基于劇本描述的動畫素材語義標注方法＊

欒悉道，謝毓湘，陳丹雯，鄧莉瓊

(1.長沙大學信息與計算科學系，湖南長沙 410003;2.國防科學技術大學信息系統與管理學院，湖南長沙 410073)

基于劇本描述的動畫素材語義標注方法＊

欒悉道1，謝毓湘2，陳丹雯2，鄧莉瓊2

(1.長沙大學信息與計算科學系，湖南長沙 410003;2.國防科學技術大學信息系統與管理學院，湖南長沙 410073)

提出了一種基于劇本描述的動畫素材語義標注方法.首先在對動畫劇本進行分析的基礎上，設計了動畫劇本的規范化描述語言;并在此基礎上，提出了基于Schema引導的動畫素材語義標注方法;最后設計并實現了動畫素材標注與檢索系統的框架.

劇本;動畫素材;語義標注;Schema結構

近幾年，動畫產業得到迅猛發展，人們對動畫的生產、制作需求與日俱增，動畫素材的數量呈幾何級數增長.大量素材的不斷涌現及其低劣的素材重用率，使得動畫素材的管理與重用問題日漸突出.對動畫素材進行語義標注，以便后期檢索與重用是計算機輔助動畫制作的解決途徑之一.完全依靠人力進行動畫素材的標注，工作量巨大，且標注的信息也未必準確.因此，有必要開展動畫素材語義標注技術的研究.動畫劇本作為動畫的靈魂，蘊含豐富的語義信息.通過對劇本進行規范化描述，并對其進行語義分析，可以有效地從中提取出對素材有用的標注信息.

在動畫劇本的規范化描述方面，研究較早的工作包括北京郵電大學開發的動畫劇本描述語言SDL/A［1］，該語言是在XYZ系統的CASE環境系統基礎上建立起來的，其核心是時序邏輯語言XYZ/E.該語言由一組用于描述動畫角色、攝像機、背景、光源、攝像機行為等對象的單元所組成.隨后，中科院軟件所在此基礎上擴充了SDL/A，設計并實現了XYZ/ADL語言［2］.該語言可以方便地刻畫動畫過程中復雜、多層次的角色運動特征以及各角色的同步協調關系，并在一個統一的邏輯框架下對動畫中的運動動象進行行為和運動的抽象描述.此外，中科院數學所在導演規劃部分采用CAF故事劇本和ADL分鏡頭劇本［3，4］技術實現全過程計算機輔助動畫自動生成.

在素材標注方面，目前大多是給定一套具體的框架，結合特定應用進行手工或半自動化標注，目前這方面的系統有:IBM公司的MPEG－7描述注解工具［5］.當開發人員建立視頻序列時，開發人員可以為視頻序列中的鏡頭添加帶有靜態景物描述和事件描述的腳注，然后將這些描述存儲在一個輸出的XML文件中.香港中文大學開發的XVIP系統［6］，能夠從視頻中抽取信息，并且把信息存儲為一個XML文檔.

本研究重點考慮如何在對動畫劇本進行規范化描述的基礎上，進一步對動畫素材進行半自動的標注，從而奠定檢索與重用動畫素材的基礎.

1 動畫劇本分析與描述

動畫劇本主要用于描述場景、角色以及事件的發生過程，在動畫的制作過程中起著十分重要的作用.當編劇和導演將劇本創作出來之后，各種動畫制作人員，如臺本師、原畫師、動畫師們便開始圍繞劇本創作相關素材，所有的素材可以說都是劇本意圖的可視化再現.因此，有必要開展對動畫劇本的分析與描述工作.

1.1 動畫劇本分析

不同的編劇在根據其藝術構思創作動畫劇本時，其劇本往往具有不同的風格.這種風格不僅僅體現在故事內容的描述中，在劇本的格式上也有所體現.但是，不管風格多么與眾不同，都必須把劇本的基本特性交待清楚.例如:故事劇本名稱、場景等.每個場景基本上包含場景說明與場景內容兩個要素.場景說明交待了場景發生的時間、地點、景別(一般是內景或外景)，場景內容則是故事的具體情節.

