基于Web的雷州文化数字化展示传播平台关键技术研究

徐龙琴，刘双印

（广东海洋大学信息学院，广东 湛江 524088）

基于Web的雷州文化数字化展示传播平台关键技术研究

徐龙琴，刘双印

（广东海洋大学信息学院，广东 湛江 524088）

为解决雷州文化缺乏对外展示传播平台的困境，将三维激光扫描、物联网、多维图像展示、虚拟漫游等技术相结合，采用技术集成理念，详细设计平台架构、功能模块，构建雷州文化空间数据库、知识库，并运用三维图像处理、场景建模、360度全景漫游等技术对重点文物进行虚拟化展示，实现基于Web的雷州文化数字化展示传播平台，重点阐述全景漫游、基于文本和内容的图像检索、数据库快速访问等关键技术。

雷州文化；数字化展示传播平台；技术集成服务；图像检索

美国哈佛大学的约瑟夫·奈教授首次提出文化“软实力”［1］，并认为只有将硬实力和软实力协调发展才能更好的提高生产力、综合国力，才能在激烈国际竞争中赢得发展先机、立于不败之地。为此，广东省委第十届七次全会上审议并通过了《广东省建设文化强省规划纲要（2010—2020年）》，明确了我省加快文化强省建设总体目标：把广东建设成为在全国具有重要影响力的区域文化中心，提升我国文化软实力的主力省，中国文化“走出去”的生力军，形成具有中国气派、岭南风格、广东特色的现代文化体系［2］。为贯彻落实广东文化强省纲要，湛江提出建设湛江文化强市的号召，提出重点打造一批特色鲜明，代表性强的湛江区域文化品牌，提升湛江文化形象，激发湛江文化独特魅力。

雷州文化作为广东四大区域文化之一［3-5］，具有风格独特、区域明显等特点，但在文化研究、文物古迹保护、挖掘、传承和数字化展示等方面远远落后于广府文化、客家文化、潮汕文化，尤其雷州文化至今仍缺乏对外展示、传播与推广窗口。为此，本研究将物联网技术、计算机科学、古汉语言文学等多学科理论与技术有机集成，构建雷州文化数字化展示传播平台，实现雷州文化保护和数字化展示与推广，对传承和弘扬广东“四大文化”，树立湛江特色文化品牌，增强雷州文化的凝聚力和影响力，促进精神文明建设等方面具有重要的学术价值和社会意义。

1 雷州文化数字化展播平台设计

1.1 平台设计

本系统采用技术集成服务理念，将物联网工程技术、计算机技术、古汉语言文学等相关领域的多元信息有机融合并优化使用，构建一个以文化主管部门、文化相关研究机构（高等院校、科研院所、文化企业、艺术工作者、艺术品交易商）、及广大文化艺术爱好者领域应用为主的基于 Web的雷州文化数字化展示传播平台。

1.2 平台架构

图1为详细平台体系架构，平台采用基于Web的N层B/S架构模式，分为表示层、业务逻辑层、数据访问层、数据存储层。

图1 平台体系架构Fig.1 Architecture of platform

该体系架构中，表现层主要完成用户界面与最终用户交互功能；业务逻辑层定义了业务实体对象、业务流程处理、业务逻辑规则、内容存储管理、用户权限管理等，在应用程序里被封装为组件；数据访问层采用了轻量级的数据交换方式JSON、JDBC和DAO，实现关系型数据库和NoSQL数据库的连接，通过修改DAO模式内部代码可实现平台在不同数据源之间迁移，大大提高了平台可维护性；针对数据源异构多样性，通过JSON将要交换的数据转换为JSON信息流［6］，在数据交换代理节点之间建立可靠连接，可有效提高数据交换效率；数据存储层是采用My SQL、SQL Server、NoSQL等关系型和非关系型数据库把雷州文化多媒体数据、文本数据、音视频流媒体等有关数据分类集中存储管理。1.3 平台功能模块

通过实地考查、调研，分析设计了平台主要功能模块如图2所示，具体为：新闻中心、文化溯源、语言文学、节俗婚嫁、饮食风俗、特色民居建筑、戏曲音乐、书法碑刻艺术、精品长廊、雷州文化论坛、360度场景漫游和后台运维管理等。

