貴州儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺設計

白海娟，王存睿，王 磊

(大連民族大學 a．計算機科學與工程學院; b．大連市民族文化數(shù)字技術重點實驗室，遼寧 大連 116605)

貴州儺文化是一種原始的宗教文化現(xiàn)象，是一種民間的宗教信仰，一種文化活動和藝術表演方式。包括各種各樣的儀式和豐富多彩的儺戲、儺樂、儺舞表演，還有千姿百態(tài)的儺面具藝術、儺壇的組織和狂歡節(jié)等[1]。由于時間受限和地點多變，儺文化的演繹場景遠離人們的日常生活，儺文化的相關活動、儺藝術與現(xiàn)代媒體發(fā)展相脫離。傳統(tǒng)的“登記、發(fā)現(xiàn)、保存”的保護模式隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨已經(jīng)變得非常落伍了[2-3]。儺戲與儺面具的采集工作由于環(huán)境、保存情況、技術人員等多方面原因，導致了儺戲及面具采集的數(shù)據(jù)不準確、不全面，有的數(shù)據(jù)僅有一個名稱一個數(shù)字。儺文化的數(shù)據(jù)科學研究需要大量的基礎數(shù)據(jù)采集與處理工作，然而現(xiàn)存的儺文化數(shù)據(jù)還遠遠不夠。所以當前儺戲文化保護最重要的內容和工作步驟就是儺戲面具的數(shù)據(jù)采集整合。

1 儺文化大數(shù)據(jù)規(guī)范化處理技術

1.1 信息數(shù)據(jù)采集與分類處理

采集的數(shù)據(jù)分圖形、視頻音頻、文本、3D數(shù)字模型四大類，數(shù)據(jù)來源于人工采集和網(wǎng)上獲取。本文主要研究圖形與3D數(shù)字模型的采集方法。對于面具圖樣和服飾、崖畫、版畫等平面藝術作品，采用哈蘇相機垂直正攝影采集圖像平面信息，并標記相關信息儲存為RAW格式文件，RAW格式數(shù)據(jù)是相機捕獲的原始數(shù)據(jù)，可高保真的支持圖像色彩分析等應用。三維數(shù)據(jù)采集一般采用三維激光掃描與實景結合的方法，通過單反相機對構建物拍攝，以PNG格式存儲，保證頂視圖一張與底視圖各一張，并進行水平向上每次30°左右變化，水平方向向下每次45度左右的變化的環(huán)繞式拍攝，每組3張總計26張照片，采集過程及效果如圖1。

圖1 采集過程及效果展示

儺文化大數(shù)據(jù)集的分類處理實際上是在探索非物質文化遺產(chǎn)內在文化邏輯的基礎上，對非物質文化遺產(chǎn)的元數(shù)據(jù)進行分類，并制定相關元數(shù)據(jù)分類標準[4]。

據(jù)此構建的儺文化資源標準描述框架包含名稱、標簽、標識、導出的類型和其他相關信息，以文件目錄檢索XLM文件，URL連接儲存三維信息模型，拋棄單一文件儲存方法建立資源數(shù)據(jù)集，儺文化資源標準描述框架見表1。由此實現(xiàn)統(tǒng)一開源的標準數(shù)據(jù)集，具有大量真實高效快速特點[5]。對于影音類數(shù)據(jù)直接統(tǒng)一格式增加注釋標記后歸檔儲存。便于后期對數(shù)據(jù)存儲的規(guī)范與細化，資料的數(shù)據(jù)加工和數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)采集處理流程如圖2。

表1 儺文化資源標準描述框架

1.2 基于分形理論的儺文化圖片資源分類

將采集到的2D數(shù)據(jù)定義為“圖像”，例如面具和人物的照片；通過計算機將采集到的圖像由計算機繪制成形或手工繪制的面具圖片、人物肖像等定義為“圖形”。因為圖像描述一般是自然場景的物體，圖像中物體的邊界區(qū)域線條比較平滑。圖形中通常存在大塊顏色相似區(qū)域，圖形中物體邊界的色差變化大，導致區(qū)域線條相對不平整。分形理論(Fractal Theory)是目前應用于圖像分析領域的一種新理論，本文基于分形理論的圖片分類方法主要利用了分形維數(shù)和局部分維數(shù)變化率用以判斷儺戲面具2D圖形和自然圖像。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

首先計算分形維數(shù)公式如：

(1)

