综合技术及应用现象总结

文化的表现形式多种多样，通常数字文化的再现通过一些综合技术和应用实现，这样的再现技术有多种，包括视频技术、多媒体技术、计算机动画技术、高清数字电视技术、3D电影技术、全息投影技术、4D电影技术等技术或综合应用等。

视频技术中的图像格式经常分为影像格式和流媒体格式两大类。影像格式中一般有AVI格式、MOV格式、MPEG/MPG/DAT格式等。其中MPEG/MPG/DAT格式由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IECE）联合开发，采用有损压缩方式减少运动图像冗余信息，压缩比高；AVI格式是由微软开发的，具有兼容性好、调用方便、图像质量好、分辨率可调的特点；MOV格式支持跨平台，存储空间要求小，被业界广泛认可。这些格式可以较好地支持数字文化的视觉再现。

流媒体方式是未来数字文化再现的主流方式。流媒体指边下载边播放的方式，即先从服务器上下载一部分视频，形成视频缓冲区后播放，在播放的过程中继续下载。常见的流媒体格式主要有RM、MOV、ASF、WMV等。其中RM格式由Real Networks开发，能根据网速不同动态调整压缩比例，在低速的网络上也能够进行实时传送和播放。MOV格式也可以作为流媒体的一种技术，具有较高的压缩比和较好的清晰度。ASF格式包含音频、视频、图像和控制命令脚本，最大的优点是体积小以及适合网络传输。WMV格式也是一种常见的流媒体技术，采用独立编码且可以实时地观看节目的文件压缩格式。

多媒体技术以数字化为基础，把两种或两种以上的媒体有机地结合在一起，是影像技术、计算机技术和通信技术结合的产物。多媒体就是多重媒体的意思，但却不是多种媒体的简单组合，而是通过统一合理的搭配与协调，集成为一个具有良好交互的系统技术。多媒体技术涉及数据压缩；多媒体处理（视频信息处理，音频信息处理，图像处理，虚拟现实等）；多媒体数据库存储；多媒体数据检索；多媒体通信（会议系统，VOD系统，CSCW等）；多媒体专用设备技术；多媒体应用技术（GIS与数字地球，多媒体远程监控，CAI与远程教学等）。多媒体技术把文字、图像、音频和视频等形式的信息结合在一起，并通过电脑进行综合处理和控制，能支持完成一系列交互式操作的信息技术，极大地改变了计算机的使用领域，使计算机由办公室、实验室中的专用品变成了信息社会的普通工具，多媒体技术可以促使文化产业极大发展。

动画是指利用人眼的视觉暂留，把许多静止的画面以一定的速度播放（电影通常是24帧/s，电视剧通常是30帧/s），从而使观众感觉到画面是连续的。在早期，动画的制作是一项繁琐并且浩大的工程，包括策划、设定、分镜、原画、中间画、动画、上色、背景、摄影、配音、剪切、特效、字幕、合成等步骤，费时费力。由于电脑科技的进步，许多动画的制作和加工也可以在电脑上完成，产生了计算机动画。

计算机动画（Computer Animation）也被称为计算机绘图，是借助计算机来制作动画的技术。通过采用图形图像的处理技术，借助于编程和动画制作软件来生成一系列的画面。由于计算机动画可以完成一些简单的中间帧，使得动画的制作得到了很大的简化。计算机动画也有非常多的形式，但大致可以分为二维动画和三维动画两种。

二维动画是借助计算机2D位图或者是矢量图形来创建修改或者编辑动画，制作上和传统动画比较类似。现在的计算机2D动画在前期上通常采用手绘然后扫描到计算机或者使用数写板直接绘制在计算机上。然后运用动画制作软件，通过计算生成一些中间帧，并且能够运用路径，对画面进行交互式的上色。而特效、音响音乐效果、渲染等后期制作则几乎完全使用计算机来完成。常见的2D动画制作软件主要有GIF Animator、Adobe Photoshop和Adobe Flash等。

三维动画也称为3D动画，基于3D计算机图形来表现。相对于二维动画，三维动画中模型的精度更精确，立体效果更强烈，真实感更逼真，广泛用于建筑动画、影视动画和游戏动画中。在制作时，由于存在着大量的图形计算工作，计算机的性能往往决定着3D动画的质量。通过计算机渲染可以实现各种不同的最终影像效果，包括逼真的图片效果，以及2D动画的手绘效果。常用的3D动画制作软件主要有AutoCAD、Maya、3DSMAX等。

