开展数字出版物渲染，提升用户阅读视觉体验

[摘 要] 随着数字阅读终端的普及和智能化，用户对于数字出版物的阅读视觉体验日益重视。文章提出可以通过开展数字出版物渲染以提升用户阅读视觉体验，并从技术与实践两个方面探讨其可行性，提出开展数字出版物渲染的初步思路。

[关键词] 数字出版物 渲染 视觉体验 可行性

[中图分类号] G235 [文献标识码] A [文章编号] 1009-5853 （2013） 05-0070-05

1 引 言

出版物内容的视觉显示效果是出版物传播过程中吸引读者购买的重要途径。就传统出版而言，出版物内容的视觉效果主要反映在其装帧设计上，如封面、版式设计、纸张选择等。数字阅读终端产生后，数字出版物内容在终端界面的视觉显示效果同样不可忽视。在数字阅读终端发展早期，数字出版物内容的视觉显示效果以比肩纸质出版物、力求“原汁原味”呈现为主要目标，比如电子墨水技术的产生即是如此，Kindle和汉王电纸书是其代表。随着阅读终端向智能化方向发展，数字出版物内容的呈现开始倾向于为用户提供炫目、生动、耳目一新的阅读享受。如何优化数字出版物内容的视觉显示品质，以提升用户的阅读视觉体验，进而增强数字出版物对用户的吸引力，是数字出版物发布过程中需要考虑的重要问题。本文从分析当前开展数字出版物渲染的背景入手，基于渲染技术在提升数字内容视觉显示效果方面具有的积极意义，提出可以通过开展数字出版物的渲染以提高数字出版物内容的输出显示品质，提升用户的阅读视觉体验，并对开展数字出版物渲染的可行性及其思路进行深入探讨。

2 开展数字出版物渲染的背景分析

当前，新媒体技术得到广泛运用并已深深融入人们的生活之中，根据中国互联网络信息中心（CNNIC）发布的第31次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2012年12月底，我国互联网用户数高达5.64亿[1]。随着新媒体技术的发展，对传统出版业造成了巨大冲击，最突出的就是人们传统的阅读习惯逐渐被数字化、移动化的阅读方式所取代，数字化阅读已经逐渐成为人们重要的阅读方式。与此同时，数字阅读终端这一实现数字化阅读所必需的载体，也得到相应的发展，并开始向智能化方向发展，由此也对人们的数字化阅读需求产生深远影响。基于上述两大背景因素，我们提出开展数字出版物渲染这一新兴课题。

2.1 数字化阅读渐成趋势

随着全球数字化浪潮的不断推进、数字出版产业的深入发展，数字出版业已成为出版业未来发展的必然趋势，这一趋势的重要表现之一就是读者的阅读方式开始由纸质阅读向数字化阅读转变。

据新闻出版研究院2009—2013年“全国国民阅读调查”的结果显示[2]，我国18—70周岁国民数字化阅读方式（网络在线阅读、手机阅读、电子阅读器阅读、光盘阅读、PDA/MP4/MP5阅读等）接触率从2008年的24.5%上升到2012年的40.3%，增幅高达64.5%（如图1所示）。与此同时，虽然我国18—70周岁国民图书（纸质图书）阅读率从2008年的49.3%攀升至2012年的54.9%，也呈稳步上升趋势，但其与1999年60.4%的国民图书阅读率有一定差距，11.4%的增幅较之数字化阅读接触率也甚为缓慢。按此发展，在不久的将来，数字化阅读将有可能超越纸质阅读成为国民最主要的阅读方式。

然而要实现数字化阅读，数字内容和数字阅读终端是其基本条件。在数字化阅读中，内容是用户阅读的主要对象，也是吸引用户阅读的关键及基础。数字阅读终端则是其载体，内容必须借助一定的数字阅读终端才能得以呈现，当前数字化阅读接触率增长oJXWLxGxHNjrS0GYTynWYtMnE1a/fjZAGM179KJTtpE=快速很重要一部分原因就是得益于数字阅读终端的发展。

