組織和描述方法的研究，以為突破這一技術(shù)瓶頸提供有效的方法。因此，重視非遺視覺資源分析與利用的研究不僅具有非常重要的理論價(jià)值，還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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篇6

【關(guān)鍵詞】DEM精度；評(píng)估方法；研究

一、前言

DEM就是將高過程模型進(jìn)行數(shù)字化處理，它是GIS里面最為重要的有關(guān)于空間的數(shù)據(jù)資料，它也是進(jìn)行地形等各方面地質(zhì)勘探等分析處理需要的核心數(shù)據(jù)。就現(xiàn)在看來，我國的DEM發(fā)展情況主要是1∶6萬和1∶26萬的DEM處理方式，并且可以在多個(gè)方面進(jìn)行分析和利用，例如可以在測(cè)繪、資源勘探、污染環(huán)境方面、以及防治災(zāi)害方面起到了很大的作用，是當(dāng)前中國有關(guān)科研單位和政府防治部門必備的一項(xiàng)技術(shù)。它具有簡單易操作的特點(diǎn)，給工作帶來很大的方便。但是，DEM現(xiàn)在存在一個(gè)很大的問題，就是現(xiàn)在社會(huì)快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)需求也隨之增加，對(duì)物質(zhì)的勘探就要求準(zhǔn)確且快速?，F(xiàn)在的DEM數(shù)字高程模型的精度已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)代人的追求，國外等各類DEM已經(jīng)開始不斷的開發(fā)和提升，對(duì)DEM誤差的存在控制也獲得了一些進(jìn)展。通過一系列的加強(qiáng)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)DEM的數(shù)據(jù)精度采集并研究，現(xiàn)在已經(jīng)可以為GIS等用具分析各類的地形及產(chǎn)品提供可靠 帶來可用價(jià)值和理論上的意義。比如現(xiàn)在常用的就是數(shù)據(jù)離散化，從而構(gòu)建成一個(gè)T型模式，這種方式直接明了，很讓大多數(shù)用戶喜歡。但是，使用這種方式的話，就會(huì)出現(xiàn)原始的數(shù)據(jù)離散化以后就會(huì)丟失一部分，只有那些等高線圖形和數(shù)字化的等高線數(shù)據(jù)保存了下來，這就造成了二次誤差的產(chǎn)生，使最終結(jié)果不太可信。這里的等高線指的是數(shù)據(jù)離散化以后，對(duì)采樣點(diǎn)的插值處理，使它的曲線更加完美好看的一種方法。它最后表達(dá)的是一種非常抽象的曲線形勢(shì)，雖然有了坐標(biāo)體現(xiàn)，但是它始終是一種老式制圖方式，沒有創(chuàng)新性和可視性。唯一的好處就是它對(duì)地面高程和地形變化可以直接的表達(dá)。特別是在地貌的形態(tài)表現(xiàn)上可以呈現(xiàn)出高質(zhì)量的畫面，簡稱TIN方式。這是GIS中關(guān)鍵所在。本文詳細(xì)的討論了在等高線基礎(chǔ)上來研究DEM的構(gòu)建和其精度的分析，如何評(píng)估和實(shí)現(xiàn)。針對(duì)TIN的DEM構(gòu)造中出現(xiàn)的“平三角形”，主張一些可以減少其存在的方法，這就包含了增加特征點(diǎn)和拉格朗日插值多線式的算法。

二、DEM作用及精度評(píng)估的意義

DEM雖然是數(shù)學(xué)表達(dá)式，而且其離散的特性給人們簡單的表現(xiàn)形勢(shì)，主要從事地球科學(xué)研究的人員利用DEM的次數(shù)非常之多，因?yàn)樗鼤?huì)給研究人員清楚的表達(dá)直觀的地球的各種各樣的地貌形態(tài)，DEM數(shù)據(jù)通過相關(guān)軟件的處理和分析把這些地質(zhì)資料體現(xiàn)成圖形的形勢(shì)，就可以清楚的觀察出各種地形之間的區(qū)別和聯(lián)系。所以，DEM技術(shù)可以較為準(zhǔn)確的把地貌體現(xiàn)出來，是普遍且受人喜歡和關(guān)注的技術(shù)形勢(shì)。現(xiàn)在有關(guān)DEM類型的研究主要就是在地貌類型的描述上占了大多數(shù)，關(guān)于怎么樣確定不同的因子來準(zhǔn)確的描述和刻畫不同的地形特征這方面的研究成果還有待提高，相對(duì)于其他方面的研究還是比較少。有關(guān)地貌方面的DEM我們主要選用1：5萬的比例尺進(jìn)行200多個(gè)不同區(qū)域的數(shù)據(jù)測(cè)試計(jì)算，通過基于網(wǎng)格DEM進(jìn)行了不同地形的因子計(jì)算，也獲取了一些因子值，比如就高程、坡度、凹凸系數(shù)都會(huì)顯現(xiàn)出來。通過以上的試驗(yàn)，已經(jīng)得到了一些有價(jià)值的結(jié)論：坡度平均值最小、坡度變化率平均值最小的是丘陵地貌；相對(duì)高差平均值最小、凹凸系數(shù)平均值最小的是黃土地貌；坡度變化率平均值最大的是中山地貌；平均高程最大、相對(duì)高差平均值最大的是冰川地貌。通過分析，我們可以認(rèn)為DEM在實(shí)驗(yàn)中精度還是缺乏高度，可能原因就是選地的因子還是很少，不夠全面的分析結(jié)果，有待加強(qiáng)。再一個(gè)原因認(rèn)為是地貌類型不夠客觀的描述，復(fù)雜程度過于簡單化，就靠幾個(gè)因子是不能夠全面準(zhǔn)確描述的。

三、DEM評(píng)估精度提高的有效方法

現(xiàn)在有關(guān)于DEM評(píng)估精度提高的方法有很多，但是認(rèn)為比較合適的方法就是利用等高線圖。等高線圖的產(chǎn)生是DEM地形分析的基礎(chǔ)和最主要部分。具體方法如下：等高線圖就是將地形點(diǎn)的各個(gè)值進(jìn)行正射投影，處于二維化形勢(shì)的正射投影有時(shí)還不夠滿足人們的需求。這就需要我們將等高線圖和視覺效果聯(lián)系起來，隨著3D發(fā)展以及DEM中隱含的三維數(shù)據(jù)的特征所表現(xiàn)出來，我們把等高線圖還可以三維化進(jìn)行處理，這樣就可以看到立體的多樣化直觀的等高線圖，大大的提高了DEM評(píng)估精度。就目前為止，三維化等高線圖主要有兩種方法：三角網(wǎng)法和格網(wǎng)法。兩者算法形勢(shì)上存在一定差異，但具有個(gè)字的特點(diǎn)。

四、結(jié)語

從本文可以看出研究DEM主要就是將數(shù)據(jù)離散化數(shù)字化，最后形成可視的三維圖形進(jìn)行分析和研究。而模型精度的重要所在就是利用有影響的地形建模質(zhì)量等有關(guān)的因素，并且將這些影響因素進(jìn)行處理，減少誤差的產(chǎn)生，最后將這些抽象的數(shù)值利用相關(guān)的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算加以描述。所以，尋求和完善算法及數(shù)學(xué)模型的建立是檢測(cè)DEM精度的有效方法，同時(shí)也必須將DEM的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行很好的規(guī)范，使DEM模型更加的準(zhǔn)確和逼真，只有這樣才能很好的表現(xiàn)地面特征等重要信息。我們已經(jīng)從有關(guān)DEM精度評(píng)估的方法上進(jìn)行了多方面的研究，為了以后精度的評(píng)估提供了多方面的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法?？梢暚F(xiàn)在的土地勘探更加的廣闊攝入，有些復(fù)雜多變的地形在之前的研究實(shí)驗(yàn)中沒有經(jīng)歷過試驗(yàn)，無法確定在其他地形中的準(zhǔn)確性。這種情況我我們就必須要考慮其他的影響因素，包括：地圖用途、地圖比例尺、地面分辨率、地貌類型、地形變化的復(fù)雜度、地形坡度等等。我們需要以后在DEM的建立和精度評(píng)估方法中更多的思考，提出更加科學(xué)有效的方法。

