基于Web的雷州文化數字化展示傳播平臺關鍵技術研究

徐龍琴，劉雙印

（廣東海洋大學信息學院，廣東 湛江 524088）

基于Web的雷州文化數字化展示傳播平臺關鍵技術研究

徐龍琴，劉雙印

（廣東海洋大學信息學院，廣東 湛江 524088）

為解決雷州文化缺乏對外展示傳播平臺的困境，將三維激光掃描、物聯網、多維圖像展示、虛擬漫游等技術相結合，采用技術集成理念，詳細設計平臺架構、功能模塊，構建雷州文化空間數據庫、知識庫，并運用三維圖像處理、場景建模、360度全景漫游等技術對重點文物進行虛擬化展示，實現基于Web的雷州文化數字化展示傳播平臺，重點闡述全景漫游、基于文本和內容的圖像檢索、數據庫快速訪問等關鍵技術。

雷州文化；數字化展示傳播平臺；技術集成服務；圖像檢索

美國哈佛大學的約瑟夫·奈教授首次提出文化“軟實力”［1］，并認為只有將硬實力和軟實力協調發展才能更好的提高生產力、綜合國力，才能在激烈國際競爭中贏得發展先機、立于不敗之地。為此，廣東省委第十屆七次全會上審議并通過了《廣東省建設文化強省規劃綱要（2010—2020年）》，明確了我省加快文化強省建設總體目標：把廣東建設成為在全國具有重要影響力的區域文化中心，提升我國文化軟實力的主力省，中國文化“走出去”的生力軍，形成具有中國氣派、嶺南風格、廣東特色的現代文化體系［2］。為貫徹落實廣東文化強省綱要，湛江提出建設湛江文化強市的號召，提出重點打造一批特色鮮明，代表性強的湛江區域文化品牌，提升湛江文化形象，激發湛江文化獨特魅力。

雷州文化作為廣東四大區域文化之一［3-5］，具有風格獨特、區域明顯等特點，但在文化研究、文物古跡保護、挖掘、傳承和數字化展示等方面遠遠落后于廣府文化、客家文化、潮汕文化，尤其雷州文化至今仍缺乏對外展示、傳播與推廣窗口。為此，本研究將物聯網技術、計算機科學、古漢語言文學等多學科理論與技術有機集成，構建雷州文化數字化展示傳播平臺，實現雷州文化保護和數字化展示與推廣，對傳承和弘揚廣東“四大文化”，樹立湛江特色文化品牌，增強雷州文化的凝聚力和影響力，促進精神文明建設等方面具有重要的學術價值和社會意義。

1 雷州文化數字化展播平臺設計

1.1 平臺設計

本系統采用技術集成服務理念，將物聯網工程技術、計算機技術、古漢語言文學等相關領域的多元信息有機融合并優化使用，構建一個以文化主管部門、文化相關研究機構（高等院校、科研院所、文化企業、藝術工作者、藝術品交易商）、及廣大文化藝術愛好者領域應用為主的基于 Web的雷州文化數字化展示傳播平臺。

1.2 平臺架構

圖1為詳細平臺體系架構，平臺采用基于Web的N層B/S架構模式，分為表示層、業務邏輯層、數據訪問層、數據存儲層。

圖1 平臺體系架構Fig.1 Architecture of platform

該體系架構中，表現層主要完成用戶界面與最終用戶交互功能；業務邏輯層定義了業務實體對象、業務流程處理、業務邏輯規則、內容存儲管理、用戶權限管理等，在應用程序里被封裝為組件；數據訪問層采用了輕量級的數據交換方式JSON、JDBC和DAO，實現關系型數據庫和NoSQL數據庫的連接，通過修改DAO模式內部代碼可實現平臺在不同數據源之間遷移，大大提高了平臺可維護性；針對數據源異構多樣性，通過JSON將要交換的數據轉換為JSON信息流［6］，在數據交換代理節點之間建立可靠連接，可有效提高數據交換效率；數據存儲層是采用My SQL、SQL Server、NoSQL等關系型和非關系型數據庫把雷州文化多媒體數據、文本數據、音視頻流媒體等有關數據分類集中存儲管理。1.3 平臺功能模塊

