【摘 要】目前，舞臺(tái)場景布置的設(shè)計(jì)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(jì)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間成本和人力資源成本。本文提出了舞臺(tái)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(tái)場景布置 三維模型庫 分詞 三維模型檢索

舞臺(tái)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(tái)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(tái)場景布置，也會(huì)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(gè)需要思考的問題。

與此同時(shí)，不管是大型電視臺(tái)還是小型文藝表演，舞臺(tái)場景的設(shè)計(jì)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(jì)和想象，可擴(kuò)展性差；三維建模又需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力資源，這樣無形中提高了舞臺(tái)場景的設(shè)計(jì)成本。

建立一個(gè)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(jì)周期，都會(huì)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(tái)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(tái)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(tái)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(gè)完整的三維模型庫系統(tǒng)主要包括三個(gè)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(gè)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(cuò)性、學(xué)習(xí)性等等。

（二）三維模型庫有兩種存儲(chǔ)類型。

一種是單個(gè)的用于舞臺(tái)場景布置的對象，如：聚光燈，背景墻，紅毯，臺(tái)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(tái)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(gè)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(gè)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(chǔ)路徑，文件格式，模型坐標(biāo)系等等都會(huì)呈現(xiàn)出差異性。在保存這些三維模型的時(shí)候手動(dòng)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(gè)個(gè)常用的具有代表性的舞臺(tái)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(gè)例子。第一個(gè)是燈光模型。該場景用于舞臺(tái)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(huì)，舞會(huì)，音樂會(huì)和慶典等場景。第二個(gè)是臺(tái)階模型，該場景用于舞臺(tái)布景，用不同高度和樣式的臺(tái)階豐富舞臺(tái)，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(tái)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(gè)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(jì)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(shí)所呈現(xiàn)的樣子會(huì)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(shí)，需要將所有三維模型變換至一個(gè)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(gè)方向。基于映射的三維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(gè)點(diǎn)確定，y軸為垂直X軸的距離最短的兩個(gè)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(gè)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(gè)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(tái)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(gè)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(gè)性化需求和興趣研究還有待提高。

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