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篇7

關(guān)鍵詞：侵蝕產(chǎn)沙平衡 研究現(xiàn)狀 未來發(fā)展

泥沙產(chǎn)生的危害是多種多樣和廣泛的，泥沙產(chǎn)生危害的形式取決于泥沙的數(shù)量和特性，而泥沙的數(shù)量和特性則受到侵蝕、輸移和沉積過程的影響。為了了解泥沙危害的根本原因，確定引起這種危害的泥沙的來源，并提出可行的控制措施，就需要對(duì)這些過程有所了解。因此，流域侵蝕產(chǎn)沙平衡計(jì)算對(duì)泥沙的控制是十分有意義的。一項(xiàng)完整的泥沙平衡計(jì)算應(yīng)包括流域內(nèi)泥沙的輸入、移動(dòng)和沉積的計(jì)算，也就是應(yīng)當(dāng)提出：①表土和基巖的泥沙侵蝕速率，詳細(xì)的侵蝕過程；②沉積的速率及地形地貌變化的詳細(xì)過程；③泥沙從流域中流失的速率；④泥沙來源及沉積的空間分布情況等。

1 流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究中的沙源與來沙量問題

對(duì)于一個(gè)匯流封閉的流域而言，河流泥沙的來源主要有三個(gè)方面：坡面來沙；溝道、河岸侵蝕；人類活動(dòng)輸入泥沙(如棄渣等)。一般情況下，坡面和溝道來沙是河流泥沙的主要來源，由于流域內(nèi)土地利用方式等條件的不同，流域的不同位置對(duì)泥沙的貢獻(xiàn)也不同。另外，在人類活動(dòng)相對(duì)頻繁的道路、排水溝等也是河流泥沙的重要來源和泥沙輸送的重要通道。不同的土地利用方式及土壤地質(zhì)條件等究竟對(duì)河流泥沙的貢獻(xiàn)有多大一直是人們關(guān)注的主要問題，這對(duì)于調(diào)整土地利用方式及流域規(guī)劃是十分有意義的。目前國內(nèi)外在該方面的研究較多，尤其是我國對(duì)黃河流域泥沙來源與來沙量的研究取得了豐碩的成果，為流域泥沙治理提供了重點(diǎn)區(qū)域和治理方略。蔣德麒［1］對(duì)小流域坡溝泥沙分析認(rèn)為，黃河中游小流域泥沙主要來源于溝道，但分析中未考慮坡面徑流通過溝坡時(shí)增加的泥沙；一些學(xué)者［2～4］對(duì)坡面徑流下溝對(duì)溝谷的影響研究結(jié)論差異較大，石輝認(rèn)為差異的原因除研究方法不同外，可能是研究流域發(fā)育階段不同所致；景可、徐建華等人［5，6］對(duì)黃河粗泥沙來源的界限、數(shù)量等進(jìn)行了研究；王曉［7］采用“粒度分析法”對(duì)砒砂巖不同侵蝕類型區(qū)小流域泥沙來源的分析表明，泥沙主要來源于溝谷地；張平倉等人［8］分析了皇甫川流域各種產(chǎn)沙地層的產(chǎn)沙特征及機(jī)械組成，并與河口懸移質(zhì)泥沙對(duì)比分析，得出流域不同地層的相對(duì)產(chǎn)沙量；陳浩［9］運(yùn)用成因分析法的概念分析認(rèn)為，黃河中游小流域的泥沙主要來自于坡面。從泥沙理化性質(zhì)分析泥沙來源在我國黃河流域沙源分析中應(yīng)用較為成熟，尤其是對(duì)黃河粗泥沙來源的研究更為深入，但黃河粗泥沙是在黃河這種特殊環(huán)境中產(chǎn)生的，并不意味著在其它流域有著同樣的運(yùn)用意義；楊明義等人［10］應(yīng)用137Cs研究了安塞紙坊溝流域的泥沙來源情況，表明小流域泥沙主要來源于溝谷地。利用示蹤法可望深化對(duì)泥沙運(yùn)移、沉積過程的認(rèn)識(shí)，在侵蝕動(dòng)力學(xué)等研究中也可有廣闊的前景。

國內(nèi)外學(xué)者也較多的利用水文站泥沙資料進(jìn)行沙源分析。利用觀測(cè)站資料研究時(shí)，泥沙測(cè)定只能給出輸沙量的非經(jīng)常樣本。通常利用水沙關(guān)系曲線來推算缺測(cè)日輸沙量；徑流小區(qū)資料分析也是研究泥沙來源的常用方法。小區(qū)多選擇在泥沙侵蝕與輸移的典型區(qū)，進(jìn)行定點(diǎn)人工觀測(cè)或進(jìn)行室內(nèi)外模擬試驗(yàn)。小區(qū)試驗(yàn)為流域內(nèi)不同地貌部位及土地利用方式產(chǎn)沙量的區(qū)別提供了有效的依據(jù)，但觀測(cè)結(jié)果多應(yīng)用于小流域泥沙研究中，如何將小區(qū)和小流域研究成果應(yīng)用到較大流域，是目前泥沙研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一；大面積的人工調(diào)查進(jìn)行沙源和來沙量研究費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前多采用大面積人工或遙感調(diào)查與徑流小區(qū)和典型小流域資料相結(jié)合的方法進(jìn)行大面積的沙源分析。我國關(guān)于流域沙源與來沙量的研究主要集中于黃河流域，這些研究對(duì)解決該區(qū)泥沙問題提供了很好的依據(jù)，也為其他河流的研究積累了經(jīng)驗(yàn)。

2 侵蝕泥沙的坡面～河道耦合關(guān)系

侵蝕泥沙的坡面～河道過程是泥沙運(yùn)移過程中相對(duì)復(fù)雜的一個(gè)階段。這個(gè)階段水流匯集程度較弱、規(guī)律性較差，加之環(huán)境因素多變，對(duì)泥沙運(yùn)移的影響較大。在此階段中泥沙就地?cái)r蓄的作用對(duì)流域農(nóng)業(yè)及非農(nóng)業(yè)應(yīng)用都會(huì)起到很大的作用，尤其是流域內(nèi)不同泥沙攔蓄設(shè)施的引入對(duì)泥沙分布及運(yùn)移的連通性影響較大。許多研究表明，只有部分坡面侵蝕泥沙直接被輸送到了河道，并且輸送泥沙量受到土地利用、地形、降雨類型等的影響。流域面積越大水流的規(guī)律性就越強(qiáng)，坡面向河道輸沙的耦合關(guān)系就越弱［11］。

2.1 坡面侵蝕研究

目前國外已經(jīng)建立起WEPP等能反映流域坡面侵蝕過程的物理模型。我國近一二十年來在坡形、氣候等對(duì)坡面侵蝕、侵蝕分布規(guī)律等都有了深入的探索。前人關(guān)于坡長、坡度等水沙影響的研究很多，但對(duì)侵蝕產(chǎn)沙過程影響的研究不多，次降雨條件下這方面的研究更不多見。孔亞平等人［12］通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究了坡長對(duì)侵蝕產(chǎn)沙過程的影響；靳長興［13］則從坡面流的能量理論出發(fā)對(duì)臨界坡度進(jìn)行了研究；鄭粉莉［14］在坡面降雨徑流侵蝕方面探討了上方來水等坡面侵蝕的關(guān)系，等等。我國近期的研究從研究方法上來看主要是采用標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)觀測(cè)天然和人工降雨條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙。從研究方向上來看主要是研究坡形、氣候、土地利用等對(duì)泥沙侵蝕的影響，對(duì)泥沙坡面運(yùn)動(dòng)的過程研究較少。也有人利用“3S”技術(shù)、示蹤技術(shù)等研究坡面侵蝕產(chǎn)沙的情況。黃詩峰等人［15］利用GIS技術(shù)對(duì)嘉陵江上游西漢水流域進(jìn)行了土壤侵蝕量的估算；田均良［16］利用元素示蹤法研究侵蝕泥沙在坡面沉積的分布特征及其影響因素，等等。筆者認(rèn)為我國在今后一定時(shí)期內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)坡面流水力學(xué)、坡面侵蝕動(dòng)力學(xué)的研究，進(jìn)而對(duì)坡面徑流泥沙過程獲得更深入的了解，爭取研究建立能夠反映侵蝕行為過程的動(dòng)態(tài)數(shù)值模型。