数字电视（Digital TV）又称为数位电视或数码电视，指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。传统的电视都是采用模拟信号的电视，模拟信号容易受到干扰，图像不清晰。目前在我国大部分地区使用的有线数字电视机顶盒也是模拟电视，只不过信号在传输的过程中采用数字信号编码，在用户家庭中通过机顶盒将数字信号转换为模拟信号，所以信号在传输过程中受到的干扰比较少，图像质量有很大的改观。而数字电视是一个从节目采集、节目制作、节目传输直到用户端都以数字方式处理信号的端到端的系统。数字电视根据图像质量和信道传输带宽可以分为HDTV（高清数字电视），SDTV（标清数字电视）和LDTV（普清数字电视）。其中HDTV的分辨率达到1 920×1 080，采用16∶9的宽屏模式，采用多通道传输，支持杜比5.1声道传送，采用MPEG2－TS，WMV－HD和H.264三种编码技术。SDTV的分辨率达到720×576，LDTV的分辨率达到340×255。

数字电视信号的传播速率是19.39MB/s，保证了数字电视的清晰度。同时数字电视还允许几种制式信号同时存在，每个数字频道下又可分为几个子频道，增加信息种类，满足各种要求。例如在转播一场体育比赛时，观众需要高清晰度的图像，需要较大的速率传输图像信号，较小的速率传播声音信号。而且通过有线数字电视双向网络，高清互动机顶盒能够为用户提供高清互动电视业务。

通常人两眼看到的影像的角度是不同的，视网膜的成像经过大脑的处理，就会产生远近纵深的立体感（就形如睁一只眼来穿针很难，如果睁开双眼，就可以看清纵深一样），3D电影就是根据这个原理制作的。制作3D电影首先要经过3D摄像过程。3D摄像机有两个并排镜头，分别模拟人的左眼和右眼。同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面。经过融合产生3D片源。放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，通过镜头前互相垂直的偏振镜，将画面投放在银幕上，形成两个影像。当观众戴上特制的偏光眼镜后，左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将两个像叠加到视网膜上，由大脑产生三维立体的视觉效果，让观众觉得“身临其境”。目前的3D电影按照技术可以分为色分法、光分法和时分法等。色分法是将两个影像通过放映机前的滤光片将投影机射出的光线分成红、绿、蓝三色光，然后分别投影到屏幕上。如果仅用肉眼观看，叠加的视频是模糊不清的，而通过相应的立体眼镜就可以看到立体效果，红蓝眼镜就是利用此原理。色分法原理简单，设备低廉。但也有许多不足的地方，比如画面不清晰、立体效果不足、长时间观看容易疲劳等。

光分法指在两个放映机前分别放置两个垂直的偏振片，投影到屏幕上的是模糊不清的画面，观众通过特制的偏振眼镜来观看影片的技术。偏振眼镜也是互相垂直的，这样观众只能够看到对应画面上的影片，来实现立体效果。光分法的立体效果明显，适合于大面积放映，也有许多技术上不足的地方。例如：画面有重影、观看角度有限制、长时间观看会有视觉疲劳等。

时分法是根据人眼的视觉暂留原理来研制的。时分法中两个镜片都采用电子控制，可以根据显示器的输出情况进行状态的切换，镜片的透光、不透光切换使得人眼只能看到对应的画面，将双眼看到不同的画面在大脑融合，就能够达到立体效果。在时分法中，立体效果明显，画面闪烁不明显。色彩和亮度也相对比较好，但是要求显示器有足够的刷新频率，成本也不低。

3D电影从20世纪20年代开始产生，一直没有太大发展，直到近几年由于好莱坞电影才使人们真正地关注3D电影，将3D技术运用到文化产业，也是近几年的新的尝试。2013年3月9日，全国首创的3D全息黄梅戏舞台剧《牛郎织女》在国家大剧院戏剧场上演^[5]。观众们戴着特制的3D眼镜，“亲临”天府仙境——巍巍天庭云雾缭绕，婉妙织女游弋天宇，神仙美眷互诉衷肠……传统融于时尚，古典艺术与科技元素嫁接，新版《牛郎织女》以清新绚丽的形象走近了当代观众。将传统艺术与现代的3D技术相结合，使传统艺术焕发出新的生机与活力。

全息投影技术是利用光的干涉和衍射的原理，再现物体的光强和真实三维图像。全息投影的制作包括拍摄和成像两个过程。拍摄过程利用光的干涉原理，一部分光照在物体上形成漫反射的物光束；另外一部分光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加在一起产生干涉，然后把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的波形图，利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的信息记录下来。还可以通过多次曝光在同一张底片上记录多个不同的图像。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息图。图12.1为全息投影的原理^[6]。

图12.1　全息投影原理

成像过程利用光的衍射原理。全息图在相干光照射下产生的衍射光波能够再现原始像和共轭像。由于全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，因而原则上每一部分都能再现原物的整个图像，而且多次曝光的全息图也能互不干扰地分别显示出来。

全息图在拍摄的过程中对光源可以采用单色光和复色光，单色光拍摄的全息图在再现的过程中需要特殊的照明光源，复色光再现全息图只需要普通的白光光源，也就是所说的白光再现全息图。包括反射全息、像面全息、彩虹全息、合成全息以及模压全息。

