基于幾何特征的動畫建筑場景無損復原系統設計

摘" 要： 傳統的復原系統在對動畫建筑場景進行復原時，會出現一定程度的損壞，很難達到無損復原，影響人們的視覺體驗。為了解決這一問題，設計一種新的動畫建筑場景復原系統，該系統引用幾何特征原理。文中僅針對硬件進行設計，并給出硬件結構圖。系統主要由顯示器、存儲器、處理器和傳輸器四部分組成，處理器選用48位處理器，能夠同時處理簡單指令集和復雜指令集;存儲器選用OYR存儲器，能夠實現多類型存儲;傳輸器采用隔層結構、上層結構和網絡結構，實現數據的多方位傳輸;顯示器選用彩色二極管為核心裝置，解決閃爍問題。為驗證系統的工作效果，與傳統系統進行實驗對比，結果表明，基于幾何特征的復原系統能夠實現動畫建筑場景的無損復原，使人們擁有完美的觀賞體驗。

關鍵詞： 無損復原系統; 硬件設計; 數據傳輸; 動畫建筑場景; 場景復原; 實驗驗證

中圖分類號： TN02?34; TP301.6" " " " " " " " " " 文獻標識碼： A" " " " " " " " " " 文章編號： 1004?373X（2019）21?0105?05

Abstract： When the traditional restoration system recovers an animated architectural scene， there will be a certain degree of damage， which is difficult to achieve non?destructive restoration and affect people′s visual experience. In order to solve this problem， a new system for animated architectural scene restoration is designed by means of the principle of geometric features. The hardware structure diagram is given. The system is mainly composed of four parts： display， memory， processor and transmitter. The 48?bit processor is selected， which can process both simple instruction set and complex instruction set at the same time. The OYR memory is adopted to realize multi?type storage. The compartment structure， upper layer structure and network structure are adopted for the transmitter to realize multi?directional transmission of data. The color diode is used as a core device in the display to eliminate the flicker phenomenon. In order to verify the working effect of the system， the system is compared with the traditional system in the experiment. The experimental results show that the geometric feature?based restoration system can realize the non?destructive restoration of the animated architectural scene， which can make people have a perfect viewing experience.

Keywords： lossless restoration system; hardware design; data transmission; animated architecture scene; scene restoration; experimental verification

0" 引" 言

步入21世紀以后，信息和知識飛速發展，影視文化成為人們現在生活不可缺少的一部分，其中具有非常大潛力的動漫產業也隨之興起。我國的動漫專業教育在不斷提高，培養出了大量出類拔萃的人才，人們對于動漫的技術要求也在逐步提高，動畫建筑場景對于動漫產業是極為重要的。在一部動漫當中角色要有自己的活動空間，所以無論何時都能看到場景的出現和切換，如果沒有了場景，一個角色會顯得死氣突兀，難以得到人們的認可。動漫演繹的內容十分豐富，而場景則烘托了角色的演繹地點和氣氛[1]。

動漫建筑場景復原過程抽象性很強，很容易被外界因素破壞，必須要采取有效手段對動漫場景進行復原。傳統的動漫建筑場景復原系統雖然能夠復原絕大部分場景，但是不能達到無損復原，技術相對落后，而幾何特征方法恰恰能彌補這一缺陷，達到無損復原，滿足動漫的技術要求[2]。綜上所述，本文基于幾何特征設計了一種新的動漫場景復原系統。動漫建筑的復原系統由硬件和軟件兩部分組成，本文只針對硬件進行設計，軟件部分不予研究，通過本文設定的系統硬件能夠達到無損復原。本研究對于動漫產業的發展具有很大的推動作用。

1" 動畫建筑場景無損復原系統硬件設計

為了提高復原系統的性能，對系統硬件進行重點設計，硬件部分主要由顯示器、存儲器、處理器和傳輸器四部分組成。顯示器主要負責將場景復原系統的結果顯示在LED屏幕上;存儲器負責把場景復原系統的所有數據存儲在中心計算器中;處理器負責處理動畫建筑場景無損復原的所有數據;復原器主要負責將丟失的數據圖像全方位復原[3]。幾何特征的動畫建筑場景無損復原系統硬件結構如圖1所示。

1.1" 處理器設計

處理器分為HKG和CYN兩種狀態，主要應用URN技術和分流技術，處理器內部擁有48位HKG指令集，24位CYN指令集。處理器工作時的兩種狀態分別為HKG狀態、CYN狀態，當處理器處理48位HKG指令集時是HKG狀態，當處理器處理24位CYN指令集時是CYN狀態。本文選用的處理器為48位處理器，該處理器性能優于16位和24位ONRE處理器，代碼密度更強，同時，在HKG模塊中增加了CYN模式。CYN在48位的HKG指令集中抽出32條指令集，編成24位新的代碼[4]。相對于HKG指令集，CYN指令集有局限性，更多的指令加大了系統的運行時間，因此要完成相同的指令，必須要同時切換HKG指令集和CYN指令集。本文設定的處理器在執行任何一個程序時都可以隨時轉換，且不影響程序的執行和處理器的工作模式。

