基于几何特征的动画建筑场景无损复原系统设计

王 庄

（吉林师范大学，吉林长春 130000）

0 引 言

步入21 世纪以后，信息和知识飞速发展，影视文化成为人们现在生活不可缺少的一部分，其中具有非常大潜力的动漫产业也随之兴起。我国的动漫专业教育在不断提高，培养出了大量出类拔萃的人才，人们对于动漫的技术要求也在逐步提高，动画建筑场景对于动漫产业是极为重要的。在一部动漫当中角色要有自己的活动空间，所以无论何时都能看到场景的出现和切换，如果没有了场景，一个角色会显得死气突兀，难以得到人们的认可。动漫演绎的内容十分丰富，而场景则烘托了角色的演绎地点和气氛[1]。

动漫建筑场景复原过程抽象性很强，很容易被外界因素破坏，必须要采取有效手段对动漫场景进行复原。传统的动漫建筑场景复原系统虽然能够复原绝大部分场景，但是不能达到无损复原，技术相对落后，而几何特征方法恰恰能弥补这一缺陷，达到无损复原，满足动漫的技术要求[2]。综上所述，本文基于几何特征设计了一种新的动漫场景复原系统。动漫建筑的复原系统由硬件和软件两部分组成，本文只针对硬件进行设计，软件部分不予研究，通过本文设定的系统硬件能够达到无损复原。本研究对于动漫产业的发展具有很大的推动作用。

1 动画建筑场景无损复原系统硬件设计

为了提高复原系统的性能，对系统硬件进行重点设计，硬件部分主要由显示器、存储器、处理器和传输器四部分组成。显示器主要负责将场景复原系统的结果显示在LED 屏幕上；存储器负责把场景复原系统的所有数据存储在中心计算器中；处理器负责处理动画建筑场景无损复原的所有数据；复原器主要负责将丢失的数据图像全方位复原[3]。几何特征的动画建筑场景无损复原系统硬件结构如图1 所示。

图1 动画建筑场景无损复原系统硬件结构Fig.1 Hardware structure of animated architectural scene lossless restoration system

1.1 处理器设计

处理器分为HKG 和CYN 两种状态，主要应用URN技术和分流技术，处理器内部拥有48 位HKG 指令集，24 位CYN 指令集。处理器工作时的两种状态分别为HKG 状态、CYN 状态，当处理器处理48 位HKG 指令集时是HKG 状态，当处理器处理24 位CYN 指令集时是CYN 状态。本文选用的处理器为48 位处理器，该处理器性能优于16 位和24 位ONRE 处理器，代码密度更强，同时，在HKG 模块中增加了CYN 模式。CYN 在48 位的HKG 指令集中抽出32 条指令集，编成24 位新的代码[4]。相对于HKG 指令集，CYN 指令集有局限性，更多的指令加大了系统的运行时间，因此要完成相同的指令，必须要同时切换HKG 指令集和CYN 指令集。本文设定的处理器在执行任何一个程序时都可以随时转换，且不影响程序的执行和处理器的工作模式。

处理器结构如图2 所示。

观察图2可知，本文研究的处理器包含UD和HE两种模式，UD 处理模式主要负责处理复杂的指令集，HE 处理模式主要负责处理简单的指令集。由于技术不断发展，中心客户端会繁衍各种复杂的指令集，整体的体系结构也会越来越复杂，有1/4 的指令集是比较常用的指令集，使用率占3/4，由UD 处理模式处理；不常用的指令集占3/4，使用率是1/4，由HE 处理模式处理[5]。

图2 处理器结构Fig.2 Structure diagram of processor

UD 和HE 两种模式拥有各自的优点，HE 处理模式负责简单的精简计算处理固定的指令，在使用中可以自动缩减指令，完成程序处理；UD 处理模式保留了储存指令，由寄存器在储存器内部操作，只需要最简单的基本指令[6]。处理器内部芯片采用高端硬布线逻辑，打破了以往采用微码的技术芯片，大大减少了指令，达到了指令简化，优化编译。UD 和HE 两种模式的共同使用使处理器的处理效果得到有效提升，工作成本得到很大程度的降低[7]。