图2 平台功能框Fig.2 Function block diagram of platform

1）新闻中心：通过收集、转载国内外各大媒体关于雷州人和雷州文化研究和交流的新闻报道，展现主流舆论对雷州文化的肯定与支持。此外，让湛江人尤其是新一代湛江人，逐渐加深对雷州历史文化的认识和了解，争取最广泛的关注与支持。

2）文化溯源：通过介绍雷州文化悠久历史、地理、发展进程的独特经历、众多历史文化遗产，历史人物等，传递雷州文化融合楚越文化、土著文化、闽南移民文化、海洋文化、中原文化和西方文化等多元文化精华；同时通过介绍湛江是秦朝汉代海上丝绸之路发祥地、中国抗击法国殖民者入侵的桥头堡及中国改革开放前沿阵等文化信息，展现雷州人兼容、开放、进取、开拓的特质和精神，能传承历史文化，融合时代精神，凝聚雷州文化向心力。

3）语言文学：介绍雷州本土俚话起源、使用范围、词汇、标准口音、书面语，以及地方文学。

4）节俗婚嫁：介绍雷州人极具地方特色的节日、婚嫁等风俗，如：滚棘床、下火海、穿令（箭）、人龙舞、醒狮文化等媚神祈福，“年例、雷祖、妈祖、天地诸神、海神、神狗”等祭祀文化、婚嫁等风俗。

5）饮食风俗：通过对“雷州白斩狗”、“湛江白切鸡”、“雷州大粽”、“炭烧蚝”、 “艾饼”、 “陈氏麻通饼”、“瓦窑煲狗肉”、“粑食”、“蛤仔跳水”粉、“沙虫粥”、“榴莲酥”等经典菜品及各类粥品在用料、配料、做工、效果等方面的介绍，表现粤菜用料广博、做工考究、品种繁多、五味俱全、浓淡适宜等特点，彰现雷州人深厚的饮食文化。

6）民居建筑：介绍雷州代表性建筑，如雷州古民居博物院—雷州第一村邦塘的独具南方特色的明清古民居，以及古建筑三元塔、真武堂、韶山古戏台、东岭莫宅祠堂、十贤祠、苏公亭、寇公亭、唐代墓葬等。

7）戏曲音乐：介绍国家级非物质文化遗产保护项目、雷州文化“活化石”—雷歌、粤西传统文化奇葩—雷剧、姑娘歌、雷州音乐等具有雷州文化独特风格和地方色彩的戏曲作品。

8）书法碑刻艺：介绍“天南重地”的雷州在书画艺术方面光辉灿烂的一页，如历代碑刻、牌坊多达五六百件，“靖海宫楹联艺术碑廊”是清代翰林李晋熙、进士何达聪等名人撰写的楹联墨宝，现为雷州市文明保护单位。

9）精品长廊：集中展示长期以来，尤其是改革开放以来，雷州人创造的优秀的文化作品，以及雷州人所取得的文化成就，彰显雷州人聪明的智慧和雷州大地深厚的文化底蕴。

10）雷州文化论坛：借助互联网技术，为雷州人搭建一个参与雷州文化相关主题讨论的平台，充分调动国内外雷州人参与的热情，为雷州人在国内、国外集聚最广泛的人气，听取最广泛的建议，收获最广泛的支持。

11）360度场景漫游：采用Web 3D、Java 3D、单幅图片TIP漫游、360全景等技术，对雷州文化古迹如雷州石狗博物馆、雷主祠等重点场景进行360度全景漫游，使其具有身临其境的感觉。

12）后台运维管理：此模块是雷州文化展示平台的重点模块之一，主要由系统设置管理、管理员权限设置、文档管理，视频管理，音频管理，文章管理、图片管理，轮播图管理，知识库管理、用户管理，新闻发布管理、论坛管理等模块构成，确保雷州文化数字化展示传播平台正常运行。