處理器結構如圖2所示。

觀察圖2可知，本文研究的處理器包含UD和HE兩種模式，UD處理模式主要負責處理復雜的指令集，HE處理模式主要負責處理簡單的指令集。由于技術不斷發展，中心客戶端會繁衍各種復雜的指令集，整體的體系結構也會越來越復雜，有[14]的指令集是比較常用的指令集，使用率占[34]，由UD處理模式處理;不常用的指令集占[34]，使用率是[14]，由HE處理模式處理[5]。

UD和HE兩種模式擁有各自的優點，HE處理模式負責簡單的精簡計算處理固定的指令，在使用中可以自動縮減指令，完成程序處理;UD處理模式保留了儲存指令，由寄存器在儲存器內部操作，只需要最簡單的基本指令[6]。處理器內部芯片采用高端硬布線邏輯，打破了以往采用微碼的技術芯片，大大減少了指令，達到了指令簡化，優化編譯。UD和HE兩種模式的共同使用使處理器的處理效果得到有效提升，工作成本得到很大程度的降低[7]。

觀察圖3可知，處理器整體電路采用串聯的方式連接，以VCC和GND接地，K2與并聯電阻[R4]，[R5]連接，同時工作。

1.2" 存儲器設計

本文采用OYR存儲器，可同時存儲文字數據、音頻數據、視頻數據，該存儲器內部有34個數據通道，23個GJK出口，28個QCB出口，運轉為960 MHz。存儲器內部結構可以分成基本存儲系統存儲和工作存儲。基本存儲又分為三個區域，分別負責HBV數據塊、程序塊和用戶端[8]。系統存儲負責HBV的處理運算結果;工作存儲負責已經處理完可執行的程序塊，調節相互的作用及關系。存儲器能夠同步完成讀取資料、運算結果等操作。內部加入地址寄存器，能夠存儲尋找地址時的方向指針。數據地址累加器可以同時打開兩個指定地址，使存儲器內部所有程序都可以配套使用，數據塊包括共享數據塊和瞬時數據塊[9]。存儲器結構如圖4所示。

觀察圖4可知，存儲器最大功率不能超過15 mW，存儲數據和內部通道控制器要同時運轉，確保各個數據被精準儲存。內部通道控制器一定要是存儲數據的4倍，提高存儲器的精準度。存儲器有著較好的供電系統，支持多種電壓類型的輸入，可以檢測內部故障，降低故障率。OYR儲存器有優越的環境適應系統，不需要配置額外的溫度適配器，并且安裝了保護裝置。存儲器的辨識度極高，能準確辨識多種數據，提高存儲效率[10]。存儲器電路如圖5所示。

觀察圖5可知，[RS]與[RG]采用串聯方式連接，[RS]與[RV]采用并聯方式連接，電路圖內部擁有4個接地端，3個指示燈。

1.3" 傳輸器設計

本文選用的傳輸器在工作過程中，各零件緊密配合，能夠完成數據的共享，如果一個部件出現異常，傳輸器能夠自動處理問題[11]。傳統傳輸器結構復雜，缺少多樣化，做工質量差，很難滿足市場的需求，需要精密的調校，本文引用人工智能技術，簡化了傳輸器內部結構，提高了做工質量。傳輸器有多種接口，主要接口為三星生產的JKC27?20i，它具有高速運轉、兼容能力強、外圍擴展等優點。傳輸器結構如圖6所示。

觀察圖6可知，傳輸器采用了三種結構：隔層結構負責將儀表盤、電機保護裝置等對應安裝，完成多種數據采集;網絡結構負責將分散的數據集中起來與上層數據進行完整對接，實現交互數據;上層結構負責將硬件設備的數據情況安裝在監控系統，實現人機交互，將數據顯示給客戶端。傳遞音頻數據時采用多種RHG語音傳遞技術，較傳統音頻優化了噪音、通話等，該技術效果顯著，優于其他的音頻設備，有很強的網絡適應能力，尤其在傳輸率特別低的情況下仍然能正常工作。通過對TNLC的調校保證傳輸的穩定性。