2.2 溝道侵蝕研究

溝蝕預(yù)報(bào)發(fā)展經(jīng)歷了70年代的隨機(jī)模型，80年代的過程模型和90年代實(shí)用化的過程，我國在溝蝕方面的研究如王治國［17］在黃土殘?jiān)磪^(qū)利用人工降雨對(duì)土壤溝蝕類型進(jìn)行了描述；白占國［18］據(jù)洛川源區(qū)典型溝谷地質(zhì)地貌資料分析了不同歷史時(shí)期溝谷侵蝕的速率；張科利等人［19］通過試驗(yàn)研究了坡面侵蝕過程中侵蝕方式發(fā)生演化的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理，對(duì)坡面侵蝕溝形成的機(jī)理進(jìn)行了探討；鄭粉莉［20］對(duì)黃土區(qū)坡耕地的細(xì)溝和細(xì)溝間侵蝕也作出了許多研究；蔡強(qiáng)國、包為民等人［4，21］從不同的角度對(duì)侵蝕溝的發(fā)展進(jìn)行了模型研究。但以上研究在溝蝕和溝間侵蝕定量化方面以及它們對(duì)土壤流失的貢獻(xiàn)率都還需要進(jìn)一步的探索。確定溝蝕發(fā)展的速率是一個(gè)相對(duì)困難的問題，不僅流域大小會(huì)影響到溝道侵蝕，而且許多已經(jīng)發(fā)表的工作來自于短尺度的研究，這不能代表長期的趨勢(shì)。不同時(shí)期的航空像片和攝影測(cè)量方法將有助于這方面的研究。另外，關(guān)于溝道發(fā)育的年齡或階段等問題也應(yīng)該在模型中加以考慮。

2.3 坡面～河道耦合關(guān)系研究

侵蝕泥沙坡面～河道耦合關(guān)系的問題，Skempton等人(1953)很早就提出并進(jìn)行了一定的研究。Katerina(2002)將其簡明的定義為坡面與河道間水文和地貌過程的連通性［22］。實(shí)際上人們對(duì)坡面～河道耦合并沒有非常統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。近年來此方面的研究使人們對(duì)侵蝕泥沙的坡面～河道運(yùn)移過程有了更深入的認(rèn)識(shí)。Michael C等人［23］通過實(shí)地測(cè)量對(duì)次降雨侵蝕泥沙的坡面～河道過程進(jìn)行描述，但若要了解區(qū)域泥沙運(yùn)移的一般規(guī)律還需要進(jìn)行長期的觀測(cè)；Jolanta Swiechowicz［24］則借助137Cs研究泥沙的坡面～河道過程，這種方法在國內(nèi)外的應(yīng)用也取得了較為滿意的結(jié)果，但對(duì)于較大流域的研究在精度上會(huì)存在一定的問題；Katerina等人[22］利用GIS技術(shù)對(duì)流域進(jìn)行了以柵格為基礎(chǔ)的劃分，在此基礎(chǔ)上討論了侵蝕泥沙的坡面～河道耦合形式與耦合程度，并建立起描述坡面～河道相互作用的二維模型用以定量的研究流域水沙的運(yùn)動(dòng)。我國在該方面也有較深入的研究，石輝等人［25］通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)對(duì)坡溝侵蝕關(guān)系的研究表明：坡溝侵蝕關(guān)系隨小流域的溝道發(fā)育而變化，呈現(xiàn)出溝道侵蝕量逐漸減少，坡面侵蝕量逐漸增大的總趨勢(shì)；陳浩等人［26］根據(jù)坡面水下溝時(shí)在溝坡(道)上“凈產(chǎn)沙增量”的概念，探討了沿程含沙水流侵蝕特性和坡溝侵蝕關(guān)系及產(chǎn)沙機(jī)理；蔡強(qiáng)國等人［4］從泥沙輸移的物理過程出發(fā)，依據(jù)流域野外小區(qū)觀測(cè)與模擬降雨試驗(yàn)建立了一個(gè)適用于黃土丘陵溝壑區(qū)小流域侵蝕產(chǎn)沙過程模型，模型分為坡面、溝坡和溝道子模型；包為民［21］提出了小流域水沙耦合概念模型，從坡面、溝道產(chǎn)匯沙等方面考慮構(gòu)成了一個(gè)具有明確物理意義的流域水沙耦合模型。蔡強(qiáng)國、包為民的研究都是基于一定物理過程和物理基礎(chǔ)的，開始向著構(gòu)建物理模型的方向靠近，但在模型中對(duì)于坡面～溝道的耦合關(guān)系仍不夠緊湊。對(duì)于流域的坡溝侵蝕耦合關(guān)系仍有不同的觀點(diǎn)，因?yàn)榍治g泥沙的坡面～河道過程規(guī)律性差、干擾因素作用顯著，所以這一過程是泥沙運(yùn)移過程中相對(duì)復(fù)雜的一個(gè)階段。目前，對(duì)于這一過程規(guī)律的掌握仍有許多需要進(jìn)一步解決的問題。轉(zhuǎn)貼于 3 河道泥沙的輸移與存蓄變化平衡關(guān)系

關(guān)于河道泥沙輸移有三個(gè)關(guān)鍵性問題：河道泥沙存蓄量；泥沙存蓄與輸移時(shí)間；沉積泥沙的空間分布。由于侵蝕與產(chǎn)沙之間數(shù)值差異的存在，泥沙的動(dòng)態(tài)存蓄將是一個(gè)不可回避的問題。河道內(nèi)存蓄泥沙動(dòng)態(tài)變化的定量研究將會(huì)有助于估算河道泥沙存蓄與流域產(chǎn)沙之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，并且可以對(duì)不同河段泥沙的存蓄特征進(jìn)行比較與解釋。

河道內(nèi)泥沙的運(yùn)動(dòng)與區(qū)域洪水的性質(zhì)及河道的形狀關(guān)系密切，徑流的季節(jié)變化會(huì)導(dǎo)致河道內(nèi)泥沙的相應(yīng)變化；河道特征與泥沙的輸移距離、不同粒徑泥沙的分布等也有著直接的相互作用關(guān)系。人們總結(jié)了一些方法用以研究此類問題。如Matthias Hinderer［27］利用地貌形態(tài)變化計(jì)算泥沙輸移問題；Jack Lewis[28］利用分層隨機(jī)抽樣法進(jìn)行泥沙平衡研究；A.R．Orpin等人［29］利用不同泥沙粒徑分布規(guī)律進(jìn)行泥沙輸移平衡的研究等。我國在此方面的許多研究也都表明了泥沙存蓄變化與區(qū)域降雨徑流的關(guān)系最為密切，如黃河中游某些支流河道具有“小水淤，大水沖”的特性，近年來由于降雨洪水較小，河道存蓄泥沙量較大。高進(jìn)［30］通過對(duì)不同形狀河流沙洲發(fā)育長度的理論分析了河流泥沙淤積規(guī)律，建立起沙洲發(fā)育模型；王士強(qiáng)［31］應(yīng)用動(dòng)床阻力及灘槽水沙交換等關(guān)系與新的不平衡輸沙等初步經(jīng)驗(yàn)關(guān)系建立了黃河下游河床變形數(shù)學(xué)模型，該模型的特點(diǎn)是能較好地反映渾水上灘淤積減沙使主槽減淤增沖等情況。

目前，采用同位素示蹤方法研究河道泥沙存蓄變化的研究較多。Simon J等人［32］通過“水庫理論”對(duì)河道泥沙的輸移與存蓄進(jìn)行了研究?！八畮炖碚摗笔嵌垦芯亢拥纼?nèi)泥沙存蓄與輸移時(shí)間的一種方式，是對(duì)水庫中徑流平均存蓄與輸出時(shí)間在概念上的一種借用。通過應(yīng)用，Simon J等人對(duì)河道內(nèi)不同區(qū)段泥沙輸移時(shí)間進(jìn)行了較為精確的估算，對(duì)存蓄泥沙的活動(dòng)等情況進(jìn)行了定量研究。但以示蹤法研究通常存在這樣的問題：(1)示蹤物質(zhì)在河道內(nèi)停留的時(shí)間至少要和泥沙平均停留的時(shí)間相等，而泥沙在河道內(nèi)有可能停留上百年的時(shí)間；(2)如果不同時(shí)期輸入河道內(nèi)的泥沙充分混合，河道內(nèi)泥沙的存蓄周期與駐留時(shí)間也很難確定。以特制試驗(yàn)設(shè)備輔助研究或許是解決河道泥沙的輸移與存蓄變化過程研究的有效方法之一。英國學(xué)者D．M.Lawler［33］等人研制了一種用以自動(dòng)監(jiān)測(cè)河流泥沙的侵蝕、輸移與沉積情況的“光電侵蝕探針”，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于它可以長期自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)河流泥沙的侵蝕、輸移與沉積，這對(duì)于沒有或較少水文測(cè)站的區(qū)域連續(xù)觀測(cè)泥沙是十分有意義的。