2.2 数字阅读终端的智能化

如前所述，数字化阅读趋势的增强得益于数字阅读终端的发展，而随着数字化阅读渐成趋势，也反过来推动各类数字阅读终端的不断涌现与繁荣，从而为用户的数字化阅读提供更多样的阅读载体。在此情况下，随着屏幕显示技术、智能控制技术等相关技术的进步，以及终端操作系统的成熟，阅读终端日趋智能化。智能手机普及速度十分迅速，并有望在2013年赶超非智能手机。据全球权威的IT研究与顾问咨询公司高德纳（Gartner）的调研数据显示，2012年第四季度全球智能手机销量2.07亿部，较之2011年同期增长38.3%，与之相比非智能手机销量为2.64亿部，下降了19.3%[3]。而自苹果公司的iPad平板电脑热销后，三星、亚马逊、微软、谷歌等也纷纷“逐鹿”平板电脑市场。此外，随着微软推出新一代Windows操作系统以及英特尔发布新的节能芯片，PC终端也实现了智能化操作。由此可见，智能化业已成为数字阅读终端的新趋向。

阅读终端的智能化对读者的数字化阅读品质产生重要影响，智能终端的内容显示效果更清晰、品质更好，能够给读者带来更良好、更炫目的阅读体验，并由此使读者对数字出版物的视觉品质日益重视。在此情况下，未来数字出版活动的开展必须重视读者的阅读视觉体验问题。而渲染技术凭借其先进的数字化处理技术和像素级渲染能力在提升视觉显示效果方面具有重要意义，作为一种显示优化技术，渲染技术已经在图像、动画及影视剧等的视觉效果优化方面得到广泛应用。这对于我们有很大启发，可以考虑通过运用相关的渲染技术开展数字出版物的渲染，以提高内容输出时的显示品质，提升用户的阅读视觉体验。

3 开展数字出版物渲染的可行性分析

从当前渲染技术的实践应用情况及出版业界已有的提升用户阅读视觉体验的实践状况来看，我们认为，开展数字出版物的渲染具有一定的可行性。

3.1 技术可行性

渲染一词在明朝就已被提及，杨慎在其《艺林伐山·浮渲梳头》中曾写道“画家以墨饰美人鬓发谓之渲染”[4]，渲染在当时主要是一种文艺创作的表现手法。但是，渲染作为重要的视觉显示优化的技术手段，则是20世纪70年代以来三维计算机图形学领域诞生的最重要的技术之一，指的是用软件从模型生成图像的过程，此外，渲染也用于描述计算视频编辑文件中的效果以生成最终视频输出的过程。简而言之，渲染就是对各种视觉元素进行优化显示的过程。

当前，渲染在三维立体图像设计、动画、游戏、影视等领域得到广泛应用，并给其用户带来丰富、绚丽的视觉享受，广受好评。比如，我们所熟知的《玩具总动员》《长江七号》《哈利·波特与“混血王子”》《哈利·波特与凤凰社》《星球大战》等大片的特效制作正是基于Renderman[5]渲染器完成的。随着计算机图形的不断复杂化，渲染也越来越成为一项重要的技术并得到迅猛发展。从当前已有的渲染技术看，主要集中在文本渲染、图像渲染、动画渲染、音频渲染、视频渲染以及随着3D技术的成熟产生的3D动画视频渲染等方面（见图2）。这些渲染技术有的是集成到更大的建模或者动画包中，有的是独立产品，其中，很多均为开放源代码的产品。

图2 国内外现有渲染技术专利构成情况[6]

渲染技术已在多个领域得到广泛应用，并显著提升了内容的视觉显示效果。由于国内出版业界和学术界对此缺乏足够的关注，渲染在出版领域的应用也很少。就数字出版物而言，用户在阅读过程中，大到版面视觉布局、背景颜色的选择等，小到每一个功能操作按钮的位置、颜色、形状以及文本字体的大小、颜色、形状、风格等，都有可能影响其最终的视觉显示效果，进而影响用户的阅读体验以及加深对数字出版物内容的吸引力。当前部分较为成熟、应用较为广泛的渲染技术对提升上述视觉元素的输出显示效果、保证数字出版物良好的页面视觉效果具有积极意义。比如，可以通过Mactype[7]、Gdipp[8]、GDI++[9]等文本渲染技术使文本的字体显示得更清晰、更有立体感；可以采用诸如CSS[10]（Cascading Style Sheet，级联样式表）等渲染器进行数字出版物功能操作按钮的视觉效果设计，并对数字出版物的版面视觉布局进行优化；可以利用Vary[11]、Renderman、Mental ray[12]等图像和视频渲染技术，以输出清晰度高、真实感强甚至具有动态或3D效果的图像。

