開展數字出版物渲染，提升用戶閱讀視覺體驗

[摘 要] 隨著數字閱讀終端的普及和智能化，用戶對于數字出版物的閱讀視覺體驗日益重視。文章提出可以通過開展數字出版物渲染以提升用戶閱讀視覺體驗，并從技術與實踐兩個方面探討其可行性，提出開展數字出版物渲染的初步思路。

[關鍵詞] 數字出版物 渲染 視覺體驗 可行性

[中圖分類號] G235 [文獻標識碼] A [文章編號] 1009-5853 （2013） 05-0070-05

1 引 言

出版物內容的視覺顯示效果是出版物傳播過程中吸引讀者購買的重要途徑。就傳統出版而言，出版物內容的視覺效果主要反映在其裝幀設計上，如封面、版式設計、紙張選擇等。數字閱讀終端產生后，數字出版物內容在終端界面的視覺顯示效果同樣不可忽視。在數字閱讀終端發展早期，數字出版物內容的視覺顯示效果以比肩紙質出版物、力求“原汁原味”呈現為主要目標，比如電子墨水技術的產生即是如此，Kindle和漢王電紙書是其代表。隨著閱讀終端向智能化方向發展，數字出版物內容的呈現開始傾向于為用戶提供炫目、生動、耳目一新的閱讀享受。如何優化數字出版物內容的視覺顯示品質，以提升用戶的閱讀視覺體驗，進而增強數字出版物對用戶的吸引力，是數字出版物發布過程中需要考慮的重要問題。本文從分析當前開展數字出版物渲染的背景入手，基于渲染技術在提升數字內容視覺顯示效果方面具有的積極意義，提出可以通過開展數字出版物的渲染以提高數字出版物內容的輸出顯示品質，提升用戶的閱讀視覺體驗，并對開展數字出版物渲染的可行性及其思路進行深入探討。

2 開展數字出版物渲染的背景分析

當前，新媒體技術得到廣泛運用并已深深融入人們的生活之中，根據中國互聯網絡信息中心（CNNIC）發布的第31次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示，截至2012年12月底，我國互聯網用戶數高達5.64億[1]。隨著新媒體技術的發展，對傳統出版業造成了巨大沖擊，最突出的就是人們傳統的閱讀習慣逐漸被數字化、移動化的閱讀方式所取代，數字化閱讀已經逐漸成為人們重要的閱讀方式。與此同時，數字閱讀終端這一實現數字化閱讀所必需的載體，也得到相應的發展，并開始向智能化方向發展，由此也對人們的數字化閱讀需求產生深遠影響。基于上述兩大背景因素，我們提出開展數字出版物渲染這一新興課題。

2.1 數字化閱讀漸成趨勢

隨著全球數字化浪潮的不斷推進、數字出版產業的深入發展，數字出版業已成為出版業未來發展的必然趨勢，這一趨勢的重要表現之一就是讀者的閱讀方式開始由紙質閱讀向數字化閱讀轉變。

據新聞出版研究院2009—2013年“全國國民閱讀調查”的結果顯示[2]，我國18—70周歲國民數字化閱讀方式（網絡在線閱讀、手機閱讀、電子閱讀器閱讀、光盤閱讀、PDA/MP4/MP5閱讀等）接觸率從2008年的24.5%上升到2012年的40.3%，增幅高達64.5%（如圖1所示）。與此同時，雖然我國18—70周歲國民圖書（紙質圖書）閱讀率從2008年的49.3%攀升至2012年的54.9%，也呈穩步上升趨勢，但其與1999年60.4%的國民圖書閱讀率有一定差距，11.4%的增幅較之數字化閱讀接觸率也甚為緩慢。按此發展，在不久的將來，數字化閱讀將有可能超越紙質閱讀成為國民最主要的閱讀方式。

然而要實現數字化閱讀，數字內容和數字閱讀終端是其基本條件。在數字化閱讀中，內容是用戶閱讀的主要對象，也是吸引用戶閱讀的關鍵及基礎。數字閱讀終端則是其載體，內容必須借助一定的數字閱讀終端才能得以呈現，當前數字化閱讀接觸率增長oJXWLxGxHNjrS0GYTynWYtMnE1a/fjZAGM179KJTtpE=快速很重要一部分原因就是得益于數字閱讀終端的發展。

