数字球幕电影的集群制作平台系统及工作方法与流程

本发明涉及数字球幕电影制作技术领域，特别涉及一种数字球幕电影的集群制作平台系统及工作方法。

背景技术：

数字球幕电影，又称为数字穹幕电影，它是指在圆顶式结构的观众厅内，银幕成半球形，观众被包围其中的一种大银幕数字电影。与传统电影相比，球幕放映厅的银幕面积更大，影像视角更为宽阔，为了保证全银幕覆盖，球幕电影的视角需要达到180°或者更大，这样才可以观众带来置身场景之中沉浸和震撼效果。为了达到这样的效果，数字球幕电影在制作中存在多个难点：如：为了保证全银幕的覆盖，制作中的图像序列需要通过鱼眼变形；为了保证球幕电影不低于4096×4096的分辨率，将多个较低分辨率的图像组合为4K球幕图像；为了在球幕剧场投影输出，需要将球幕图像切分为对应每个投影机的子图像，再输出高码率数字视频等等。所以，相比于普通银幕的数字电影，数字球幕电影的制作过程更为繁琐、复杂且效率低。

为了更好地理解本发明，下面结合图1对现有数字球幕电影的制作过程进行介绍。

一般来说，数字球幕电影的制作过程可以抽象为如图1所示的四个步骤：

步骤1、多摄像机通道渲染：动画师可以在三维动画软件中设置好动画场景，通过摆放多个摄像机来实现可视角度覆盖全球幕区域，每个摄像机渲染出一个通道图像。目前，较为常用的是五个摄像机位，分别对应前、后、左、右、天顶区域，如图1中的渲染步骤所示。

步骤2、全景鱼眼图像拼接：将步骤1中不同摄像机渲染出的平面通道图像通过鱼眼拼接算法合成为一个鱼眼图像。此操作是数字球幕电影制作中的核心步骤，一般由动画师或后期制作人员完成，如图1中的拼接步骤所示。

步骤3、全景特效及后期合成：后期制作人员对制作好的鱼眼图像序列帧进行处理，具体包括多个图层合成、颜色校正、特效制作、字幕叠加等等。该步骤既可以在鱼眼图像上直接制作，也可以在平面图像上处理后再合成鱼眼图像，如图1中的后期处理步骤所示。

步骤4、多投影通道的图像切分、视频编码：剧场工作人员根据剧场设置，将制作完成的鱼眼图像序列帧拆分成多通道图像，并编码成视频。一般拆分通道的数量与球幕剧场的投影方式以及球幕大小等有关，如图1中的拆分所示，可以拆分为十六通道视频。

另外，在上述介绍的球幕电影的制作过程中，由于涉及到鱼眼图像的高分辨率以及投影方式等问题，会多次用到多通道图像拼接合成鱼眼图像，或者鱼眼图像拆分为多通道图像的操作步骤，再根据需要的每一个通道的图像进行操作。下面结合图2对球幕电影的制作过程中涉及的拼接和拆分进行介绍如下：

1、拼接：在制作球幕电影时，受限于三维制作软件的鱼眼摄像机的投影方式，一般将多个平面视角通道渲染出的图像，拼接合成为一个鱼眼图像。目前，在Maya制作软件中，一般采用5个正交通道拼接鱼眼图像的方法，如图2所示。

2、拆分：在剧场播放时，由于受限于单投影的分辨率及视角限制，会将鱼眼图像拆分为对应的多通道投影图像，每个通道的图像就可以由对应投影机播放，最终通过实时的拼接融合技术实现全天域的播放效果。一般直径为18米的球幕剧场，采用16个或者更多的投影机通道实现。

现有较为成熟的渲染农场管理软件，可以使用分布式集群完成渲染工作，如Axceleon Enfuzion、ThinkBox Deadline等，可以满足平面动画电影的渲染工作。然而，对于制作数字球幕电影，操作步骤更为复杂、繁琐，市场上并没有直接可用的解决方案。

综上所述，目前，数字球幕电影的制作存在以下缺点：

(1)数字球幕电影的制作较为分散。首先，动画制作人员较为分散：一般来说，三维动画的制作部分及渲染成图由动画人员完成，之后鱼眼合成、图像转换、视频编码等步骤交由后期制作人员制作，切图等步骤由剧场放映人员负责，这样，动画制作人员的精力有限，很难保证数字球幕电影的每个制作环节的衔接紧密，准确性和效率都很难保证；其次，制作步骤也较为分散：每个步骤完成后，如果发现不足之处，还需要在三维动画中修改，重新执行该步骤直至效果满意为止，这样用户操作复杂，数字球幕电影的制作效率低。

