二维数字（精选八篇）
二维数字 篇1
二维动画是最早出现的也是历史最悠久的动画形式, 采取逐帧手绘和快速放映多张图画, 给人以画面运动的错觉来实现动画。传统的逐帧手绘通常是在纸上和赛璐珞片上, 再逐张拍摄记录, 然后连贯起来形成动画。这种方法的优点在于, 手绘的形式内容没有限制, 随意的夸张变形以及想象都可以通过画笔来实现, 使卡通角色以及动画非常具有张力, 也充满想象力和趣味性.但是, 这种方法需要借用透写台、规尺等工具, 预览的时候需要不停地翻动每一张图画才能看到绘制动作是否连贯, 这样不能直观的看到动作的正确节奏, 非常不方便。而且逐帧手绘工作量巨大, 草稿之后要修线稿, 线稿之后还要逐张上色, 且细小的差别就会让画面产生不自然的抖动, 包括形状的抖动和颜色的抖动, 影响动画的流畅和自然。
二、受数字技术影响的二维动画制作方法
1. 使用软件逐帧手绘
现今动画制作设备逐渐完善, 即使是纸张上的逐帧手绘, 也有了线拍系统, 可以即时录入电脑中按照正确的节奏进行预览检查。而在软件flash中, 利用图层洋葱皮效果, 可以直接在前面的帧上绘制下一帧, 并且可以按照设定的节奏一拍一或者一拍二来预览画好的草稿, 草稿的线条经过修改封闭, 填充颜色, 生成动画。如果不是简单的填充颜色, 则可以导出线稿序列帧, 单独上色。在提高画面流畅性和动画确定正确节奏方面, 是一种很有利的革新, 减少了大量的工作量, 同时也使动画更流畅。
2. 使用软件After Effect实现
After Effect (简称AE) 是一款后期软件。在AE中, 有关键帧功能, 可以给画面的透明度、旋转、位置、比例、特效等的变化打关键帧, 实现画面运动。利用AE制做二维动画正是使用这种功能, 使场景和角色产生各种动画。
首先, 场景的动画:场景的运动包含镜头的推、拉、摇、移、升、降、跟, 自然景象的变化。AE中有摄像机和3D功能, 能使画面中不同层的运动有立体的效果, 同时, 利用比例、位置的运动, 也能实现镜头的运动。而自然景象的变化, 则利用特效实现。
其次, 角色的动画:角色的动画相对来说要复杂一些, 因为涉及到各个身体部位、关节、表情的动画, 要这些东西灵活运动, 就要像中国传统的皮影戏一样, 把角色做成各部位分开的“关节人”:在脖子、手腕、脚腕、腰部、肩部等关节处订上固定的轴, 即在AE中调整这些部位的定点, 使之只能围绕着这些轴旋转, 并且注意衔接处的部位在前期绘制时候要有圆滑的重叠, 使其旋转的时候没有断裂和缝隙出现。表情的变化, 可以事先画好角色的各种表情, 利用每种表情的透明度变化, 在一帧的时间里隐藏要消失的表情, 把要出现的表情透明度改为100%, 在这样快速的替换中, 给观众一种表情自然变化的感觉。角色这样绑好之后, 就可以让角色在AE中表演了。
用AE实现动画避免了逐帧绘画的重复劳动, 减少了手绘的工作量。但它也有它自身的不足之处, 比如物体和角色要实现角度的转换十分麻烦, 而且不能实现大的夸张变形, 所以利用AE只能做一些角度变化少、大形不变的动画。
3. 使用软件Maya实现
随着计算机的快速发展, 三维动画一出现便立刻风靡了动画界。三维动画拥有逼真写实的风格、以及高度仿真的特效, 并且一旦模型制作绑定出来, 就可以快速的实现动画, 并且可以随意的变换视角, 使得动画效率大大提高。三维动画模型一旦建成, 便可随意地动画, 这一优点也被应用于二维动画, 即用三维模型渲染出二维的效果, 贴图上则采用简洁的花纹和偏亮的颜色来突出二维动画的特点。
材质贴图是用三维做出二维效果的关键, 需要给模型赋予卡通材质, 和一个surface shader的材质球, 把这两个材质同时赋予模型, 通过节点实现透明度和颜色的融和, 然后渲染出没有边缘的效果, 有矢量的感觉。把渲染出的动画和画好的场景合在一起, 便实现了二维动画的效果。
但是三维动画也自有它的不足之处, 比如不能实现过于脱离本身的夸张变形, 太过依赖于模型本身的绑定, 所以在制作二维的效果中, 三维软件适合做一些简单场景的角度变换, 角色的运动等。
4. 其他动画作品中出现的方法
以一些成熟的二维动画作品为例, 《泡芙小姐》中的场景利用了实景拍摄, 然后把拍摄背景用图形图像软件进行处理, 和动画的角色通过调节色调、虚实从而融和在一起, 省去了画场景的麻烦。
无论是flash逐帧手绘、利用AE、maya动画, 还是实拍, 都体现了现代数字技术对于二维动画的革新, 这些革新使二维动画节约了制作成本, 提高制作效率, 并且提高和丰富了画面质量, 使二维动画产生了更多的形式, 更具艺术性。随着科技继续不断的发展, 一定会涌现出更多的新技术、新设备、新软件, 更多的动画制作方法将被发掘。但制作方法只是一种实现手段, 做好动画最本质的东西是不会变的---那就是是动画创作者的想法和热情。保持这种热情和想法, 利用科技带来的便利, 二维动画一定会更有趣味性和艺术性。
摘要：二维动画从十九世纪初出现到现在, 已经走过了一百多年的历史, 是最早出现也是历史最悠久的动画形式。随着科学技术的迅猛发展, 现代数字技术的出现和进步革新着二维动画, 更多先进的软件、设备、制作方法被勤奋智慧的动画创作者发掘。当今的二维动画涌现出了无数优秀作品, 二维动画的制作方法也在日益完善、精致。在一部成熟的二维动画作品中, 虽然最终效果都是平面化的, 但深受现代科技和数字技术影响的二维动画早已不是最初纸上逐帧绘画的单一形式, 仔细观察, 就能发现在其制作过程中数字技术的痕迹。
关键词：二维动画,数字技术,革新
参考文献
[1]尹武松, 方楠著.《maya 8.5动画制作标准教程》.北京科海电子出版社.