2.2 數字閱讀終端的智能化

如前所述，數字化閱讀趨勢的增強得益于數字閱讀終端的發展，而隨著數字化閱讀漸成趨勢，也反過來推動各類數字閱讀終端的不斷涌現與繁榮，從而為用戶的數字化閱讀提供更多樣的閱讀載體。在此情況下，隨著屏幕顯示技術、智能控制技術等相關技術的進步，以及終端操作系統的成熟，閱讀終端日趨智能化。智能手機普及速度十分迅速，并有望在2013年趕超非智能手機。據全球權威的IT研究與顧問咨詢公司高德納（Gartner）的調研數據顯示，2012年第四季度全球智能手機銷量2.07億部，較之2011年同期增長38.3%，與之相比非智能手機銷量為2.64億部，下降了19.3%[3]。而自蘋果公司的iPad平板電腦熱銷后，三星、亞馬遜、微軟、谷歌等也紛紛“逐鹿”平板電腦市場。此外，隨著微軟推出新一代Windows操作系統以及英特爾發布新的節能芯片，PC終端也實現了智能化操作。由此可見，智能化業已成為數字閱讀終端的新趨向。

閱讀終端的智能化對讀者的數字化閱讀品質產生重要影響，智能終端的內容顯示效果更清晰、品質更好，能夠給讀者帶來更良好、更炫目的閱讀體驗，并由此使讀者對數字出版物的視覺品質日益重視。在此情況下，未來數字出版活動的開展必須重視讀者的閱讀視覺體驗問題。而渲染技術憑借其先進的數字化處理技術和像素級渲染能力在提升視覺顯示效果方面具有重要意義，作為一種顯示優化技術，渲染技術已經在圖像、動畫及影視劇等的視覺效果優化方面得到廣泛應用。這對于我們有很大啟發，可以考慮通過運用相關的渲染技術開展數字出版物的渲染，以提高內容輸出時的顯示品質，提升用戶的閱讀視覺體驗。

3 開展數字出版物渲染的可行性分析

從當前渲染技術的實踐應用情況及出版業界已有的提升用戶閱讀視覺體驗的實踐狀況來看，我們認為，開展數字出版物的渲染具有一定的可行性。

3.1 技術可行性

渲染一詞在明朝就已被提及，楊慎在其《藝林伐山·浮渲梳頭》中曾寫道“畫家以墨飾美人鬢發謂之渲染”[4]，渲染在當時主要是一種文藝創作的表現手法。但是，渲染作為重要的視覺顯示優化的技術手段，則是20世紀70年代以來三維計算機圖形學領域誕生的最重要的技術之一，指的是用軟件從模型生成圖像的過程，此外，渲染也用于描述計算視頻編輯文件中的效果以生成最終視頻輸出的過程。簡而言之，渲染就是對各種視覺元素進行優化顯示的過程。

當前，渲染在三維立體圖像設計、動畫、游戲、影視等領域得到廣泛應用，并給其用戶帶來豐富、絢麗的視覺享受，廣受好評。比如，我們所熟知的《玩具總動員》《長江七號》《哈利·波特與“混血王子”》《哈利·波特與鳳凰社》《星球大戰》等大片的特效制作正是基于Renderman[5]渲染器完成的。隨著計算機圖形的不斷復雜化，渲染也越來越成為一項重要的技術并得到迅猛發展。從當前已有的渲染技術看，主要集中在文本渲染、圖像渲染、動畫渲染、音頻渲染、視頻渲染以及隨著3D技術的成熟產生的3D動畫視頻渲染等方面（見圖2）。這些渲染技術有的是集成到更大的建模或者動畫包中，有的是獨立產品，其中，很多均為開放源代碼的產品。

圖2 國內外現有渲染技術專利構成情況[6]

渲染技術已在多個領域得到廣泛應用，并顯著提升了內容的視覺顯示效果。由于國內出版業界和學術界對此缺乏足夠的關注，渲染在出版領域的應用也很少。就數字出版物而言，用戶在閱讀過程中，大到版面視覺布局、背景顏色的選擇等，小到每一個功能操作按鈕的位置、顏色、形狀以及文本字體的大小、顏色、形狀、風格等，都有可能影響其最終的視覺顯示效果，進而影響用戶的閱讀體驗以及加深對數字出版物內容的吸引力。當前部分較為成熟、應用較為廣泛的渲染技術對提升上述視覺元素的輸出顯示效果、保證數字出版物良好的頁面視覺效果具有積極意義。比如，可以通過Mactype[7]、Gdipp[8]、GDI++[9]等文本渲染技術使文本的字體顯示得更清晰、更有立體感；可以采用諸如CSS[10]（Cascading Style Sheet，級聯樣式表）等渲染器進行數字出版物功能操作按鈕的視覺效果設計，并對數字出版物的版面視覺布局進行優化；可以利用Vary[11]、Renderman、Mental ray[12]等圖像和視頻渲染技術，以輸出清晰度高、真實感強甚至具有動態或3D效果的圖像。