通過實地考查、調研，分析設計了平臺主要功能模塊如圖2所示，具體為：新聞中心、文化溯源、語言文學、節俗婚嫁、飲食風俗、特色民居建筑、戲曲音樂、書法碑刻藝術、精品長廊、雷州文化論壇、360度場景漫游和后臺運維管理等。

圖2 平臺功能框Fig.2 Function block diagram of platform

1）新聞中心：通過收集、轉載國內外各大媒體關于雷州人和雷州文化研究和交流的新聞報道，展現主流輿論對雷州文化的肯定與支持。此外，讓湛江人尤其是新一代湛江人，逐漸加深對雷州歷史文化的認識和了解，爭取最廣泛的關注與支持。

2）文化溯源：通過介紹雷州文化悠久歷史、地理、發展進程的獨特經歷、眾多歷史文化遺產，歷史人物等，傳遞雷州文化融合楚越文化、土著文化、閩南移民文化、海洋文化、中原文化和西方文化等多元文化精華；同時通過介紹湛江是秦朝漢代海上絲綢之路發祥地、中國抗擊法國殖民者入侵的橋頭堡及中國改革開放前沿陣等文化信息，展現雷州人兼容、開放、進取、開拓的特質和精神，能傳承歷史文化，融合時代精神，凝聚雷州文化向心力。

3）語言文學：介紹雷州本土俚話起源、使用范圍、詞匯、標準口音、書面語，以及地方文學。

4）節俗婚嫁：介紹雷州人極具地方特色的節日、婚嫁等風俗，如：滾棘床、下火海、穿令（箭）、人龍舞、醒獅文化等媚神祈福，“年例、雷祖、媽祖、天地諸神、海神、神狗”等祭祀文化、婚嫁等風俗。

5）飲食風俗：通過對“雷州白斬狗”、“湛江白切雞”、“雷州大粽”、“炭燒蠔”、 “艾餅”、 “陳氏麻通餅”、“瓦窯煲狗肉”、“粑食”、“蛤仔跳水”粉、“沙蟲粥”、“榴蓮酥”等經典菜品及各類粥品在用料、配料、做工、效果等方面的介紹，表現粵菜用料廣博、做工考究、品種繁多、五味俱全、濃淡適宜等特點，彰現雷州人深厚的飲食文化。

6）民居建筑：介紹雷州代表性建筑，如雷州古民居博物院—雷州第一村邦塘的獨具南方特色的明清古民居，以及古建筑三元塔、真武堂、韶山古戲臺、東嶺莫宅祠堂、十賢祠、蘇公亭、寇公亭、唐代墓葬等。

7）戲曲音樂：介紹國家級非物質文化遺產保護項目、雷州文化“活化石”—雷歌、粵西傳統文化奇葩—雷劇、姑娘歌、雷州音樂等具有雷州文化獨特風格和地方色彩的戲曲作品。

8）書法碑刻藝：介紹“天南重地”的雷州在書畫藝術方面光輝燦爛的一頁，如歷代碑刻、牌坊多達五六百件，“靖海宮楹聯藝術碑廊”是清代翰林李晉熙、進士何達聰等名人撰寫的楹聯墨寶，現為雷州市文明保護單位。

9）精品長廊：集中展示長期以來，尤其是改革開放以來，雷州人創造的優秀的文化作品，以及雷州人所取得的文化成就，彰顯雷州人聰明的智慧和雷州大地深厚的文化底蘊。

10）雷州文化論壇：借助互聯網技術，為雷州人搭建一個參與雷州文化相關主題討論的平臺，充分調動國內外雷州人參與的熱情，為雷州人在國內、國外集聚最廣泛的人氣，聽取最廣泛的建議，收獲最廣泛的支持。

11）360度場景漫游：采用Web 3D、Java 3D、單幅圖片TIP漫游、360全景等技術，對雷州文化古跡如雷州石狗博物館、雷主祠等重點場景進行360度全景漫游，使其具有身臨其境的感覺。

12）后臺運維管理：此模塊是雷州文化展示平臺的重點模塊之一，主要由系統設置管理、管理員權限設置、文檔管理，視頻管理，音頻管理，文章管理、圖片管理，輪播圖管理，知識庫管理、用戶管理，新聞發布管理、論壇管理等模塊構成，確保雷州文化數字化展示傳播平臺正常運行。