[2] (美) 凯瑟琳·温德, 《动画制片》 (美) 扎哈拉·道拉塔巴蒂著湖北美术出版社
二维数字 篇2
笔者认为，在讨论二维码赋码离线还是在线之前，首先要弄清楚二维码赋码究竟是否需要专用设备，即数字印刷设备？笔者认为并非所有二维码都需要用数字印刷设备进行赋码，只要二维码不属于一品一码（不具备唯一性），根本不需要采用数字印刷设备，任何一种普通的印刷方式，如胶印、凹印、柔印、网印等，都能实现赋码。对于这种二维码的赋码，从何而谈离线还是在线？那么，二维码到底需要采用什么样的设备进行赋码？这主要取决于二维码的用途。
用途1：信息传递
如果在商品包装上添加二维码只是为了让用户了解更多商品信息、企业文化等，这种二维码用普通印刷方式就能完成赋码。
目前，常见的二维码类型主要有PDF417、QR Code、Code 49、Code 16K、Code One等，但最常用的还是QR code，即QR码。然而，无论采用哪种类型的二维码，我们只需把想让消费者了解的信息，如商品价格、客服电活、企业邮箱，甚至图片、声音、视频等可以数字化的信息输入编码器（编码软件）中，生成相应的二维码（这种二维码是固定二维码，也称静态码）并保存，然后采取适当的印刷方式（普通印刷方式即可）印到商品包装上。
消费者拿到商品后，只要用智能终端（如智能手机）扫描二维码，就能获得相关信息。
用途2：扫码链接、防窜货
如果我们需要商品包装上的二维码除具备上述功能外，还具备扫码链接功能，让消费者通过扫描二维码登录商家官网，了解更多商品信息，实现消费者与商家的在线互动，起到更好的宣传作用，甚至实现在线购物或者防窜货功能。这种二维码用普通印刷方式也能实现赋码。
这种二维码被称为二维活码（我们不妨称之为普通二维活码），在编码时除基本信息外还须把允许消费者链接的网址一并编入二维码，这种二维码用普通印刷方式就可以实现赋码。但此二维码只是提供了一个网络接口，要想真正实现扫码链接功能，还需商家建立自己的网站，并及时更新网站内容，必要时还要有在线客服与消费者进行互动，同时通过日常网络维护，保证网络平台的正常运行。
此外，如果我们还想通过二维码实现防窜货功能，只需在二维码编码时增加销售区域信息即可。比如，某商品分别在华北、华南、华东和西部4个区域销售，且4个区域的调拨价差别很大，为防止不法分子通过窜货牟取暴利，可以把4个销售区域的信息添加到二维码中，形成4种不同的二维码（仅某些片段有细微差别），采用普通印刷方式对该商品包装进行印刷时，只需更换带有二维码的印版即可。这样商品流通到市场上以后，市场监管人员就能通过扫描不同地区的商品二维码，了解是否存在窜货现象。
用途3：真伪查询或在线抽奖
如果我们需要商品包装上的二维码除具备上述功能外，还具备真伪查询或在线抽奖功能。这种二维码不仅是活码，还是一品一码（即二维码中有一部分信息是该商品的序列号），用普通印刷方式难以实现，必须使用数字印刷设备（或喷码设备）来完成赋码。
一品一码类型的二维码，在编码时除保留上述信息外，还需要增加代表该商品唯一身份证明的序列号。这样在真伪查询或在线抽奖时才能真正实现一件商品和一个序列号的一一对应。
此外，要想让消费者在信息库中查询到该商品，需要商家建立商品信息录入系统（即序列号激活系统或废码剔除系统），把商品最小包装上二维码中的序列号录入商品信息库。但由于包装在印制和使用过程中不可避免地会产生废品，所以要想真正实现一品一码，就要及时剔除废品的序列号，保证商品信息库中的序列号真实有效。
《印刷技术？包装装潢》杂志2015年11月刊着重讨论了烟包二维码赋码在线还是离线的问题。对此，烟包印刷企业不妨先弄清楚目前烟厂是否已经建立二维码信息在线录入系统？在包烟机高速（高速机最高速度可达800包/分钟）运行状态下，二维码信息在线录入系统能否顺利完成二维码解码及商品序列号信息准确无误的录入任务？如果烟厂有二维码信息在线录入系统，且能在高速状态下准确无误地完成信息录入，那么烟包印刷企业就要根据烟厂的需求，配置二维码赋码系统，即编码软件和喷码设备等，再根据各自产品的工艺特点，考虑采取离线还是在线赋码。如果烟厂都没有做好准备，即便烟包印刷企业一厢情愿地在烟包上印刷了一品一码类型的二维码，它起到的作用也和普通二维活码一样，这无疑是对技术的一种浪费。
普通二维活码的编码优化
从目前商品包装上的二维码来看，大部分还是普通二维活码，用普通印刷方式就可以完成赋码。对于这种二维码，编码时可对其进行适当优化，使其与商品包装上的图案、文字有机地结合在一起，更具美感和时尚感。具体做法如下。
（1）把商品LOGO或其他可以彰显品牌形象的图案镶嵌到二维码中，以彩色二维码的形式呈现给消费者。这种二维码是单色喷码机无法实现赋码的。
（2）利用图像处理和识别技术，借助先进的二维码生成软件，可将任何已有图案与二维码进行无缝结合，在原有图案中加入二维码信息，甚至把二维码隐藏在原有图案中，制造出隐形二维码。这种二维码也是单色喷码机无法实现赋码的。
（3）如果想要提高二维码的防伪等级，可用防伪油墨来印刷二维码，或用浅色油墨把二维码做成防伪版纹印刷在其他图案下方。这些二维码用普通印刷方式即可实现赋码，但对于单色喷码机而言，却具有很大的局限性（有些能做，有些不能做）。值得注意的是，这些二维码虽然具有较高的防伪等级，但需要借助专用译码设备才能读取，因此使用时应充分考虑实际情况。
以上仅是笔者对二维码及其印刷方式的一些见解，不当之处还望业内人士多多指教，真诚希望能与各位专家进行沟通交流。
二维数字试件中骨料模型分析 篇3
随着计算机技术和数值方法的进步, 进行混凝土断裂实验过程的细观模拟已经成为可能, 在数值的结果与实验结果具有较好一致性的条件下, 可以取代部分实验, 而且可以避开试验机特性对于实验结果的影响, 是研究混凝土类材料性能, 阐述混凝土力学性能的规律的有效手段。