綜上所述，渲染技術在視覺效果優化方面具有的強大功能對提升數字出版物的視覺顯示效果具有積極意義，當前的渲染技術發展已較為成熟，廣泛應用在多個領域并廣受認可，這為開展數字出版物的渲染提供了堅實的技術基礎。

3.2 實踐可行性

目前，業界已有的提升讀者閱讀視覺體驗方面的實踐也印證了開展數字出版物渲染的可行性，蘋果公司就是其中的典型代表。蘋果公司的iPad和iPhone系列產品的Retina顯示屏開創了超高分辨率顯示屏的時代[13]，Retina顯示屏通過顯卡渲染出高像素圖像，大大提高了圖形和文字的精細度，使文字更清晰明銳，色彩更生動豐富，照片和視頻更富于細節表現，整體視覺效果看起來都更清晰、更傳神。在圖形尤其是動態圖像的顯示呈現方面，蘋果iOS系統的GPU[14]所具備的圖形加速功能，能夠渲染輸出高質量的圖像，尤其是3D動態圖像，這在美國作者Thodore Gray（西奧多·格雷）的《視覺之旅：神奇的化學元素》這本蘋果應用商店中售賣的多媒體電子書中體現得淋漓盡致[15]。這是一本以已發現的118種化學元素為題材的科普讀物，也是蘋果公司已故CEO喬布斯最喜愛讀的一本書，被英國著名的演員Stephen Fry（斯蒂芬·弗雷）描述為“僅此一個就讓iPad物超所值”。該書用文字和圖片講述了一個豐富迷人的元素周期表，在iPad上通過其超強的圖形加速功能，能夠以360度旋轉的方式呈現元素的實例樣本，并可扭動縮放，顯示清晰的全屏圖像效果，給讀者以炫目、愉快、耳目一新的閱讀享受。

微軟公司在字體渲染方面采用的是次像素渲染技術（subpixel rendering）。次像素渲染技術利用顯示器次像素發光的原理來渲染字體，也就是在字體邊緣所處的像素點上，讓離這個字體近的次像素發光，而其余的次像素不發光，這樣就可充分利用顯示器的像素排列。微軟公司通過采用次像素渲染技術解決低分辨率屏幕上的字體顯示問題，保證字體在其屏幕上的清晰顯示、容易辨識，其中，ClearType[16]是微軟對次像素渲染技術的一次成功借鑒。ClearType使微軟水平方向上吸取了次像素渲染技術的優點，但卻徹底放棄了對字體垂直方向上平滑度的改進。因此，ClearType實際上是次像素和黑白渲染技術的混合。微軟公司通過采用次像素渲染技術，讓字體按照像素的位置設計以適應屏幕像素的限制，從而使字體在屏幕中的顯示更清晰美觀，提升了屏幕閱讀視覺體驗。

Android系統中對其字體、圖像的顯示優化則借助了 GDI的工作原理[17]。GDI（Graphical Device Interface，圖形設備接口），是微軟視窗系統表征圖形對象及將其傳送給諸如顯示器、打印機之類輸出設備的標準，負責管理用戶繪圖操作時的功能轉換，以有效管理圖形圖像的輸出。Android系統中的GDI負責將文本、線條、位圖等概念對象映射到具體的物理設備，并基于映射的對象不同將GDI劃分為畫布、字體、文本輸出、位圖輸出等不同要素。同時，GDI的系統操作基于窗口的狀態下，運用圖形緩沖器對Android視圖界面進行控制，在Android視圖畫布中通過Skia圖形引擎（Skia是一個C++的2D圖像引擎庫），將OpenGL加入到Android層次中，然后通過Skia完成Android的2D繪制系統的文本輸出、位圖、點、線、圖像解碼等功能。由此，以實現文本、圖像的優化輸出。

目前，國內也有相關方面的初步嘗試。比如方正的CEBX文檔標準，在針對不同客戶端的請求抽取同一本電子書的不同數據格式數據并發送合適的數據給用戶終端的過程中，對于版式格式的電子書由服務器端完成電子書的解析和頁面渲染工作的處理，將渲染好的電子書頁面發送給客戶端；而對流式格式的電子書，則利用CEBX開發包中提供的接口提取電子書頁面的流式內容，將流式信息發送到客戶端后，由客戶端的瀏覽器根據流式信息和自身特性來完成內容的渲染[18]。