综上所述，渲染技术在视觉效果优化方面具有的强大功能对提升数字出版物的视觉显示效果具有积极意义，当前的渲染技术发展已较为成熟，广泛应用在多个领域并广受认可，这为开展数字出版物的渲染提供了坚实的技术基础。

3.2 实践可行性

目前，业界已有的提升读者阅读视觉体验方面的实践也印证了开展数字出版物渲染的可行性，苹果公司就是其中的典型代表。苹果公司的iPad和iPhone系列产品的Retina显示屏开创了超高分辨率显示屏的时代[13]，Retina显示屏通过显卡渲染出高像素图像，大大提高了图形和文字的精细度，使文字更清晰明锐，色彩更生动丰富，照片和视频更富于细节表现，整体视觉效果看起来都更清晰、更传神。在图形尤其是动态图像的显示呈现方面，苹果iOS系统的GPU[14]所具备的图形加速功能，能够渲染输出高质量的图像，尤其是3D动态图像，这在美国作者Thodore Gray（西奥多·格雷）的《视觉之旅：神奇的化学元素》这本苹果应用商店中售卖的多媒体电子书中体现得淋漓尽致[15]。这是一本以已发现的118种化学元素为题材的科普读物，也是苹果公司已故CEO乔布斯最喜爱读的一本书，被英国著名的演员Stephen Fry（斯蒂芬·弗雷）描述为“仅此一个就让iPad物超所值”。该书用文字和图片讲述了一个丰富迷人的元素周期表，在iPad上通过其超强的图形加速功能，能够以360度旋转的方式呈现元素的实例样本，并可扭动缩放，显示清晰的全屏图像效果，给读者以炫目、愉快、耳目一新的阅读享受。

微软公司在字体渲染方面采用的是次像素渲染技术（subpixel rendering）。次像素渲染技术利用显示器次像素发光的原理来渲染字体，也就是在字体边缘所处的像素点上，让离这个字体近的次像素发光，而其余的次像素不发光，这样就可充分利用显示器的像素排列。微软公司通过采用次像素渲染技术解决低分辨率屏幕上的字体显示问题，保证字体在其屏幕上的清晰显示、容易辨识，其中，ClearType[16]是微软对次像素渲染技术的一次成功借鉴。ClearType使微软水平方向上吸取了次像素渲染技术的优点，但却彻底放弃了对字体垂直方向上平滑度的改进。因此，ClearType实际上是次像素和黑白渲染技术的混合。微软公司通过采用次像素渲染技术，让字体按照像素的位置设计以适应屏幕像素的限制，从而使字体在屏幕中的显示更清晰美观，提升了屏幕阅读视觉体验。

Android系统中对其字体、图像的显示优化则借助了 GDI的工作原理[17]。GDI（Graphical Device Interface，图形设备接口），是微软视窗系统表征图形对象及将其传送给诸如显示器、打印机之类输出设备的标准，负责管理用户绘图操作时的功能转换，以有效管理图形图像的输出。Android系统中的GDI负责将文本、线条、位图等概念对象映射到具体的物理设备，并基于映射的对象不同将GDI划分为画布、字体、文本输出、位图输出等不同要素。同时，GDI的系统操作基于窗口的状态下，运用图形缓冲器对Android视图界面进行控制，在Android视图画布中通过Skia图形引擎（Skia是一个C++的2D图像引擎库），将OpenGL加入到Android层次中，然后通过Skia完成Android的2D绘制系统的文本输出、位图、点、线、图像解码等功能。由此，以实现文本、图像的优化输出。

目前，国内也有相关方面的初步尝试。比如方正的CEBX文档标准，在针对不同客户端的请求抽取同一本电子书的不同数据格式数据并发送合适的数据给用户终端的过程中，对于版式格式的电子书由服务器端完成电子书的解析和页面渲染工作的处理，将渲染好的电子书页面发送给客户端；而对流式格式的电子书，则利用CEBX开发包中提供的接口提取电子书页面的流式内容，将流式信息发送到客户端后，由客户端的浏览器根据流式信息和自身特性来完成内容的渲染[18]。