(2)数字球幕电影的制作除了三维动画部分的渲染工作可以使用现有的渲染农场并行制作外，其它的步骤大多需要专用的球幕鱼眼图像处理工具，需要使用单机顺序完成，制作环节中的多个步骤只能通过单机运算完成，运行时间很长，导致节目制作效率和准确率均变低。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种数字球幕电影的集群制作平台系统，用以提高数字球幕电影制作的效率和准确率，该系统包括：

管理节点，用于接收用户根据数字球幕电影制作流程输入的作业需求信息，将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成多层任务，为其中的每个任务设置编号和执行命令，并分配给计算节点执行；接收计算节点返回的任务的执行结果；

多个计算节点，每一个计算节点用于接收来自管理节点分配的一个任务，根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，将任务的执行结果返回给管理节点。

本发明还实施例提供了一种数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法，用以提高数字球幕电影制作的效率和准确率，该方法包括：

管理节点接收用户根据数字球幕电影制作流程输入的作业需求信息，将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成多层任务，为其中的每个任务设置编号和执行命令，并分配给计算节点执行；接收计算节点返回的任务的执行结果；

多个计算节点的每一个计算节点接收来自管理节点分配的一个任务，根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，将任务的执行结果返回给管理节点。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的技术方案，具有如下优点：

首先，本发明实施例提供的技术方案，整合了制作数字球幕电影的全部流程，用户可以快速提交全部流程，从渲染动画场景开始，顺序执行，到最后生成可以在球幕剧场播放的多通道视频；当然，用户也可以根据需要，合并所需的工作流程，例如从动画场景渲染多通道图像到合成鱼眼图像，或者集成鱼眼图像切图并编码成视频等常用步骤，这样集成现有工作流程，保证每个环节的衔接紧密，简化了用户的操作，优化了制作流程，提高了数字球幕电影的制作效率和准确率；

其次，通过管理节点将数字球幕电影作业拆分成多个任务，并将任务分配给多个计算节点并行执行，这样，将现有单机执行的步骤利用多个计算节点并行处理，简化了用户的操作，提高了数字球幕电影的制作效率；

另外，每个计算节点将当前任务的执行结果返回给管理节点，管理节点接收计算节点返回的任务的执行结果，这样，在一个计算节点的作业任务的执行结果为失败的情况下，只需要重新执行该任务的计算即可，相对于一次性单机顺序执行的方法而言，提高了数字球幕电影的制作的准确率和效率。

综上所述，本发明提供的技术方案既实现了数字球幕电影全流程整合，又应用了分布式并行计算技术，提高了数字球幕电影的制作效率和准确率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明中现有数字球幕电影的制作过程的流程示意图；

图2是本发明中现有数字球幕电影制作过程中的拼接和拆分的示意图；

图3是本发明实施例中数字球幕电影的集群制作平台系统的结构示意图；

图4是本发明另一实施例中数字球幕电影的集群制作平台系统的结构示意图。

图5是本发明实施例中数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的目的是通过搭建一个完整、统一的制作平台，针对现阶段球幕电影的制作过程主流方法，集成(整合)工作流程，最大程度的调用集群的计算能力，使得球幕电影的制作过程更加简单、高效、智能。

该制作平台是在集群计算的基础上搭建，集群是指将多个服务器集中起来一起进行同一种服务，其中每一个服务器称之为一个节点。节点可以分为管理节点、计算节点等，管理节点负责调度集群，计算节点按照管理节点的指令提供运算。一般来说，一个集群环境内有一个到两个管理节点，多个计算节点。用户需要集群运算的一组任务称之为作业，其中每个任务是指在给定的计算节点上执行的程序。一个作业，可以由一个或者多个任务组成。

数字球幕电影制作平台可以分为管理节点、计算节点、数据库、存储盘阵四部分。管理节点负责与用户交互，根据用户的要求，生成相应的作业，将作业分发给指定的计算节点，并且可以及时返回当前的作业执行状况和执行结果，以便了解当前的作业信息。计算节点用来接收来自管理节点的作业任务，分析、优化并执行，并将执行中的信息返回管理节点。数据库用于存储作业、用户等平台系统配置数据。存储盘阵用于存放球幕电影的制作数据，包括工程文件、序列帧、视频等。整个平台采用B/S架构，用户通过浏览器即可访问，无需另行安装客户。下面对该制作平台系统进行详细地介绍。

