专利名称：交互式动画节目的制作及播放方法
技术领域：
本发明涉及一种动画节目的制作及播放方法，尤其是一种观众可干预故事情节的交互式动画节目的制作及播放方法。
背景技术：
动画片以其独特的知识性、趣味性和戏剧性，为广大青少年朋友所喜爱，对于广大的青少年来说，通过观看动画片也可以起到开发智力和增长知识的目的。动画产业被人们称为21世纪的朝阳产业，发展前景十分广阔。根据中国广电总局的规定，每个电视台每天必须播出10分钟以上的动画片(省台30分钟以上)，其中60％必须是国产动画片。
但是，目前大多数动画制作者却面临着困境，这犹如出版社通过新华书店卖书，动画制作企业以内容提供者的身份出现在社会分工中，委托合作伙伴播出所创作的内容获得收益，目前最重要的合作伙伴是电视台。一般说来，动画制作费用相当高，目前约为7千～1万元/分钟，而所获得的回报却不足三分之一。虽然，围绕动画片中卡通形象所建立的衍生产品如形象网站、音像制品、漫画书籍、玩具服饰、形象授权等也可获得收益，但这毕竟是在动画片被长期播出、深入人心后才有可能实现的盈利方式，所以把握好观众的心理，制作高质量的让观众真正喜欢的动画节目，形成良好的动画节目品牌，同时降低动画节目制作成本，是破解目前动画产业困境的最佳途径。
发明内容本发明的目的是鉴于上述目前动画产业举步维艰的现状，针对性地提出一种观众可干预故事情节的交互式动画节目的制作及播放方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种交互式动画节目的制作方法，是一种根据具有分支故事情节或具有多种可选择结局的剧本制作动画节目的方法，所述的交互式动画节目采用了基于素材重用的画面克隆技术制作动画画面，包括如下步骤形体分割，将原画面中的形体从其背景中分离出来，然后将该形体逐级分割成部件；组织属性，抽取各部件的属性，设计不同对象的模板，将不同对象的不同属性组织在模板中，并以数据库的方式予以保存；派生新类，修改属性从原对象派生新的对象或子对象；测量距离，用属性距离作为新老对象相容程度的度量标准，距离超过阀值时，系统给予警告，用户强制通过则将建立一新对象；
局部修改，对部件施加特定用于既保存原有风格又适合新画面需要的修改，使部件发生局部的变形或变性；合成画面，将部件组织成新画面时，用层次型视觉相关的聚类算法来调节对象的分布和数量，调整新画面，统一动画风格。
所述的形体分割包括边界点检测、边缘接续和部件分割三个步骤。
所述的边界点检测采用了基于能量函数的自适应多尺度检测法获取边界点。
所述的属性距离采用加权欧氏距离Di,j=[Σk=0k-1(WikCik-WjkCjk)2]1/2]]>其中Dij为原对象i与种子j之间的距离，Cik为对象I的第k项属性值，Cjk为种子j的第k项属性值，Wik为对象I的第k项属性的权重，Wjk为种子j的第k项属性的权重。
一种交互式动画节目的播放方法，是一种通过模拟、数字电视或Internet网络媒介播放动画节目的方法，其特征在于能通过观众的参与改变动画故事情节，包括如下步骤播放时在剧情选择交互点处，对观众给出提示，供观众选择，观众通过通信交互媒介，对所给出的提示作出响应，动画演播服务器在收集观众响应后，按照特定的取舍策略，切换动画故事情节，播放所选择的故事情节分支。
所述的通信交互媒介为电话、手机、机顶盒或Internet网络。
本发明产生的有益效果是本发明将创造一种观众(主要针对小朋友)得以互动参与动画播出的环境，从而使剧情的发展具有悬念，增加节目的知识性、趣味性，引导小朋友追求真善美、鞭挞假恶丑。这对于传播知识、丰富文化生活、提高审美情趣，陶冶青少年情操具有十分重要的意义。
图1为本发明交互式动画节目的播放流程图；图2为本发明交互式动画节目的制作流程图。
具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明所提出的动画播放方法改变了传统的动画节目所采用的“平铺直叙”式的单一播放方式，是一种通过模拟、数字电视或Internet网络媒介播放动画节目的方法，能通过观众的参与改变动画故事情节，播放时在剧情选择交互点处，对观众给出提示，供观众选择，观众通过通信交互媒介，对所给出的提示作出响应，动画演播服务器在收集观众响应后，按照特定的取舍策略，切换动画故事情节，播放所选择的故事情节分支。所述的通信交互媒介为电话、手机、机顶盒或Internet网络，该播放方法的流程图如图1所示。
