CN102073793A

CN102073793A - 一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统

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Publication number: CN102073793A
Application number: CN2011100272002A
Authority: CN
Inventors: 张庆国
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明涉及一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统。该系统利用魔方(Cube)的三维特性针对4D数字媒体资源进行研究，采用层次划分技术，建立动态的环境下基于层次的Cube存取结构有效地支持资源仓库上Cube的查询与更新，支持Cube上任一维的动态扩展，而且具有最小空间和效率代价，从而使4D数字影片能顺利的进行协同制作。

Description

一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统

技术领域

本发明主要涉及一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统。

背景技术

4D数字媒体资源服务是一种提供数字媒体和资源分析处理功能的特殊Web服务。本系统主要实现的数字媒体资源服务协同技术属于目前的研究前沿，相关的研究工作正处于起始和发展的阶段。本部分将首先分析标准Web服务领域内的Web服务协同技术的研究现状，重点介绍比较著名的代表服务协同技术研究成果的原型系统；然后再深入分析数字媒体资源服务协同技术的国内外研究现状。

Web服务技术的兴起和推广之后，服务协同这一全新的理念立刻引起了国内外工业界和学术界的极大关注，且已成为推动Web服务技术不断向前发展的技术动力和目前Web服务领域的研究热点。近年来，针对Web服务的协同技术，大量研究工作从不同的角度出发进行考虑，取得了众多的研究成果，表现在系统模型的提出、应用工具的实现和服务协同平台的构建等各个方面；其中比较著名的平台包括eFlow、SELF-Serv、SWORD、METEOR-S、SCET、Fusion等。以下将从服务协同方法、协同动态性支持、系统采用的协同服务流程描述语言以及协同服务的执行方式等方面对这些成果进行介绍和分析。

(1)eFlow

eFlow是由HP实验室开发的一个协同服务描述、执行、监控与管理平台，eFlow采用基于业务流程的服务组合方法，组合服务被描述为一个包含基本服务和其他组合服务的流程，该流程采用基于有向图的模型来进行描述；图模型由服务结点、决策结点和事件结点组成，通过把服务结点区分为基本服务结点、多服务结点和一般服务结点来实现eFlow服务组合操作的动态性和自适应性。eFlow中协同服务的流程定义采用CSDL语言进行描述，协同服务执行以集中式的方法来实现。eFlow为组合服务模型的服务结点定义一个“服务选择规则”来支持动态服务发现操作，此外eFlow还对服务流程的动态修改提供了一定的支持。

(2)SELF-Serv

SELF-Serv是由澳大利亚新南威尔士大学与昆士兰科技大学联合研制的Web服务协同平台；SELF-Serv采用状态图(State charts)来对协同服务进行描述，在此基础上提出了基于P2P的执行模式来实现协同服务的执行。在SELF-Serv的研究中提出了服务社区(ServiceCommunity)的概念用于解决潜在的大量Web服务的动态协同。在SELF-Serv的研究中提出了包括价格、时间、可靠性、可用性和声誉的QoS模型，在此基础上研究了QoS驱动的服务选择问题，给出了基于多数性决策的服务选择局部最优方法和基于线形规划的服务选择全局最优方法。

(3)SWORD

SWORD是斯坦福大学的一个服务协同研究系统，该系统的研究目标是为信息服务的自动或半自动协同提供协同服务开发工具包。SWORD将服务的输入和输出表示为一条对于给定输入产生特定输出的规则。SWORD使用基于规则的专家系统来进行推理操作以判断使用现有的服务是否能够实现所需的协同服务，并产生相应的协同方案。协同方案经开发者确认后即形成可执行的协同服务，当协同服务收到用户请求时，其中的服务依次被调用，从而产生相应的应答。基于SWORD可以产生多条满足要求的服务协同方案，由于缺少代价模型对多条协同方案进行评价，SWORD目前采用随机选取的方法返回任意路径给用户。

