书城教材教辅新传媒技术概论
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第14章 新传媒技术要素(8)

而面向对象数据库是指对象的集合、对象的行为、状态和联系是以面向数据模型来定义的。面向对象的概念是新一代数据库应用所需的强有力的数据模型的良好基础。面向对象的方法最适合于描述复杂对象,通过引入封装、继承、对象、类等概念,可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系。

多媒体资料可以自然地用面向对象方法描述,面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体数据有益;根据对象的标识符的导航存取能力有利于对相关信息的快速存取;封装和面向对象编程概念又为高效软件的开发提供了支持。面向对象数据库方法是将面向对象程序设计语言与数据库技术有机地结合起来,是开发多媒体数据库系统的主要方向。

为高效管理多媒体数据,基于关系数据库的应用系统逐渐演变到多媒体数据库管理系统用面向对象的概念扩充关系数据库。用面向对象的高级语言扩展基本关系类型,使其支持复杂对象,并对关系模型提供的操作加以扩充,利用关系数据库的优势管理多媒体资料。

2.数据的压缩和解压缩

用于多媒体信息,如声音、图像的压缩标准目前国际上有:

JPEG(Joint Photographic Experts Group),是由国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的,适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的国际标准。

MPEG(Moving Picture Experts Group),是ISO/IEC 委员会的第11172号标准草案,包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。MPEG要考虑到音频和视频的同步,联合压缩后产生一个电视质量的视频和音频、压缩形式的位速为1.5Mbps的单一流。

P×64,是CCITT的H.261号建议,P为可变参数,取值范围是1~30。

该标准的目标是可视电话和电视会议,它可以覆盖整个ISDN(综合业务数字网)信道。当P=1或2时,只支持每秒帧数较少的视频电话,P > 6时可支持电视会议。

P×64标准和MPEG 标准的数据压缩技术有许多共同之处,但P ×64标准是为适应各种通道容量的传输,而MPEG 标准是用狭窄的频带实现高质量的图像画面和高保真的声音传送。

3.多媒体数据的存储管理和存取方法

如何有效地按照多媒体数据的特性去存取多媒体数据呢?利用常规关系数据库管理系统来管理多媒体数据已经不能适应了,基于内容的多媒体信息检索研究应运而生。它支持其他多媒体信息技术,如超媒体技术、虚拟现实技术、多媒体通信网络技术等。多媒体内容的处理分为三大部分:内容获取、内容描述和内容操纵。也可将其看成是内容处理的三个步骤,即先对原始媒体进行处理,提取内容,然后用标准形式对它们进行描述,以支持各种内容的操纵。

(1)内容获取(populating)

通过对各种内容的分析和处理而获得媒体内容的过程。多媒体数据具有时空特性,内容的一个重要成分是空间和时间结构。内容的结构化(structuring)就是分割(segmenting)出图像对象、视频的时间结构、运动对象,以及这些对象之间的关系。特征抽取(extraction)就是提取显着的区分特征和人的视觉(visual)、听觉(auditory)方面的感知特征来表示媒体和媒体对象的性质。

(2)内容描述(description)

描述在以上过程中获取的内容。目前,MPEG‐7专家组正在制定多媒体内容描述标准。该标准主要采用描述子(descriptor)和描述模式(scheme)来分别描述媒体的特性及其关系。

(3)内容操纵(manipulating)

针对内容的用户操作和应用。有许多这方面的名词和术语。查询(query)是面向用户的术语,多用于数据库操作。检索(retrieval)是在索引(index)支持下的快速信息获取方式。搜索(search)常用于Internet 的搜索引擎,含有搜寻的意思,又有在大规模信息库中搜寻信息的含义。

摘要(summarization,excerpt)对多媒体中的时基媒体(如视频和音频)是一种特殊的操作。我们熟知文献摘要的含义,在内容技术支持下,也可以对视频和音频媒体进行摘要,获得一目了然的全局视图和概要。同样,用户可以通过浏览(browsing)操作,线性或非线性地存取结构化的内容。另外,基于内容的技术不仅仅用在多媒体信息的检索和搜索方面,检索仅仅是信息存取的一个方面。过滤(filtering)就是与检索相反的一种信息存取方式。用过滤技术可以实现个人化的信息服务。

2.5.3 其他数据库新技术

1.分布式数据库技术

分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的,是数据库技术与计算机网络技术的产物。分布式数据库系统是具有管理分布数据库功能的计算机系统。一个分布式数据库是由分布于计算机网络上的多个逻辑相关的数据库组成的集合,网络中的每个结(一般在系统中的每一台计算机称为结点node)具有独立处理的能力(称为本地自治),可执行局部应用,同时,每个结点通过网络通信系统也能执行全局应用。所谓局部应用即仅对本结点的数据库执行某些应用。所谓全局应用(或分布应用)是指对两个以上结点的数据库执行某些应用。支持全局应用的系统才能称为分布式数据库系统。对用户来说,一个分布式数据库系统从逻辑上看如同集中式数据库系统一样,用户可在任何一个场地执行全局应用。分布式数据库具有如下特点:

本地自治(local autonomy);

不依靠一个中心站点;