应用场景之一(非实时应用)(1)动画播出到某一“交互点”，推出故事情节发展的多种可能性选择选择1、选择2、选择3、…；(2)请小朋友投票；(3)下一集中，动画情节按照投票结果发展。
应用场景之二(实时应用)(1)动画播出到某一“交互点”，推出情景发展的多种可能的选择选择1、选择2、选择3、…；(2)推出与选择相关的问题；(3)小朋友用电话抢答问题，抢答正确者(设为小明)获得选择权；(4)动画情节按照小明的选择发展。
这样，通过小朋友的参与将动画制作企业和电视台、电信局紧密捆绑在一起，创造一个多赢的模式。
在动画中加入观众的互动，固然使原来“平铺直叙”的动画变得充满悬念、“跌宕起伏”，但必然导致相同播放时间内所需要的画面数量剧增。虽然在某些剧情下可能采用“异途同归”的手法减少一些画面，但画面数量的成倍增加则仍是无可回避的“拦路虎”，所以本发明针对上述动画节目的播放方法，提出了一种基于素材重用的画面“克隆”技术制作动画画面的方法。
为了便于对实施例的描述，先定义下文中将要提到的几个名词素材已往的画面是本发明提出的用重用技术“克隆”形成新画面的“原料”。
拟人形体属于物理层面，本发明将“蓝猫”、“菲菲”等卡通形象统称为拟人形体。
部件属于物理层面，本发明中拟人形体由头、手、身体等部件组成；进而，头由眼、耳、鼻等部件组成。
对象
属于逻辑层面，本发明将拟人形体归类为一级对象；“蓝猫”、“菲菲”等属于一级对象；头、手、身等部件定为二级对象；眼、耳、鼻等部件定为三级对象；眉毛、鼻孔等部件定为四级对象；……。它们统称为对象，并由此形成层状式对象模型。例如对象“蓝猫·头·眼·眼珠”，阐明了该对象的层次隶属关系。
属性借以表述一个对象(并借此区分不同的对象)的若干定性或定量的项目(及其内涵)。这些定性或定量的项目合称为对象的属性。例如“颜色”就是“蓝猫·头·眼·眼珠”这一对象的一种属性。
方法基于某种算法，由事件触发施加于某一对象并引起其改变或完成某种特定功能的计算机程序。
外轮廓线某一物体正视面(front facing)和背视面(back facing)的共同边界。
内轮廓线某一物体某两个(夹角大于阈值的)正视面的共同边界。
动画画面有别于一般图象的特点一般的动画画面具有不同于一般(二次采样所形成的)图象的特点，并由此引起实施方案的差异。这些特点包括(1)形体各部分往往不遵循自然界中原有的比例；(2)神态、形态特别是面部表情极为夸张；(3)形体分割的难度较小(重要差别)，因为画面多半直接由人工或计算机绘制，一般存在清晰的由笔划勾画而成的边缘；而不是对自然界物体经过(摄像、照相等)二次/多次采样后形成。所以形体轮廓或边界较清晰，较少含有噪声，从而极大地减低了后续形体分割的难度。
常规动画制作一般需经历如下四个阶段(1)剧本设计动画制作者编剧、分镜头剧本；(2)表现设计形象设计、动画设计、背景设计；(3)画面制作原画绘制、动画绘制、背景绘制、颜色指定；(4)后期制作修改、整理，剪辑、配音、制胶片/磁带。基于本发明的动画制作，在(1)、(3)、(4)阶段均有所不同在剧本设计阶段，将添加交互点设计，以及在插入交互点后引起的分镜头剧本的改变；在画面制作阶段将包含更多的制作数量；在后期制作阶段的整理环节需要画面组织成树状目录结构。
结合图2，基于素材重用的画面“克隆”技术形成新画面的过程为形体分割，将原画面中的形体从其背景中分离出来，然后将该形体逐级分割成部件；组织属性，抽取各部件的属性，设计不同对象的模板，将不同对象的不同属性组织在模板中，并以数据库的方式予以保存；派生新类，修改属性从原对象派生新的对象或子对象；测量距离，用属性距离作为新老对象相容程度的度量标准，距离超过阀值时，系统给予警告，用户强制通过则将建立一新对象；局部修改，对部件施加特定用于既保存原有风格又适合新画面需要的修改，使部件发生局部的变形或变性；合成画面，将部件组织成新画面时，用层次型视觉相关的聚类算法来调节对象的分布和数量，调整新画面，统一动画风格。
下面对各个环节展开介绍一、形体分割，考虑到前述动画画面的特点，综合运用一系列国内外成熟的技术措施，将画面中的形体从其背景中分离出来，然后将该形体逐级“肢解”，分割成部件。