4 流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究中的模型問題

盡管極端降雨條件會(huì)產(chǎn)生大量的泥沙，但侵蝕模型對(duì)平均侵蝕率的測(cè)量仍然是很好的泥沙預(yù)測(cè)方式。通用土壤流失方程(USLE)可以模擬單坡面長期的泥沙侵蝕，但USLE模型預(yù)測(cè)的坡面侵蝕并未考慮坡面凹陷處的沉積問題。然而，一部分沖積物或崩積物會(huì)在其運(yùn)移過程中發(fā)生沉積，而且流域的范圍越大發(fā)生沉積的機(jī)會(huì)就越多。下面提到的幾個(gè)侵蝕預(yù)測(cè)模型都是可以模擬泥沙運(yùn)移過程的模型，它們分別是用來模擬單次降雨過程和長期侵蝕過程，以及模擬單坡面侵蝕和不同尺度全流域侵蝕產(chǎn)沙的。大部分的模型都是用來模擬單次降水侵蝕的，如EROSION3D［34］、EUROSEM［35］、KINEROS2［36］、ANSWERS［37］、AgNPSm［38］。應(yīng)用這類模型最主要的問題是初始條件的確定，因此，這類模型通常被用來模擬不同降水的設(shè)計(jì)。在時(shí)間上具有連續(xù)性的模型如WEPP［39］和OPUS［40］，這類模型比上面提到的模型更為復(fù)雜，因?yàn)樗麄冞€可以用來模擬土壤水分運(yùn)動(dòng)、植物生長等兩次降水期間的過程。因此，這類模型的優(yōu)點(diǎn)在于初始條件可以自動(dòng)提供，并且可以相對(duì)容易地對(duì)一系列降水進(jìn)行計(jì)算。

大部分在時(shí)間上具有連續(xù)性的模型都是用于模擬單坡面侵蝕的，這與模擬全流域侵蝕模型具有明顯的區(qū)別［41］。模擬全流域土壤侵蝕的模型需要對(duì)流域空間進(jìn)行離散化和參數(shù)化處理，一般采用兩種方式。一是基于柵格的空間離散化處理(EROSION3D、ANSWERS、AgNPSm)。但是柵格的大小會(huì)對(duì)模擬結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因此，可研究流域的最大尺度是由柵格的最大數(shù)量所決定的。另一種方法是將流域根據(jù)一定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分成若干個(gè)具有代表性的坡面(KINEROS2、EUROSEM)，這些坡面通過溝道連接起來，進(jìn)而通過模型模擬泥沙的輸移過程。將侵蝕模型與地理分析軟件進(jìn)行不同程度的耦合是近年來泥沙平衡研究中模型研究的主要方向之一。蔡強(qiáng)國等人［4］(1996)在IDRISI軟件的支持下建立了一個(gè)具有一定物理基礎(chǔ)的能表示侵蝕產(chǎn)沙過程的小流域次降雨侵蝕模型。模型考慮了降雨入滲、徑流分散等過程，將水流在流域的匯流、輸移過程引入到模型當(dāng)中，從機(jī)理上對(duì)侵蝕過程進(jìn)行了定量分析。Giorgio A．Benporad等人［42］采用分布式模型模擬水、沙量平衡。通過GIS處理將該流域離散化為柵格形式，建模以柵格為基礎(chǔ)，與柵格整合的模擬方程通過流域出口處的水沙資料進(jìn)行模型修正。結(jié)果顯示，分布式數(shù)學(xué)模擬能夠較為精確地模擬流域以月和年為單位的水沙運(yùn)動(dòng)情況。他們的研究通過GIS處理與時(shí)間修正在一定程度上已經(jīng)打破了模型研究的空間與時(shí)間尺度限制。

確定可用的侵蝕模型是一項(xiàng)很復(fù)雜的任務(wù)，侵蝕模型必須經(jīng)過修正之后才能用于模擬泥沙的過程。其中主要的問題是模型參數(shù)的轉(zhuǎn)換、無觀察站點(diǎn)區(qū)域初始條件的設(shè)置及利用長系列資料進(jìn)行模擬時(shí)模型的適用性問題。準(zhǔn)確的實(shí)地資料非常重要，因?yàn)樗鼈兂３Ｊ乔治g產(chǎn)沙建模的重要限制性因素，如果分布資料不夠全面，對(duì)于較大尺度的流域而言模型的選定將是很困難的。對(duì)于長系列資料的模擬，同時(shí)期泥沙沉積的調(diào)查十分必要，因?yàn)橹挥羞@樣才能對(duì)資料模擬的結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)。

5 流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究展望

流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究關(guān)系到我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)、水利工程的使用與建設(shè)等方方面面，總結(jié)分析我國泥沙研究的現(xiàn)狀，針對(duì)我國泥沙平衡研究中存在的問題，借鑒國外好的研究思路與研究方法，進(jìn)行系統(tǒng)的、泥沙運(yùn)移過程的平衡計(jì)算將是十分有意義的。

5.1 基本資料的科學(xué)觀測(cè)

在流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究中，豐富而準(zhǔn)確的資料是泥沙研究的生命線。因此，科學(xué)合理地布設(shè)觀測(cè)站點(diǎn)，對(duì)部分觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，進(jìn)行水文泥沙的長期、連續(xù)觀測(cè)是獲得水文泥沙研究資料的基礎(chǔ)，更是流域侵蝕產(chǎn)沙平衡研究發(fā)展的前提條件。

5.2 因地制宜的泥沙運(yùn)移過程研究

目前，對(duì)于泥沙輸移預(yù)報(bào)問題我們還需要了解更多的、更為細(xì)致的輸移過程。對(duì)于流域內(nèi)侵蝕泥沙不同粒徑之間的關(guān)系；流域內(nèi)侵蝕泥沙的停留時(shí)間與重新移動(dòng)問題；侵蝕泥沙坡面過程與溝道過程的不同；侵蝕泥沙的停留時(shí)間與重新移動(dòng)的耦合關(guān)系；適當(dāng)時(shí)間尺度范圍內(nèi)坡面與溝道間的動(dòng)態(tài)相互作用關(guān)系；侵蝕系統(tǒng)內(nèi)不同部位侵蝕泥沙的相互關(guān)系及如何評(píng)價(jià)等問題仍然需要更為深入的研究。

目前國內(nèi)尚未研究出類似于美國USLE的單坡面侵蝕模型，更未見類似于WEPP的物理過程模型，致使我國目前土壤侵蝕定量化缺乏實(shí)據(jù)，今后一段時(shí)期內(nèi)應(yīng)當(dāng)攻關(guān)此方面的研究。我國幅員遼闊，地域間自然條件差異較大，除了進(jìn)行通用性較強(qiáng)的物理模型的研究外，開展區(qū)域性產(chǎn)沙經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯客瑯泳哂胁豢商娲淖饔?。我國關(guān)于泥沙侵蝕階段的研究與預(yù)測(cè)模型探討較多，但能夠反映泥沙運(yùn)移全過程的模型較少，因此，對(duì)于全流域泥沙輸移過程的研究也應(yīng)該加強(qiáng)。

5.3 綜合研究方法

泥沙從侵蝕到沉積是一個(gè)復(fù)雜的過程，因此，泥沙平衡的研究也應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)工程。單一的方法一般越難以解決全流域泥沙運(yùn)移研究的問題。采取多種研究方法的綜合使用，充分發(fā)揮“3S”技術(shù)等高新技術(shù)在泥沙資料的獲得與分析等方面的巨大作用，在我國的泥沙平衡計(jì)算研究中仍有很大的發(fā)展空間。 參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：TN941.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.020

0.引言

目前，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用逐漸進(jìn)入多媒體時(shí)代，信息載體擴(kuò)展到文、圖、聲等多種類型，數(shù)字視頻技術(shù)得到了發(fā)展。在數(shù)字視頻技術(shù)的發(fā)展初期，數(shù)字視頻的數(shù)據(jù)量非常大，存儲(chǔ)、傳輸和處理都有很大的困難。這使得視頻數(shù)據(jù)壓縮的研究成為必要。近年來，一些國際組織相繼制定了關(guān)于視頻圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)，壓縮編碼技術(shù)日臻成熟。其次，計(jì)算機(jī)處理速度和存儲(chǔ)容量針對(duì)視頻數(shù)據(jù)而言還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，因此視頻數(shù)據(jù)的處理成了多媒體技術(shù)中的關(guān)鍵性技術(shù)，眾多視頻存儲(chǔ)格式應(yīng)運(yùn)而生。另外，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的發(fā)展也將數(shù)字視頻技術(shù)引入了新的發(fā)展階段。