1.4 基于關系型數據庫與NoSQL數據庫相結合的數據庫設計

傳統關系數據庫具有安全性高、功能強大、容錯性能好等優點，并在各個領域得到了廣泛應用，但難以滿足流媒體、分布式和大文本等數據模式多變、存儲管理需要，存在無法動態橫向擴展的問題，且面對容量擴展需求，傳統關系數據庫往往通過數據遷移和停機維護來實現，在時間上、財力上代價較高。然而非關系型數據庫NoSQL［7］不需要固定的模式結構，查詢時不需要連接操作，通過key-value存儲、列存儲、XML、文檔型等方式存儲數據模型，具有靈活的數據模型、易擴展、大數據量、高性能等優勢，使其在 Web2.0技術網絡中得到一定的應用，但存在成熟度不高、不適于關系型數據存儲管理、缺乏強有力商業支持等不足［8］。通過分析一致性（C）、可用性（A）、分區容錯性（P）等 CAP理論［9-10］，發現關系型數據庫與NoSQL數據庫具有優勢互補性，為此本文將二者結合，各取所長，進行雷州文化數字化展示、傳播平臺數據庫設計。

以雷州文化論壇用戶評論存儲為例，其評論表可分為表主鍵 Table_ID、被評論雷州文物Cultural_relic_ID、用戶User_ID、評論內容Content、發表評論時間Time等字段。根據NoSQL數據庫、關系型數據庫優勢，在設計數據庫時，把經常用于查詢的被評論雷州文物Cultural_relic_ID、發表評論時間Time和用戶User_ID等字段存儲在關系型數據庫中，通過索引實現快速查詢功能；將大文本的評論內容Content字段存儲在NoSQL數據庫中，這種通過NoSQL數據庫存儲管理大文本非結構化數據、關系型數據庫存儲管理關系型數據有機結合方式，不僅能降低查詢復雜度，節省查詢時間和空間、提高數據庫維護效率，還能借助 NoSQL行級別Cache實現對評論內容Content字段的存儲管理。本文部分數據庫 E-R模型圖如圖3所示。

圖3 數據庫設計（部分）邏輯結構關系Fig.3 Logic structure diagram of database design

2 關鍵技術研究

2.1 特色雷州文化古跡全景漫游技術研究

全景圖像漫游是利用一系列相鄰、有部分重疊的圖像拼接起來，形成一張寬視角或360度視角的全景圖像，類似于觀察者在一個位置向四周旋轉一圈看到的景象。全景圖像拼接過程主要由圖像預處理、特征提取、圖像配準、圖像融合和全景圖像生成等組成，其基本流程圖如4所示。

圖4 全景圖像拼接流程Fig.4 Flow diagram of panoramic image mosaics

1）圖像采集：通過魚眼鏡頭高清晰數碼相機和三維掃描儀獲取雷州文化重點場景圖像數據。

2）圖像預處理：為消除圖像采集過程中噪聲干擾，獲得高質量全景圖像，采用小波變換、高斯濾波等算法對圖像進行降噪處理，減少圖像拼接計算復雜度，提高圖像特征配準精度。

3）圖像投影：為消除拼接圖像拉伸和扭曲現象，將雷州石狗博物館場景拍攝的一系列具有一定重疊區域的圖像投影到統一柱平面上，并在該柱面上進行圖像拼接，便可得到視覺效果較好的柱面全景圖像。

4）圖像配準：主要由圖像特征提取、特征匹配、圖像間幾何變換矩陣求解組成。通過改進尺度不變特征變換（Scale-invariant feature transform，SIFT）特征提取算法提取基準圖像的局部不變特征和待配準圖像的局部不變特征，降低圖像冗余特征和錯誤匹配［11-12］；研究發現改進歸一化互相關（Normalized cross correlation，NCC）算法具有較高的匹配精度，但存在對光照變化敏感、計算量大、算法效率低、匹配速度慢等不足［13］，為此該文采用改進NCC和序貫相似性（Sequential similarity detection algorithms ，SSDA）［14］等圖像特征匹配算法來尋找雷州文化圖片在不同角度、不同地點或不同環境下拍攝的兩張圖之間的幾何變換關系，取得較好的特征匹配效果；采用改進隨機抽樣一致（Random sampling consensus，RANSAC）算法結合投影變模型求解變換矩陣，完成一系列具有重疊區域的圖像特征配準［15］。