图3是本发明实施例中数字球幕电影的集群制作平台系统的结构示意图，如图3所示，该制作平台系统，包括：

管理节点10，用于接收用户根据数字球幕电影制作流程输入的作业需求信息，将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成多层任务，为其中的每个任务设置编号和执行命令，并分配给计算节点20执行；接收计算节点20返回的任务的执行结果；

多个计算节点20，每一个计算节点20用于接收来自管理节点10分配的一个任务，根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，将任务的执行结果返回给管理节点10。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的技术方案，具有如下优点：

首先，本发明实施例提供的技术方案，整合了制作数字球幕电影的全部流程，用户可以快速提交全部流程，从渲染动画场景开始，顺序执行，到最后生成可以在球幕剧场播放的多通道视频；当然，用户也可以根据需要，合并所需的工作流程，例如从动画场景渲染多通道图像到合成鱼眼图像，或者集成鱼眼图像切图并编码成视频等常用步骤，这样集成现有工作流程，保证每个环节的衔接紧密，简化了用户的操作，优化了制作流程，提高了数字球幕电影的制作效率和准确率；

其次，通过管理节点将数字球幕电影作业拆分成多个任务，并将任务分配给多个计算节点并行执行，这样，将现有单机执行的步骤利用多个计算节点并行处理，简化了用户的操作，提高了数字球幕电影的制作效率；

另外，每个计算节点将当前任务的执行结果返回给管理节点，管理节点接收计算节点返回的任务的执行结果，这样，在一个计算节点的作业任务的执行结果为失败的情况下，只需要重新执行该任务的计算即可，相对于一次性单机顺序执行的方法而言，提高了数字球幕电影的制作的准确率和效率。

综上所述，本发明提供的技术方案既实现了数字球幕电影全流程整合，又应用了分布式并行计算技术，提高了数字球幕电影的制作效率和准确率。

下面首先对本发明实施中的管理节点10进行详细介绍如下。

在一个实施例中，作业需求信息可以包括：数字球幕电影制作的路径、起始序列帧号、终结序列帧号和通道数；

图4是本发明另一实施例中数字球幕电影的集群制作平台系统的结构示意图，如图4所示，管理节点10可以包括：前端界面模块，用于接收数字球幕电影制作的路径、起始序列帧号、终结序列帧号和通道数。

在一个实施例中，上述任务可以包括：工作流任务、序列帧任务和通道任务；

如图4所示，管理节点10可以包括：

作业生成模块，用于将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成工作流任务、序列帧任务和/通道任务，并为其中的每个任务设置编号和执行命令；

作业调度模块，用于根据数字球幕电影作业的优先级，以及计算节点的空闲情况，将工作流任务、序列帧任务和通道任务分配给计算节点。

具体实施时，为了更好的理解本发明如何实施，下面对本发明实施例中提到的词汇含义及其作用进行详细介绍如下。

作业：作业是该平台系统中的基本单位。用户可以根据针对作业进行提交、调度、执行以及控制等机制。

任务：作业由任务组成，一个作业可以包含一个或者多个任务。任务可以直接运行应用程序，完成相应的操作。

在本发明实施例中提到的任务共分为如下三种：

1、工作流任务：工作流任务包括但不局限于数字球幕电影制作过程中所述的四个制作流程，如图1所示。常用的工作流任务还包括缺帧检查、序列帧色彩校验、序列帧修复等，也可以自定义工作流任务的操作。该平台将每一个工作流任务模块化，用户根据业务需求，按照顺序添加并设置即可。每个工作流任务执行完毕后继续执行下一个直至全部完成为止。计算节点的作业处理模块中，针对每个工作流任务，会有相应的功能函数来处理。每个作业中至少包含一个工作流任务。

2、序列帧任务：帧是视频中最小单位的单幅影像画面，序列帧是一组顺序的帧图像文件。由于每个制作步骤都会处理不同数量的序列帧，所以根据用户设置，每个工作流任务会分解为成为一个或者多个序列帧任务执行。

3、通道任务：数字球幕电影的制作过程中需要频繁的拼接或者拆分鱼眼图像，会频繁的出现多通道图像，因此系统根据序列帧，以及需要执行的步骤的通道数，生成相应的通道任务。每个序列帧任务中包含一个或者多个通道任务，通道任务是整个制作平台系统的最小任务。