处理器电路图如图3 所示。

图3 处理器电路图Fig.3 Circuit diagram of processor

观察图3 可知，处理器整体电路采用串联的方式连接，以VCC 和GND 接地，K2与并联电阻R4，R5连接，同时工作。

1.2 存储器设计

本文采用OYR 存储器，可同时存储文字数据、音频数据、视频数据，该存储器内部有34 个数据通道，23 个GJK 出口，28 个QCB 出口，运转为960 MHz。存储器内部结构可以分成基本存储系统存储和工作存储。基本存储又分为三个区域，分别负责HBV 数据块、程序块和用户端[8]。系统存储负责HBV 的处理运算结果；工作存储负责已经处理完可执行的程序块，调节相互的作用及关系。存储器能够同步完成读取资料、运算结果等操作。内部加入地址寄存器，能够存储寻找地址时的方向指针。数据地址累加器可以同时打开两个指定地址，使存储器内部所有程序都可以配套使用，数据块包括共享数据块和瞬时数据块[9]。存储器结构如图4 所示。

图4 存储器结构Fig.4 Structure diagram of memory

观察图4 可知，存储器最大功率不能超过15 mW，存储数据和内部通道控制器要同时运转，确保各个数据被精准储存。内部通道控制器一定要是存储数据的4 倍，提高存储器的精准度。存储器有着较好的供电系统，支持多种电压类型的输入，可以检测内部故障，降低故障率。OYR 储存器有优越的环境适应系统，不需要配置额外的温度适配器，并且安装了保护装置。存储器的辨识度极高，能准确辨识多种数据，提高存储效率[10]。

存储器电路如图5 所示。

图5 存储器电路图Fig.5 Circuit diagram of memory

观察图5 可知，RS与RG采用串联方式连接，RS与RV采用并联方式连接，电路图内部拥有4 个接地端，3 个指示灯。

1.3 传输器设计

本文选用的传输器在工作过程中，各零件紧密配合，能够完成数据的共享，如果一个部件出现异常，传输器能够自动处理问题[11]。传统传输器结构复杂，缺少多样化，做工质量差，很难满足市场的需求，需要精密的调校，本文引用人工智能技术，简化了传输器内部结构，提高了做工质量。传输器有多种接口，主要接口为三星生产的JKC27-20i，它具有高速运转、兼容能力强、外围扩展等优点。传输器结构如图6 所示。

观察图6 可知，传输器采用了三种结构：隔层结构负责将仪表盘、电机保护装置等对应安装，完成多种数据采集；网络结构负责将分散的数据集中起来与上层数据进行完整对接，实现交互数据；上层结构负责将硬件设备的数据情况安装在监控系统，实现人机交互，将数据显示给客户端。传递音频数据时采用多种RHG 语音传递技术，较传统音频优化了噪音、通话等，该技术效果显著，优于其他的音频设备，有很强的网络适应能力，尤其在传输率特别低的情况下仍然能正常工作。通过对TNLC 的调校保证传输的稳定性。

图6 传输器结构Fig.6 Structure diagram of transmitter

传输器整体通过分层结构设计，最底层是各种类型的驱动，通过设备驱动管理实现系统操作，为了达成通信协议，需要移植TFV 协议，传输器内部包括了其他的应用程序与服务器，提供多样化中文界面，适用管理与访问的远程家庭网，实现内部终端的控制。同时采用多功能ZY 仪表盘，配合采集功能的器械达到多线路连接，最多可达500 余条，实现了将光纤数据高速传输。

传输器电路图如图7 所示。

图7 传输器电路图Fig.7 Circuit diagram of transmitter

观察图7 可知，传输器能够与控制器结合，实现双工传输，使传输能力更强，安装过程更简单。同时能传输多个版本的PTCN，支持传输彩色格式视频36 位，能够最大传输40 位视频数据。光纤接口一般为CI 或YG接口，工作时能承受的温度为-30～50 ℃，用料为硬化滤纸，传输器采用4 根HFTI 线，光缆的使用寿命更长[12]。

