陳 威，卜克明

（總裝備部工程設計研究總院，北京 100028）

劇院數字化創(chuàng)作管理系統的關鍵技術

陳 威，卜克明

（總裝備部工程設計研究總院，北京 100028）

從劇院管理數字化、信息化的思路，具體解析了劇院數字化創(chuàng)作管理系統實現的功能和采用的關鍵技術。

劇院；創(chuàng)作管理系統；數字化；演出工藝；舞臺設備；信息技術；實時渲染；交互式

1 引言

隨著文化產業(yè)的發(fā)展，人們對藝術感知的追求日趨多樣。劇院作為舞臺藝術傳播的重要載體，觀眾對其功能要求越來越高，僅僅是單一的現場觀看已不能滿足人們對藝術的深層體驗。要想真正地打動觀眾，使觀眾產生心靈的共鳴，就必須在節(jié)目創(chuàng)意、宣傳、制作以及演出等環(huán)節(jié)采取必要的技術投入與革新。對于一個專業(yè)化的劇場，擁有以舞臺藝術為核心的多媒體創(chuàng)作平臺、信息化設備管理系統以及多維的交流、經營、推廣服務界面等是其發(fā)展的必然趨勢。

劇院數字化創(chuàng)作管理系統是基于計算機虛擬現實技術平臺上，集劇院演出工藝、劇院舞臺設備管理以及信息技術為一體的計算機應用系統。在劇院數字化創(chuàng)作管理系統中，實時渲染技術逼真地展現了劇場場景的三維視覺效果；交互式實時驅動，虛擬場景設備的運動狀態(tài)與現實場景的完全一致；多媒體技術的應用，使系統在視頻、音頻和光效等視聽感觀方面，高度還原現場感。因此，劇院數字化創(chuàng)作管理系統是一個沉浸于現場感、實現藝術與管理數字化和信息化的系統。

2 系統功能

劇院數字化創(chuàng)作管理系統實現的兩大功能：

（1）為藝術創(chuàng)作提供現實感的數字平臺；

（2）為劇院運營提供信息化的管理平臺。

創(chuàng)作是藝術的生命，數字化創(chuàng)作技術是對傳統創(chuàng)作過程和方法的重要變革。系統與導演的實時交互、真實視聽感受的實時還原與展現，將激發(fā)創(chuàng)作過程中的藝術靈感，提高創(chuàng)作效率。

數字化劇院管理方法，是計算機圖形學技術與數據庫技術基于網絡平臺的結合。劇院數字化創(chuàng)作管理系統將過去單一表格化的數據庫模式，轉變成真實感三維場景中數據表現的形式，實現數據庫的可視化，即在場景中獲取數據，在場景中處理數據，在場景中管理數據。其區(qū)別于一般數據庫管理模式的重要特征在于，直觀、迅速定位，實時點擊獲取和處理數據?；诰W絡化、數字化的劇院管理，將在文化推廣和交流等方面有著更為廣闊的前景。

2.1 舞臺創(chuàng)意

劇院數字化創(chuàng)作管理系統功能之一是在虛擬劇院環(huán)境中輔助藝術創(chuàng)編。重點表現在舞臺設備的運用，舞美環(huán)境的創(chuàng)作，演員與設備和道具的結合，燈光、LED、背景、音樂、演出流程的管理等；其中主要運用有實時渲染技術、動態(tài)加載、數據庫技術以及圖形交互技術（GUI）。

實時渲染技術提供運用虛擬舞臺機械仿真現實舞臺機械的運動屬性，可在設計范圍內調整參數，具有運動設備之間的相互干涉檢測、運動參數（速度、時間和距離）的實時顯示等功能，使得系統中各種不同設備的運動參數控制、組合運動、設備中間暫停位置與現實舞臺表現相同，以輔助創(chuàng)編舞臺造型。

動態(tài)加載是指從系統內或系統外加載對象，如：演員模型、道具模型、設備模型、音頻文件、視頻文件、圖片文件、演藝流程、控制文件、管理文件等。

綁定技術的后臺支持是數據庫技術，它可以通過手動或自動的方式，使物體之間產生或解除相互約束關系。如：演員站在車臺上，并隨著車臺一同運動；當該演員移到升降臺上時，可以隨著升降臺一同升降；幕布與不同的吊桿產生綁定關系時，可隨著有綁定關系的吊桿一同升降等等。