本文將對(duì)以上所述的視頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行介紹和分析。

1.視頻的壓縮編碼

視頻信號(hào)信息量非常大，傳輸網(wǎng)路帶寬要求高，在這種情況下對(duì)存儲(chǔ)、傳輸和處理都有很大困難。所以需要將視頻信號(hào)在傳送前先進(jìn)行壓縮編碼，以便節(jié)省傳送帶寬和存儲(chǔ)空間。視頻信號(hào)壓縮編碼有兩個(gè)基本的要求：（1）必須壓縮在一定的帶寬內(nèi)，即，具有足夠的壓縮比；（2）視頻信號(hào)在壓縮之后，經(jīng)解壓重建應(yīng)保持一定的視頻質(zhì)量。此外，視頻編碼器的設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡單、易實(shí)現(xiàn)、成本低、可靠性高。

1.1視頻數(shù)據(jù)壓縮的技術(shù)可能性

一幅圖像是由許多像素點(diǎn)構(gòu)成的。大量的統(tǒng)計(jì)表明，同一幅圖像的像素之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，兩個(gè)像素之間的距離越短，其相關(guān)性越強(qiáng)，通俗地講，兩個(gè)像素的值越接近。換言之，兩個(gè)相鄰像素的值發(fā)生突變的概率極小，相等、相似或緩變的概率極大，這使得視頻信息的每個(gè)畫面內(nèi)部有許多信息冗余。并且，我們還可以利用幀間相關(guān)性進(jìn)行壓縮編碼，由于鄰近幀之間的相關(guān)性一般比幀內(nèi)像素間的相關(guān)性更強(qiáng)，可以得到更大的壓縮比。人眼的視覺靈敏度有限，可以允許畫面有一定失真，一些冗余信息的失去對(duì)觀看視頻沒有太大影響。

1.2壓縮編碼

1.1.1有損與無損

無損壓縮是指壓縮前和解壓縮后的數(shù)據(jù)完全一致。多數(shù)的無損壓縮都采用RLE行程編碼算法。

有損壓縮意味著解壓縮后的數(shù)據(jù)與壓縮前的數(shù)據(jù)不一致。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息，而且丟失的信息不可恢復(fù)。幾乎所有高壓縮的算法都采用有損壓縮，這樣才能達(dá)到低數(shù)據(jù)率的目標(biāo)。丟失的數(shù)據(jù)率與壓縮比有關(guān)，壓縮比越小，丟失的數(shù)據(jù)越多，解壓縮后的效果一般越差。此外，有些有損壓縮算法采用多次重復(fù)壓縮的方式，這樣還會(huì)引起額外的數(shù)據(jù)丟失。

1.2.2幀內(nèi)與幀間

幀內(nèi)壓縮也稱為空間壓縮。當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息。幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法，由于幀內(nèi)壓縮時(shí)各個(gè)幀之間沒有相互關(guān)系，所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行編輯。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。

幀間壓縮是基于連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性，或者說前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。也即，連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據(jù)這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮，它通過比較時(shí)間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。幀差值算法就是一種典型的時(shí)間壓縮法，它通過比較本幀與相鄰幀之間的差異，僅記錄本幀與其相鄰幀的差值，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量。

1.2.3對(duì)稱性

對(duì)稱性是壓縮編碼的一個(gè)關(guān)鍵特征。對(duì)稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計(jì)算處理能力和時(shí)間，對(duì)稱算法適合于實(shí)時(shí)壓縮和傳送視頻，比如視頻會(huì)議應(yīng)用就適合采用對(duì)稱的壓縮編碼算法。

在電子出版和其它多媒體應(yīng)用中，一般是把視頻預(yù)先壓縮處理好，再播放，因此可以采用不對(duì)稱編碼。不對(duì)稱或非對(duì)稱意味著壓縮時(shí)需要花費(fèi)大量的處理能力和時(shí)間，而解壓縮時(shí)則能較好地實(shí)時(shí)回放，也即以不同的速度進(jìn)行壓縮和解壓縮。一般地說，壓縮一段視頻的時(shí)間比回放（解壓縮）該視頻的時(shí)間要多得多。例如，壓縮一段三分鐘的視頻片斷可能需要10多分鐘的時(shí)間，而該片斷實(shí)時(shí)回放時(shí)間只有三分鐘。

1.3國際數(shù)字視頻標(biāo)準(zhǔn)分析

近年來，視頻圖像編碼技術(shù)得到了迅速發(fā)展和廣泛利用，日臻成熟。一些國際組織也相繼制定了關(guān)于視頻圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)。例如ITU-T制定的H.26X系列標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC制定的關(guān)于靜態(tài)圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)JPEG和JPEG2000以及活動(dòng)圖像的編碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG系列等。這些標(biāo)準(zhǔn)圖像的編碼算法融合了各種性能優(yōu)良的圖像編碼方法，代表了目前圖像編碼的發(fā)展水平。如表1所示，H.261、MPEG-1、和MPEG-2采用了第一代壓縮編碼方法，如：預(yù)測(cè)編碼、變換編碼、熵編碼以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。從MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)以后，采用的是第二代視頻編碼方法，如分段編碼、基于模型的編碼和基于對(duì)象的編碼等。

其中，隨著多媒體應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)JPEG壓縮技術(shù)已無法滿足人們對(duì)多媒體影像資料的要求。JPEG中采用的算法靠丟棄頻率信息實(shí)現(xiàn)壓縮，因而圖像壓縮率越高，頻率信息丟棄的越多。在極端情況下，JPEG圖像只保留了反映圖像的基本信息，精細(xì)的圖像細(xì)節(jié)都損失了。為此，JPEG制定了新一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000。JPEG2000放棄了JPEG所采用的以離散余弦變換（DCT）為主的區(qū)塊編碼方式，而采用以小波變換為主的多解析編碼方式，很好地保存了圖像信息中的相關(guān)性，達(dá)到了更好的壓縮編碼效果。JPEG具有高壓縮率且提供無損和有損兩種壓縮方式的特點(diǎn)，但應(yīng)用并不廣泛，在圖像品質(zhì)要求比較高的醫(yī)學(xué)圖像的分析和處理中已經(jīng)有了一定程度的應(yīng)用。

H.26X是ITU-T及其前身CCITT研究和制定的一系列視頻編碼的國際標(biāo)準(zhǔn)。其中，應(yīng)用最廣泛的是H.261、H.263、H.264。H.261是世界上第一個(gè)得到廣泛承認(rèn)、針對(duì)動(dòng)態(tài)圖像的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，而且其后出現(xiàn)的MPEG系列、H.263等視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)都是以H.261為核心。H.263在H.261基礎(chǔ)上增加了一些功能，從而進(jìn)一步改善了圖像質(zhì)量，提高了壓縮比。后來出現(xiàn)的H.26L的編碼效率比已有的其他視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)有很大的提高。在相同PSNR下與H.263和MPEG4相比，H.263在低碼率時(shí)的輸出碼率平均節(jié)省分別約為40%和36%，在高碼率時(shí)的輸出碼率平均節(jié)省分別約為55%和45%，具有較高壓縮比，尤其適用于公眾交換電話網(wǎng)及無線/Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的視頻傳輸。H.264是比MPEG和H.263性能更好的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，不僅具有高壓縮比，而且在惡劣的網(wǎng)絡(luò)傳輸條件下，具有較高的抗誤碼性能，但是性能提高的同時(shí)，也增加了計(jì)算的復(fù)雜度。

MPEG-X是一組由IEC和ISO制定的視頻、音頻、數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，已成為國際上影響最大的多媒體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-1最初用于數(shù)字信息存儲(chǔ)體上活動(dòng)圖像及其伴音的編碼，其速率為15Mb/s。MPEG-X是一組由IEC和ISO制定的視頻、音頻、數(shù)據(jù)的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，已成為國際上影響最大的多媒體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-1最初用于數(shù)字信息存儲(chǔ)體上活動(dòng)圖像及其伴音的編碼，其速率為15Mb/s。MPEG-2是一個(gè)通用多媒體編碼標(biāo)準(zhǔn)，具有更廣闊應(yīng)用范圍和更高的編碼質(zhì)量。由于性能出色，已能適應(yīng)HDTV，使得MPEG-3被拋棄。它的另一特點(diǎn)是可提供一個(gè)范圍較廣的可變壓縮比，能夠適應(yīng)不同的畫面質(zhì)量、存儲(chǔ)容量以及帶寬的要求。MPEG-4持多種多媒體應(yīng)用，特別是多媒體信息基于內(nèi)容的檢索和訪問，可根據(jù)應(yīng)用的不同要求現(xiàn)場配置解碼器。編碼系統(tǒng)也是開放的，可以隨時(shí)加入新的有效的算法模塊：它可以將各種多媒體技術(shù)充分利用進(jìn)來，包括壓縮本身的一些工具、算法，也包括圖像合成、語音合成等技術(shù)。MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)既可用于的高碼率的視頻壓縮編碼，又可用于低碼率的視頻壓縮編碼；既可用于傳統(tǒng)的矩形幀圖像，又可用于任意形狀的視頻對(duì)象壓縮編碼。

