淺談舞臺場景布置的三維模型庫的建立和檢索

【摘 要】目前，舞臺場景布置的設(shè)計工作多采用平面圖形的方式，視覺效果不足，立體感較差，而制作逼真的三維場景設(shè)計需要耗費(fèi)大量的時間成本和人力資源成本。本文提出了舞臺場景布置三維模型庫的建立步驟，并就三維模型庫檢索方法進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】舞臺場景布置 三維模型庫 分詞 三維模型檢索

舞臺場景布置將繪畫藝術(shù)、造型藝術(shù)、色彩藝術(shù)、視覺藝術(shù)、空間藝術(shù)融繪在一起。它是節(jié)目主題思想的最直接的表現(xiàn)，也是與觀眾進(jìn)行交流的第一印象。舞臺場景的布置因?yàn)橹黝}不同，藝術(shù)思想不同，呈現(xiàn)出繽紛多彩的特點(diǎn)。但是縱觀所有的舞臺場景布置，也會尋找出其中的規(guī)律性和共性的特點(diǎn)。如何充分利用這些共性和特點(diǎn)，是一個需要思考的問題。

與此同時，不管是大型電視臺還是小型文藝表演，舞臺場景的設(shè)計大都是平面圖形的構(gòu)想，再進(jìn)行高仿真度三維建模。平面圖形不便于用戶進(jìn)行設(shè)計和想象，可擴(kuò)展性差；三維建模又需要耗費(fèi)大量的時間和人力資源，這樣無形中提高了舞臺場景的設(shè)計成本。

建立一個三維模型庫，對于提高模型和場景的的重復(fù)利用率，加快檢索速度，縮短設(shè)計周期，都會產(chǎn)生不可估量的重要作用。

一、三維模型庫概述

三維模型庫對燈光，音響，顯示屏等舞臺設(shè)備進(jìn)行三維模擬，根據(jù)用戶給出的場地尺寸情況，再結(jié)合用戶通過語言描述的關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，得出相匹配的場景模型。用戶可以對場景模型中的設(shè)備進(jìn)行替換和修改，最后形成可執(zhí)行的舞臺場景布置方案。通過三維模型庫的篩選，搭配和修改，對于舞臺場景布置進(jìn)行事前控制，事中調(diào)整，事后存檔，提供完整的解決方案，節(jié)能減耗，經(jīng)濟(jì)適用。

一個完整的三維模型庫系統(tǒng)主要包括三個方面：人機(jī)交互界面，三維模型庫和檢索算法。

（一）人機(jī)交互界面為用戶提供了一個可以查詢，使用，修改三維模型庫的界面操作。好的人機(jī)交互界面不僅，實(shí)現(xiàn)了軟件的功能性，還兼具了較高的可用性、審美性、容錯性、學(xué)習(xí)性等等。

（二）三維模型庫有兩種存儲類型。

一種是單個的用于舞臺場景布置的對象，如：聚光燈，背景墻，紅毯，臺階，泡泡機(jī)，音響，話筒，鋼琴等。

另一種是對于某一些常用的舞臺布置進(jìn)行分類總結(jié)，形成可重用的模式，供用戶進(jìn)行篩選和復(fù)用。

（三）三維模型庫的檢索算法提供了對于三維模型庫的快速查找功能。

二、三維模型庫的建立步驟

解析后的三維數(shù)據(jù)對應(yīng)的就不再是背景墻、燈光、音響、泡泡機(jī)、電子顯示屏等對象的文字描述和圖片描述，而是三維模型。一般來說，三維模型以ftp方式存入存儲服務(wù)器，這樣用戶可實(shí)現(xiàn)模型的增刪改查。三維模型的建立需要經(jīng)過關(guān)鍵字描述，預(yù)渲染，分布式渲染，創(chuàng)意描述等步驟。

（一）格式轉(zhuǎn)換

對于現(xiàn)成的三維模型，需要用專有軟件對由各種三維模型生成軟件產(chǎn)生的三維模型文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用同一種格式存儲在三維模型庫中。

（二）三維繪圖

本三維模型庫可以嵌入已有三維繪圖軟件的繪圖功能，經(jīng)過預(yù)渲染，渲染等步驟，實(shí)現(xiàn)人工三維繪圖，并以同樣格式存儲在三維模型庫中。

（三）二維圖片

預(yù)渲染后用戶提交正負(fù)X軸、正負(fù)Y軸和正負(fù)Z軸六個方向的截圖（人工），然后渲染縮略圖存入三維模型庫，將三維的模型轉(zhuǎn)化為二維的圖片，這樣可以利用傅里葉變換，然后實(shí)現(xiàn)基于投影的三維模型的檢索。

（四）關(guān)鍵字描述

每一個三維模型根據(jù)幾何形狀，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，材質(zhì)，紋理，顏色，明暗效果，作者，存儲路徑，文件格式，模型坐標(biāo)系等等都會呈現(xiàn)出差異性。在保存這些三維模型的時候手動將這些關(guān)鍵字形成的關(guān)鍵字表單保存到三維模型庫中。這里，可以對常用的關(guān)鍵字進(jìn)行歸類，方便用戶進(jìn)行關(guān)鍵字快捷設(shè)定。