GUI（Graphical User Interface，圖形交互技術）可提供一些輔助工具，使創(chuàng)作團隊在藝術創(chuàng)意過程中的操作更直觀便捷。如：亮顯選中物體——當許多吊桿無法識別時，只有選擇的吊桿呈高亮顯示；實時顯示漫游視點的空間位置——實時表現當前位置的視覺感受；等等。

2.2 劇院管理

劇院數字化創(chuàng)作管理系統是整個劇院正常工作運行的管理平臺，演藝設備管理是其中重要的一部分，如舞臺機械、控制、燈光照明、音響、水效、LED及投影等系統的管理。

依據設備信息類型的不同，可將數據分為以下幾個方面。

（1） 靜態(tài)數據和動態(tài)數據

靜態(tài)數據：設備的設計、生產、安裝與維護時產生的固有數據等。

動態(tài)數據：設備在運動過程中產生的數據，如設備的實時載荷、設備的工作時間等。

（2） 常態(tài)數據、警示數據和故障數據

常態(tài)數據：非工作狀態(tài)或正常工作狀態(tài)時所產生的數據，如日常維護保養(yǎng)的數據等。

警示數據：維護保養(yǎng)日期、設備零部件的壽命、電池電量、油位高度等其他有可能出現故障時所產生的數據等。

故障數據：產生故障的數據，如運行超限、運動干涉、無法啟動或復位等。

（3）統計數據

設備在使用過程中的數據統計與分析，如設備利用率、設備使用參數、設備的運行和維護成本、設備的備件與庫存等。

（4）管理數據

設備設計生產和安裝單位、設備位置、數量、重量、價格、設備維護人員、維護日志、維護時間、維護成本等。

（5）自動獲取的數據、導入的數據和人工輸入的數據

自動獲取的數據：系統通過網絡獲取傳感器傳來的數據或系統自動生成的數據，如安裝傳感器設備運行時產生的數據。

導入的數據：由其他系統數據導入的數據，如模型文件、多媒體文件等。

人工輸入的數據：非自動生成或導入的數據，如值班、維護保養(yǎng)、劇務、創(chuàng)意管理數據等。

（6）面向用戶的數據和非面向用戶的數據

面向用戶的數據：系統界面顯示的數據，有些是可以操作，如相機位置數據的顯示、修改設備運動速度參數等。

非面向用戶的數據：設備的層級關系、數據庫之間的關聯信息等。

通過以上分析可知，建立一個良好的數據庫，是完成設備管理和提高管理效率的關鍵。在虛擬場景中通過點擊物體來獲取對象數據，同樣，也可通過選擇數據庫記錄顯示場景中對應的物體。這種數據庫操作的方法是通過三維模型與數據關聯來實現的，直觀便捷，但關聯時要注意數據處理的效率，即數據庫中數據地址查尋與三維實體遍歷查尋的結合效率。

劇院數字化創(chuàng)作管理系統還可以擴展到其他方面的管理，如：演藝管理、文化交流管理、票務管理、網絡信息管理等。這些基于統一平臺的集成應用管理，將業(yè)務工作與行政管理緊密地結合在一起，實現現場與高層管理的實時交互，整合劇院的管理系統，為管理和決策提供第一時間的實時信息，可提高劇院的開拓創(chuàng)新和競爭的能力。

3 系統設計

數字化劇院管理系統技術主要包括以下幾個部分：（1）實時渲染技術；（2）數據庫技術；（3）計算機網絡與通信技術。如圖1所示。

3.1 實時渲染

實時渲染技術是數字化管理系統的基礎技術，是計算機技術發(fā)展的結果。GPU（圖形處理加速器）處理圖形的單元數量一般數以千計，專門用于并行處理圖形數據，工作效率非常高。尤其是近些年來，GPU的發(fā)展速度非常迅速，這些技術的發(fā)展為計算機實時渲染提供了保障和支持。

DirectX（Direct eXtension，多媒體編程接口）和OpenGL（Open Graphics Library，開放圖形庫）提供了基于GPU硬件技術開發(fā)的API（應用程序接口），通過API可以直接訪問和調用硬件處理器的數據處理功能來完成數據處理。不但可以處理幾何數據的轉換與渲染，還能處理音頻、視頻數據。這些數據的技術處理可提供展現真實視聽感的平臺。

按真實比例建立三維場景，并將真實感的材質與紋理賦予模型上，場景中加上光照系統，運用高級渲染器完成對場景的逼真感渲染處理后，即創(chuàng)造了一個真實感的三維場景，這是虛擬現實技術的重要特征。