为将画面中的形体从其背景中分离出来，或将部件从形体中分离出来，所需采取步骤大体为(一)Step 1边界点检测根据Marr视觉理论，人眼辨识物体的基础在于将它的内外轮廓线与人类本身的记忆类比。与此相仿，计算机模拟人类识别过程也必须经历边缘检测以获取物体的内外轮廓。国内外各种成熟的边缘检测算法有梯度蜕化法和Sobel、Prewitt、Kirsch、Canny等算子算法等等。鉴于算子算法的能力较弱，本发明主要采用基于能量函数的自适应多尺度检测法获取边界点。
众所周知，如某一图像点位于物体轮廓线或图形边界，则其灰度梯度方向垂直于边界，其模则是各方向灰度变化率的最大值；反之，若图像点位于灰度均匀的区域，则其灰度梯度为零。
通常用于描述边界点的特性参数(即本发明用以表述边界点的参数)为①边界点灰度梯度的模，②梯度的方向，③边界点位置。当用Canny边缘检测算子检测边缘时，边界点参数可由下列公式计算(不失一般性)Wif(i,j)=∂(G*f)(i,j)∂i,]]>Wjf(i,j)=∂(G*f)(i,j)∂j]]>
(WiWj分别为窗口算子的权值)，方向＝arg(Wif(i，j)+Wjf(i，j))，位置＝j×M+i(图像尺寸为N×M)，(1)边界点检测器。本阶段所采用的边界点检测器以高斯函数为基础。二维高斯函数如下式所表述G(x,y,σ)=12πσ2exp(-x2+y22σ2)]]>滤波器的尺度是指滤波算子的空间作用范围，对高斯算子而言即其均方差σ。当σ与边界点的尺度空间匹配时才能有效地检测出边界点。由此，可以用σ描述边界点的尺度。
(2)能量函数。定义一个能量函数E(σ)以定量地判断所用的滤波尺度对边界点检测的有效性。
E(σ(x,y))=∫∫(f-G*f)2+λ|▿1σ(x,y)|2dxdy]]>其中f(x，y)为待处理图像，G(σ，x，y)为高斯滤波器，λ为常数。表示成离散形式有E=ΣiΣj{[fij-[ΣαΣβ12πσij2exp-(α2+β22σij2)fi-α,j-β]]2+λσij4[(σi+1,j-σij)2+(σi,j+1-σij)2]}]]>其中(i，j)和(α，β)的范围均为N×M。
称σ0为点(x，y)上使能量函数E(σ(x，y)取极小值的理想尺度，即它是有效地检测出边界点的理想尺度。工程上用多尺度法渐进地获得σ0的近似值α0’。
(3)多尺度。工程上，先定义一个有K个元素的尺度集合{σk}k＝0，1，...，K-1，再计算待检测像素点(i，j)在尺度集合中每个尺度σk上的能量E(σk)，并由此获得能量集合{E(σk)}k＝0，1，...，K-1，最后，选取集合{E(σk)}中最小的σ0’为像元(i，j)的最佳滤波尺度。即工程上是以尺度集合中的σk遍历地逼近σ0以获得其近似值α0’。
(二)Step 2边缘接续在获得一系列以属性标记的边界点后，根据常规的互通性算法，结合梯度方向的渐变性和曲线的圆滑度，由计算机自动勾画一条连续的边界。
(三)Step 3部件分割获得一条连续笔划的边界后，将形体从其背景中(或将部件从形体中)分离出来，属于常规Cut算法的范畴，本申请书不作展开。
二、组织属性，抽取各部件的属性，设计不同对象的模板、将不同对象的不同属性组织在模板中，并以数据库的方式予以保存。
其中属性包括①(层次描述的)对象名称、ID号、父对象名；②色调、材质、纹理；③刚性移动平移、旋转；④多边形畸变包括顶角同比缩放/顶角差比缩放/边同比缩放/边差比缩放等；⑤参数曲面畸变包括曲率中心及曲率半径等；⑥关节自由度关节名称及当前角度；⑦面部表情不同层次的喜(狂喜、大笑、微笑、喜悦等)、怒、哀、乐等；⑧欧氏距离权重各属性在作欧氏距离度量时的权重。
⑨组合距离容限(同一父对象的)兄弟对象间的最小距离、不同级对象间的最小距离。
其中，前2类属性是以字符串表示的定性属性，其他属性是经过量化后以数值表示的定量属性并具有相应容限(值)。在将它们组织在模板中后运用常规计算机技术将它们保存在数据库中，并实现查询、修改等操作。
三、派生新类，修改属性以从原对象派生新对象或新的子对象，有目的地修改对象的部分属性以“克隆”一个“种子”。
四、测量距离，以属性距离作为原对象与种子相容程度的度量标准。当距离未超过阀值时，“种子”升格为原对象的实例；当距离超过阀值时，系统将给予警告，如用户强制通过则将“种子”升格为新对象。
本发明采用加权欧氏距离，一般地Di,j=[Σk=0k-1(WikCik-WjkCjk)2]1/2]]>其中Dij为原对象i与种子j之间的距离，Cik为对象i的第k项属性值，Wik为对象i的第k项属性的权重，Cjk为种子j的第k项属性值，Wjk为种子j的第k项属性的权重。