以上實踐及所取得的效果對我們研究和開展數字出版物的渲染具有積極的啟發，也從側面說明開展數字出版物的渲染可以成為數字出版活動過程中提升用戶閱讀視覺體驗的重要手段。

4 開展數字出版物渲染的思路分析

通過上述分析，我們認為，開展數字出版物渲染具有技術可行性和實踐可借鑒性，能夠提升數字出版物的閱讀視覺體驗，進而增強數字出版物內容對用戶的吸引力，從而推動數字出版產業的發展。雖然如此，由于數字出版物渲染是一個全新的研究課題，相關研究極少，對于什么是數字出版物的渲染，以及如何開展數字出版物的渲染，仍不甚明確。通過對當前較為主流的渲染器的分析，結合數字出版物的頁面視覺顯示特性，在將數字出版物的閱讀頁面結構分為內容元素、功能元素、布局元素的基礎上，我們認為，數字出版物的渲染主要指通過相關的渲染工具對數字出版物閱讀頁面中的內容元素、功能元素和布局元素的視覺顯示效果進行的優化和控制。

其中，內容元素主要是指閱讀頁面中文本、圖像、音視頻等內容，具體包括：文本中字體的顏色、風格等；圖像的大小、分辨率、顏色、亮度和對比度等；視頻的燈光、場景貼圖等。功能元素是指閱讀過程中提供的操作功能，具體的渲染要素包括功能按鈕設置的顏色、高度等。布局元素是指頁面整體的布局、編排，比如圖文混排形式、內容元素和功能元素的排版方式、頁面背景的顏色等。

在此基礎上，我們提出以下開展數字出版物渲染的初步思路。

4.1 總體思路：分類渲染

由于數字出版物內容類型多樣，可以分為文本類、圖像類、音視頻類等，而不同類型的數字內容需要渲染的要素不同。為此，我們認為可以采用分類渲染的思路，針對不同的渲染內容調用針對性的渲染工具，以提高不同類型內容的渲染效果，提升渲染的效率，降低系統運行時的資源占用。

分類渲染的大致思路是按文本—圖像—動畫—音視頻的優先級順序實施渲染，這主要是考慮到當前數字出版物的內容仍然以文圖為主，多媒體數字出版物雖有所發展但仍未成為主流。在此前提下，對具體的閱讀頁面的渲染，則從其結構出發，按照內容元素—功能元素—布局元素的思路開展。這主要是考慮到不同的數字閱讀終端，其提供的功能操作及其在頁面中的具體布局有所不同，基于此，在數字出版物閱讀頁面元素分類渲染的過程中，可以先對內容元素進行渲染，然后再對功能元素和布局元素進行渲染。

4.2 渲染的關鍵應是確定渲染的要素及其參數

通過對當前渲染技術的分析得知，一方面渲染要素是實施渲染的對象、關鍵，而渲染的具體實施則主要是依據確定的渲染要素的參數進行。如圖3所示是VMR9（The Video Mixing Renderer 9）的渲染參數設置菜單，從中可以看出其對視頻渲染要素的渲染就是在參數菜單中通過相關參數的設置完成的。另一方面，一般而言，數字出版物的渲染有可能需要經過多次的渲染操作，其最終的顯示效果才可能最大限度地契合用戶的需求，這就涉及渲染的修正問題。而我們通過對當前使用較為廣泛的渲染技術的工作原理研究發現，雖然渲染是一系列較為復雜的程序操作過程，但對渲染的修正不需要對所有的操作程序進行修正，這也不太現實，只需對相關渲染要素的參數進行調整即可。由此可見，渲染要素及其參數的確定是開展數字出版物渲染的關鍵。

4.3 通過開展預渲染，提升用戶滿意度

如同購買數字出版物前允許用戶預覽部分章節內容一樣，由于用戶在閱讀偏好、終端使用偏好等方面具有較強的個性，我們認為數字出版物也應開展預渲染，提供幾種預渲染的效果以供用戶選擇，以力爭渲染結果盡可能契合用戶要求，滿足其個性化需求。預渲染的積極意義還在于，當預渲染的效果未能達到用戶要求時，還可通過進一步的風格選擇修正渲染方案，盡可能使頁面背景、字體、字號、翻頁按鈕等的視覺顯示效果與用戶的需求相匹配，從而提高用戶的滿意度。