二维数字试件是广泛采用的一种模型, 其中的骨料面积率、剖面级配与三维模型中的骨料体积率和体积级配的关系还没有专门的探讨, 然而此项工作对二维数字试件的建立与应用具有很大影响。已有研究均假定二维的面积率与三维的体积率相等;二维骨料的剖面级配与三维骨料的体积级配相同, 这种假定带来的误差较大, 而且缺乏论证。本文以计算机试验为手段, 针对随机的三维骨料投放进行大量的计算机模拟试验, 阐述骨料面积率、剖面级配与骨料体积率和三维级配的规律, 建立了二维数字试件模型中骨料模型, 为二维细观数字试件的研究奠定基础。
1 计算机试验的基本方法
根据混凝土配比中骨料级配曲线和骨料体积率, 分配出各级配段骨料的个数, 采用蒙特卡洛方法进行三维随机骨料投放, 按照从大到小的顺序进行, 并且满足骨料间距和骨料与试件边缘的边界条件, 形成三维骨料模型, 如图1所示。模拟试件切割, 获取制定剖面形态, 通过任意平面与三维骨料模型的相交, 得到二维随机骨料剖面, 如图2所示。
计算剖面级配与三维参数的关系, 计算二维骨料面积率与三维参数的关系。通过大量的计算机试验, 即可获得概率意义上的二维模型与三维模型的关系, 从而为二维骨料模型的建立奠定基础。具体实施步骤如图3所示。
2 二维骨料模型与三维模型的关系
2.1剖面级配
二维骨料模型中的剖面面积级配指在剖面中, 骨料切面粒径落在某个级配段的个数。骨料被切中的概率是一定的, 因此体积级配与剖面面级配具有一定的关系。本文针对混凝土中常见的4种骨料级配进行了计算机试验, 发现最大粒径的影响明显, 级配曲线的线形差异影响可以忽略。通过不同最大粒径下体积级配和剖面粒径对比研究, 得到体积级配与剖面面积级配的关系, 如表1所示。
从表1可以看出:剖面级配与体积级配不相等, 这与以往人们的假设不相符。研究表明, 剖面级配的累计筛余曲线在体积级配累计筛余的下方, 反映出剖面级配的小粒径骨料比例增加。这一点需要引起研究者的重视。
本文通过大量的计算机试验, 得到不同最大粒径的拟合曲线, 剖面级配的累计筛余与体积级配的累计筛余的关系满足二次抛物线关系为
式中:SA、SB、SC、SD为A、B、C、D型级配的剖面级配的累计筛余;VA、VB、VC、VD为A、B、C、D型级配的体积级配的累计筛余。
关于剖面级配与体积率的关系, 固定体积级配, 研究剖面级配与体积率的关系, 表2反映了体积率从31%到38%时剖面级配累计筛余的变化情况。结果表明剖面级配与粗骨料的体积率关系非常小。
2.2 剖面面积率
剖面的面积率与体积率的关系见表3。
根据表3中粗骨料体积率和剖面面积率的关系, 利用最小二乘法原理拟合见图4。
研究表明:在一般混凝土中, 二维剖面的面积率高于体积率。关系式为
式中:V为体积率, S为剖面面积率。
关于体积级配对剖面面积率的影响, 选出四条不同的混合骨料的级配曲线 (见表4) , 换算成分计筛余曲线, 进行了有限次的运算, 得到了不同级配下剖面面积率的均值 (见表5) 。
在体积率一定的情况下, 剖面面积率与体积级配的关系很小。
剖面面积率与剖切位置的关系, 以上研究中, 体积率和面积率的关系是根据中面进行的。不同剖面位置对体积率和面积率关系具有一定程度的影响。表6的数据是通过在不同的y坐标值下, 经过大量的切割计算, 取得的平均值。
通过拟合得到如图5所示的关系曲线。从图5中可以看出, 当y<11 mm时, 试件的剖面积率随着坐标的增加而增大, 当y>139 mm时, 试件的剖面积率随着坐标的增加而减小。二者的关系呈线性关系。出现这种现象的原因是因为这个区域边界影响大, 大粒径的骨料受到边界的约束而重新随机生成, 导致这部分剖面面积率出现鞍型。
当远离边缘区后, 面积率减小并趋于稳定, 这是因为在中间, 边界的影响变得微小。
3 二维骨料模型的建立
本文通过大量的计算机试验, 寻找了二维模型与三维模型的关系, 见表7。
根据上述研究, 在三维试件中的骨料体积率、三维级配已知的情况下, 二维骨料模型的建立如下:
二维骨料的面积率是三维体积率的函数
二维剖面级配是三维级配的函数
式中:i=A, B, C, D, 分别对应骨料最大粒径16 mm, 19 mm, 26.5 mm, 31.5 mm 4种情况。ai、bi、ci取值见表8。
4 结 论
通过本文的计算机试验, 可以得到如下结论:
1) 二维数字试件的面积率和剖面级配与三维数字试件的体积率和体积级配并不相等, 结果表明以前研究中的相等的假定值得商榷。
2) 得到二维数字试件和三维数字试件间的参数关系, 建立二维骨料模型。
需要进一步研究面积率与剖面级配的差异对二维数字试件的力学性能的影响规律以及三维数字试件中首次破损出现的剖面位置。
摘要：建立混凝土的细观数字试件, 进行数值模拟试验, 探讨骨料体积率、骨料级配对混凝土的力学性能的影响具有重要的意义。二维数字试件是采用广泛的一种模型, 其中的骨料面积率、剖面级配与三维模型中的骨料体积率和体积级配的关系还没有专门的探讨, 然而此项工作对二维数字试件的建立与应用具有很大影响。本文以计算机试验为手段, 针对随机的三维骨料投放进行大量的计算机模拟试验, 阐述骨料面积率、剖面级配与骨料体积率和三维级配的规律, 建立了二维数字试件模型中骨料模型, 为二维细观数字试件的研究奠定了基础。
关键词：细观模型,数值试件,骨料级配,面积率
参考文献
[1]朱万成, 赵启林.混凝土断裂过程的力学模型与数值模拟[J].力学进展, 2002, 32 (4) :579-598.
[2]唐春安, 朱万成.混凝土损伤与断裂—数值试验[J].北京:科学出版社, 2003.
[3]屈彦玲.混凝土抗剪强度尺寸效应的细观数值模拟[J].国防交通工程与技术, 2007 (3) :29-31.
[4]马怀发.混凝土试件细观结构的数值模拟[J].水利学报, 2004 (10) :27-35.
[5]王宗敏.混凝土细观随机骨料结构与有限元网格剖分[J].计算力学学报, 2005 (6) :728-732.
[6]刘光廷.三维凸型混凝土骨料随机投放算法[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2003 (8) :1120-1123.
[7]张剑.混凝土多边形骨料分布的数值模拟方法[J].浙江大学学报 (工学版) , 2004 (5) :581-585.
