剧院数字化创作管理系统的关键技术

陈 威，卜克明

（总装备部工程设计研究总院，北京 100028）

剧院数字化创作管理系统的关键技术

陈 威，卜克明

（总装备部工程设计研究总院，北京 100028）

从剧院管理数字化、信息化的思路，具体解析了剧院数字化创作管理系统实现的功能和采用的关键技术。

剧院；创作管理系统；数字化；演出工艺；舞台设备；信息技术；实时渲染；交互式

1 引言

随着文化产业的发展，人们对艺术感知的追求日趋多样。剧院作为舞台艺术传播的重要载体，观众对其功能要求越来越高，仅仅是单一的现场观看已不能满足人们对艺术的深层体验。要想真正地打动观众，使观众产生心灵的共鸣，就必须在节目创意、宣传、制作以及演出等环节采取必要的技术投入与革新。对于一个专业化的剧场，拥有以舞台艺术为核心的多媒体创作平台、信息化设备管理系统以及多维的交流、经营、推广服务界面等是其发展的必然趋势。

剧院数字化创作管理系统是基于计算机虚拟现实技术平台上，集剧院演出工艺、剧院舞台设备管理以及信息技术为一体的计算机应用系统。在剧院数字化创作管理系统中，实时渲染技术逼真地展现了剧场场景的三维视觉效果；交互式实时驱动，虚拟场景设备的运动状态与现实场景的完全一致；多媒体技术的应用，使系统在视频、音频和光效等视听感观方面，高度还原现场感。因此，剧院数字化创作管理系统是一个沉浸于现场感、实现艺术与管理数字化和信息化的系统。

2 系统功能

剧院数字化创作管理系统实现的两大功能：

（1）为艺术创作提供现实感的数字平台；

（2）为剧院运营提供信息化的管理平台。

创作是艺术的生命，数字化创作技术是对传统创作过程和方法的重要变革。系统与导演的实时交互、真实视听感受的实时还原与展现，将激发创作过程中的艺术灵感，提高创作效率。

数字化剧院管理方法，是计算机图形学技术与数据库技术基于网络平台的结合。剧院数字化创作管理系统将过去单一表格化的数据库模式，转变成真实感三维场景中数据表现的形式，实现数据库的可视化，即在场景中获取数据，在场景中处理数据，在场景中管理数据。其区别于一般数据库管理模式的重要特征在于，直观、迅速定位，实时点击获取和处理数据。基于网络化、数字化的剧院管理，将在文化推广和交流等方面有着更为广阔的前景。

2.1 舞台创意

剧院数字化创作管理系统功能之一是在虚拟剧院环境中辅助艺术创编。重点表现在舞台设备的运用，舞美环境的创作，演员与设备和道具的结合，灯光、LED、背景、音乐、演出流程的管理等；其中主要运用有实时渲染技术、动态加载、数据库技术以及图形交互技术（GUI）。

实时渲染技术提供运用虚拟舞台机械仿真现实舞台机械的运动属性，可在设计范围内调整参数，具有运动设备之间的相互干涉检测、运动参数（速度、时间和距离）的实时显示等功能，使得系统中各种不同设备的运动参数控制、组合运动、设备中间暂停位置与现实舞台表现相同，以辅助创编舞台造型。

动态加载是指从系统内或系统外加载对象，如：演员模型、道具模型、设备模型、音频文件、视频文件、图片文件、演艺流程、控制文件、管理文件等。

绑定技术的后台支持是数据库技术，它可以通过手动或自动的方式，使物体之间产生或解除相互约束关系。如：演员站在车台上，并随着车台一同运动；当该演员移到升降台上时，可以随着升降台一同升降；幕布与不同的吊杆产生绑定关系时，可随着有绑定关系的吊杆一同升降等等。

GUI（Graphical User Interface，图形交互技术）可提供一些辅助工具，使创作团队在艺术创意过程中的操作更直观便捷。如：亮显选中物体——当许多吊杆无法识别时，只有选择的吊杆呈高亮显示；实时显示漫游视点的空间位置——实时表现当前位置的视觉感受；等等。