式中：ε是小立方體一邊的長度；N(ε)是用此小立方體覆蓋被測形體所得的數(shù)目，維數(shù)公式意味著通過用邊長為ε的小立方體覆蓋被測形體來確定形體的維數(shù)。

局部分維數(shù)變化率(Local Fractal Dimension Slope,LFDS)用來做已確定維數(shù)圖片的分類。計算LFDS的公式如[6]：

(2)

式中：N是尺度ε的最大值；kLFD(ε)是擬合效果最佳直線的斜率。

當測量的尺度值ε較小時，圖形局部區(qū)域的特征決定了分形維數(shù)，圖形局部小區(qū)域比較平滑，因此局部分維數(shù)(kLFD(ε))值也相對較小。但是隨著測量的尺度值ε逐漸增大，決定分形維數(shù)的不再是圖形局部區(qū)域的特征，而是由圖形的整體區(qū)域的特征來決定。因為圖形中間區(qū)域的變化較大，則局部分維數(shù)kLFD(ε)的值變大，此時LFDS大于0。然而對于自然圖像的二維投影來說，獲取照片時的周圍噪點和自然物體的本身特征，圖像內部區(qū)域不像圖形內部區(qū)域具有光滑性。自然圖像內部區(qū)域相對較粗糙，局部分維數(shù)kLFD(ε)的值較大，隨著測量的尺度值ε逐漸增大局部分維數(shù)kLFD(ε)的值減小，此時LFDS小于0。因此我們可以根據(jù)LFDS的值對儺資源圖像和儺資源圖形分類存儲。若LFDS大于0的圖片，就是圖形，LFDS小于0就是圖像。

2 儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺

2.1 概 述

在多媒體技術、增強現(xiàn)實、智能應用終端等技術手段廣泛應用的今天，急需大量穩(wěn)定的公開的數(shù)據(jù)源[7]。儺文化大數(shù)據(jù)共享平臺，是對貴州省銅仁市獲取的圖形圖像、文學、視頻、三維模型等藝術材料，實現(xiàn)持續(xù)維護和開源的數(shù)據(jù)共享平臺。儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺應包含民族特色，開源共享，標準化等特征：

(一)民族特色。傳統(tǒng)的民族文化保護，多通過人工登記、專家鑒定、調研發(fā)現(xiàn)、記錄保存的保護方法，所需存儲空間相對較小[8]。隨著數(shù)字化技術的出現(xiàn)，有了三維村寨漫游，民族舞蹈，民族建筑等使用媒體進行內容描述的新數(shù)據(jù)，又有了傾斜攝影三維實景建模和激光掃描點云模型技術。

(二)開源的儺文化共享數(shù)據(jù)集。隨著數(shù)據(jù)記錄方式的不斷更新和增加，開始產(chǎn)生大量相關非結構化數(shù)據(jù)形式。建立中國儺文化具有特色的面具數(shù)據(jù)集，儺戲人物譜系以及關系網(wǎng)絡圖表，研究儺文化大數(shù)據(jù)基本特征，提供規(guī)范后儺戲與面具的2D及3D數(shù)據(jù)，方便廣大中國傳統(tǒng)愛好者、設計工作者查閱、使用。

(三)標準化的儺文化大數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多源、異構狀態(tài)[9]。隨著圖像、音視頻、地理位置信息，以及Web上出現(xiàn)的大量的非結構化數(shù)據(jù)量異構數(shù)據(jù)的混合，導致提供有用信息的難度不斷增大。為了提供真實有效的信息，開源的數(shù)據(jù)集所用數(shù)據(jù)必須提出一套標準化數(shù)據(jù)流程。

2.2 儺文化數(shù)據(jù)網(wǎng)

貴州儺文化數(shù)據(jù)網(wǎng)是一個展示并提供儺文化大數(shù)據(jù)服務的網(wǎng)站，平臺界面如圖3。包含儺戲與儺面具的2D及3D數(shù)據(jù)，并及時關聯(lián)儺文化傳承人的相關信息，面具2D標準是規(guī)范處理儺面具及其他象征物的原始及抽象的平面圖，儺文化3D標準主要提供標準的儺面具3D模型，包含網(wǎng)格及色彩、紋理等信息貼圖文件。儺文化App是針對儺文化介紹與傳承開發(fā)的移動端軟件，可以瀏覽貴州儺文化的發(fā)展及歷史溯源，包含大量的圖文與視頻信息。AR明信片是通過手機360o展示儺文化的戲曲與面具模型信息的交互應用。全景地圖可以幫助用戶遠程全景游覽儺文化博物館[10]。