二维数字 篇4
数字绘画技术以电脑为绘画工具, 代替了传统的手绘, 通过运用一定的电脑软件来进行信息处理, 从而形成虚拟的视觉图像。数字绘画技术的出现大大缩短了动画制作的时间, 节约了动画制作的成本, 从而推动了二维动画的发展。
1 数字绘画技术在二维动画中运用的必要性
二维动画需要美工一张张手工绘制画面, 然后逐张拍摄或扫描到电脑里, 再以每秒钟一定的帧数进行播放从而形成动画的效果。相对于传统的二维动画, 数字绘画技术以电脑为平台, 以制作动画的软件为载体, 直接在计算机上进行动画的创作, 这大大提高了工作效率, 并且节约了动画的制作成本。
在二维动画的制作中, 美术设计十分重要。二维动画设计的主题是动画, 其制作是画师按照剧本要求, 手动绘画, 如果想观察效果, 需反复翻页或扫描到电脑里进行观察, 这样既浪费时间又浪费人力物力。而且, 传统的二维动画在绘制原画的时候, 如果需要修改原画, 还得退还给画师。
随着数字绘画技术的出现这些问题都得到了解决。如TBS软件, 兼容性特别强, 既有传统手绘动画的生产模式, 也能在软件完成一组原画的动作之后, 对原画进行检查和修改。Flash软件设计了骨骼绑定的概念, 通过控制骨骼绑定角色的控制点来进行动画制作, 可以使静止的动画角色作出十分丰富的动作。After Effect后期合成软件可以制作丰富的特效, 实现传统二维动画无法完成的效果。
2 运用数字绘画技术的二维动画制作方法
2.1 使用绘图软件逐帧手绘
随着社会的发展, 手绘动画正逐步被绘图软件所替代, 即使是在纸张上进行的逐张手绘, 也可以通过线拍系统即时录入到电脑里进行预览。Flash软件中的洋葱皮效果可以直接绘制下一帧, 并预览绘制好的草稿, 对草稿的线条修改、填充颜色后, 就可以形成动画。这样的软件逐帧手绘方法, 是二维动画制作的一种革新, 不仅减少工作量, 也可以使得二维动画的画质更好, 动画更加流畅。
2.2 使用After Effect后期合成
After Effect简称AE, 是一款常用的后期合成软件。AE软件中有关键帧的功能, 可以使场景和角色产生各种动画效果。场景的动画包括镜头的推、拉、升、降, AE中有摄像机和3D功能, 可以使画面在不同层的运动中有立体效果。同时, 通过比例、位置的运动也可以实现镜头的运动。角色的动画涉及角色的身体部位、表情等, 要想灵活运用, 应该把角色做成骨骼固定, 通过调整角色关节处的定点, 使之围绕这些定点旋转, 在旋转过程中应该注意定点在前期绘制时需有圆润的重叠, 才能保证旋转时不会出现断裂或断隙的现象。
使用AE软件可以避免逐帧手绘这种重复劳动, 从而大大减少手工绘制的工作量, 但是它也存在一定不足, 比如说, 景物或角色要实现角度的转换会十分麻烦, 不能实现特别大的变形, 因此, AE只能用于角度变化较少的动画。
2.3 三维建模软件Maya
随着科学技术的不断发展, 三维动画以真实的风格、高度仿真的特效吸引了更多人的注目, 因此二维动画也采用了模拟三维的效果。利用三维模型赋予卡通材质和一个surface shader的材质球, 这两个材质同时在模型上, 又通过节点实现透明度和颜色的交汇, 渲染一种没有边缘的效果, 从而产生一种二维动画的效果。
利用三维模型制作二维动画也存在不足之处, 由于动画制作依赖于三维模型的绑定, 所以不能实现特别夸张的变形。因此, 在二维动画的制作中, 三维软件只能用于简单场景中的角度变换或者是角色运动。
数字绘画技术在二维动画制作中的运用, 除了以上提到的这些, 还有很多, 比如说可以进行实景拍摄, 再把拍摄的图片用图形图像处理软件进行特殊处理, 或者是通过色调的调节以及虚实的调节对动画角色进行调整, 使角色融入到背景中, 这样也能省去画场景这一工作。这些数字绘画技术在二维动画制作中的运用, 都是二维动画的一种革新。数字绘画技术使得二维动画节约了制作成本, 提高了制作效率, 并且能够提高动画的画面质量, 使得动画更有艺术性。
3 数字绘画技术对二维动画制作的影响
数字绘画技术相对于传统动画而言有着一定优势, 它比传统绘画简单, 在绘画的过程中如果出现了错误也能及时撤销, 并重新制作, 再加上其强大的后期处理功能, 使得数字绘画作品从创作到完成的时间较传统绘画大大缩短。这不仅节约了时间, 更节约了成本。由此可见, 数字绘画技术对二维动画的发展起到了促进作用。
3.1 数字绘画技术提高了二维动画的制作效率
传统的二维动画制作需要大量的纸张、画笔等工具, 还需要工作团队创作, 工作量大, 比如说场景设计、角色设计、动画设计、扫描工作、后期工作等一系列工作。总的来说, 传统二维动画的制作, 需要大量的资金以及工作人员互相协调工作。数字绘画技术是无纸动画, 直接在电脑上进行创作, 节约了动画制作的生产成本, 且可以减少资金的使用, 使各个方面的工作都更加方便、流畅, 极大地提高了工作效率。
3.2 数字绘画技术使动画的艺术表现更加丰富
数字绘画技术让绘画变成人人都可以参与的创作过程, 它同计算技术相互融合, 在实现传统动画效果的基础上, 还可以产生许多更加神奇的视觉效果。这不仅为动画增加了无穷的魅力, 满足了人们多方面的欣赏需求, 而且为纷繁复杂的信息传播和奥妙神奇的自然科学的诠释提供了强有力的技术支持。
3.3 数字绘画技术的局限性
数字绘画是模拟传统绘画, 虽然这种模拟已经极为相似, 但与真实的绘画材料所表现出的效果还有一定差距。如数字绘画的一些工具能够模拟出笔墨效果, 笔刷的形状、大小设置参数也很多, 但要实现不同种类的笔在不同承载介质上的细微差异还很不容易, 如果投入大量的精力去实现这些, 其作为工具的意义就不大。
4 结语
时代在不断进步, 科学技术也飞速进步, 数字绘画技术的出现, 意味着二维动画制作需要进行革新。数字绘画技术在二维动画中的运用, 可节约制作成本、提高工作效率、丰富画面内容以及画面质量。科学技术会不断发展进步, 也会有更多更好的技术、设备、软件出现。应该本着做好动画这一不变的想法, 充分利用科学技术所带来的便利, 使得二维动画受到越来越多人们的喜欢。
参考文献
[1]章乐.数字绘画技术在二维动画中的运用[J].软件工程, 2011 (7) .