2.2 剧院管理

剧院数字化创作管理系统是整个剧院正常工作运行的管理平台，演艺设备管理是其中重要的一部分，如舞台机械、控制、灯光照明、音响、水效、LED及投影等系统的管理。

依据设备信息类型的不同，可将数据分为以下几个方面。

（1） 静态数据和动态数据

静态数据：设备的设计、生产、安装与维护时产生的固有数据等。

动态数据：设备在运动过程中产生的数据，如设备的实时载荷、设备的工作时间等。

（2） 常态数据、警示数据和故障数据

常态数据：非工作状态或正常工作状态时所产生的数据，如日常维护保养的数据等。

警示数据：维护保养日期、设备零部件的寿命、电池电量、油位高度等其他有可能出现故障时所产生的数据等。

故障数据：产生故障的数据，如运行超限、运动干涉、无法启动或复位等。

（3）统计数据

设备在使用过程中的数据统计与分析，如设备利用率、设备使用参数、设备的运行和维护成本、设备的备件与库存等。

（4）管理数据

设备设计生产和安装单位、设备位置、数量、重量、价格、设备维护人员、维护日志、维护时间、维护成本等。

（5）自动获取的数据、导入的数据和人工输入的数据

自动获取的数据：系统通过网络获取传感器传来的数据或系统自动生成的数据，如安装传感器设备运行时产生的数据。

导入的数据：由其他系统数据导入的数据，如模型文件、多媒体文件等。

人工输入的数据：非自动生成或导入的数据，如值班、维护保养、剧务、创意管理数据等。

（6）面向用户的数据和非面向用户的数据

面向用户的数据：系统界面显示的数据，有些是可以操作，如相机位置数据的显示、修改设备运动速度参数等。

非面向用户的数据：设备的层级关系、数据库之间的关联信息等。

通过以上分析可知，建立一个良好的数据库，是完成设备管理和提高管理效率的关键。在虚拟场景中通过点击物体来获取对象数据，同样，也可通过选择数据库记录显示场景中对应的物体。这种数据库操作的方法是通过三维模型与数据关联来实现的，直观便捷，但关联时要注意数据处理的效率，即数据库中数据地址查寻与三维实体遍历查寻的结合效率。

剧院数字化创作管理系统还可以扩展到其他方面的管理，如：演艺管理、文化交流管理、票务管理、网络信息管理等。这些基于统一平台的集成应用管理，将业务工作与行政管理紧密地结合在一起，实现现场与高层管理的实时交互，整合剧院的管理系统，为管理和决策提供第一时间的实时信息，可提高剧院的开拓创新和竞争的能力。

3 系统设计

数字化剧院管理系统技术主要包括以下几个部分：（1）实时渲染技术；（2）数据库技术；（3）计算机网络与通信技术。如图1所示。

3.1 实时渲染

实时渲染技术是数字化管理系统的基础技术，是计算机技术发展的结果。GPU（图形处理加速器）处理图形的单元数量一般数以千计，专门用于并行处理图形数据，工作效率非常高。尤其是近些年来，GPU的发展速度非常迅速，这些技术的发展为计算机实时渲染提供了保障和支持。

DirectX（Direct eXtension，多媒体编程接口）和OpenGL（Open Graphics Library，开放图形库）提供了基于GPU硬件技术开发的API（应用程序接口），通过API可以直接访问和调用硬件处理器的数据处理功能来完成数据处理。不但可以处理几何数据的转换与渲染，还能处理音频、视频数据。这些数据的技术处理可提供展现真实视听感的平台。

按真实比例建立三维场景，并将真实感的材质与纹理赋予模型上，场景中加上光照系统，运用高级渲染器完成对场景的逼真感渲染处理后，即创造了一个真实感的三维场景，这是虚拟现实技术的重要特征。