圖3 數(shù)據(jù)共享平臺展示

基于Web的儺文化大數(shù)據(jù)集共享平臺作為儺文化大數(shù)據(jù)集的窗口。在做實際設計的時候還考慮主從延時問題，在數(shù)據(jù)采集地設計一個主庫用來寫入儲存的數(shù)據(jù)，并在阿里云搭建一個云服務器作為用戶訪問的讀取庫[11]。

2.3 全景地圖

儺文化大數(shù)據(jù)平臺提供高清實景地圖及360°的真實場景如圖4。通過理光景達全景相機對銅仁市儺文化博物館采集的全景圖像，以第一人稱視角瀏覽,足不出戶游覽儺文化博物館每一個角落，同時采集的儺文化數(shù)據(jù)圖像全景視頻恢復了原鮮活生動的儺戲及儺文化演出過程。儺文化大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)涵蓋部分的高清全景圖片和視頻，全景數(shù)據(jù)與基于Web端實時渲染實現(xiàn)了儺文化全景數(shù)據(jù)的共享，填補了儺文化全景地圖的空白，解決了多個儺文化應用場景快速切換的問題。

儺文化非遺數(shù)字化共享展示， 是從社交網(wǎng)絡的快速傳播到公共文化平臺的公共資源應用，實現(xiàn)了儺戲和儺面具基礎數(shù)據(jù)的共享。

圖4 全景地圖瀏覽

2.4 跨媒體與AR技術的應用

增強現(xiàn)實(Augmented Reality，簡稱AR)，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內很難體驗到的實體信息(視覺信息，聲音，味道，觸覺等)，將虛擬的信息應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現(xiàn)實的感官體驗;使真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在[12-14]。在實際操作中，將明信片對應的3D面具及動態(tài)視頻，標定生成虛擬對象顯示到用戶設備所掃描的完整區(qū)域內，通過增強現(xiàn)實設備的攝像頭實時連續(xù)標定，構建虛擬環(huán)境的三維或二維空間，明信片的特征圖像是由在計算機提取特征點后覆蓋標定的區(qū)域，達到“虛中有實”的表現(xiàn)效果。

通過增強現(xiàn)實技術在儺文化中的應用使儺戲與儺面具脫離了遙遠的距離和空間，并以數(shù)字化的方式進行傳播。跨媒體與AR技術的應用，所用到的數(shù)據(jù)均來自于儺文化大數(shù)據(jù)集，標準的數(shù)據(jù)，融合現(xiàn)實效果如圖5。應用更多的文化傳播途徑，進一步讓民族藝術以一種全新的媒介、新穎的方式融入到信息化建設中，帶來更智能的感知體驗同時，幫助廣大民眾更好的了解這些少數(shù)民族文化的價值及其代表的獨具魅力的文化內涵。

圖5 AR技術掃描明信片

3 結 語

以貴州的儺文化為例，利用大數(shù)據(jù)技術建立儺文化數(shù)據(jù)平臺。針對儺文化的物質和非物質文化設計大數(shù)據(jù)集標準，并通過網(wǎng)絡技術共享已采集和處理的標準化數(shù)據(jù)集，提出全新的儺文化數(shù)據(jù)處理與開源模式[15]，這種模式是儺文化發(fā)展傳承與文化的基創(chuàng)，加速了儺文化數(shù)字化保護的進程，創(chuàng)造了儺文化大數(shù)據(jù)應用的新途徑。在數(shù)據(jù)應用上，它包含了儺戲和儺面具構建的2D與3D數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集和相關數(shù)據(jù)應用案例。通過AR技術展示的標準數(shù)據(jù)3D模型和動態(tài)圖像，取得了良好的效果。儺文化大數(shù)據(jù)集模式作為一種面向大眾應用的、新型的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡服務模式，實現(xiàn)了在終端對多種數(shù)據(jù)進行匯聚并提供基本數(shù)據(jù)資源的服務，其核心是一套數(shù)據(jù)交換標準規(guī)范，實現(xiàn)了在復雜環(huán)境下對復雜數(shù)據(jù)的組織、存儲和管理功能，并且能夠在終端瀏覽器上實現(xiàn)透明化訪問。實踐說明儺文化大數(shù)據(jù)平臺能有效的保護和傳承貴州省銅仁市儺文化的物質及非物質文化遺產(chǎn)，這種數(shù)字遺產(chǎn)保護模式，最終可以達到利用數(shù)據(jù)的力量服務科學和社會的目的。