[2]刘扬.浅谈数字绘画技术对二维动画制作的影响[J].艺术科技, 2013 (5) .
二维数字 篇5
关键词：数字化,水墨动画,制作技术
传统水墨动画的形式具有独特的艺术表现力, 但由于制作手法复杂, 而导致其发展受阻。数字方式的采用, 大大减少了传统水墨动画的工作量, 使得水墨动画的制作更有效率。数字动画包含了二维动画和三维动画, 两种制作方法不同, 画面效果也有差异。本文主要对数字水墨动画产生的背景进行了研究, 分析了数字化对二维水墨动画前期设计的影响, 研究了数字化二维水墨动画中期动作和场景制作的技术关键, 以及后期合成软件中水墨效果制作方法。
1 数字化水墨动画的研究背景
水墨动画的形式是中国动画的一大创举, 为中国动画的民族化、艺术化开辟了一条新的道路。先后诞生了《小蝌蚪找妈妈》、《牧笛》、《山水情》为代表水墨动画精品, 在国际上获奖无数, 得到了世界的广泛赞誉。水墨动画虽然有独特的艺术表现力, 但是传统制作方法所耗费的人力和时间巨大, 成本很高, 因此导致了艺术价值和商业价值的脱节, 大大限制了其制作和应用。21世纪后随着科技的进步, 动画工作者开始尝试采用数字的方式来制作水墨动画, 数字方式的引入大大提高了水墨动画的制作效率, 而且为动画的风格选择上提供了更多的创新空间。新的数字动画将水墨元素引入动画片中, 提升了动画的气韵, 使得画面更优美灵动, 因新的技术和新的手法的应用, 诞生出了新水墨风格动画。
2 数字化对二维水墨动画前期制作的影响
2.1 角色造型风格
角色造型设计是动画前期制作的核心部分, 经典角色可以成为一种文化现象, 影响人们的生活。传统的水墨动画角色借鉴了工笔人物、国画人物的特征, 整体造型上比较写实, 气韵生动具有飘逸之感。随着技术的发展, 在角色动画的制作上我国普遍已脱离纯手绘制作。
技术发展所带来的影响有两方面:一方面数字技术在水墨动画创作中的运用, 丰富、完善了动画的表现形式, 增强了艺术感染力;另一方面效果的模拟上我们和传统的手绘还是有相差, 因此在创作中不能单纯采用早期的动画造型, 而是可以结合符合现代审美的卡通角色进行制作, 把数字技术当做动画艺术追求的辅助性工具。因此一些新二维水墨风格的动画角色造型的比例关系、形态、表情等方面的处理都更夸张, 水墨元素在造型的线条的运用上概括而简练。此类造型风格能给动画家提供匪夷所思的想象力和更大的表现张驰度, 最重要的是能充分体现动画艺术的娱乐性特征。[1]如动画短片《阿长与山海经》中角色设计整体形象倾向于符号化的表现, 水墨的灵动线条配以醇厚的着色使得角色形象有趣又颇具艺术特色。
2.2 场景造型风格
动画场景是按照已设定的整体美术风格和故事情节的要求, 给影片的角色提供表演活动的空间环境。[2]传统的水墨动画中的每个镜头的场景都是一副水墨画艺术作品, 山水背景豪放壮丽充满诗意。但是由于传统水墨动画场景讲究“骨法用笔”, 不讲究焦点透视, 不强调环境对于物体的光色变化的影响, 讲究空白的布置和物体的“气势”。[3]这种特征导致场景虽然艺术性强, 但是在故事性丰富、场景多变的动画运用中有很大的局限性。数字化的水墨二维动画场景采用了无纸化, 场景风格也呈现多元化:有精炼的水墨简笔的卡通风格, 也有水墨结合水彩铅等艺术形式变化出的写实风格。例如法国动画短片《Le Papillon》用水墨风格演绎了一段发生在日本的“庄周梦蝶”, 这个故事的根源和画面呈现的风格是地道的中国风。但是区别于传统的水墨风景画面的是, 它的水墨风格简练而平面, 数字模拟的淡墨和纸张的纹理下呈现了水墨的空灵感。
2.3 镜头语言特点
传统水墨动画中的镜头语言有别于其他影视作品, 镜头衔接节奏较缓慢, 镜头的运动较为单一。但是数字技术在水墨动画中的应用大大丰富了镜头的表现空间, 更加丰富的镜头语言可表现更丰富的故事情节。合理运用水墨元素和电影的镜头语言相结合, 使得画面更具视觉冲击力和美感, 可充分展现故事动画的情节性和水墨动画的艺术性。利用计算机合成制作的水墨二维动画的镜头运动无论是纵向运动中的推拉镜头, 还是横向运动摇镜头移镜头, 或者垂直运动中升降运动, 都能体现出更丰富的视觉感, 相比传统拍摄手法也更便捷。
3 数字化二维水墨动画中期制作的技术研究
3.1 水墨风格的角色动作制作
目前在国内数字二维动画的中期动作制作上, FLASH的运用占了主流。FLASH在动画制作上较其他软件有很多优势, 软件简单容易上手, 节省了动画的制作周期和制作成本, 将传统动画从原来需要规模团队的制作方法简化到小团队甚至个人。作为无纸化、数字化代表的二维动画软件, 其制作的动画是基于矢量的, 因此整体造型相对平面, 但是软件中“影片剪辑”的滤镜这一功能使用可以实现简易的水墨效果, 这种效果的使用为在FLASH里直接制作水墨动画提供了方便。在FLASH中使用笔刷工具绘画角色动作, 再采用滤镜模糊的制作方法比较简单, 但是也有缺点, 比如模拟水墨的干湿浓淡就较难达到理想的效果。
经过研究和测试后, FLASH中制作的动画如果结合后期软件可以使得水墨的效果更加丰富有层次感。在FLASH中制作完成动作线条和色彩进行分层输出, 线条和色彩在特效软件中需要进行不同的效果处理。以After Effects软件为例, 动作的线条经过软件特效“腐蚀边缘”的处理可以实现墨色的干湿浓淡的效果。特效参数调节到位, 有的比较干的线条会出现飞白, 笔断意连, 可以体现中国画的独特之处, 非常接近水墨手绘的笔触效果。动作的填色在软件中, 通过图层底纹的叠加、模糊特效等实现水墨晕染的效果。线条和色彩调节到位后将其合成在一起, 水墨风格的角色动作就栩栩如生了。
3.2 水墨风格的场景制作
动画场景使用Photoshop、Painter、SAI软件绘画, 都能利用笔刷工具表现出逼真的水墨风格效果。选择适合自己动画风格的软件笔刷来进行绘画, 水墨的晕染、擦墨等水墨手法都能模拟。在软件绘制水墨场景时, 我们一般会用到两种以上的笔刷:一种偏硬的画笔模拟毛笔勾线效果, 以线造型、以不同墨色求层次变化, 表现水墨“笔墨生辉”的独特艺术感染力;另一种偏软的画笔达到色彩润染的效果, 使墨色分出更多的深浅变化。在我国传统水墨画法上不太注重光影、体积等对色彩的影响, 而且在构图上与西洋画明显不同的是留白, 因此绘画完成后可再进行多次的调试, 达到理想的效果, 数字制作的便捷之处也在于其图片后期的修改非常方便。水墨风格的场景色彩不同于卡通动画的色彩, 如何能表现出古风那种清透雅致的感觉?一般在绘画上我们会选取饱和度比较低的颜色, 色系的选择上我们可借鉴中国画颜料, 以洋红、土黄、石绿、赭石等作为主要色系。软件中的色彩选择非常方便, 直接在色板中进行调试, 也可利用软件中的吸管工具吸取参考图进行色彩定位。
