基于剧本描述的动画素材语义标注方法＊

栾悉道，谢毓湘，陈丹雯，邓莉琼

(1.长沙大学信息与计算科学系，湖南长沙 410003;2.国防科学技术大学信息系统与管理学院，湖南长沙 410073)

基于剧本描述的动画素材语义标注方法＊

栾悉道1，谢毓湘2，陈丹雯2，邓莉琼2

(1.长沙大学信息与计算科学系，湖南长沙 410003;2.国防科学技术大学信息系统与管理学院，湖南长沙 410073)

提出了一种基于剧本描述的动画素材语义标注方法.首先在对动画剧本进行分析的基础上，设计了动画剧本的规范化描述语言;并在此基础上，提出了基于Schema引导的动画素材语义标注方法;最后设计并实现了动画素材标注与检索系统的框架.

剧本;动画素材;语义标注;Schema结构

近几年，动画产业得到迅猛发展，人们对动画的生产、制作需求与日俱增，动画素材的数量呈几何级数增长.大量素材的不断涌现及其低劣的素材重用率，使得动画素材的管理与重用问题日渐突出.对动画素材进行语义标注，以便后期检索与重用是计算机辅助动画制作的解决途径之一.完全依靠人力进行动画素材的标注，工作量巨大，且标注的信息也未必准确.因此，有必要开展动画素材语义标注技术的研究.动画剧本作为动画的灵魂，蕴含丰富的语义信息.通过对剧本进行规范化描述，并对其进行语义分析，可以有效地从中提取出对素材有用的标注信息.

在动画剧本的规范化描述方面，研究较早的工作包括北京邮电大学开发的动画剧本描述语言SDL/A［1］，该语言是在XYZ系统的CASE环境系统基础上建立起来的，其核心是时序逻辑语言XYZ/E.该语言由一组用于描述动画角色、摄像机、背景、光源、摄像机行为等对象的单元所组成.随后，中科院软件所在此基础上扩充了SDL/A，设计并实现了XYZ/ADL语言［2］.该语言可以方便地刻画动画过程中复杂、多层次的角色运动特征以及各角色的同步协调关系，并在一个统一的逻辑框架下对动画中的运动动象进行行为和运动的抽象描述.此外，中科院数学所在导演规划部分采用CAF故事剧本和ADL分镜头剧本［3，4］技术实现全过程计算机辅助动画自动生成.

在素材标注方面，目前大多是给定一套具体的框架，结合特定应用进行手工或半自动化标注，目前这方面的系统有:IBM公司的MPEG－7描述注解工具［5］.当开发人员建立视频序列时，开发人员可以为视频序列中的镜头添加带有静态景物描述和事件描述的脚注，然后将这些描述存储在一个输出的XML文件中.香港中文大学开发的XVIP系统［6］，能够从视频中抽取信息，并且把信息存储为一个XML文档.

本研究重点考虑如何在对动画剧本进行规范化描述的基础上，进一步对动画素材进行半自动的标注，从而奠定检索与重用动画素材的基础.

1 动画剧本分析与描述

动画剧本主要用于描述场景、角色以及事件的发生过程，在动画的制作过程中起着十分重要的作用.当编剧和导演将剧本创作出来之后，各种动画制作人员，如台本师、原画师、动画师们便开始围绕剧本创作相关素材，所有的素材可以说都是剧本意图的可视化再现.因此，有必要开展对动画剧本的分析与描述工作.

1.1 动画剧本分析

不同的编剧在根据其艺术构思创作动画剧本时，其剧本往往具有不同的风格.这种风格不仅仅体现在故事内容的描述中，在剧本的格式上也有所体现.但是，不管风格多么与众不同，都必须把剧本的基本特性交待清楚.例如:故事剧本名称、场景等.每个场景基本上包含场景说明与场景内容两个要素.场景说明交待了场景发生的时间、地点、景别(一般是内景或外景)，场景内容则是故事的具体情节.