5）圖像融合：為消除重疊區域的“拼接縫”或“鬼影”，需對拼接圖像進行圖像融合處理，為此該文將基于歐氏距離變換的最優縫合線搜索技術和小波多分辨率分析技術相結合［11］，實現雷州文化不同領域的圖像無縫拼接融合。

6）全景圖像輸出：通過上述圖像拼接融合處理，最終獲得無縫拼接的全景圖像。雷州石狗博物館全景圖如圖5所示。

圖5 雷州石狗博物館全景Fig.5 Panorama of museum of leizhou stone dog

2.2 文本和內容的雷州文化圖像檢索技術研究

圖像檢索就是采用圖像處理、模式識別等技術，對圖像進行分割、提取圖像的灰度、形狀、紋理、輪廓、拓撲等特征向量，由特征向量建立索引、特征庫、圖像庫、知識庫等；將顏色特征、紋理特征、形狀特征和文本等多種圖像檢索方法相結合，選擇適宜模式識別技術和特征匹配準則，提取用戶待檢索示例圖像特征，計算與特征庫中圖像特征相似度，最終檢索得到所需圖像。常見圖像內容檢索有基于顏色特征、紋理特征、形狀特征的檢索，其中基于顏色特征的檢索利用顏色直方圖計算圖像間的相似性，原理比較簡單，但存在不能反映圖像中對象空間特征的不足［16］；基于紋理特征的檢索，在一定程度上可對圖像中空間信息進行定量描述，但存在紋理描述比較困難的問題；基于形狀特征的檢索通過圖像分割，提取圖像感知特征，勾勒出圖像形狀或輪廓，但檢索結構復雜，需要做更多圖像預處理工作。

在充分考慮雷州文化在文化溯源、語言文學、節俗婚嫁、飲食風俗、特色民居建筑、書法碑刻藝術、等各個領域圖像檢索的實際需求，結合當前文本檢索、圖像檢索優缺點，本平臺將圖像內容檢索和圖像文本檢索相結合，可有效提高圖像檢索速度和精度，其圖像內容檢索工作原理圖如圖6所示。例如，檢索雷州石狗某幅圖像作品時，不僅可以進行圖像處理，還可編輯圖像文本注釋信息，其檢索結果如圖7所示，取得了較好檢索效果。

圖6 基于文本和圖像內容的圖像檢索工作原理圖Fig.6 The working principle diagram of image retrieval based text and content

圖7 圖像檢索結果Fig.7 Result of image retrieval

2.3 數據庫快速訪問技術

為解決數據庫頻繁訪問瓶頸的問題，以及優化數據庫訪問速度，在應用程序開發時，通常將業務邏輯應用/功能模塊與數據庫進行分離，不同的業務邏輯應用/功能模塊對應不同的數據庫或表。針對雷州文化展示和傳播平臺實際需要，借鑒sohu論壇網站架構設計思想，本文采用一定的策略，規劃好平臺各功能模塊展示信息、用戶等與數據庫表對應關系，將具體應用/功能模塊頁面所對應的數據庫或表進行庫表散列，按照功能模塊和用戶ID散列數據庫和表，可低成本提升數據庫快速訪問性能，且具有較好擴展性，達到優化系統性能的目的。

3 系統實現

系統采用N層 B/S 結構，以Eclipse和Sublime text為開發平臺，以Java、HTML5、CSS3、Jquery、C++、JavaScript為開發語言，客戶端運行環境為Web瀏覽器，Web服務器端采用 MS Windows 8 Server或 linux，數據庫系統為 MY SQL8.0和HandlerSocket，系統登錄界面如圖8所示。

圖8 平臺主界面Fig.8 The main interface diagram of platform

4 結束語

本文在深入研究全景漫游、圖像檢索、數據庫快速訪問等雷州文化數字化展示傳播關鍵技術的基礎上，采用技術集成服務的理念，通過Java、HTML5、CSS3、Jquery、C++、JavaScript、Web 3D等技術和N層B/S架構模式，構建了集文字、圖像、聲音、動畫漫游、視頻為一體的基于Web的雷州文化數字化展示傳播平臺，實現了雷州文化在建筑、藝術、戲劇、音樂、文學、書法、繪畫、工藝、飲食、風俗等多個領域所取得的文明成就的多種媒體技術立體演繹，多視角多方位展示、詮釋、傳播與推廣，有效解決了雷州文化對外展示與傳播的困境，對雷州文化遺產數字化保護、挖掘整理、打造特色文化品牌，增強雷州文化凝聚力、影響力和輻射力等方面提供技術支持。

［1］JOSEPH N J.The Future of Power［M］.New York:Public Affairs，2011.