在動畫故事劇本中，通常都會包含故事梗概、人物等信息，劇本的描述是以幕或場景為基本單元展開，這些幕或場景可對其進行進一步細化，劃分為若干分鏡頭，并生成更為豐富的分鏡頭劇本信息.這些劇本文件，雖然在內容上各不相同，但在段落、格式等方面，還是有規律可循.

1.2 動畫劇本描述

經過藝術創造的動畫劇本最重要的特征是非結構化.動畫劇本作為系統的重要輸入數據，需要對其進行規范化描述，以便進行文本分析和處理.因此，需要確立一套動畫劇本描述規范，用相對通用的格式描述非結構化的劇本，既保留對各類劇本的普遍適用性，同時又能滿足不同劇本的個性化要求［7］.鑒于XML語言的自描述性、跨平臺性以及可擴展性等特點，我們將其引入動畫劇本描述領域，提出一種新的動畫劇本標記語言——CSML(Cartoon Scenario Markup Language)，以實現劇本的規范化描述，生成CSML劇本.

CSML劇本的組成如圖1所示.

1.2.1 CSML 數據文件

下面是CSML數據文件的示例:

圖1 CSML劇本的構成

從CSML數據文件示例當中可以看出，動畫劇本通常包括劇本說明部分和主體部分.其中，劇本說明部分通常包括劇本設定、劇本信息、劇本梗概等內容;主體部分則包括每個分鏡頭的詳細說明信息.

1.2.2 Schema 結構文件

在Schema文件中定義的元素有:動畫劇本、劇本說明、主體、劇本設定、劇本信息、劇本梗概、背景、道具、服裝、片名、類型、隸屬、集數、分鏡頭、鏡頭號、角色、動作、場景、景別、持續時間、原文、場景轉換等.其中分鏡頭最少出現1次，最多出現500次.而場景轉換在每個分鏡頭中至多出現1次，也可以不出現;自定義的數據類型有:劇本類型、說明明細類型、主體內容類型、設定列表類型、信息列表類型、鏡頭內容類型、角色類型等.除角色類型是簡單類型外，其它都是復雜類型.角色類型還規定了取值范圍.

1.2.3 CSML劇本描述語言的功能

(1)實現對劇本規則的檢查

通過定義CSML劇本的Schema文件，可以定義完整的劇本描述語言的語法規則和語義規則，對劇本中存在的各種劇情約束條件進行定義.

(2)實現劇本描述的可伸縮性

不同的動畫故事對劇本的需求是不同的，因此對劇本描述語言的可擴展性提出了一定的要求.借助XML語言的可擴展性，CSML通過一個結構化的架構，可以定義無限量的標注，既保留了對各類劇本的普遍適用性，又滿足了不同故事在劇本中進行表現時的個性化要求.

(3)實現劇本描述的動態裁減、重組和格式轉換

在動畫制作過程中，不同的創作者對于同一個動畫故事的劇本在處理時都會融入自身的理解和創作，經常需要在不同創作者的動畫劇本間進行動態的裁減、重組和格式轉換等操作，用于從整體上達到風格的一致性、故事和角色的連貫性等要求.

2 基于劇本的動畫素材標注

前面基于XML這種半結構化特征語言對動畫劇本進行了描述，因而從規范化的CSML劇本中提取相關語義信息來對素材進行標注是符合客觀需求的.

2.1 動畫素材語義標注的方式

基于語義的動畫素材標注包括兩種情況:(1)某些主觀的個人理解、判斷;(2)根據行業詞匯表，在特定的多媒體模型上進行標注.

第一種標注的缺點顯而易見:因為標注的主觀性強，標注的內容不夠準確，很容易出現對同樣的內容采用不同的描述(標注)或對不同的內容采用相同的描述等情況.第二種方法因為以行業元數據為基礎，從而保證了標注的規范性和準確性.

2.2 Schema引導的語義標注與檢索

CSML劇本中的Schema結構文件提供了一套內置的數據類型，它不僅可以用來定義CSML劇本的結構，而且還可以用來定義動畫領域的行業元數據，實現對素材的標注.本研究利用CSML劇本中的Schema結構文件生成一棵制導樹，引導系統從CSML數據文件中提取出相關語義信息對相應素材進行標注.