目前一种伪全息投影应用在现在的商业用途上。大体分为两类：投影机直接背投在全息投影膜上，形成图像，不过立体效果差一些。另一种是采用投影机或其他显示方法使光源折射45°成像在幻影成像膜的全息投影，成像原理比较简单，立体效果比较明显。(www.chuimin.cn)

全息投影技术目前还处于研发阶段，各个方面的技术还不成熟，应用成本也很高，主要应用在舞台表演和博物馆展览方面。它不仅可以产生空中幻象，还能够使幻象与表演者产生互动。2011年12月31日，江苏卫视跨年晚会运用全息投影技术使梅艳芳、邓丽君、张国荣等已故明星完成了一次“跨时光的演唱”。另外，在2013年举办的巴黎美爵六百年艺术典藏展中，展会采用全息投影技术打造了一个虚拟成像系统，部分珍贵藏品的三维画面悬浮在实景的半空中立体成像，营造出一种亦幻亦真的氛围。

所谓4D电影也是在3D立体电影的基础上加环境特效和模拟仿真而组成的新型影视产品。通过将震动、吹风、喷水、烟雾、气泡、气味、布景、人物表演等特技效果引入3D影片中，从而调动了人的整个感知系统。4D电影综合运用了控制技术、传感技术、仿真技术、气动装置技术、偏振立体显示技术、多计算机通讯技术、数码影视技术和图像拼接技术等技术。将相应的控制指令输入计算机，然后根据相应的电影场景由控制系统控制特技坐椅产生坠落、震动、喷风、喷水等各种效果，还可以在影院内安装下雪、下雨、闪电、烟雾等特效设备，营造一种与影片内容相一致的环境。使观众犹如电影中的主人公那样能感受到环境的变化，全身体验电影场景，产生了别样的乐趣。

美国斯坦福大学开发的一种人造“超级皮肤”传感器，能精确测量加载的压力。其关键成分是一种透明的单壁碳薄膜，就像微型弹簧，让传感器能精确测量加在其上面的压力。

机器人在数字文化再现中的作用将越来越大，尤其是对于某些文化，如舞蹈、手工艺等文化的传承比视频更为逼真。于2013年8月举办的第四届国际仿人机器人奥林匹克大赛中，小型智能机器人组成了架子鼓队和舞蹈队，鼓队的4个小机器人“坐”在特制的鼓架旁，手持由乒乓球做成的鼓槌随着节奏敲鼓，6个机器人骑马舞的舞步模仿得惟妙惟肖，展示了优美的舞姿。2009年3月23日，日本产业技术综合研究所开发的拥有年轻女性的脸庞和苗条身材，能表现喜、怒、哀、乐等表情的机器人在东京时装周的一场时装表演中亮相^[7]，如图12.2所示。

图12.2　时装表演机器人

能够用于数字文化再现的机器人是智能机器人，早期阶段的机器人如第一代的简单个体机器人，第二代的群体劳动机器人在表现力方面不足以进行文化再现。智能机器人的未来发展方向是有知觉、有思维、能与人对话。

智能机器人需要将机械技术、电子技术、信息技术结合起来，涉及多学科领域知识的交叉和融合，包括力学、机器人拓扑学、机械学、电子学与微电子学、控制论、计算机、生物学、人工智能、系统工程等。文化再现时主要应用仿人智能机器人，即模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，一般分别或同时模仿人的四肢和头部。

智能机器人包括了很多技术和研究方向，如智能信息获取技术，海量信息处理技术与方法，智能检索，机器学习，专家系统技术，人工神经网络，声音、图像、图形、文字及语言处理、虚拟现实技术，系统、多媒体技术，机器翻译，情感计算，语言识别与合成技术，手写体、印刷体汉字识别技术，传感信息处理与可视化，智能控制理论与技术，智能机器人技术，生物特征识别技术（人脸识别、虹膜识别、指纹识别、步态识别）等^[8]。

【注释】

[1]［日］山本武夫.扬声器系统［M］.王以真，吴光威，张绍高，译校.北京：国防工业出版社，2010.

[2]吴硕贤.建筑声学设计原理［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3]百度百科［EB/OL］.http：//baike.baidu.com.

[4]王葵，谭威.快速原型技术的研究现状及存在的问题［J］.科技创新导报，2008（9）.

[5]刘淼.大型3D全息黄梅戏舞台剧《牛郎织女》插上科技翅膀［N］.中国文化报，2013－4－2.

[6]不戴眼镜也能看3D全息影像技术全面解密［EB/OL］.中关村在线，http：//www.zol.com.cn.

[7]美女机器人亮相东京时装秀［N］.新快报，2009－3－25.

[8]智能机器人知识大全［EB/OL］.工控网，http：//www.gk－z.com/words/d558492.html.