1.4 显示器设计

本文选用的显示器为二极管显示器，市场上二极管显示器使用量在逐步提高，其中原因有两种，提高成品率与降低成本。二极管显示器可以提高系统的灵活性，制造商不需要去把控控制器就能提升效率，并把显示器市场经济最大化。首次出现商业应用的是小型且低分辨率黑白显示器，因技术已经非常成熟，在第二次制造的翻盖手机显示器中取得了很大的成就。第一批的摄录机与数码相机都是采用彩色的二极管取景器，更是奠定了其发展方向，自彩色二极管被制造出来，就一直被厂家利用优化工艺来改进显示器[13]。因为二极管的图像质量、电能效率及低温性能突出得到了广泛认可。缺点是彩色二极管暂时还比较昂贵，目前各种厂家在不断努力缩小价格上的差距。本文设定的显示器结构如图8 所示。

图8 显示器结构Fig.8 Display structure

并不是所有制造出来的彩色二极管都是一样的，观察图8 可知，本文设计的彩色二极管采用更大的电流驱动无缘矩阵，得到有效降压，驱动电压为20 V。里面包含了可四位二进的两个锁存器，由四组数据码轮流输入，被译码器译码后分别进入到集成电路的各个阳极上，由MTS 组成的电路被数字驱动所控制，频率电压显示较高。显示器分别由四组不同的数码管显示，有效解决了闪烁问题。显示器大部分结构原理相同，不同的只有四段译码器与被译码的电路过程。本文与传统显示器相比具有很大优势，无论是外观、焊接、线路等都有很大提升。

2 验证实验

2.1 实验目的

为了检测本文研究的基于几何特征的动画场景复原系统的实际效果，与传统系统进行对比，分析系统复原效果。

2.2 实验参数设置

设置实验参数如表1 所示。

2.3 实验结果与分析

根据上述参数进行实验，选用本文研究的复原系统和传统复原系统同时对同一个建筑物场景进行动画复原，观察复原结果，并分析复原后的损坏程度，根据结果对两种系统的性能进行具体的分析。得到的实验结果如图9 所示。

复原后的建筑场景损坏程度：

选取8 个时间点，分别记录成S1，S2，…，S8，其中，S1为初始点，S8为结束点。在这8 个时间点内记录建筑场景复原后的结果。观察图9 可知，随着复原时间的增加，动画场景损坏程度在逐渐减小，但是使用传统系统复原的动画场景，在结束点S8时，仍然存在12%的场景损坏，而使用本文系统复原的动画场景，在结束点S8时已经没有场景损坏，达到无损复原的效果。

表1 优化控制方法实验参数Table 1 Experimental parameters of optimization control method

图9 复原后的建筑场景损坏程度Fig.9 Damaged degree of architecture scene after restoration

2.4 实验结论

根据上述实验结果与分析，可得到如下实验结论：对于动漫场景进行无损复原是一项十分复杂的工作，传统系统虽然能够尽量将场景还原，但是也难以达到无损复原。本文引用了细节放大技术，硬件结构中的处理器、存储器和传输器同时受中心模块管理，能够在短时间内多次复原，并对每个细节进行针对性训练，从而达到整个场景的无损复原。该技术具有很强的复原能力，在动画产业中有着很大的发展空间。

3 结 语

动画产业已经成为全球主要产业之一，并且为人们的生活带来更多视觉享受，动画产业的相关技术也在逐步完善，建筑场景复原是动画场景复原的重要手段之一。对于动漫来说，建筑场景复原能够起到贯穿和升华的作用，提高艺术感染力。现在的技术发展给了动画场景复原更多的呈现手段，本文在前人研究的基础上，引用几何特征技术设计了一种新的动画场景复原系统，在硬件上进行了强化设置，通过全方位分析建筑物的几何特征，达到无损复原的效果，给观赏者更加直观、真实的观赏感受。