作业相当于一个容器，可以向其中添加需要各种各样的任务，可以是已有的，也可以是自定义的，满足用户在使用上的灵活性，作业与任务的分配由作业调度模块完成。

进一步地，为了更好地理解本发明，对于上述工作流任务进行详细解释：具体实施时，在数字球幕电影的制作过程中，有很多复杂、繁琐的连续步骤，前一个步骤的输出可以作为下一个步骤的输入，对于这样的作业可以集成在一起，形成一个统一的工作流。这样既可以简化动画人员的操作步骤，又可以提高制作效率。在作业生成模块中，允许用户将多个作业顺序的排列，形成一个完整的作业。只有当前一个作业完成后，才会执行下一个作业。比如在制作数字球幕电影中最常用的一个过程就是图像的鱼眼变形，动画师可以根据需要，在制作平台中，将动画渲染、鱼眼变形、视频编码集成在一起，通过作业生成模块生成一个作业，动画渲染完毕后即可执行鱼眼变形，最后再进行视频编码，动画师只需要一次提交作业，就可以通过集群运算得到最终的视频文件。

为了更好的理解本发明如何实施，下面对作业和任务的具体实施过程进行举例说明如下。

在本发明实施例提供的数字球幕电影制作平台系统中，用户使用最多的操作就是通过动画场景直接输出鱼眼图片的过程，即多通道渲染-缺帧检查-鱼眼图像拼接工作流。如果用户需要完成一段3000帧的图像(采用五摄像机合成方案)，可以在新建的作业中，依次添加上述三个工作流任务。其中，第一个工作流任务，即多通道渲染，根据设置将分解为3000个序列帧任务，每个序列帧任务中有1个通道任务，分配给每个计算机点执行；第二个工作流任务，即缺帧检查，由于上一步骤每一个渲染图片存在多通道输出，将会在每个序列帧任务的基础上，再分解出5个通道任务执行；而第三个工作流任务，即鱼眼图像拼接，将输入的5个通道图片合并，即包含3000个序列帧任务，每个序列帧任务中包含1个通道任务。

具体实施时，作业生成模块除了可以像上述提到的将数字球幕电影的多个制作步骤按照制作顺序排列成一个作业之外，具体还可以将数字球幕电影的多个制作步骤按照逻辑顺序排列生成一个作业。

本发明实施例中的管理节点不仅可以包括上述介绍的模块，如图4所示，管理节点还可以包括：

身份验证模块，用于对用户登录进行校验，并根据不同身份用户提供不同的权限；

作业管理模块，用于调取数字球幕电影的当前和历史数字球幕电影作业的信息和状态；

集群管理模块，用于对所述计算节点的状态进行监控，及时反馈计算节点的软、硬件信息。

上述作业管理模块和集群管理模块还可以用于接收计算节点返回的任务的执行结果。

具体实施时，综上，管理节点可以分为六个模块。前段界面模块负责向用户提供界面，方便用户操作；身份验证模块对用户登录进行校验，并根据不同身份用户提供不同权限的服务；作业管理模块可以查看当前和历史作业的信息、状态，包括是否成功，作业输出内容等等，用户可以根据这些信息判断作业的执行情况；集群管理模块用于对计算节点状态进行监控，及时反馈集群的硬、软件信息；作业生成模块用于生成任务，根据用户选择的作业，填写相关的作业参数以及调度的集群信息等，生成对应的作业模板；作业调度模块根据作业模板，动态的将作业命令分配到指定计算节点上，并根据实际情况进行作业的再分配。

下面再对本发明实施例中的计算节点20进行详细介绍如下。

具体实施时，计算节点端(计算节点)用来完成作业的具体运算工作，可以分为两个模块。作业处理模块根据制作数字球幕电影的不同步骤分别调用不同的应用程序，保证集群能够正确的运行任务。作业优化模块，针对特定的作业，对作业的前置条件进行检查，优化执行效率，并反馈作业状态到管理节点。下面结合图4，对这两个模块进行详细介绍。