在动画故事剧本中，通常都会包含故事梗概、人物等信息，剧本的描述是以幕或场景为基本单元展开，这些幕或场景可对其进行进一步细化，划分为若干分镜头，并生成更为丰富的分镜头剧本信息.这些剧本文件，虽然在内容上各不相同，但在段落、格式等方面，还是有规律可循.

1.2 动画剧本描述

经过艺术创造的动画剧本最重要的特征是非结构化.动画剧本作为系统的重要输入数据，需要对其进行规范化描述，以便进行文本分析和处理.因此，需要确立一套动画剧本描述规范，用相对通用的格式描述非结构化的剧本，既保留对各类剧本的普遍适用性，同时又能满足不同剧本的个性化要求［7］.鉴于XML语言的自描述性、跨平台性以及可扩展性等特点，我们将其引入动画剧本描述领域，提出一种新的动画剧本标记语言——CSML(Cartoon Scenario Markup Language)，以实现剧本的规范化描述，生成CSML剧本.

CSML剧本的组成如图1所示.

1.2.1 CSML 数据文件

下面是CSML数据文件的示例:

图1 CSML剧本的构成

从CSML数据文件示例当中可以看出，动画剧本通常包括剧本说明部分和主体部分.其中，剧本说明部分通常包括剧本设定、剧本信息、剧本梗概等内容;主体部分则包括每个分镜头的详细说明信息.

1.2.2 Schema 结构文件

在Schema文件中定义的元素有:动画剧本、剧本说明、主体、剧本设定、剧本信息、剧本梗概、背景、道具、服装、片名、类型、隶属、集数、分镜头、镜头号、角色、动作、场景、景别、持续时间、原文、场景转换等.其中分镜头最少出现1次，最多出现500次.而场景转换在每个分镜头中至多出现1次，也可以不出现;自定义的数据类型有:剧本类型、说明明细类型、主体内容类型、设定列表类型、信息列表类型、镜头内容类型、角色类型等.除角色类型是简单类型外，其它都是复杂类型.角色类型还规定了取值范围.

1.2.3 CSML剧本描述语言的功能

(1)实现对剧本规则的检查

通过定义CSML剧本的Schema文件，可以定义完整的剧本描述语言的语法规则和语义规则，对剧本中存在的各种剧情约束条件进行定义.

(2)实现剧本描述的可伸缩性

不同的动画故事对剧本的需求是不同的，因此对剧本描述语言的可扩展性提出了一定的要求.借助XML语言的可扩展性，CSML通过一个结构化的架构，可以定义无限量的标注，既保留了对各类剧本的普遍适用性，又满足了不同故事在剧本中进行表现时的个性化要求.

(3)实现剧本描述的动态裁减、重组和格式转换

在动画制作过程中，不同的创作者对于同一个动画故事的剧本在处理时都会融入自身的理解和创作，经常需要在不同创作者的动画剧本间进行动态的裁减、重组和格式转换等操作，用于从整体上达到风格的一致性、故事和角色的连贯性等要求.

2 基于剧本的动画素材标注

前面基于XML这种半结构化特征语言对动画剧本进行了描述，因而从规范化的CSML剧本中提取相关语义信息来对素材进行标注是符合客观需求的.

2.1 动画素材语义标注的方式

基于语义的动画素材标注包括两种情况:(1)某些主观的个人理解、判断;(2)根据行业词汇表，在特定的多媒体模型上进行标注.

第一种标注的缺点显而易见:因为标注的主观性强，标注的内容不够准确，很容易出现对同样的内容采用不同的描述(标注)或对不同的内容采用相同的描述等情况.第二种方法因为以行业元数据为基础，从而保证了标注的规范性和准确性.

2.2 Schema引导的语义标注与检索

CSML剧本中的Schema结构文件提供了一套内置的数据类型，它不仅可以用来定义CSML剧本的结构，而且还可以用来定义动画领域的行业元数据，实现对素材的标注.本研究利用CSML剧本中的Schema结构文件生成一棵制导树，引导系统从CSML数据文件中提取出相关语义信息对相应素材进行标注.