3.3 动画后期的制作
动画的后期处理的软件很多, 主流的以After Effect和Premiere进行后期特效制作和影片合成配音。
After Effects是一款用于高端视频特效系统的专业特效合成软件。[4]它的优势在于具有强有力的针对视频、音频、静帧、动画文件进行无限层画面合成。一部水墨动画影片在后期参与合成的动作和场景多种多样, 但是要兼顾整体的水墨效果, 如色彩的浓淡、晕染的效果、整体色调的把握, 以达到所有镜头的效果统一。镜头的运动可利用画面的放大、缩小、移动、旋转来实现, 也可充分调用软件中的摄像机的功能, 实现逼真的镜头运动。在After Effects中制作完成的镜头导入Premiere中进行整片的剪辑和配音, 完成最后的工序。
4 数字化二维水墨动画技术应用和发展前景
通过数字技术制作二维水墨动画, 将数字技术和水墨风格融合在一起的方法, 不仅缩短了动画的制作周期, 降低了制作难度, 减少了制作成本, 将传统水墨动画的纸质的制作方式通过数字技术转换成了无纸化的制作。利用软件制作可实现更为复杂的角色动画效果、场景深度和镜头转化。在动画制作过程中需要各种多媒体软件的相互配合, 通数字化方式有的放矢的解决二维水墨动画制作过程中遇到的问题, 数字化的运用为以前作为艺术实验动画性质水墨的风格转化成商业的生产制作提供了技术支持。
参考文献
[1]徐文生.动画形象设计与训练[J].大众文艺, 2014.11
[2]高立峰.动画前期制作[M].江苏美术出版社, 2006.06.
[3]陈丽.水墨画在包装设计上的应用研究[J].科技创新与应用, 2012.04
二维数字 篇6
目前,水环境评价已从最初的解析解和浓度表达发展到现在的以人工神经网络模拟辅助解析、及与地理信息系统(GIS)相结合的数值解和逸度表达法[6,7,8,9,10,11,12,13]。现有的水质模型软件以国外的为主,尤其是欧美等国,开发了应用于各种用途的水质模型软件。但是这些软件大多数要么规模大、内容具体、参数众多,只供专业研究者使用;要么规模很小、涉及面有限、处理简单,难以满足广大中小型用户使用。该文就是针对这些问题来研究通过用VisualBasic编程语言调用MATLAB工具箱,从而实现快速构建地面二维稳态河流水环境数字化评价平台,达到便捷、准确、科学地对地表水环境的评价和预测工作。
1 开发思路
Microsoft Visual Basic(VB)是由微软公司开发的在Windows操作平台上的主力编程语言之一,是一种十分强大和富有生命力的Windows编程语言。VB自推出以来就风靡全球,目前全世界大约有几百万程序员都在使用VB编程,它避开了C++编程过分繁琐和抽象的缺点,同时又能实现大多数Windows编程目的。VB语言虽然容易上手,界面也容易设计,但是数值计算能力欠佳。与之相比,MATLAB是新近发展起来的一种深受广大编程人员喜爱的数学工具软件。MATLAB可以提供与矩阵有关的强大的数据处理和图形显示功能,在程序编制过程中为软件开发人员实现数值计算和图形显示新添了又一行之有效的开发平台。但是,MATLAB的界面功能相对较弱,不适合开发具有友好界面的软件[14]。
为了提高工程计算软件的开发效率和质量,可采取把VB可视化编程语言和MATLAB工具相结合的办法,充分利用VB的开发界面方便的特点和MATLAB的运算功能进行混合编程,即用VB来设计界面作为主程序,调用MATLAB编写的子程序,以此开发出质量高、性能强的工程计算软件系统当属首选方案[14]。该文所要开发的评价平台软件既需要友好的界面又需要强大的数值计算和绘图功能,因此,选用了ActiveX技术通过VB和MATLAB混合编程来开发地表二维稳态河流水环境数字化评价平台。
2 在VB中通过ActiveX调用Matlab
2.1 创建Matlab的ActiveX对象
MATLAB ActiveX自动化服务的功能主要包括在Matlab工作空间执行Matlab命令,以及直接从工作空间存取矩阵等[15,16,17,18]。在Windows注册表中(Matlab的键Version Independent ProgID的值),Matlab的ActiveX对象名为“Matlab.Application”。在VB中创建ActiveX对象的操作步骤是:
Dim Matlab As Object
Set Matlab=CreateObject("Matlab.Application")
2.2 VB程序实时调用Matlab
在VB应用程序中创建了Matlab的ActiveX对象后,就可以使用该对象所包含的各种方法来实现对Matlab的调用。Matlab.Application对象含有Execute、GetFullMatrix和PutFullMatrix 3种方法,具体说明如下:
(1)BSTR Execute([in]BSTR Command)。BSTR表示宽字符串类型,它与VB存储字符串所采用的数据格式相同。该方法接收字符串命令并在Matlab中执行,将结果以字符串形式返回。
(2)void GetFullMatrix([in]BSTR Name,[in]BSTR Work space,[in,out]SAFEARRAY(double)*pr,[in,out]SAFEARRAY(double)*pi)。GetFullMatrix方法从指定的工作空间检索一个完整的一维或二维的实型或虚mxArray,其实部和虚部被分别存放到2个单独的Double型数组中。可以利用GetFullMatrix方法将Matlab中的一个矩阵变量传送到VB程序中的一个一维或二维数组中,其中Name指定了Matlab中的矩阵变量名,Workspace指定了该矩阵所在的Matlab工作区,pr是指VB程序中的实部数组,pi是指VB程序中虚部数组。