實時渲染對系統的運行性能要求很高，除了計算機硬件環(huán)境外，系統本身的優(yōu)化也是必不可少的。主要在以下幾個方面做好優(yōu)化：

（1）取消渲染程序中無用的流程，一次性賦值和計算；（2）定制貼圖的長寬像素，優(yōu)化利用計算機資源；

（3）小圖拼和，提高圖像加載效率，減少加載次數；

（4）采用midmap貼圖技術，動態(tài)加載不同分辨率圖像，提高圖像處理效率；

（5）采用LOD（分層顯示）技術，動態(tài)加載不同精度的模型，提高圖形處理效率；

（6）采用烘焙技術替代實時光照，加快實時渲染的效率；（7）對于不再用的資源應當及時卸載，節(jié)約系統資源；（8）相同模型只加載一次，采用克隆技術復制。

3.2 數據庫

數據庫技術應用于劇院的設備管理、演藝管理、文化交流推廣管理等。

分層設計數據庫，建立不同的表，分別記錄不同分類的數據信息；各表之間建立關聯信息，以方便查找和訪問數據。建立一個數據庫備份，以防數據庫信息丟失或數據破壞。

設備管理的數據庫設計，除了包括一般設備的管理信息、屬性信息、模型信息等，還要記錄一些關聯信息，如設備與模型處理的關系、設備與管理數據的關系、設備層級間的父子設備的關系、各層級設備的運動屬性等等。

演藝管理的數據庫設計，要體現藝術創(chuàng)意和演藝流程的過程管理，管理過程都要基于時間軸的設計，如演出序列設計、虛擬彩排、舞美與光聲電合成、設備運動序列等等。因此，數據庫中要加入時間記錄，由時間來觸發(fā)數據庫調用和事件發(fā)生。

文化交流與推廣的數據庫設計，重點在于展現劇院的簡介、功能、業(yè)績、成果、科研、資源、合作、交流、展示、拓展、服務、水平、管理等方面。

其他媒體形式的文化傳播，如電影、電視、網頁、微信、電子期刊等，都可以用數據庫來支持和管理。

3.3 網絡與通信

設備管理平臺，通過網絡獲取設備的控制信息，在虛擬劇院中驅動相應設備，與現實劇場設備同步實時地展現設備運動?；诰W絡的文化推廣與交流，可以拓寬劇院的市場，如充分利用虛擬劇場設備，實現網絡創(chuàng)意、網絡舞美設計、網絡彩排、設計虛擬道具等；基于網絡的文化服務，可實現網絡三維票務系統，人機交互訂票，座位預視等。

4 結束語

基于虛擬現實技術研發(fā)的劇院數字化創(chuàng)作管理系統，將計算機中的三維劇院場景與數據庫結合，探索了數據庫可視化的方法。系統實時更新數據庫信息，尤其是設備運行與維護方面，為劇院管理提供實時信息，提高管理效率；應用實時渲染技術，提供了藝術創(chuàng)意的平臺，逼真的虛擬場景和實時互動，可激發(fā)藝術創(chuàng)想的靈感；利用互聯網的云平臺技術，讓更多的劇院共享演藝資源，進行文化推廣與交流，讓更多的觀眾了解劇院，走進劇院。

［1］ 段慧文. 舞臺機械工程與舞臺機械設計[M]. 北京∶中國戲劇出版社, 2013.

［2］ （美）阮亞編著. GPU精粹3[M]. 楊柏林,陳根浪,王聰,譯. 北京∶清華大學出版社, 2010.

［3］ 韓元利, 王漢東. DirectX 11高級圖形開發(fā)技術實踐[M]. 北京∶科學出版社, 2013.

［4］ Dave Shreiner. OpenGL編程指南[M]. 北京∶機械工業(yè)出版社, 2014.

［5］ 赫恩. 計算機圖形學[M]. 北京∶電子工業(yè)出版社, 2014.

（編輯 杜 青）

Key Technologies of Digital Creative Management System in Theater

CHEN Wei, BU Ke-ming
(Center for Engineering Design and Research under the Headquarters of General Equipment, Beijing 100028, China )

According to the idea of digitalization and information in theatre management, the author analyzed the function and key technologies of the digital creation management system.

theater; creative management system; digital; performance technology; stage equipment; information technology; real-time rendering; interactive

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.01.007