（五）場景創(chuàng)意描述

由上述三維數(shù)據(jù)可以組合形成一個個常用的具有代表性的舞臺布置場景模型，在三維模型系統(tǒng)中還需要對這樣的三維模型進(jìn)行場景創(chuàng)意描述，方便后期進(jìn)行文本相似性檢索。

下面舉兩個例子。第一個是燈光模型。該場景用于舞臺布景，利用不同類型光源和光束，色彩斑斕，烘托氣氛，變幻無窮，適用于晚會，舞會，音樂會和慶典等場景。第二個是臺階模型，該場景用于舞臺布景，用不同高度和樣式的臺階豐富舞臺，層次分明，富有空間感，有透氣感、距離感?，F(xiàn)場氣氛莊重典雅，利于展示，適用于合唱，表演，比賽等情景。

經(jīng)過上述步驟的完善，舞臺場景布置的三維模型庫的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)就完成了。

三、三維模型庫檢索技術(shù)重點(diǎn)

本文提供的三維模型的檢索部分從檢索方式上可以分為四類：關(guān)鍵字檢索，創(chuàng)意關(guān)鍵字檢索，三維模型六張縮略圖預(yù)覽檢索，三維模型直接查看篩選。在檢索的特征提取、相似性匹配、索引結(jié)構(gòu)和查詢接口等環(huán)節(jié)中，運(yùn)用到了很多技術(shù)原理。下面就簡要介紹其中兩點(diǎn)：

（一）基于文本的三維模型檢索

在三維模型的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中，在三維模型和對應(yīng)關(guān)鍵詞之間存在對應(yīng)關(guān)系，同理，在三維模型場景和創(chuàng)意描述關(guān)鍵字之間也存在對應(yīng)關(guān)系。在三維模型庫建立索引和查詢的過程中，都是以基本的語素項(xiàng)為單位的。每一個關(guān)鍵字描述都對應(yīng)一類語素項(xiàng)的組合。利用相同的分詞系統(tǒng)，把短語或者句子切分成相同的結(jié)果，才能保證檢索過程順利進(jìn)行。

現(xiàn)有的分詞算法可分為三大類：基于字符串匹配的分詞方法、基于理解的分詞方法和基于統(tǒng)計的分詞方法。按照是否與詞性標(biāo)注過程相結(jié)合，又可以分為單純分詞方法和分詞與標(biāo)注相結(jié)合的一體化方法。目前有一些較為成熟的分詞系統(tǒng)如Lucene分詞、MMSeg4J、CJKAnalyzer、Paoding Analysis等。本三維模型庫系統(tǒng)的分詞器需要具備三大特點(diǎn)：首先是組件代碼開源，最好可以提供lucene和solr 接口。其次，需要完全的面向?qū)ο笊婕?，最后還需要高效率，在PIII 1G內(nèi)存?zhèn)€人機(jī)器上，1秒至少可準(zhǔn)確分詞 50萬，綜上所述，本模型檢索系統(tǒng)采用Paoding Analysis。

例如：瀑布外形為柱形，瀑布般飛流直下、氣勢磅礴、場面壯觀。經(jīng)過分詞系統(tǒng)分析，顯示為：瀑布/n外形/n為/v 柱/n 形/n ，/w瀑布/n 般/u飛/v 流/v 直/d 下/f 、/w 氣勢磅礴/v 、/w 場面/n 壯觀/a 。/w

（二）基于映射的三維模型檢索

基于內(nèi)容的三維模型檢索步驟是：標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，特征量采集，特征量相似度比較，得出檢索結(jié)果。因?yàn)橥蝗S模型在具有不同位置、不同方向、不同旋轉(zhuǎn)角度等不同細(xì)節(jié)時所呈現(xiàn)的樣子會有不定量的變化，所以在三維模型中手工建立三維坐標(biāo)系時，需要將所有三維模型變換至一個標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系的范圍內(nèi)，保證其表示方式具有唯一性（二維相似性）。

基于映射的三維模型檢索是基于內(nèi)容的三維模型檢索的一個方向?；谟成涞娜S模型檢索基本思想是將三維模型檢索投射成二維圖像的檢索。

第一步建立三維坐標(biāo)系，x軸為三維模型距離最長的兩個點(diǎn)確定，y軸為垂直X軸的距離最短的兩個點(diǎn)確定，z軸與x軸和y軸兩兩垂直。如圖一所示

第二步得到三維模型在立方體空間的六個面上的投影平面，建立二維投影圖片的縮略圖。

第三步經(jīng)過投影得到的六個面經(jīng)過霍夫曼變換可以實(shí)現(xiàn)向三維模型的轉(zhuǎn)換。

在上述可逆過程中，將三維模型的投影圖片作為中間的介質(zhì)，進(jìn)行檢索。

四、總結(jié)和展望

盡管本文提出了舞臺場景布置三維模型庫的建立方案，但是由于技術(shù)局限性，還有許多問題有待更深入的研究：

第一、由各種三維模型生成軟件產(chǎn)生的三維模型文件有.obj .max ，.fbx和.maya等各種不同的格式，給三維模型庫的建立帶來巨大的困難。

第二、由于三維模型的復(fù)雜性和每個人對于三維模型理解的不一致，造成三維模型的仿真度和實(shí)用性受到了影響。

第三、對于用戶的個性化需求和興趣研究還有待提高。

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