能连续操作;它也是数据库技术的一个发展方向。

2.主动数据库

数据库技术和人工智能技术相结合产生了主动数据库(active database)。

它是相对传统数据库的被动性而言的,能根据应用系统的当前状况,主动适时地作出反应,执行某些操作向用户提供相关信息。

主动数据库强调主动性、快速性和智能性,其主要目标是提供对紧急情况的及时反应能力,同时提高数据库管理系统的模块化程度。通常采用的方法是在数据库系统中嵌入ECA(事件-条件-动作)规则,设置触发器,在某一事件发生时引发数据库管理系统检测数据库当前状态,只要条件满足,就触发规定动作的执行。

2.6 虚拟现实技术

虚拟现实技术是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术。由于它生成的环境是类似现实的、逼真的,人机交互和谐友好,将改观传统的人机交互现状,成为新一代高级的用户界面。虚拟现实有着广泛的应用领域和交叉领域。尤其是在大众传媒中有着重要的应用。

2.6.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实(virtual reality)技术,简称VR 技术,是由美国VPL 公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的,也称灵境技术或人工环境。

虚拟现实是计算机和用户之间的一种理想化的人机界面形式,与传统的人操作计算机模式相比,虚拟现实系统让用户置身于一个虚拟的真实环境当中,为用户带来了身临其境的想象空间,用户通过传感设备对该虚拟环境中的物体进行操作,充分体验到了人-机之间的交互性。

作为科技发展的顶尖技术之一,虚拟现实融合了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络等多种技术发展成果于一体,是一种由计算机生成的高技术模拟系统。借助于计算机技术及硬件设备,实现人们可以通过视觉、听觉、嗅觉以及触觉等多维信息通道获取信息的下一代高级用户界面。

2.6.2 虚拟现实技术的主要特征

1.交互性

交互性(interactivity)是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。虚拟现实系统是一个开放的动态系统,用户可以采用控制和监控手段对系统进行操作。

使用者通过使用专门输入和输出设备,用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据使用者的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统呈现的图像及声音。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。虚拟现实与通常CAD系统所产生的模型是不一样的,它不是一个静态的世界,而是一个开放的环境,它可以对用户的输入(如手势,语言命令)做出响应。例如用户可以用手去直接抓取和移动模拟环境中的物体,不仅有抓东西的感觉,还能感到物体的重量;用户可以像现实中一样拿起一把虚拟的火炬,并在虚拟环境中打开开关点燃它等等。虚拟现实技术将从根本上改变人与计算机系统的交互方式。

2.沉浸感

沉浸感(Illusion of Immersion)是虚拟现实最主要的技术特征,它是指参与者在纯自然的状态下,借助交互设备和自身的感知觉系统,对虚拟环境的投入程度。虚拟现实是通过计算机生成一个非常逼真的足以“迷惑”人类感知的虚幻世界,导致用户产生了类似于现实世界的存在意识或幻觉。人们不仅可以通过视觉和听觉,还可以通过嗅觉和触觉多维地感受到虚拟世界中所发生的一切,它们看上去是真的、听起来是真的、动起来也是真的。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用,就如同在现实世界中的一样。这种感觉是如此的逼真,以至于人们能全方位地沉浸其中。当然,这也正是虚拟现实技术追求的终极目标:力图使用户全身心地投入到计算机所创建的三维虚拟环境中,成为虚拟环境中的一个部分,处于身临其境的感觉状态,而不仅仅是旁观者。

3.构想性

构想性(imagination)是指借助虚拟现实技术,使抽象概念具象化的程度。

强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间,可拓宽人类认知范围,不仅可再现真实存在的环境,也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。

虚拟现实不仅仅是一个媒体,一个高级用户界面,它是为解决许多方面的现实问题而由开发者设计出来的应用软件,它以夸大的形式反映了设计者的思想,比如在建造一座现代化的大厦之前,要对其结构做细致的构思。然而许多量化的设计图纸的读者只能是极少数的内行人,而虚拟现实则可以用别样方式同样反映出设计者的构思,只不过它的功能远比那些呆板的图纸生动和强大得多。所以某些国外学者称虚拟现实为放大人们心灵的工具,或人工现实(artificial reality)。

4.多感知性

多感知(multi‐sensory)是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息,除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等,从而达到身临其境的感受。

理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术,特别是传感技术的限制,目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种。

2.6.3 虚拟现实系统的组成

虚拟现实系统的组成部件包括了计算机处理器、应用软件、输入输出设备。但不同类型的虚拟现实系统采用的设备是不一样的,这里我们所指的虚拟现实系统都是沉浸式系统。一般来说,一个完整的虚拟现实系统由虚拟环境、以高性能计算机为核心的虚拟环境处理器、以头盔显示器为核心的视觉系统、以语音识别、声音合成与声音定位为核心的听觉系统、以方位跟踪器、数据手套和数据衣为主体的身体方位姿态跟踪设备,以及味觉、嗅觉、触觉与力觉反馈系统等功能单元构成。

1.虚拟环境处理器

虚拟环境处理器是虚拟现实系统的核心部件,用于完成虚拟世界的产生和处理功能。输入设备将用户输入的信息传递给虚拟现实系统,并允许用户在虚拟环境中改变自己的位置、视线方向和视野,也允许改变虚拟环境中虚拟物体的位置和方向,而输出设备是由虚拟系统把虚拟环境综合产生的各种感官信息输出给用户,使用户产生一种身临其境的逼真感。

2.头盔显示器