［2］廣東省建設文化強省規劃綱要（2010-2020年） ［EB/OL］.［2016-02-08］.http://www.gd.gov.cn/gdgk/gdyw/201007/t201007301263972.htm.

［3］張詩博.“數字人文”背景下雷州文化研究數字化的發展對策［J］.廣東海洋大學學報，2015，35（5）：56-60.

［4］蔡平.雷州文化及雷州文化的人本研究［J］.廣東海洋大學學報，2010，30（5）：20-25.

［5］鄧康麗.雷州文化對湛江經濟發展的影響及作用機制［J］.廣州社會主義學院學報，2015，（1）：82-85.

［6］張滬寅，屈乾松，胡瑞蕓.基于JSON的數據交換模型［J］.計算機工程與設計，2015，36（12）：3 380-3 384.

［7］STRAUCH C，STTES U L S，KRIHA W.NoSQL databases ［EB/OL］.［2016-02-15］.http://www.christefstrauch.de/no-sqldbs.pdf.

［8］LEAVITTT N.Will NoSQL databases live up to their promise ？ ［J］.Computer，2010，43（2）：12-14.

［9］GILBERT S，LYNCH N.Brewer's conjecture and the feasibility of consistent，available，partition-tolerant Web services［J］.ACM SIGACT News，2002，33（2）：51-59.

［10］申德榮，于戈，王習特，等.支持大數據管理的NoSQL系統研究綜述［J］.軟件學報，2013，24（8）：1786-1803.

［11］宋寶森.全景圖像拼接方法研究與實現［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2012.

［12］霍春寶，童帥，趙立輝，等.SIFT 特征匹配的顯微全景圖拼接［J］.遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2015，34（1）：93-96.

［13］謝維達，周宇恒，寇若嵐.一種改進的快速歸一化互相關算法［J］.同濟大學學報（自然科學版），2011，39（8）：1233-1237.

［14］YU X，CHEN X，JIANG M.Motion detection in moving background using a novel algorithm based on image features guiding self-adaptive Sequential Similarity Detection Algorithm ［J］.OPTIK，2012，123（22）：2 031-2 037.

［15］李麗，郭雙雙，梅樹立，等.基于特征點提取匹配的蝗蟲切片圖像的拼接和修復方法［J］.農業工程學報，2015，31（7）：157-165.

［16］祝曉斌，劉亞奇，蔡強，等.基于內容的圖像檢索技術研究［J］.計算機仿真，2015，32（5）：1-5.

（責任編輯：任萬森）

A Study of Key Technologies of Digital Display Platform of Leizhou Culture Based on Web

XU Long-qin，LIU Shuang-yin
（Information Institute of Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China）

To solve the problem that there is no communication platform to spread Leizhou culture currently，the digital display and transmission platform of Leizhou culture based on Web is constructed，which combines applied technology integration concept such as 3D laser scanning，the Internet of things，multi-dimensional image display，and virtual roaming technology，and by using technology integrated concept，the platform schema and function module are used to design Leizhou culture space database with knowledge database and the application of 3D image processing，such as scene reconstruction，360 degree panoramic scene modeling technology for the purpose of virtualizing key cultural relic.

Leizhou culture； digital display platform； technological integrated services； image retrieval

TP311

A

1673-9159（2016）03-0098-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2016.03.016

2015-11-20

國家自然科學基金項目（61471133，61473331）；廣東省科技計劃項目（2013B021600014，2015A070709015，2015A020209171，2016A040402043）；廣東海洋大學創新強校工程項目（GDOU2014050227）；廣東海洋大學教改項目（XJG201404）

徐龍琴（1977—），女，碩士，副教授，研究方向為智能計算、大數據處理和智能信息系統等。E-mail：xlqlw@126.com

劉雙印（1977—），男，博士，教授，研究方向為智能計算、物聯網工程、智能信息處理技術等。E-mail：hdlsyxlq@126.com