(4)METEOR-S

METEOR-S侧重于结合语义Web技术来提高服务组合的自动程度与灵活性。METEOR-S的研究者认为，目前服务组合方法基本上还是句法层次上的，这大大限制了Web服务的应用和发展。METEOR-S采用在现有的基于句法的服务标准如WSDL和UDDI中引入语义的方法来实现语义在Web服务中的应用。在组合服务建模方法上，METEOR-S提出使用“语义流程模板”来获取业务流程的语义需求，能够根据模板中所包含的活动的语义信息进行模版的实例化以形成可执行的流程。METEOR-S的突出之处在于把目前的服务协同标准的表达能力和语义网技术的优点结合起来进行流程模版的定义和服务的发现。

(5)FUSION

FUSION提出了服务入口(Service portals)的概念来满足用户的服务协同应用需求，服务入口收集用户的抽象需求，并把用户的抽象需求转化为一个正确的、优化的、实际可执行的具体服务执行计划，根据执行计划进行协同服务的执行，接受执行结果并检验用户的需求是否被满足；对于不符合使用者需求的执行结果将启动适当的复原过程。FUSION采用Web服务执行描述语言(WSESL)来对具体的服务执行计划进行表达。FUSION是一种自动化的服务协同方法，但是FUSION的目的是通过把多个服务集成起来建立一条服务链来满足用户的需求，用户请求完成后该服务链自动解除，因此不能实现协同服务的重用；同时FUSION无法将动态生成的服务执行计划与具体的服务应用分离开来，以支持服务的动态绑定和动态灵活的容错处理。

(6)SCET

SCET是由美国乔治亚州(Georgia)大学所实现的一种服务协同流程定义和执行工具。SCET支持通过图形化的界面进行静态服务协同流程定义操作，并把定义好的服务协同流程以服务协同流程描述语言WSFL的形式进行保存；利用SCET所提供的Perl执行代码产生器可以把以WSFL形式存在的服务协同流程转化为Perl程序，从而能够基于集中式的服务协同流程执行方法对服务流程进行执行。同时，利用SCET提供的仿真模型产生器可以根据服务协同流程的WSFL描述产生仿真模型，并基于SCET提供的JSIM仿真器进行服务协同流程的仿真分析操作，从而发现服务协同流程的QoS瓶颈并对其进行改进。

上述研究系统和相应的原型系统所采用的技术和侧重点各有不同，从协同方法、协同服务采用的描述语言、协同服务执行前验证、执行方式、动态性支持5个方面对这6个研究系统的比较如下：

表1典型服务协同研究系统分析比较

比较以上技术，基于Cube的技术具有更大的灵活性，可以快速有效的实现对资源的分析，从而实现灵活和高效。

本系统在3D影片的基础上，探索提出4D动感电影概念，并实现网络协同制作。4D动感电影即在普通电影的基础上，影片的拍摄角度始终是主观镜头，而且观众所坐的座椅也可以随着电影画面的运动做相对运动，使观众感受到自己已融合在电影之中，再配合特效电影中飞驰、震动、骤降等镜头效果，以达到身临其景、惊险刺激的感觉。动感电影的运动载体有平台式和座椅式两大类：平台式动感电影是在一个较大的运动平台上安装6～80个座椅，整个平台统一运动，动力系统为液压动力系统；座椅式动感电影是以双座动感座椅为主体，每套座椅独立运动，动力系统也是液压动力驱动。

4D电影也叫四维电影，是在3D立体电影的基础上加上环境模拟仿真而组成的新型影视产品。观众在戴上特制的眼镜看立体电影时，可实时感受到风暴、雷电、下雨、撞击、喷洒水雾、拍腿等身边所发生与立体影像相对应的事件，4D电影的座椅具有喷水、喷气、振动、拍腿等功能，主要以气动为动力系统。环境模拟仿真是指影院内安装有下雪、下雨、闪电、烟雾、气泡等特效设备，以营造一种与影片内容相一致的特殊环境。

以上两类电影都有身临其境，惊险刺激的效果。但这两项电影既有共性，也有个性。身临其镜、惊险刺激、感受科技是它们的共性；一个是在运动中感受刺激、一个是在视觉中感受刺激，这是它们的个性。