1.4 基于关系型数据库与NoSQL数据库相结合的数据库设计

传统关系数据库具有安全性高、功能强大、容错性能好等优点，并在各个领域得到了广泛应用，但难以满足流媒体、分布式和大文本等数据模式多变、存储管理需要，存在无法动态横向扩展的问题，且面对容量扩展需求，传统关系数据库往往通过数据迁移和停机维护来实现，在时间上、财力上代价较高。然而非关系型数据库NoSQL［7］不需要固定的模式结构，查询时不需要连接操作，通过key-value存储、列存储、XML、文档型等方式存储数据模型，具有灵活的数据模型、易扩展、大数据量、高性能等优势，使其在 Web2.0技术网络中得到一定的应用，但存在成熟度不高、不适于关系型数据存储管理、缺乏强有力商业支持等不足［8］。通过分析一致性（C）、可用性（A）、分区容错性（P）等 CAP理论［9-10］，发现关系型数据库与NoSQL数据库具有优势互补性，为此本文将二者结合，各取所长，进行雷州文化数字化展示、传播平台数据库设计。

以雷州文化论坛用户评论存储为例，其评论表可分为表主键 Table_ID、被评论雷州文物Cultural_relic_ID、用户User_ID、评论内容Content、发表评论时间Time等字段。根据NoSQL数据库、关系型数据库优势，在设计数据库时，把经常用于查询的被评论雷州文物Cultural_relic_ID、发表评论时间Time和用户User_ID等字段存储在关系型数据库中，通过索引实现快速查询功能；将大文本的评论内容Content字段存储在NoSQL数据库中，这种通过NoSQL数据库存储管理大文本非结构化数据、关系型数据库存储管理关系型数据有机结合方式，不仅能降低查询复杂度，节省查询时间和空间、提高数据库维护效率，还能借助 NoSQL行级别Cache实现对评论内容Content字段的存储管理。本文部分数据库 E-R模型图如图3所示。

图3 数据库设计（部分）逻辑结构关系Fig.3 Logic structure diagram of database design

2 关键技术研究

2.1 特色雷州文化古迹全景漫游技术研究

全景图像漫游是利用一系列相邻、有部分重叠的图像拼接起来，形成一张宽视角或360度视角的全景图像，类似于观察者在一个位置向四周旋转一圈看到的景象。全景图像拼接过程主要由图像预处理、特征提取、图像配准、图像融合和全景图像生成等组成，其基本流程图如4所示。

图4 全景图像拼接流程Fig.4 Flow diagram of panoramic image mosaics

1）图像采集：通过鱼眼镜头高清晰数码相机和三维扫描仪获取雷州文化重点场景图像数据。

2）图像预处理：为消除图像采集过程中噪声干扰，获得高质量全景图像，采用小波变换、高斯滤波等算法对图像进行降噪处理，减少图像拼接计算复杂度，提高图像特征配准精度。

3）图像投影：为消除拼接图像拉伸和扭曲现象，将雷州石狗博物馆场景拍摄的一系列具有一定重叠区域的图像投影到统一柱平面上，并在该柱面上进行图像拼接，便可得到视觉效果较好的柱面全景图像。

4）图像配准：主要由图像特征提取、特征匹配、图像间几何变换矩阵求解组成。通过改进尺度不变特征变换（Scale-invariant feature transform，SIFT）特征提取算法提取基准图像的局部不变特征和待配准图像的局部不变特征，降低图像冗余特征和错误匹配［11-12］；研究发现改进归一化互相关（Normalized cross correlation，NCC）算法具有较高的匹配精度，但存在对光照变化敏感、计算量大、算法效率低、匹配速度慢等不足［13］，为此该文采用改进NCC和序贯相似性（Sequential similarity detection algorithms ，SSDA）［14］等图像特征匹配算法来寻找雷州文化图片在不同角度、不同地点或不同环境下拍摄的两张图之间的几何变换关系，取得较好的特征匹配效果；采用改进随机抽样一致（Random sampling consensus，RANSAC）算法结合投影变模型求解变换矩阵，完成一系列具有重叠区域的图像特征配准［15］。

5）图像融合：为消除重叠区域的“拼接缝”或“鬼影”，需对拼接图像进行图像融合处理，为此该文将基于欧氏距离变换的最优缝合线搜索技术和小波多分辨率分析技术相结合［11］，实现雷州文化不同领域的图像无缝拼接融合。