此外，近年來，本領(lǐng)域另一個(gè)研究熱點(diǎn)是聲像數(shù)據(jù)的基于內(nèi)容的檢索。實(shí)現(xiàn)這種基于內(nèi)容檢索的一個(gè)關(guān)鍵步驟是要定義一種描述聲像信息內(nèi)容的格式，而這與聲像信息的編碼又是密切相關(guān)的，MPFG-7就是這種壓縮編碼的代表性技術(shù)，其名稱叫做“多媒體內(nèi)容描述接口”，它為各種類型的多媒體信息規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)化的描述，這種描述與多媒體信息的內(nèi)容本身一起，支持用戶對(duì)其感興趣的各種“資料”進(jìn)行快速、有效地檢索。

盡管MPEG取得了種種成功，但在人們的信息交流中尚存有眾多的不便之處，如不同網(wǎng)絡(luò)之間的障礙、知識(shí)產(chǎn)權(quán)得不到有效保護(hù)等；不同的多媒體信息、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)、分布在不同的地點(diǎn)等都給用戶造成不能以統(tǒng)一的方式進(jìn)行多媒體信息交互。如何通過一個(gè)綜合標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)上述不便之處加以協(xié)調(diào)，使多媒體業(yè)務(wù)暢通無阻，這就是MPEG墨爾本會(huì)議提出的多媒體框架的概念，此即MPEG-21。MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱為“多媒體框架”或者“數(shù)字視聽框架”，它致力于為多媒體傳輸和使用定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的、可互操作的和高度自動(dòng)化的開放框架，這個(gè)框架考慮到了DRM（Digital Rights Management，數(shù)字版權(quán)管理）的要求、對(duì)象化的多媒體接入以及使用不同的網(wǎng)絡(luò)和終端進(jìn)行傳輸?shù)葐栴}，這種框架會(huì)在一種互操作的模式下為用戶提供更豐富的信息。MPEG-21的最終目標(biāo)是要為多媒體信息的用戶提供透明而有效的電子交易和使用環(huán)境。任何與MPEG-21多媒體框架標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境交互或使用MPEG-21數(shù)字項(xiàng)實(shí)體的個(gè)人或團(tuán)體都可以被視為用戶。從純技術(shù)角度來看，MPEG-21對(duì)于“內(nèi)容供應(yīng)商”和“消費(fèi)者”沒有任何區(qū)別。

MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)是新一代多媒體內(nèi)容描述標(biāo)準(zhǔn)，它吸收新技術(shù)，同時(shí)消除多媒體系統(tǒng)框架中的缺陷，使得由于不同的設(shè)備、體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)造成隔閡被逐步消除。對(duì)于用戶而言，新的多媒體系統(tǒng)是一個(gè)與設(shè)備無關(guān)的、互動(dòng)性強(qiáng)大的、高度智能化的、符合用戶各種不同需要的體系。

1.4我國視頻壓縮編碼的發(fā)展現(xiàn)狀

AVS標(biāo)準(zhǔn)是具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的編碼標(biāo)準(zhǔn)，是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系。其編碼效率比MPEG-2高2～3倍，與H，264相當(dāng)，但其算法復(fù)雜度比H.264低30%，達(dá)到了新一代編碼標(biāo)準(zhǔn)的最高水平，主要面向高清晰度電視廣播和數(shù)字存儲(chǔ)媒體。

2013年6月，AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為了IEEE標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IEEE 1857。AVS標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善與發(fā)展應(yīng)用，成為了標(biāo)志著我國在視頻壓縮編碼領(lǐng)域從跟蹤國際到自主創(chuàng)新再到國際推廣的里程碑。

1.5未來發(fā)展趨勢(shì)

目前，在視頻行業(yè)廣泛采用的壓縮和傳輸標(biāo)準(zhǔn)是2003年推出的H.264，在視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)朝著高清晰度、低碼率的方向發(fā)展進(jìn)程中，H.264占據(jù)著統(tǒng)帥的地位，但是，在未來的五到十年內(nèi)，H.265將會(huì)掀起引領(lǐng)超高清時(shí)代的潮流。H.265于2013年1月25日獲得了國際電聯(lián)的批準(zhǔn)，H.265不僅在碼流、算法、編碼質(zhì)量上進(jìn)行了改善及優(yōu)化，而且同時(shí)支持4K（4096×2160）和8K（8192×4320）超高清視頻。H265標(biāo)準(zhǔn)下的畫面效果更流暢、更高清，勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)視頻行業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中以及視頻壓縮編碼技術(shù)上引起一場巨大的變革。

2.視頻文件格式

2.1多媒體視頻文件格式

目前視頻的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)格式眾多，其壓縮比、質(zhì)量和適用領(lǐng)域等各不相同，下面就此對(duì)其常用格式及發(fā)展進(jìn)行介紹和分析。

2.1.1QuickTime（MOV）格式

MOV格式的英文全稱是Movie Digital Video Technology。MOV格式能夠跨平臺(tái)、存儲(chǔ)空間要求小，得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可。QuickTime文件格式支持25位彩色，支持領(lǐng)先的集成壓縮技術(shù)，提供150多種視頻效果，并提供200多種MIDI兼容音響和設(shè)備的聲音裝置。該格式具有較高的壓縮比率和較完美的視頻清晰度，最大的特點(diǎn)是跨平臺(tái)性，目前已成為數(shù)字媒體軟件技術(shù)領(lǐng)域的事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2AVI格式

AVI的英文全稱是Audio Video Interleaved，叫做音頻視頻交錯(cuò)，是由微軟公司開發(fā)的一種數(shù)字視頻文件格式。AVI是Windows操作系統(tǒng)上最基本的、最常用的一種媒體文件格式，支持256色和RLE壓縮，但壓縮標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不具有兼容性，體積龐大，用不同壓縮算法生成的AVI文件，必須使用相對(duì)應(yīng)的解壓縮算法才能播放。它最大的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)用方便、圖像質(zhì)量好；還可以根據(jù)不同的應(yīng)用要求，隨意調(diào)整AVI的分辨率，而且對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求不高，可以先做成AVI格式的視頻，在轉(zhuǎn)換為其他格式。

2.1.3MPEG-2（DVD）

PAL制式的標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2分辨率高達(dá)720X576。MPEG-2在編碼時(shí)使用了幀間壓縮和幀內(nèi)壓縮兩種方式，并且通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)來改善畫質(zhì)。從清晰度來看，MPEG-2幾乎是無可挑剔的，但是MPEG-2也并非十全十美。由于MPEG-2沒能在壓縮技術(shù)上有所突破，因此其數(shù)據(jù)量比MPEG-1大。此外，MPEG-2的壓縮數(shù)據(jù)的碼流比較特殊，各種編輯軟件無法隨機(jī)訪問，因此在進(jìn)行非線性編輯時(shí)會(huì)導(dǎo)致素材搜索很遲緩。更為重要的是，MPEG-2過大的編解碼必須依賴強(qiáng)大的處理芯片。

2.1.4DivX和XviD格式

MPEG在開始的時(shí)候建立了4個(gè)版本：MPEG-1-MPEG-4，分別適應(yīng)于不同的帶寬和數(shù)字影像質(zhì)量的要求。DivX和XviD就是一種MPEG-4編碼格式，只不過舊版的MPEG-4編碼不允許在AVI文件格式上使用，才會(huì)有DivX和XviD編碼格式的出現(xiàn)。不過現(xiàn)在國內(nèi)外稱呼的DivX和XviD是MPEG/MP3影片，即影像部分以MPEG-4格式壓縮，Audio部分以MP3格式壓縮組合而成的AVI影片。它的好處是生成的文件體積小，約為同樣播放時(shí)間的DVD的1/5到1/10，但是聲音及影像的品質(zhì)都相當(dāng)不錯(cuò)，當(dāng)然比DVD還是差一點(diǎn)，但比起VCD要好很多，也就是說，DivX和XviD只要一張光盤就可以放下一個(gè)90分鐘的電影，而且清晰度要比兩張光盤的VCD好許多。在視頻采集時(shí)，DivX和XviD編碼對(duì)于系統(tǒng)性能的要求并不高，數(shù)據(jù)量的降低可以明顯減輕CPU與磁盤系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

2.1.5 RM（Real Media）格式

Real Media是Real Networks公司所制定的音頻視頻壓縮規(guī)范，包含RealAudio（.ra，聲音文件）、RealVideo（.rm，視頻文件）和Real Flash（.ram，矢量動(dòng)畫）三類文件。Real Media可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的不同制定不同的壓縮比，實(shí)現(xiàn)在低速率的廣域網(wǎng)上進(jìn)行彩像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送和實(shí)時(shí)播放。