五、局部修改，对部件施加某些用于既保存原有风格又适合新画面需要的方法。例如拉伸、压扁、扭曲、旋转、淡化、浓化、透明化等等使部件发生局部的变形或变性。
本发明以扭曲为例予以介绍，例图形的扭曲方法(例如使嘴从大笑变为大悲)。
算法基础众所周知①多边形可表示为有限个三角形的组合；②任何曲线可由折线逼近；因此，③任何图形均可由以上述折线为边的为有限个三角形组成，而④当改变三角形任一边长或顶角角度时原图形将发生畸变。
算法步骤Step 1将多边形划分为若干三角形；Step 2界面上显示所划分的三角形；Step 3拖动某些三角形的顶点，即修改一个或多个三角形的边长或夹角使它们发生畸变；Step 4以原三角形的内容自动充填畸变后的三角形；Step 5重新组合成多边形。
六、合成画面，将部件组织成新画面时，用层次型视觉相关的聚类算法来调节对象的分布和数量，调整新画面。
本聚类算法的基础也是基于上述对象的属性。当添加/移动对象时，仅当两个对象在欧氏距离意义下(小于阈值)的相似，且小于组合距离容限则认为它们可以在该距离内相容(或相融合)；否则将给出警告。
权利要求
1.一种交互式动画节目的制作方法，是一种根据具有分支故事情节或具有多种可选择结局的剧本制作动画节目的方法，其特征在于所述的交互式动画节目采用了基于素材重用的画面克隆技术制作动画画面，包括如下步骤形体分割，将原画面中的形体从其背景中分离出来，然后将该形体逐级分割成部件；组织属性，抽取各部件的属性，设计不同对象的模板，将不同对象的不同属性组织在模板中，并以数据库的方式予以保存；派生新类，修改属性从原对象派生新的对象或子对象；测量距离，用属性距离作为新老对象相容程度的度量标准，距离超过阀值时，系统给予警告，用户强制通过则将建立一新对象；局部修改，对部件施加特定用于既保存原有风格又适合新画面需要的修改，使部件发生局部的变形或变性；合成画面，将部件组织成新画面时，用层次型视觉相关的聚类算法来调节对象的分布和数量，调整新画面，统一动画风格。
2.根据权利要求1所述的交互式动画节目的制作方法，其特征在于所述的形体分割包括边界点检测、边缘接续和部件分割三个步骤。
3.根据权利要求2所述的交互式动画节目的制作方法，其特征在于所述的边界点检测采用了基于能量函数的自适应多尺度检测法获取边界点。
4.根据权利要求1或3所述的交互式动画节目的制作方法，其特征在于所述的属性距离采用加权欧氏距离Di,j=[Σk=0k-1(WikCik-WjkCjk)2]1/2]]>其中Dij为原对象i与种子j之间的距离，Cik为对象I的第k项属性值，Cjk为种子j的第k项属性值，Wik为对象I的第k项属性的权重，Wjk为种子j的第k项属性的权重。
5.一种如权利要求1所述的交互式动画节目的播放方法，是一种通过模拟、数字电视或Internet网络媒介播放动画节目的方法，其特征在于能通过观众的参与改变动画故事情节，包括如下步骤播放时在剧情选择交互点处，对观众给出提示，供观众选择，观众通过通信交互媒介，对所给出的提示作出响应，动画演播服务器在收集观众响应后，按照特定的取舍策略，切换动画故事情节，播放所选择的故事情节分支。
6.根据权利要求5所述的交互式动画节目的播放方法，其特征在于所述的通信交互媒介为电话、手机、机顶盒或Internet网络。
全文摘要
本发明公开了一种交互式动画节目的制作及播放方法，特别是在模拟、数字电视或Internet网络环境下，观众通过电话、手机、机顶盒等通信交互设备，按照动画播出过程中的提示做出响应，动画演播服务器在收集用户响应后，按照某种取舍策略改变动画的故事情节，从而提高节目的趣味性和收视率；交互式动画节目的制作采取一系列技术措施后将原有动画素材划分成为可重用的“部件”，用含参数的模板技术对“部件”展开描述，用属性距离度量“部件”的差异，通过修改“部件”的某些属性值，克隆出原有素材的“下一代”，从而既保持了原素材的风格又提高了画面制作效率。
文档编号H04N7/173GK1737853SQ20051003214
公开日2006年2月22日 申请日期2005年9月9日 优先权日2005年9月9日
发明者向黎生, 宋之星, 沈清, 权明富, 刘必争, 王洪涛 申请人:湖南互动传媒有限公司