4D动感电影是动感电影和4D电影的结合，也是特效电影主要的发展方向和趋势。影片的拍摄角度始终是主观镜头，它集合环幕电影技术、三维立体电影技术、动感座椅技术、现场环境模拟仿真等多项技术于一身，共同来刺激观众的视觉、听觉、触觉、感觉等各个感官，使观众即能体验到动感的刺激，又能体验到视觉感官的刺激。具有主题突出、科技含量高、效果逼真、画面冲击性强等特点和优势，是近年来较为流行的一种特效电影形式。

4D动感电影制作：

在传统的三维制作中，我们加入了深度脚本、立体预览、立体合成三个环节后，我们就可以输出成带3D立体效果的电影，当然在制作过程中，我们也需要改变一下传统制作方法，比如说不能再用贴片，要用实体模型；要尽量使用真实的光线跟踪等。

在完成3D立体效果的制作后，我们还需要算出一个单独的摄像机，通过运动分析得出运动参数。再把这些参数导入到动感设备中去。之后观众就可以带上立体眼镜去感受4D动感电影所带来的乐趣。

深度脚本：深度脚本就是确定每个镜头的物体空间布局，它与故事板配合以确定后续的Layout制作并预览立体效果。这一步对与整个影片的立体效果来说显得至关重要。一方面，它帮助决定了每一个镜头的景深度；另一方面，有利于前后镜头间的深度街接，确保观众能看到舒适的画面。

立体预览：这里是对立体效果进行调节的一个环节。在确保深度脚本的准确性后，调整立体摄像机或者对相关物体进行调节，以达到最好的立体效果。在这里的摄像机至少由3个虚拟摄像机的camera rig来制作动画。其中位于最中央的摄像机为观测摄像机，另外二个为渲染摄像机用以渲染出左右眼图像。目前国内比较常用的二大三维软件中，MAYA已经自带了立体摄像机功能，可以实时在MAYA中观看立体效果，并对其进行调整。而3DS MAX则需要制作人员另外制作一个立体摄像机，要先成预览后，到AE、NUKE等后期软件中才能进行效果确定，相关比较麻烦。

立体合成：立体合成也就是到后期软件中，对整个渲染完成的序列帧进行分列模拟真实人的左右眼合成，最后生成左右眼视频文件，最终在播放时产生同屏立体影片效果。

运动参数：这个环节是得出摄像机运动参数，利用编写好的脚本得出每帧的摄像机运动参数(位置XYZ和旋转XYX的值)，最后调节动感设备控制值，使动感设备与影片实现对接。

普通影片→4D影片的转换方法：

当想把普通影片转化成4D影片的时候，我们可以直接在后期软件中对影片进行一定的左右错位，通过计算公式从而得出一个假立体，这种立体效果一般满足不了我们的视觉要求。在比较短的片段中可以尝试使用。在运动参数方面，我们可以利用软件Boujon进行反求摄像机信息，得到一个单独的摄像机。再对摄像机进行参数分析得出我们想要的运动参数。

发明内容

本系统在3D影片的基础上，探索提出4D动感电影概念，并提出一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统。

本系统利用魔方(Cube)的三维特性针对4D数字媒体资源进行研究，采用层次划分技术，建立动态的环境下基于层次的Cube存取结构有效地支持资源仓库上Cube的查询与更新，支持Cube上任一维的动态扩展，而且具有最小空间和效率代价，从而使4D数字影片能顺利的进行协同制作。

本系统主要包括4D数字媒体资源结构分析、资源提取、建立基于魔方模型的资源整合利用三个阶段。利用工作流、平台构建、信息交换、资源数据仓库、内容管理等系统手段，构造出灵活完整的、面向新一代应用模式的构件平台，为建立数字媒体的企业级应用、实现高效的用户主控、随需而变、全局规划、整体集成、消除应用孤岛提供有力的支持。

由于Cube具有多维性、索引性等特性，所以如何利用Cube特性，建立索引预聚集数据同时进行增量更新是系统的主要任务和研究方向。利用这些Cube特性为基础，建立如图1所示的Cube高效4D数字媒体资源平台具有深远的实际意义和推广价值。

传输性能保证

针对4D数字媒体资源大数据量的特点，和影片实时协同的需要，必须对发送队列进行有效整列，以保证数据传输性能。

依据如下思路进行优先排序：

规则一：同等情况下，优先系数大的数据优先传输

规则二：同等情况下，小数据优先传输

规则三：同等情况下，整体快要传输结束的数据优先。

定义文件i针对某用户j的传输排序指数定义为P(i，j)，有：

P(i，j)＝P_F(i)*P_U(i，j)