在一个实施例中，如图4所示，计算节点20可以包括：

作业处理模块，用于根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，对任务进行处理；

作业优化模块，用于在对接收到的任务进行处理之前，对任务的待处理数据进行检查，对不合格的待处理数据进行修复优化；

作业处理模块具体用于根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，对修复优化后的任务进行处理。

具体实施时，在以上文提到的用多个计算节点进行分段视频编码为例进行说明本发明实施例是如何对任务的待处理数据进行检查(对作业的前置条件进行检查，优化执行效率，并反馈作业状态到管理节点)的。由于可能存在序列帧缺帧、坏帧等情况，所以计算节点接收到视频编码作业任务时，首先要对每段的序列帧进行检验。对于位深度不符或Alpha通道问题等可检测出的坏帧问题，可以通过应用程序对图像进行自动修复；对缺帧，即帧号不连续的问题，则将所缺帧号记录到日志文件并标记该段子任务失败，等待用户对相应帧进行处理后重新执行失败任务。若所有段均未检测出缺帧、坏帧问题，或已手动处理完问题，则自动运行至下一步，例如进行正式的视频编码过程。

在一个实施例中，如图4所示，上述平台系统还可以包括：

数据库，与管理节点连接，用于存储管理节点生成的数字球幕电影作业；当然，该数据库还可以存储制作平台的配置数据。

存储盘阵，与多个计算节点连接，用于存储多个计算节点处理数字球幕电影任务时的制作数据，以及数字球幕电影功能函数。所述制作数据可以包括：工程文件、序列帧和视频。例如：存储盘阵存储有每个计算节点需要进行视频编码的序列帧图像文件，或是进行该视频编码需要调用的应用程序等等。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法，如下面的实施例。由于数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法解决问题的原理与数字球幕电影的集群制作平台系统相似，因此数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法的实施可以参见数字球幕电影的集群制作平台系统的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是本发明实施例中视频编码装置的结构示意图，如图5所示，该方法包括如下步骤：

步骤101：管理节点接收用户根据数字球幕电影制作流程输入的作业需求信息，将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成多层任务，为其中的每个任务设置编号和执行命令，并分配给计算节点执行；接收计算节点返回的任务的执行结果；

步骤102：多个计算节点的每一个计算节点接收来自管理节点分配的一个任务，根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，将任务的执行结果返回给管理节点。

在一个实施例中，作业需求信息可以包括：数字球幕电影制作的路径、起始序列帧号、终结序列帧号和通道数；

数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法还可以包括：管理节点的前端界面模块接收数字球幕电影制作的路径、起始序列帧号、终结序列帧号和通道数。

在一个实施例中，上述任务可以包括：工作流任务、序列帧任务和通道任务；

数字球幕电影的集群制作平台系统的工作方法还可以包括：

管理节点的作业生成模块将作业需求信息生成数字球幕电影作业，再将数字球幕电影作业拆分成工作流任务、序列帧任务和通道任务，并为其中的每个任务设置编号和执行命令；

管理节点的作业调度模块根据数字球幕电影作业的优先级，以及计算节点的空闲情况，将工作流任务、序列帧任务和通道任务分配给计算节点。

在一个实施例中，上述制作平台的工作方法还可以包括：

计算节点的作业处理模块根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，对任务进行处理；

计算节点的作业优化模块在对接收到的任务进行处理之前，对任务的待处理数据进行检查，对不合格的待处理数据进行修复优化；

计算节点的作业处理模块具体根据任务的编号和执行命令，调用相应的数字球幕电影功能函数，对修复优化后的任务进行处理。

在一个实施例中，上述制作平台的工作方法还可以包括：

数据库存储管理节点生成的数字球幕电影作业；

存储盘阵存储多个计算节点执行数字球幕电影作业任务时的制作数据，以及数字球幕电影功能函数。

通过应用上述技术方案，在制作中心中部署平台，动画师通过本机浏览器即可访问。

目前该平台系统不仅支持Maya、3DMax、After Effects、Fusion等主流动画、后期软件的调度，也能够通过集群快速的完成鱼眼图像合成、图像转换、水印字幕设置、切图等数字球幕电影特有的功能。用户可以根据需求，将其中的步骤按照顺序集成起来，更加方便快速的完成作业。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

一方面，该平台整合了制作球幕电影的全部流程：用户可以快速提交全部流程，从渲染动画场景开始，顺序执行工作流序列，到最后生成可以在球幕剧场播放的多通道视频，也可以根据需要，合并所需的工作流，例如从动画场景渲染多通道图像到合成鱼眼图像，或者鱼眼图像切图并编码成视频等常用步骤，简化了用户的操作，优化了制作流程；另一方面，该平台内所有的作业都通过分布式集群(计算节点)并行计算完成，并针对不同的制作流程进行计算资源分配和存储读写的优化，极大的提高了制作效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块、装置或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。