以上实践及所取得的效果对我们研究和开展数字出版物的渲染具有积极的启发，也从侧面说明开展数字出版物的渲染可以成为数字出版活动过程中提升用户阅读视觉体验的重要手段。

4 开展数字出版物渲染的思路分析

通过上述分析，我们认为，开展数字出版物渲染具有技术可行性和实践可借鉴性，能够提升数字出版物的阅读视觉体验，进而增强数字出版物内容对用户的吸引力，从而推动数字出版产业的发展。虽然如此，由于数字出版物渲染是一个全新的研究课题，相关研究极少，对于什么是数字出版物的渲染，以及如何开展数字出版物的渲染，仍不甚明确。通过对当前较为主流的渲染器的分析，结合数字出版物的页面视觉显示特性，在将数字出版物的阅读页面结构分为内容元素、功能元素、布局元素的基础上，我们认为，数字出版物的渲染主要指通过相关的渲染工具对数字出版物阅读页面中的内容元素、功能元素和布局元素的视觉显示效果进行的优化和控制。

其中，内容元素主要是指阅读页面中文本、图像、音视频等内容，具体包括：文本中字体的颜色、风格等；图像的大小、分辨率、颜色、亮度和对比度等；视频的灯光、场景贴图等。功能元素是指阅读过程中提供的操作功能，具体的渲染要素包括功能按钮设置的颜色、高度等。布局元素是指页面整体的布局、编排，比如图文混排形式、内容元素和功能元素的排版方式、页面背景的颜色等。

在此基础上，我们提出以下开展数字出版物渲染的初步思路。

4.1 总体思路：分类渲染

由于数字出版物内容类型多样，可以分为文本类、图像类、音视频类等，而不同类型的数字内容需要渲染的要素不同。为此，我们认为可以采用分类渲染的思路，针对不同的渲染内容调用针对性的渲染工具，以提高不同类型内容的渲染效果，提升渲染的效率，降低系统运行时的资源占用。

分类渲染的大致思路是按文本—图像—动画—音视频的优先级顺序实施渲染，这主要是考虑到当前数字出版物的内容仍然以文图为主，多媒体数字出版物虽有所发展但仍未成为主流。在此前提下，对具体的阅读页面的渲染，则从其结构出发，按照内容元素—功能元素—布局元素的思路开展。这主要是考虑到不同的数字阅读终端，其提供的功能操作及其在页面中的具体布局有所不同，基于此，在数字出版物阅读页面元素分类渲染的过程中，可以先对内容元素进行渲染，然后再对功能元素和布局元素进行渲染。

4.2 渲染的关键应是确定渲染的要素及其参数

通过对当前渲染技术的分析得知，一方面渲染要素是实施渲染的对象、关键，而渲染的具体实施则主要是依据确定的渲染要素的参数进行。如图3所示是VMR9（The Video Mixing Renderer 9）的渲染参数设置菜单，从中可以看出其对视频渲染要素的渲染就是在参数菜单中通过相关参数的设置完成的。另一方面，一般而言，数字出版物的渲染有可能需要经过多次的渲染操作，其最终的显示效果才可能最大限度地契合用户的需求，这就涉及渲染的修正问题。而我们通过对当前使用较为广泛的渲染技术的工作原理研究发现，虽然渲染是一系列较为复杂的程序操作过程，但对渲染的修正不需要对所有的操作程序进行修正，这也不太现实，只需对相关渲染要素的参数进行调整即可。由此可见，渲染要素及其参数的确定是开展数字出版物渲染的关键。

4.3 通过开展预渲染，提升用户满意度

如同购买数字出版物前允许用户预览部分章节内容一样，由于用户在阅读偏好、终端使用偏好等方面具有较强的个性，我们认为数字出版物也应开展预渲染，提供几种预渲染的效果以供用户选择，以力争渲染结果尽可能契合用户要求，满足其个性化需求。预渲染的积极意义还在于，当预渲染的效果未能达到用户要求时，还可通过进一步的风格选择修正渲染方案，尽可能使页面背景、字体、字号、翻页按钮等的视觉显示效果与用户的需求相匹配，从而提高用户的满意度。