P_F(i)是根据规则一、规则二只与文件属性相关的排序指数，其计算公式为：

P_{F} (i) = K * (λ * T_{R} / \frac{S_{i}}{r_{B}})

其中：

K为数据优先系数，在(1，100)中选取，不优先定义为1。

是根据规则二定义的小数据优先指数。

T_R为预计传输结束时间，其计算公式为：

式中：R是数据大小，Class1时为100M，

为服务客户的平均传输速度，平均取值为1M/秒。

S_i为数据i的大小，单位比特(Byte)；

r_B为设备在该环境下的平均发送速度，单位为兆B/秒(M/S)；

λ是归一化指数，在(0，1)中选取。

表示的是数据发送需要的时间，数据量小发送的时间就越小。

在我们的实现中，λ＝1/3，P_U(i，j)是根据规则三定义的状况提出的优先指数，设用户j等待的秒数为t_j(当前时刻减去初始时刻)，可以定义各种优先函数。

我们定义的优先函数如图3所示：

其函数为：

由图3中可知，优先函数为线性增加的，在T_R-β·S_i/r_B处达到最大值C₀。因此，C₀为最大的优先值，从(1，10)中选取。从物理意义上看，T_R-S_i/r_B是传送数据的临界点，此处设置了裕量参数β，将发送的时刻提前，以保证数据文件可以安全传送。β在(1.2，2)中取值。

由上面的讨论知，按照P(i，j)对文件i和用户j进行二维优先指数计算，并按照从大到小进行排序，按照排序结果进行优先发送。

本系统利用魔方算法，突破4D数字媒体资源协同关键技术，设计实现4D数字媒体资源协同环境，构建原型系统，建立一个完全(Comprehensive)、整合(Integration)、开放(Open)的产品化的资源整合平台。提供一种先进的资源整合模式-RCM(Resource Cube Model-资源魔方模型)，软件提供商、客户可在RCM的基础上以业务建模为基本手段，构架、开发和维护各个应用系统。同时，提出全新的设计思想--″应用构建″，解决了困扰应用系统领域的″用户需求随着时间和空间的变化而不断变化″的问题，用不变的资源数据模块加上灵活的魔方结构化平台，解决各个应用系统的差异性并适应未来的变化，形成全新的4D数字媒体资源应用模式与机制。

附图说明

图1Cube高效4D数字媒体资源平台

图24D数字媒体资源服务协同实现构造示意图

图3用户优先指数函数图

具体实施方式

本系统研究工作面向4D数字媒体资源的应用，探索基于“Cube资源协同”来解决实际需求，主要的技术包括：

1、4D数字媒体资源服务协同技术框架

构建4D数字媒体资源服务协同技术体系，对4D数字媒体资源服务协同的研究内容和层次关系进行阐述，为4D数字媒体资源服务动态协同关键技术的研究和空间信息服务动态协同系统的设计提供总体框架和顶层指导。

2、数字媒体服务Cube模型

Cube具有可置换性和置换的最优路径，利用Cube特性建立模型，为4D数字媒体资源服务动态协同支撑平台的开发以及在此基础上构造特定的服务协同应用提供可参考的计算模型。

3、基于Cube模型的服务协同流程建模

基于Cube的流程建模的目的是以一种形式化的方法对4D数字媒体资源服务协同流程进行直观的描述和形式化的表达，形成4D数字媒体资源服务协同模型，为服务协同流程的结构和性能分析提供技术基础。

4、Cube的4D数字媒体资源动态选择方法

4D数字媒体资源有许多固有特性，如何把资源的特性进行提取，并以Cube模型实现更有效的动态选择是需要研究的一个重要问题。

5、4D数字媒体资源的语义描述与匹配

服务协同模型实现了对4D数字媒体资源协同流程的抽象描述，在此基础上，需要使用一种有效的、计算机可以理解并可以执行的流程描述语言来对形式化的服务协同模型进行表达，指出协同流程与资源的关系，为服务协同流程的自动执行提供支持。同时，通过把可视化的、形式化的服务协同模型转化为以服务协同流程描述语言形式存在的服务流程，有利于实现服务协同流程的重用、存储、传输和共享。