2.1.6FLV格式

FLV全稱為Flash video，是在Sorenson公司的壓縮算法的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。FLV格式不僅可以輕松地導(dǎo)入Flash中，速度極快，并且能起到保護(hù)版權(quán)的作用。由于它形成的文件極小、加載速度極快，使得網(wǎng)絡(luò)觀看視頻文件成為可能，它的出現(xiàn)有效地解決了視頻文件導(dǎo)入flash后，使導(dǎo)出的SWF文件體積龐大，不能在網(wǎng)絡(luò)上很好地使用等缺點(diǎn)，是目前增長最快、最為廣泛的視頻傳播格式。目前各在線視頻網(wǎng)站均采用此視頻格式。

2.2媒體格式的發(fā)展分析

影響多媒體文件格式發(fā)展的因素有很多，歸納起來主要有應(yīng)用和技術(shù)兩個(gè)方面。總的來講，一種格式有存在的必要，必須有一定的應(yīng)用范圍，而壓縮、解壓縮等技術(shù)的發(fā)展必將促使新格式的產(chǎn)生。

影像視頻的發(fā)展必將淘汰傳統(tǒng)的影響視頻格式。隨著視頻壓縮技術(shù)和視頻編輯處理技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，傳統(tǒng)的影像視頻（如AVI和MPEG-1格式等）一般體積較大且清晰度較差，因此這些格式必將被體積小數(shù)倍，而且具有超高清晰度的新視頻格式所代替。另外，隨著移動(dòng)通信的不斷發(fā)展，市場需求和技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)發(fā)展的同時(shí)，必將極大地推動(dòng)視頻技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于視頻文件格式的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。

隨著多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展、各種壓縮算法在該領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)目前存在的各種文件格式很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)孰優(yōu)孰劣，從壓縮率、質(zhì)量而言，每一種格式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而且都被大批軟件所支持，占有一定的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，在一定時(shí)期內(nèi)，多種文件格式共存的局面不會(huì)改變，但隨著時(shí)間的推移，應(yīng)用的發(fā)展和技術(shù)的革新，將不斷涌現(xiàn)新的、先進(jìn)的格式，淘汰落后的格式。

3.計(jì)算機(jī)動(dòng)畫

3.1計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的原理與分類

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫是采用連續(xù)播放靜止圖像的方法產(chǎn)生物體運(yùn)動(dòng)的效果，利用計(jì)算機(jī)生成一系列可供實(shí)時(shí)演播的畫面的技術(shù)。它可輔助傳統(tǒng)卡通動(dòng)畫片的制作，也可通過對(duì)三維空間中虛擬攝象機(jī)、光源及物體運(yùn)動(dòng)和變化（形狀、色彩等）的描述，逼真地模擬客觀世界中真實(shí)的或虛構(gòu)的三維場景隨時(shí)間而演變的過程。所生成的一系列畫面可在顯示屏上動(dòng)態(tài)演示，也可將它們記錄在電影膠片上或轉(zhuǎn)換成視頻信息輸出到錄像帶上。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫由于采用數(shù)字處理方式，動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)效果、

畫面色調(diào)、紋理、光影效果等可以不斷改變，輸出方式也多種多樣。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫分為四類。

實(shí)時(shí)動(dòng)畫：采用各種算法來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)控制或指可直接在顯示屏幕上實(shí)時(shí)顯示動(dòng)畫圖像。

逐幀動(dòng)畫：記錄下每一幀畫面，然后按顯示動(dòng)畫的圖象序列一幀一幀播放而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的效果。

三維動(dòng)畫：畫中的景物有正面、側(cè)面和反面，調(diào)整三維空間的視點(diǎn)，能夠看到不同的內(nèi)容。

二維動(dòng)畫：平面上的畫面，由紙張、照片或計(jì)算機(jī)屏幕顯示。

在屏幕上實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫有三種方式：（1）位置不動(dòng)形態(tài)變化。（2）形態(tài)不變位置變化。（3）位置和形態(tài)均變化。

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的主要研究內(nèi)容包括：①動(dòng)畫形體造型技術(shù)；②動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)控制和描述；③動(dòng)畫圖象繪制技術(shù)和算法；④動(dòng)態(tài)模擬、動(dòng)畫系統(tǒng)的集成環(huán)境；⑤關(guān)節(jié)體、人體動(dòng)畫；⑥動(dòng)畫語言與系統(tǒng)；⑦用于動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)控制和生成的專門硬件設(shè)備及接口；⑧特殊視覺效果生成技術(shù)。

3.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的研究始于20世紀(jì)60年代初。1963年美國AT&TBell實(shí)驗(yàn)室制作了第一部計(jì)算機(jī)動(dòng)畫片。在80年代之前，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫主要集中于二維動(dòng)畫系統(tǒng)的研制，應(yīng)用于教學(xué)演示和輔助傳統(tǒng)的動(dòng)畫片制作。

三維動(dòng)畫的研究始于70年代初，當(dāng)時(shí)開發(fā)了一些三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)。直至80年代中后期，由于具有實(shí)時(shí)處理能力的超級(jí)圖形工作站的出現(xiàn)，三維幾何造型技術(shù)和真實(shí)感圖形生成技術(shù)取得很大進(jìn)展，促進(jìn)了具有高度逼真效果的三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)迅速發(fā)展，并達(dá)到實(shí)用商品化地步。到90年代初，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)應(yīng)用于電影特技取得了顯著成就。

與此同時(shí)，為適應(yīng)科學(xué)研究與復(fù)雜系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)模擬、視覺模擬、機(jī)器人學(xué)和生物力學(xué)等領(lǐng)域的需求，基于物理的造型和動(dòng)畫的研究的開展，已成為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫研究中的一個(gè)重要課題。

人體動(dòng)畫是近年來發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫新課題。它是研究開發(fā)基于人造角色的集成動(dòng)畫系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生涉及人造角色在三維場景中具有人的自覺意識(shí)的行為動(dòng)畫，這樣的系統(tǒng)是以多種學(xué)科的知識(shí)、技術(shù)和方法為基礎(chǔ)的，如動(dòng)畫、力學(xué)、機(jī)器人學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)和人工智能等?，F(xiàn)在的Poser就是著名的MetaCreations公司生產(chǎn)的具有特色的人體建模三維動(dòng)畫制作軟件。

目前，主流的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)包括：

（1）參數(shù)關(guān)鍵幀技術(shù)：關(guān)鍵幀技術(shù)最初僅僅用來插值幀與幀之間卡通畫的形狀，后來該技術(shù)馬上發(fā)展成為可以用來插值影響運(yùn)動(dòng)的任何參數(shù)（例如，一個(gè)物體的平移、比例變換、旋轉(zhuǎn)、材料、紋理、形狀、可見性參數(shù)等都可作為關(guān)鍵幀參數(shù)，另外，攝象機(jī)和燈光的大部分參數(shù)也可作為關(guān)鍵幀參數(shù)）。

（2）軌跡驅(qū)動(dòng)技術(shù)：指先設(shè)計(jì)好物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后指定物體沿該軌跡運(yùn)動(dòng)。通常，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡為三次樣條曲線（也稱為樣條驅(qū)動(dòng)），并且由用戶交互給出。

（3）變形動(dòng)畫技術(shù)：為了制作一種形態(tài)變形的動(dòng)畫，即將物體外觀上發(fā)生變化的過程記錄下來，生成一個(gè)形態(tài)連續(xù)變化的動(dòng)畫序列。

（4）關(guān)節(jié)動(dòng)畫技術(shù)：它的主要目的是模擬骨架動(dòng)物（尤其是人體）的運(yùn)動(dòng)。

（5）過程動(dòng)畫技術(shù)：指物體的運(yùn)動(dòng)或變形可由一個(gè)過程來描述。最簡單的過程動(dòng)畫是用一個(gè)數(shù)學(xué)模型去控制物體的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)，較復(fù)雜的過程動(dòng)畫則是包括物體的變形、彈性理論、動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測(cè)在內(nèi)的物體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

（6）基于物理的動(dòng)畫技術(shù)：一種具有潛在優(yōu)勢(shì)的三維造型和運(yùn)動(dòng)模擬技術(shù)。盡管該技術(shù)比傳統(tǒng)動(dòng)畫技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度要高得多，但它能逼真地模擬各種自然物理現(xiàn)象，這是基于幾何的傳統(tǒng)動(dòng)畫生成技術(shù)所無法比擬的。