圖2所示即為根據CSML數據文件和Schema結構文件所生成的制導樹模型.同時，制導樹可以將Schema中定義的元素之間的關系表示為樹狀的層次關系，在檢索環節啟發式地引導用戶正確構造素材的檢索條件，實現友好的人機界面.另外，通過采用制導樹提供的對不同結點的控制功能，可以引導用戶對素材的標注內容進行修改.制導樹為標注和檢索提供了一套標準的框架，可提高標注的規范性和檢索的正確率.

通過Schema制導樹，可實現對動畫素材的標注與檢索等功能.

3 動畫素材標注與檢索系統框架

在上述研究的基礎上，設計了動畫素材標注與檢索系統的框架，如圖3所示.動畫素材標注與檢索系統由Schema制導子系統、標注子系統和檢索子系統組成.其中，Schema制導子系統根據用戶選定的Schema，在標注系統界面上生成一棵制導樹:標注子系統在Schema制導子系統的支持下，利用制導樹將從CSML數據文件中提取出來的語義信息(以行業元數據的形式)標注給相關素材，標注生成的結果將是一篇符合Schema定義的XML文檔;檢索子系統可以在制導樹中設置檢索條件，將這個檢索條件作為結構化的檢索條件提交給數據庫支持子系統，最后從數據庫支持子系統獲得所需要的檢索結果;數據庫支持子系統將標注后的XML文檔存入數據庫中，通過SQL查詢語言對XML數據進行檢索.

圖2 Schema制導樹

圖3 動畫素材標注與檢索系統框架

圖4是動畫素材標注系統的部分界面.它展示了通過對劇本進行規范化分析后得到的對動畫場景素材進行自動標注后得到的結果.

圖4 動畫素材標注系統的部分界面

4 結束語

動畫素材標注技術是解決動畫素材重用的關鍵技術之一.而動畫劇本又是動畫創作的靈魂，如何從動畫劇本中獲取相關的語義信息，從而實現對動畫素材的半自動標注，對計算機輔助動畫生成具有重要意義.

本文在對動畫劇本進行分析的基礎上，提出了動畫劇本的描述語言，并在此基礎上，設計了基于Schema引導的動畫素材語義標注方法，該方法對動畫素材的檢索和重用提供了一條可行思路.最后，設計了動畫素材標注與檢索系統框架.該框架利用規范化動畫劇本，可以實現素材標注和檢索的規范化，對提高素材的重用率和動畫的創作效率具有積極的意義.

［1］Ma H，Liu S，Tang X，et al.The design and implementation of animation script description language SDL/A［J］.Journal of Software，1996，(7):385 －393.

［2］Tang X，Tang Z，Ma H，et al.The application of XYZ system in the animation field［J］.Journal of Software，1998，(1):1 － 6.

［3］金正皓.計算機動畫自動生成中導演規劃系統的研究［D］.北京:中國科學院數學與系統科學研究院碩士學位論文，2000.

［4］陸汝鈐，張松懋.從故事到動畫片——全過程計算機輔助動畫自動生成［J］.自動化學報，2002，(3):321－348.

［5］AlphaWorks Group.IBM MPEG －7 Annotation Tool［EB/OL］.http://xml.coverpages.org/ni2002 － 07 － 25 － a.html，200 － 07－25.

［6］Ngai E C H，Chan P P，Yau E，et al.XVIP:An XML －Based Video Information Processing System［A］.The Proceedings of COMPSAC 2002［C］.Oxford:IEEE Computer Press，2002.

［7］周文.基于XML的動畫劇本描述及其應用研究［D］.長沙:國防科學技術大學碩士學位論文，2010.

TP391.41

A

1008－4681(2012)02－0035－03

2012－01－04

國家自然科學基金(批準號:60802080)資助項目;湖南省自然科學基金(批準號:10JJ6103)資助項目;長沙市科技計劃重點項目(批準號:k1008005－11).

欒悉道(1976－)，男，山東即墨人，長沙大學信息與計算科學系講師，博士.研究方向:多媒體信息系統.

(作者本人校對)