实时渲染对系统的运行性能要求很高，除了计算机硬件环境外，系统本身的优化也是必不可少的。主要在以下几个方面做好优化：

（1）取消渲染程序中无用的流程，一次性赋值和计算；（2）定制贴图的长宽像素，优化利用计算机资源；

（3）小图拼和，提高图像加载效率，减少加载次数；

（4）采用midmap贴图技术，动态加载不同分辨率图像，提高图像处理效率；

（5）采用LOD（分层显示）技术，动态加载不同精度的模型，提高图形处理效率；

（6）采用烘焙技术替代实时光照，加快实时渲染的效率；（7）对于不再用的资源应当及时卸载，节约系统资源；（8）相同模型只加载一次，采用克隆技术复制。

3.2 数据库

数据库技术应用于剧院的设备管理、演艺管理、文化交流推广管理等。

分层设计数据库，建立不同的表，分别记录不同分类的数据信息；各表之间建立关联信息，以方便查找和访问数据。建立一个数据库备份，以防数据库信息丢失或数据破坏。

设备管理的数据库设计，除了包括一般设备的管理信息、属性信息、模型信息等，还要记录一些关联信息，如设备与模型处理的关系、设备与管理数据的关系、设备层级间的父子设备的关系、各层级设备的运动属性等等。

演艺管理的数据库设计，要体现艺术创意和演艺流程的过程管理，管理过程都要基于时间轴的设计，如演出序列设计、虚拟彩排、舞美与光声电合成、设备运动序列等等。因此，数据库中要加入时间记录，由时间来触发数据库调用和事件发生。

文化交流与推广的数据库设计，重点在于展现剧院的简介、功能、业绩、成果、科研、资源、合作、交流、展示、拓展、服务、水平、管理等方面。

其他媒体形式的文化传播，如电影、电视、网页、微信、电子期刊等，都可以用数据库来支持和管理。

3.3 网络与通信

设备管理平台，通过网络获取设备的控制信息，在虚拟剧院中驱动相应设备，与现实剧场设备同步实时地展现设备运动。基于网络的文化推广与交流，可以拓宽剧院的市场，如充分利用虚拟剧场设备，实现网络创意、网络舞美设计、网络彩排、设计虚拟道具等；基于网络的文化服务，可实现网络三维票务系统，人机交互订票，座位预视等。

4 结束语

基于虚拟现实技术研发的剧院数字化创作管理系统，将计算机中的三维剧院场景与数据库结合，探索了数据库可视化的方法。系统实时更新数据库信息，尤其是设备运行与维护方面，为剧院管理提供实时信息，提高管理效率；应用实时渲染技术，提供了艺术创意的平台，逼真的虚拟场景和实时互动，可激发艺术创想的灵感；利用互联网的云平台技术，让更多的剧院共享演艺资源，进行文化推广与交流，让更多的观众了解剧院，走进剧院。

［1］ 段慧文. 舞台机械工程与舞台机械设计[M]. 北京∶中国戏剧出版社, 2013.

［2］ （美）阮亚编著. GPU精粹3[M]. 杨柏林,陈根浪,王聪,译. 北京∶清华大学出版社, 2010.

［3］ 韩元利, 王汉东. DirectX 11高级图形开发技术实践[M]. 北京∶科学出版社, 2013.

［4］ Dave Shreiner. OpenGL编程指南[M]. 北京∶机械工业出版社, 2014.

［5］ 赫恩. 计算机图形学[M]. 北京∶电子工业出版社, 2014.

（编辑 杜 青）

Key Technologies of Digital Creative Management System in Theater

CHEN Wei, BU Ke-ming
(Center for Engineering Design and Research under the Headquarters of General Equipment, Beijing 100028, China )

According to the idea of digitalization and information in theatre management, the author analyzed the function and key technologies of the digital creation management system.

theater; creative management system; digital; performance technology; stage equipment; information technology; real-time rendering; interactive

10.3969/j.issn.1674-8239.2016.01.007