5 結 語

在用戶對閱讀視覺效果日益重視的今天，通過開展數字出版物的渲染以滿足其閱讀視覺體驗需求理應成為開展數字出版的重要思路和研究課題。但由于種種原因，當前學界和業界對此缺乏必要的關注，本文正是旨在引起各方對數字出版物渲染的關注和研究。然而，數字出版物的渲染研究是個全新的課題，可借鑒的研究成果很少，本文的研究僅是一個開端，仍存在諸多不足。如：對什么是數字出版物的渲染還未能明確把握，對如何開展數字出版物的渲染也僅停留在借鑒其他領域的渲染思路上，未能緊密結合數字出版物的視覺特性，等等。而對于未來的研究，我們認為，首先應明確數字出版物的渲染對象，即找出其渲染要素，對此可以通過開展用戶閱讀視覺體驗的影響因素調查，以及對比不同數字閱讀終端的視覺特性等總結得出。其次，應基于渲染的一般過程，結合數字出版物的特征梳理出開展數字出版物渲染的過程。

注 釋

[1]中國互聯網絡信息中心. 第31次中國互聯網絡發展狀況統計報告 [EB/OL].[2013-06-12].http：//www.cnnic.cn/hlwfzyj/jcsj

[2]新聞出版研究院.全國國民閱讀調查專題[EB/OL].[2013-04-18]. http：www.chuban.cc/ztjj/yddc

[3]Gartner. Gartner Says Worldwide Mobile Phone Sales Declined 1.7 Percent in 2012[EB/OL].[2013-06-08]. http：//www.gartner.com/newsroom/id/2335616

[4]楊慎（1488—1559），字用修，號升庵，明代文學家，明代三大才子之一。后因流放滇南，故自稱博南山人、金馬碧雞老兵。

[5]Renderman是一套基于著名的REYES渲染引擎開發的計算機圖像渲染規范，所有符合這個規范的渲染器都稱為Renderman兼容渲染器，其有著高超的渲染質量及快速的渲染能力。

[6]根據國家知識產權局專利檢索系統及freepatentonline.com檢索得到，檢索時間為2013年4月13日。

[7]Mactype是目前應用最廣泛的一款文本渲染工具，起源于GDI++，支持WinXP、Vista、Win7等系統，但暫時不支持Windows8系統。Mactype能使文字顯示得更清晰、更有立體感。

[8]Gdipp是由CrendKing等人發起的可自定義的Windows文字渲染器，是旨在重新實現GDI++的功能，使之具有更好的兼容性、穩定性的Google開源項目。

[9] GDI++是一個開源項目，它能接管Windows系統的GDI字體渲染功能，是一種24位字體渲染技術，支持灰階渲染，可將字體的渲染精細定制到字體的粗細、色深、陰影的方位、長度、字體代換等方面。

[10] CSS是一種用來表現HTML或XML等文件樣式的計算機語言。采用CSS可以更有效地控制網頁外觀，精確指定網頁元素位置，以及創建特殊的網頁效果。

[11] Vray是由chaosgroup和asgvis公司出品、中國由曼恒公司負責推廣的一款高質量渲染軟件，素有焦散之王的美譽。是一種提供單獨的渲染程序的高質量渲染軟件，渲染速度快。

[12] Mental Ray是德國的Mental Im公司開發的一款專業的3D渲染引擎，因其可以生成高質量真實感圖像，而參與制作了數不勝數的好萊塢電影。其最突出的功能優勢是在光線渲染方面。

[13] 蘋果部分移動產品使用了一種名為Retina（視網膜）屏幕的顯示技術。Retina顯示幕是一種具備超高像素密度的液晶屏，它可以將960×640的分辨率壓縮到一個3.5英寸的顯示屏內。詳見：http：//baike.baidu.com/view/3737783.htm；http：//www.apple.com.cn/ipad/overview/。

[14] GPU，圖形處理器，計算機等設備上圖像運算工作的微處理器，是渲染圖像的關鍵，時下的GPU多數擁有2D或3D圖形渲染功能，即所謂的圖形加速功能。

[15]視覺之旅：神奇的化學元素[EB/OL].[2013-01-18]. http：//www.25pp.com/ipad/soft/info_595536.html

[16]開源中國.字體渲染詳解[EB/OL].[2013-01-12]. http：//oss.org.cn/？action-viewnews-itemid-72441

[17]CSDN博客.Android核心分析[EB/OL].[2013-16-12]. http：//blog.csdn.net/column/details/androidcore.html

[18]鄒進波.基于CEBX 的跨終端在線閱讀系統的設計與研究[D].北京：北京郵電大學，2011：8

（收稿日期：2013-03-12）