图2所示即为根据CSML数据文件和Schema结构文件所生成的制导树模型.同时，制导树可以将Schema中定义的元素之间的关系表示为树状的层次关系，在检索环节启发式地引导用户正确构造素材的检索条件，实现友好的人机界面.另外，通过采用制导树提供的对不同结点的控制功能，可以引导用户对素材的标注内容进行修改.制导树为标注和检索提供了一套标准的框架，可提高标注的规范性和检索的正确率.

通过Schema制导树，可实现对动画素材的标注与检索等功能.

3 动画素材标注与检索系统框架

在上述研究的基础上，设计了动画素材标注与检索系统的框架，如图3所示.动画素材标注与检索系统由Schema制导子系统、标注子系统和检索子系统组成.其中，Schema制导子系统根据用户选定的Schema，在标注系统界面上生成一棵制导树:标注子系统在Schema制导子系统的支持下，利用制导树将从CSML数据文件中提取出来的语义信息(以行业元数据的形式)标注给相关素材，标注生成的结果将是一篇符合Schema定义的XML文档;检索子系统可以在制导树中设置检索条件，将这个检索条件作为结构化的检索条件提交给数据库支持子系统，最后从数据库支持子系统获得所需要的检索结果;数据库支持子系统将标注后的XML文档存入数据库中，通过SQL查询语言对XML数据进行检索.

图2 Schema制导树

图3 动画素材标注与检索系统框架

图4是动画素材标注系统的部分界面.它展示了通过对剧本进行规范化分析后得到的对动画场景素材进行自动标注后得到的结果.

图4 动画素材标注系统的部分界面

4 结束语

动画素材标注技术是解决动画素材重用的关键技术之一.而动画剧本又是动画创作的灵魂，如何从动画剧本中获取相关的语义信息，从而实现对动画素材的半自动标注，对计算机辅助动画生成具有重要意义.

本文在对动画剧本进行分析的基础上，提出了动画剧本的描述语言，并在此基础上，设计了基于Schema引导的动画素材语义标注方法，该方法对动画素材的检索和重用提供了一条可行思路.最后，设计了动画素材标注与检索系统框架.该框架利用规范化动画剧本，可以实现素材标注和检索的规范化，对提高素材的重用率和动画的创作效率具有积极的意义.

［1］Ma H，Liu S，Tang X，et al.The design and implementation of animation script description language SDL/A［J］.Journal of Software，1996，(7):385 －393.

［2］Tang X，Tang Z，Ma H，et al.The application of XYZ system in the animation field［J］.Journal of Software，1998，(1):1 － 6.

［3］金正皓.计算机动画自动生成中导演规划系统的研究［D］.北京:中国科学院数学与系统科学研究院硕士学位论文，2000.

［4］陆汝钤，张松懋.从故事到动画片——全过程计算机辅助动画自动生成［J］.自动化学报，2002，(3):321－348.

［5］AlphaWorks Group.IBM MPEG －7 Annotation Tool［EB/OL］.http://xml.coverpages.org/ni2002 － 07 － 25 － a.html，200 － 07－25.

［6］Ngai E C H，Chan P P，Yau E，et al.XVIP:An XML －Based Video Information Processing System［A］.The Proceedings of COMPSAC 2002［C］.Oxford:IEEE Computer Press，2002.

［7］周文.基于XML的动画剧本描述及其应用研究［D］.长沙:国防科学技术大学硕士学位论文，2010.

TP391.41

A

1008－4681(2012)02－0035－03

2012－01－04

国家自然科学基金(批准号:60802080)资助项目;湖南省自然科学基金(批准号:10JJ6103)资助项目;长沙市科技计划重点项目(批准号:k1008005－11).

栾悉道(1976－)，男，山东即墨人，长沙大学信息与计算科学系讲师，博士.研究方向:多媒体信息系统.

(作者本人校对)