5 结 语

在用户对阅读视觉效果日益重视的今天，通过开展数字出版物的渲染以满足其阅读视觉体验需求理应成为开展数字出版的重要思路和研究课题。但由于种种原因，当前学界和业界对此缺乏必要的关注，本文正是旨在引起各方对数字出版物渲染的关注和研究。然而，数字出版物的渲染研究是个全新的课题，可借鉴的研究成果很少，本文的研究仅是一个开端，仍存在诸多不足。如：对什么是数字出版物的渲染还未能明确把握，对如何开展数字出版物的渲染也仅停留在借鉴其他领域的渲染思路上，未能紧密结合数字出版物的视觉特性，等等。而对于未来的研究，我们认为，首先应明确数字出版物的渲染对象，即找出其渲染要素，对此可以通过开展用户阅读视觉体验的影响因素调查，以及对比不同数字阅读终端的视觉特性等总结得出。其次，应基于渲染的一般过程，结合数字出版物的特征梳理出开展数字出版物渲染的过程。

注 释

[1]中国互联网络信息中心. 第31次中国互联网络发展状况统计报告 [EB/OL].[2013-06-12].http：//www.cnnic.cn/hlwfzyj/jcsj

[2]新闻出版研究院.全国国民阅读调查专题[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]杨慎（1488—1559），字用修，号升庵，明代文学家，明代三大才子之一。后因流放滇南，故自称博南山人、金马碧鸡老兵。

[5]Renderman是一套基于著名的REYES渲染引擎开发的计算机图像渲染规范，所有符合这个规范的渲染器都称为Renderman兼容渲染器，其有着高超的渲染质量及快速的渲染能力。

[6]根据国家知识产权局专利检索系统及freepatentonline.com检索得到，检索时间为2013年4月13日。

[7]Mactype是目前应用最广泛的一款文本渲染工具，起源于GDI++，支持WinXP、Vista、Win7等系统，但暂时不支持Windows8系统。Mactype能使文字显示得更清晰、更有立体感。

[8]Gdipp是由CrendKing等人发起的可自定义的Windows文字渲染器，是旨在重新实现GDI++的功能，使之具有更好的兼容性、稳定性的Google开源项目。

[9] GDI++是一个开源项目，它能接管Windows系统的GDI字体渲染功能，是一种24位字体渲染技术，支持灰阶渲染，可将字体的渲染精细定制到字体的粗细、色深、阴影的方位、长度、字体代换等方面。

[10] CSS是一种用来表现HTML或XML等文件样式的计算机语言。采用CSS可以更有效地控制网页外观，精确指定网页元素位置，以及创建特殊的网页效果。

[11] Vray是由chaosgroup和asgvis公司出品、中国由曼恒公司负责推广的一款高质量渲染软件，素有焦散之王的美誉。是一种提供单独的渲染程序的高质量渲染软件，渲染速度快。

[12] Mental Ray是德国的Mental Im公司开发的一款专业的3D渲染引擎，因其可以生成高质量真实感图像，而参与制作了数不胜数的好莱坞电影。其最突出的功能优势是在光线渲染方面。

[13] 苹果部分移动产品使用了一种名为Retina（视网膜）屏幕的显示技术。Retina显示幕是一种具备超高像素密度的液晶屏，它可以将960×640的分辨率压缩到一个3.5英寸的显示屏内。详见：http：//baike.baidu.com/view/3737783.htm；http：//www.apple.com.cn/ipad/overview/。

[14] GPU，图形处理器，计算机等设备上图像运算工作的微处理器，是渲染图像的关键，时下的GPU多数拥有2D或3D图形渲染功能，即所谓的图形加速功能。

[15]视觉之旅：神奇的化学元素[EB/OL].[2013-01-18]. http：//www.25pp.com/ipad/soft/info_595536.html

[16]开源中国.字体渲染详解[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]邹进波.基于CEBX 的跨终端在线阅读系统的设计与研究[D].北京：北京邮电大学，2011：8

（收稿日期：2013-03-12）