6、4D数字媒体资源协同服务执行环境

服务协同模型实现了对空间信息服务协同流程的抽象描述，在此基础上，需要使用一种有效的、计算机可以理解并可以执行的流程描述语言来对形式化的服务协同模型进行表达，指出协同流程与GWS的关系，为服务协同流程的自动执行提供支持。同时，通过把可视化的、形式化的服务协同模型转化为以服务协同流程描述语言形式存在的服务流程，有利于实现服务协同流程的重用、存储、传输和共享。

7、4D数字媒体资源的传输技术

4D数字媒体资源服务协同操作过程中，大量媒体数据存取和交换是不可避免的，因此数字媒体协同信息服务过程中所需解决的一个重要问题就是研究Web环境下数字媒体信息的高效存取、传输机制，以提高空间信息服务协同流程执行的效率。

本系统的创新点主要体现如下：

(1)面向数字媒体应用中存在的问题，以“Cube算法”为中心形成业务逻辑(BusinessLogic)，提出新的基于资源的数字媒体应用模式。

(2)研究4D数字媒体资源语义描述与表达方法，构建4D数字媒体资源服务本体概念体系，实现4D数字媒体资源服务的语义描述，并基于此提出应用请求与服务的语义匹配方法。

(3)深入研究4D数字媒体资源协同流程建模与分析技术，提出新的协同流程模型及其分析方法：定义服务协同流程定义元模型，对基本的工作流网进行扩展，提出一种新的服务协同流程/资源描述模型(服务协同流程/资源网，SCP/R-net)；基于SCP/R-net，研究新的服务协同流程模型分析与评价方法(包括SCP/R-net模型化简方法，图论的服务/请求匹配算法，死锁检测与活性分析算法，SCP/R-net时间线性推理和合并算法；模型执行时间估计与关键路径分析算法等)，为服务协同流程的有效分析与验证提供了支持。

(4)研究并建立服务协同Cube模型和评价体系，定义了一种支持Cube约束的服务发现模型，提出一种基于多目标遗传算法的Cube全局最优服务动态选择实现算法，实现高效准确的动态服务发现。

(5)在4D数字媒体资源服务协同流程执行技术上取得突破：研究4D数字媒体资源服务监控技术，设计实现空间信息服务监控工具；结合SCP/R-net模型，定义服务协同流程描述语言，设计实现相应的解析器和执行引擎，建立如下图2的4D数字媒体资源服务协同执行环境。

(6)面向实际应用构建4D数字媒体资源服务协同原型系统：一方面是对4D数字媒体资源服务协同技术研究成果的有效性和实用性进行验证，另一方面则是将4D数字媒体资源服务协同技术应用于实际业务中，促进向行业应用的转化。

Claims

1.一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统，其特征在于：该本系统利用魔方的三维特性针对4D数字媒体资源进行研究，采用层次划分技术，建立动态的环境下基于层次的Cube存取结构有效地支持资源仓库上Cube的查询与更新，支持Cube上任一维的动态扩展，具有最小空间和效率代价，从而使4D数字影片能顺利的进行协同制作；主要包括4D数字媒体资源结构分析、资源提取、建立基于魔方模型的资源整合利用三个阶段。

2.根据权利要求1所述的一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统，其特征在于，对发送队列进行有效整列，以保证数据传输性能，依据如下思路进行优先排序：

规则一：同等情况下，优先系数大的数据优先传输；

规则二：同等情况下，小数据优先传输；

规则三：同等情况下，整体快要传输结束的数据优先。

3.根据权利要求1所述的一种基于Cube算法的4D数字影片网络协同创作系统，其特征在于，该系统主要的技术包括：

(1)、4D数字媒体资源服务协同技术框架；

(2)、数字媒体服务Cube模型；

(3)、基于Cube模型的服务协同流程建模；

(4)、Cube的4D数字媒体资源动态选择方法；

(5)、4D数字媒体资源的语义描述与匹配；

(6)、4D数字媒体资源协同服务执行环境；

(7)、4D数字媒体资源的传输技术。