3.3計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的未來發(fā)展趨勢(shì)

從國際上看，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展正在趨向于規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。

從技術(shù)的發(fā)展方向看，體視動(dòng)畫會(huì)是未來的熱點(diǎn)。目前人們正在研究降低立體眼鏡的成本、提高圖像質(zhì)量的方法和有關(guān)的替代技術(shù)，未來我們很可能不用立體眼鏡的幫助也能欣賞逼真的立體效果。另一個(gè)熱點(diǎn)會(huì)是虛擬現(xiàn)實(shí)（vR）技術(shù)，與一般的動(dòng)畫相比，VR的特點(diǎn)在于實(shí)時(shí)、交互。VR中的場景會(huì)隨參觀者的位置、視點(diǎn)變化而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)生成，并具有人機(jī)交互的能力，這種技術(shù)在未來將大有可為。

今后的幾年，還可以繼續(xù)從以下幾個(gè)方面研究和發(fā)展：

1、新造型技術(shù)的設(shè)計(jì)。盡管造型技術(shù)在CAD和CAGD中得到了廣泛的研究，但計(jì)算機(jī)動(dòng)畫對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)體、曲面造型提出了一些新的要求。這導(dǎo)致許多針對(duì)動(dòng)畫應(yīng)用而設(shè)計(jì)的造型技術(shù)。

1）Catmull-Clark細(xì)分曲面的造型和動(dòng)畫研究。由Catmull和Clark提出的根據(jù)任意拓?fù)淇刂凭W(wǎng)格生成B樣條曲面的細(xì)分曲面方法近幾年來在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫中越來越受到人們的重視。在AliasIWavefront公司的動(dòng)畫軟件Maya中，基于Catmull-Clark細(xì)分曲面的造型和動(dòng)畫已經(jīng)成為其重要手段。

2）隱式曲面的造型和動(dòng)畫研究。隱式曲面是圓球的更一般形式，它在表現(xiàn)人體的肌肉、水滴、云、樹等物體的造型和動(dòng)畫方面有很大的優(yōu)勢(shì)。該研究方向近年來逐漸為人們研究的熱點(diǎn)，歐洲圖形學(xué)學(xué)會(huì)專門設(shè)立了相應(yīng)的Implicit Surface學(xué)術(shù)會(huì)議。

2、運(yùn)動(dòng)捕獲動(dòng)畫數(shù)據(jù)的處理。運(yùn)動(dòng)捕獲技術(shù)在電影《泰坦尼克》中取得了非常大的成功，該片中乘客從船上落入水中的許多驚險(xiǎn)鏡頭都是由動(dòng)畫特技來完成的。實(shí)際上，運(yùn)動(dòng)捕獲已成為現(xiàn)代高科技電影不可缺少的工具。怎樣把運(yùn)動(dòng)捕獲動(dòng)畫數(shù)據(jù)重用和重置目標(biāo)值得進(jìn)一步的研究。

3、三維Morphing和變形研究。二維圖象的Morphing雖然已經(jīng)比較成熟，但三維Morphing方法尚存在各種各樣的缺陷，具有任意拓?fù)涞膬扇S物體之間的Morphing技術(shù)還有待于進(jìn)一步的發(fā)展?；诩s束的變形也是值得研究的方向。

4.數(shù)字視頻的其他技術(shù)

4.1數(shù)字電視技術(shù)

數(shù)字電視是數(shù)字技術(shù)的產(chǎn)物，它將電視信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，然后以數(shù)字形式進(jìn)行編輯、制作、傳輸、接收和播放。

數(shù)字電視除了具有頻道利用率高、圖像清晰度好等特點(diǎn)之外，它還可以開展交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括電視購物、電視銀行、電視商務(wù)、電視通信、電視游戲、實(shí)時(shí)點(diǎn)播電視、電視網(wǎng)上游覽、觀眾參與的電視競賽等。

目前，數(shù)字電視已成功地應(yīng)用于衛(wèi)星直播，有線電視也在向數(shù)字方式過渡。整個(gè)電視傳播業(yè)已進(jìn)人了從模擬式向數(shù)字式過渡的時(shí)代。整個(gè)數(shù)字電視系統(tǒng)由信源編碼、業(yè)務(wù)復(fù)用和信道傳輸與發(fā)送三個(gè)部分構(gòu)成。美國的DTV、歐洲的DVB和日本的ISDB這幾種標(biāo)準(zhǔn)，信源編碼中視頻都采用MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，音頻采用MPEG-2或Dolby AC-3；業(yè)務(wù)復(fù)用采用的都是MPEG-2系統(tǒng)層規(guī)范或其擴(kuò)展形式，它們的主要差別在于信道及發(fā)送部分。

數(shù)字電視的傳輸途徑是多種多樣的，因特網(wǎng)性能的不斷提高也將使其成為數(shù)字電視傳播的一種新媒介。圖1是數(shù)字電視傳播系統(tǒng)的示意圖。數(shù)字電視接收機(jī)（簡稱DTV接收機(jī)）大體有三種形式：一種是傳統(tǒng)模擬電視接收機(jī)的換代產(chǎn)品――數(shù)字電視接收機(jī)，另一種是傳統(tǒng)模擬電視機(jī)外加一個(gè)數(shù)字機(jī)頂盒，第三種是可以接收數(shù)字電視的PC機(jī)。

4.2點(diǎn)播電視（VOD）技術(shù)

VOD（Video On Demand）是視頻點(diǎn)播（也稱為點(diǎn)播電視）技術(shù)的簡稱，意即用戶可以根據(jù)自己的需要收看電視節(jié)目。VOD技術(shù)從根本上改變了用戶過去被動(dòng)收看電視的不足。

視頻點(diǎn)播系統(tǒng)可分為TVOD（True VOD）和NVOD（Near VOD）兩種。在TVOD（真視頻點(diǎn)播）環(huán)境下，用戶提出要求后即可及時(shí)從VOD系統(tǒng)得到服務(wù)，這種系統(tǒng)為每一個(gè)用戶提供一個(gè)單獨(dú)的連接，每個(gè)連接需要占用一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬；NVOD（準(zhǔn)視頻點(diǎn)播）是視頻點(diǎn)播的另一種實(shí)現(xiàn)方案。采用這種方案，系統(tǒng)可每隔一段時(shí)間（例如10分鐘）在不同的頻道上開始播放同一個(gè)節(jié)目，用戶可以選擇收看。如果用戶需要“倒退”功能，可以切換到比他當(dāng)前頻道晚10分鐘播放的頻道，需要“快進(jìn)”功能，可切換到比當(dāng)前頻道早10分鐘的頻道。顯然，這種方式不能為用戶及時(shí)提供點(diǎn)播服務(wù)功能，但減少了用戶連接數(shù)目，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬與費(fèi)用，服務(wù)器的性能要求也可適當(dāng)降低。

視頻點(diǎn)播是基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的一種數(shù)字視頻服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中的音頻視頻數(shù)據(jù)必須以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的形式進(jìn)行傳輸，傳輸一旦開始，就必須以穩(wěn)定的速率進(jìn)行，以保證節(jié)目平滑地播放。任何由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，CPU爭用或磁盤的I/O瓶頸產(chǎn)生的系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的停滯，都可能導(dǎo)致視頻傳送的延遲，影響用戶的收看。因此，大型視頻點(diǎn)播系統(tǒng)在技術(shù)上是有相當(dāng)難度的。

視頻點(diǎn)播系統(tǒng)的工作過程如下：用戶在客戶端啟動(dòng)播放請(qǐng)求，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給分配服務(wù)器，經(jīng)驗(yàn)證后，系統(tǒng)把視頻服務(wù)器中可訪問的節(jié)目單發(fā)送給用戶瀏覽，用戶選擇節(jié)目后，視頻服務(wù)器讀出節(jié)目的內(nèi)容，并傳送到客戶端進(jìn)行播放。

4.3可視電話與視頻會(huì)議技術(shù)

可視電話：通話雙方能互相看見的一種電話系統(tǒng)，電話機(jī)具有攝像、顯示、聲音等功能，內(nèi)置高質(zhì)量CCD鏡頭及MODEM。其應(yīng)用之一就是視頻會(huì)議，

視頻會(huì)議：多人同時(shí)參與的一種音/視頻通信系統(tǒng)類似于可視電話，但多人參加通話，提供的功能也更加豐富。

兩種實(shí)施方式：（1）在電信局的數(shù)字通信網(wǎng)上進(jìn)行；（2）在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行，例如使用下列即時(shí)通信軟件：微軟的MSN Messenger，騰迅的QQ，網(wǎng)易的POPO，新浪的UC等。