傳輸器整體通過分層結構設計，最底層是各種類型的驅動，通過設備驅動管理實現系統操作，為了達成通信協議，需要移植TFV協議，傳輸器內部包括了其他的應用程序與服務器，提供多樣化中文界面，適用管理與訪問的遠程家庭網，實現內部終端的控制。同時采用多功能ZY儀表盤，配合采集功能的器械達到多線路連接，最多可達500余條，實現了將光纖數據高速傳輸。

傳輸器電路圖如圖7所示。觀察圖7可知，傳輸器能夠與控制器結合，實現雙工傳輸，使傳輸能力更強，安裝過程更簡單。同時能傳輸多個版本的PTCN，支持傳輸彩色格式視頻36位，能夠最大傳輸40位視頻數據。光纖接口一般為CI或YG接口，工作時能承受的溫度為-30～50 ℃，用料為硬化濾紙，傳輸器采用4根HFTI線，光纜的使用壽命更長[12]。

1.4" 顯示器設計

本文選用的顯示器為二極管顯示器，市場上二極管顯示器使用量在逐步提高，其中原因有兩種，提高成品率與降低成本。二極管顯示器可以提高系統的靈活性，制造商不需要去把控控制器就能提升效率，并把顯示器市場經濟最大化。首次出現商業應用的是小型且低分辨率黑白顯示器，因技術已經非常成熟，在第二次制造的翻蓋手機顯示器中取得了很大的成就。第一批的攝錄機與數碼相機都是采用彩色的二極管取景器，更是奠定了其發展方向，自彩色二極管被制造出來，就一直被廠家利用優化工藝來改進顯示器[13]。因為二極管的圖像質量、電能效率及低溫性能突出得到了廣泛認可。缺點是彩色二極管暫時還比較昂貴，目前各種廠家在不斷努力縮小價格上的差距。本文設定的顯示器結構如圖8所示。并不是所有制造出來的彩色二極管都是一樣的，觀察圖8可知，本文設計的彩色二極管采用更大的電流驅動無緣矩陣，得到有效降壓，驅動電壓為20 V。里面包含了可四位二進的兩個鎖存器，由四組數據碼輪流輸入，被譯碼器譯碼后分別進入到集成電路的各個陽極上，由MTS組成的電路被數字驅動所控制，頻率電壓顯示較高。顯示器分別由四組不同的數碼管顯示，有效解決了閃爍問題。顯示器大部分結構原理相同，不同的只有四段譯碼器與被譯碼的電路過程。本文與傳統顯示器相比具有很大優勢，無論是外觀、焊接、線路等都有很大提升。

2" 驗證實驗

2.1" 實驗目的

為了檢測本文研究的基于幾何特征的動畫場景復原系統的實際效果，與傳統系統進行對比，分析系統復原效果。

2.2" 實驗參數設置

設置實驗參數如表1所示。

2.3" 實驗結果與分析

根據上述參數進行實驗，選用本文研究的復原系統和傳統復原系統同時對同一個建筑物場景進行動畫復原，觀察復原結果，并分析復原后的損壞程度，根據結果對兩種系統的性能進行具體的分析。得到的實驗結果如圖9所示。

復原后的建筑場景損壞程度：

選取8個時間點，分別記錄成[S1]，[S2]，…，[S8]，其中，[S1]為初始點，[S8]為結束點。在這8個時間點內記錄建筑場景復原后的結果。觀察圖9可知，隨著復原時間的增加，動畫場景損壞程度在逐漸減小，但是使用傳統系統復原的動畫場景，在結束點[S8]時，仍然存在12%的場景損壞，而使用本文系統復原的動畫場景，在結束點[S8]時已經沒有場景損壞，達到無損復原的效果。

2.4" 實驗結論

根據上述實驗結果與分析，可得到如下實驗結論：對于動漫場景進行無損復原是一項十分復雜的工作，傳統系統雖然能夠盡量將場景還原，但是也難以達到無損復原。本文引用了細節放大技術，硬件結構中的處理器、存儲器和傳輸器同時受中心模塊管理，能夠在短時間內多次復原，并對每個細節進行針對性訓練，從而達到整個場景的無損復原。該技術具有很強的復原能力，在動畫產業中有著很大的發展空間。

3" 結" 語

動畫產業已經成為全球主要產業之一，并且為人們的生活帶來更多視覺享受，動畫產業的相關技術也在逐步完善，建筑場景復原是動畫場景復原的重要手段之一。對于動漫來說，建筑場景復原能夠起到貫穿和升華的作用，提高藝術感染力。現在的技術發展給了動畫場景復原更多的呈現手段，本文在前人研究的基礎上，引用幾何特征技術設計了一種新的動畫場景復原系統，在硬件上進行了強化設置，通過全方位分析建筑物的幾何特征，達到無損復原的效果，給觀賞者更加直觀、真實的觀賞感受。

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