6）全景图像输出：通过上述图像拼接融合处理，最终获得无缝拼接的全景图像。雷州石狗博物馆全景图如图5所示。

图5 雷州石狗博物馆全景Fig.5 Panorama of museum of leizhou stone dog

2.2 文本和内容的雷州文化图像检索技术研究

图像检索就是采用图像处理、模式识别等技术，对图像进行分割、提取图像的灰度、形状、纹理、轮廓、拓扑等特征向量，由特征向量建立索引、特征库、图像库、知识库等；将颜色特征、纹理特征、形状特征和文本等多种图像检索方法相结合，选择适宜模式识别技术和特征匹配准则，提取用户待检索示例图像特征，计算与特征库中图像特征相似度，最终检索得到所需图像。常见图像内容检索有基于颜色特征、纹理特征、形状特征的检索，其中基于颜色特征的检索利用颜色直方图计算图像间的相似性，原理比较简单，但存在不能反映图像中对象空间特征的不足［16］；基于纹理特征的检索，在一定程度上可对图像中空间信息进行定量描述，但存在纹理描述比较困难的问题；基于形状特征的检索通过图像分割，提取图像感知特征，勾勒出图像形状或轮廓，但检索结构复杂，需要做更多图像预处理工作。

在充分考虑雷州文化在文化溯源、语言文学、节俗婚嫁、饮食风俗、特色民居建筑、书法碑刻艺术、等各个领域图像检索的实际需求，结合当前文本检索、图像检索优缺点，本平台将图像内容检索和图像文本检索相结合，可有效提高图像检索速度和精度，其图像内容检索工作原理图如图6所示。例如，检索雷州石狗某幅图像作品时，不仅可以进行图像处理，还可编辑图像文本注释信息，其检索结果如图7所示，取得了较好检索效果。

图6 基于文本和图像内容的图像检索工作原理图Fig.6 The working principle diagram of image retrieval based text and content

图7 图像检索结果Fig.7 Result of image retrieval

2.3 数据库快速访问技术

为解决数据库频繁访问瓶颈的问题，以及优化数据库访问速度，在应用程序开发时，通常将业务逻辑应用/功能模块与数据库进行分离，不同的业务逻辑应用/功能模块对应不同的数据库或表。针对雷州文化展示和传播平台实际需要，借鉴sohu论坛网站架构设计思想，本文采用一定的策略，规划好平台各功能模块展示信息、用户等与数据库表对应关系，将具体应用/功能模块页面所对应的数据库或表进行库表散列，按照功能模块和用户ID散列数据库和表，可低成本提升数据库快速访问性能，且具有较好扩展性，达到优化系统性能的目的。

3 系统实现

系统采用N层 B/S 结构，以Eclipse和Sublime text为开发平台，以Java、HTML5、CSS3、Jquery、C++、JavaScript为开发语言，客户端运行环境为Web浏览器，Web服务器端采用 MS Windows 8 Server或 linux，数据库系统为 MY SQL8.0和HandlerSocket，系统登录界面如图8所示。

图8 平台主界面Fig.8 The main interface diagram of platform

4 结束语

本文在深入研究全景漫游、图像检索、数据库快速访问等雷州文化数字化展示传播关键技术的基础上，采用技术集成服务的理念，通过Java、HTML5、CSS3、Jquery、C++、JavaScript、Web 3D等技术和N层B/S架构模式，构建了集文字、图像、声音、动画漫游、视频为一体的基于Web的雷州文化数字化展示传播平台，实现了雷州文化在建筑、艺术、戏剧、音乐、文学、书法、绘画、工艺、饮食、风俗等多个领域所取得的文明成就的多种媒体技术立体演绎，多视角多方位展示、诠释、传播与推广，有效解决了雷州文化对外展示与传播的困境，对雷州文化遗产数字化保护、挖掘整理、打造特色文化品牌，增强雷州文化凝聚力、影响力和辐射力等方面提供技术支持。

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（责任编辑：任万森）

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

国家自然科学基金项目（61471133，61473331）；广东省科技计划项目（2013B021600014，2015A070709015，2015A020209171，2016A040402043）；广东海洋大学创新强校工程项目（GDOU2014050227）；广东海洋大学教改项目（XJG201404）

徐龙琴（1977—），女，硕士，副教授，研究方向为智能计算、大数据处理和智能信息系统等。E-mail：xlqlw@126.com

刘双印（1977—），男，博士，教授，研究方向为智能计算、物联网工程、智能信息处理技术等。E-mail：hdlsyxlq@126.com