(3)void PutFullMatrix([in]BSTR Name,[in]BSTR Work space,[in]SAFEARRAY(double)pr,[in]SAFEARRAY(double)pi)。PutFullMatrix方法将一个mxArray放入指定的工作空间。可以利用PutFullMatrix方法将VB程序中一个一维或二维数组传送到Matlab中的一个矩阵变量中。PutFullMatrix方法各参数的含义及调用方法与GetFullMatrix方法类似。
以上方法或函数中的参数和返回值的类型采用ActiveX自动化协议所定义的与语言无关的类型描述[15,16,17]。
3 平台模块构建
3.1 二维稳态中心排放边界无限模块解析
该模块设计的是稳定源排放下二维河流基本环境流体动力学模型在中心排放边界无限情况下的解析模型。二维模型是在考虑污染物在纵向和横向(一般设为x轴方向和y轴方向)存在浓度梯度的情况下导出的。二维模型的基本形式为:
式中:C—污染物的浓度,t—时间,Dx—纵向弥散系数,Dy—横向弥散系数,x—纵向距离,y—横向距离,ux—河流纵向平均流速,uy—河流横向平均流速,K—污染物的降解速率或降解系数。
二维模型多用于大型河流、河口、海湾、浅海、较大型湖泊的水质模拟和预测。
对式(1),令即得稳态条件下的二维模型:
实际上,一般情况下纵向(x方向)推流迁移远远大于弥散作用,而在横向(y方向)弥散作用又远远大于推流迁移,所以可以忽略Dx和uy,则这时式(2)变为:
该方程可以用傅立叶变换(或Laplace变换)求解,也可以用一种简便的方法求解。设污染源为点源,单位时间内释放的污染物质量为Q(即为源强,g/s)。将介质的流动看作是一系列平行条块组成,这些条块以速度u通过点源时,接纳扩散质团的质量为Q△t,而△t=△x/ux,为该条块通过点源的时间。按瞬时源一维扩散(在y方向)的浓度分布模型代入式(3)可写出该条块运行t时刻后的浓度分布为:
将t=x/ux,ux=△x/△t代入式(4)(因为稳态排放过程中,某一空间位置的污染物浓度不随时间而变化,所以模型中不可能出现时间变量t)得到:
这就是二维模型的稳态解,是该模块主要用的公式(5)。由于该式没有考虑边界的影响,因此相当于中心排放边界无限时的解析解[6]。本模块可以实现纵向研究区段和横向研究区段构成的平面内任意一点浓度值的计算,以及各种系列浓度值和针对系列浓度值的绘图。
3.2 二维稳态中心排放边界无限解析模块开发
该模块评价平台界面窗体由醒目的数据输入框、输出设置框和数据输出框三大块组成(图1)。首先,欲进行计算必须先在数据输入栏内输入完整的数据,然后在输出设置栏内进行输出结果设置,然后点击计算按钮进行计算即可。同样,本模块的计算和绘图也都是调用MATLAB来实现的。对于系列值,只有在计算完成并输出结果后绘图按钮才会由禁用状态变为可用状态,可对相应的系列浓度值分别绘制二维平面图、三维空间图以及二维等值线图。
3.3 Matlab代码编辑
3.4 VB代码编辑
4 结论
该数字化评价平台成功的运用了ActiveX技术,实现了在VB中调用MATLAB进行计算和绘图的功能,达到了预期评价平台设计目标。
二维数字 篇7
网络Web技术从形成到发展经历了二十多年的历史,而数字化博物馆网站在我国的广泛普及只有不到十年的时间,却收到了丰厚的社会及经济效益。本课题的研究结合徐悲鸿纪念馆数字化平台建设项目,研究二维图像信息存储在数字化博物馆网站中的实现过程。
徐悲鸿纪念馆建立于1954年。它是由我国政府在徐悲鸿故居基础上建立的第一座美术家个人纪念馆。馆内展示了徐悲鸿各个时期的画作、生平经历以及他生前画室(复原)和珍贵遗物。
该数字化博物馆是采用Visual Studio 2005设计工具基于ASP.NET2.0技术开发设计的。Visual Studio 2005拥有网页设计的IDE集成开发环境,使开发者在“用户与网站的交互”问题上达到最佳效果。ASP.NET2.0是新一代的Active Sever Pages脚本语言,用其开发的网页可以与数据库服务器相结合,动态地更新网页及数据库的信息[1],它还可以提供大量服务器控件加快开发速度。
在我国的互联网应用上,数字化博物馆网站可以展示丰富的内容,例如书法、画卷作品等,研究其动态存储与关系型数据库结合,不仅可以在数字博物馆中进行作品展示,同时又可以实现批量网络二维数据存储与管理,如徐悲鸿先生的作品和收藏品展示并对其进行在线缩放等处理。应如何对其进行管理,更加有效和安全地在互联网上进行数据传输,让图片信息以二进制码保存在数据库中,是需要研究和解决的问题[2]。
1图像数据存储设计与实现
1.1关键技术描述
在构建数字化博物馆网站时,经常需要在线展示浏览图像信息、文本信息,可以使用两种方式来存储数据:即存储在web服务器的文件系统上并添加一个在数据库中相应文件的引用;或直接以二进制数据形式存储文件内容在数据库中[3]。
在关系型数据库系统中提供了用于存储二进制数据的类型定义。早期版本中,使用image数据类型来存储二进制数据;在最新的关系型数据库系统中,如Microsoft SQL Server 2005可使用varbinary(max)数据类型,上述数据类型都可存储达2GB大小的二进制数据[3],基本可以满足大型巨幅作品在存储容量上的要求。
1.2创建一个存储图像数据的数据库表格
创建针对书画作品的展示表,如表1所示:
1.3以二进制格式存储图像数据
上传二维图像数据可以将文件的二进制数据流传送到服务器,由服务器将其存入数据库相应字段。这里将用到FileUpload控件,它可让用户更容易地浏览和选择需上传的文件,它包含一个浏览按钮和用于输入文件名的文本框。只要用户在文本框中输入了完全限定的文件名,就可以调用FileUpload相应方法将其上传到Web服务器[4],具体界面如图1所示。
用户通过点击″botton″按钮就可以将指定文件的二进制内容传送到web服务器。在服务器端代码中,这些二进制数据通过FileUpload控件PostedFile.InputStream属性获取一个Stream对象,该对象指向一个上载文件,以准备读取该文件的内容,核心代码如下:
执行后,图像信息就以二进制形式保存到关系数据表中,以便数据读取和安全保护。
1.4图像内容信息的在线展示
为了检索并显示图像数据内容需通过querystring方法把Pic-ID传递给它,通过Pic-ID信息找到数据表中该条记录,从而读取书画作品名称、内容、类型等信息。在aspx显示页面中可以读取图像信息表的任何信息,包括文本和二进制数据。图像的二进制数据流信息输出可使用Response.BinaryWrite(ImageData)实现,展示界面如图2所示。
2二维图像存储技术在数字博物馆网站建设中的应用意义
实现二维图像存储管理对于实现数字博物馆研究中的二维文物信息存储及提取具有实际应用价值,可表现为以下几点[5,6]:
1) 在数字化博物馆网站建设中,把图像数据内容本身存储在数据库中的优点在于它能够使数据更加安全稳定,保护数据完整性,定期进行数据备份,对灾难性数据恢复可提供实现机制。
2) 存储在数据库中的二维图像数据,有利于开发者对其创建各种数据库应用程序,包括检索、汇总、分析数据、缩放图像数据信息。
3) 二维图像数据除可存储在数据库中,还可存储在普通文件系统中。若图像数据存储在文件系统中,指向图像文件的URL较直接,不隐藏图片路径。例如:http://.../Image/PIC1.jpg。图像数据存储在数据库时URL不明确,例如:http://.../ Image.aspx?Id=123456[3]。文件系统存储方式不建议应用在实际项目开发中,因为软件实现虽简单但不能避免系统存在被迫坏的可能。
二维图像数据存储的实现过程如图3所示。
3结束语
数字博物馆建设是数字北京建设的一个重要的组成部分,随着互联网事业的发展,相信在不久的将来对于大型数字博物馆的构建及设计高效组织、管理、检索的大规模文博典藏资源的信息管理平台[7],还会有更合理、行之有效的方案来优化其图像存储的整体性能和传输速度。
参考文献
[1](意)Dino Esposito.Programming Microsoft ASP.Net 2.0 Core Reference[M].Microsoft press,2006.8.30.
[2]王晓燕,廖志坚.基于web的图像存储技术[J].电脑与电信,2007(4):42-43.
[3]用ASP.NET 2.0在数据库中存储二进制文件[Z].中国IT实验室,2007.1.
[4](美)Jesse Liberty.Dan Hurwitz.Programming ASP.NET[M].Third Edition.O′Reilly press October,2005.
[5]陈志泊.ASP.net数据库应用教程开发[M].人民邮电出版社,2005:121-128.
[6](美)戴特.深度探索关系数据库———实践者的关系理论[M].熊建国,译.北京:电子工业出版,2007:35-51.
二维数字 篇8
随着移动互联网应用的发展,QR二维码也随之兴起。QR二维码可用于识别用户身份且具有唯一性,作为指纹信息嵌入到数字产品中。为了提高二维码指纹编码安全性和抗合谋攻击能力,本文引入了混沌置乱技术。结合混沌置乱技术,将编码产生的QR二维码指纹信息进行置乱处理,对指纹信息起到了加密作用,同时大幅降低了QR二维码指纹信息之间的相似度,有效提高了指纹系统的抗合谋攻击能力。
1数字指纹编码算法
1.1QR二维码
二维码( Quick Response Code,QR) 是日本Denso - Wave公司在1994年发明的一种二维条码。QR二维码呈正方形,黑白两色[3]。在3个角落,印有“回” 字型小正方形图案,与其他二维码相比,QR二维码具有识别速度快、数据密度大、占用空间小的特点。
QR二维码采用纠 错算法生成一 系列纠错 码字, 添加在数据码字序列后,使得符号可在遇到损坏时不致丢失数据。其共有4个纠错等级,对应4种纠错容量[4],如表1所示。
下面将QR二维码作为用户指纹来进行性能分析。假设有6个用户U1~ U6个人信息分别为“上海理工大学”、“光机电研究所”、“杨浦区办事处”、“杭州市政协办”、“霍尼韦尔公司”和“广州市图书馆”。用二维码生成器生成规格相同的二维码图片,选择恢复容量为30% 的高纠错等级。
首先对此6个二维码指纹进行指纹间相似度检测[5]。因为QR二维码是二值图像,所以读取图像后是0、1数值组成的系数矩阵,将其按行顺序从小到大排成一个数列,将其看成一个字符串。此6个二维码指纹规格相同,读取后的图像系数矩阵行和列数相等, 按行从小到大依次排列成一个字符串,长度为l。对两个指纹字符串进行异或运算,并统计结果为1的个数, 即统计汉明距离d。于是定义两指纹相似度 σ 为
式中,l为二维码指纹图像系数矩阵排成的字符串总长度; d为两字符串的明汉距离。用户U1~ U6指纹之间相似度检测结果如表2所示。
实验数据表明,QR二维码指 纹之间相似 度在70% ~ 80% 之间。这组数据将为本文下一节引入混沌置乱后进行指纹间相似度检测提供参考。
1.2混沌置乱与指纹编码
混沌现象是确定性非线性动力系统中出现的类似随机性的过程。由混沌映射可产生混沌序列。混沌序列具有非周期、有界但不收敛、对初值高度敏感等性质[6]。利用混沌技术对QR二维码指纹进行置乱,降低二维码指纹之间的相似度,从而提高了指纹编码的安全性,之后把置乱后的图像嵌入到载体图片。结合QR二维码和混沌模型性 质,选择了适合 此方案的Logistic映射[7],其数学定义为
式中,μ 为分支系数; xn∈[0,1],n = 0,1,2,3,…。混沌动力系统的研究工作指出,当分支系数3. 699 456… ≤μ≤4时,Logistic映射工作于混沌态[8]。设置参数 μ、初始值x0和序列长度n并能产生一组序列值。因此序列不收敛,故合谋者根据序列长度无法推断出其的参数和初始值。本文选择了合适的初值x0和分支系数 μ 生成一个序列,此序列和二维码二值图像系数矩阵组成的字符串长度相等。
具体置乱算法如下[8]: 设二维码指纹图像系数矩阵大小为m × m,根据给定的Logistic映射参数 μ 和初始值x0生成一组长度m × m的混沌序列x = { x1,x2, …,xm × m} ,然后将x按降序排列为新的序列x' = { x'1, x'2,…,x'm × m} 。将指纹图像系数矩阵按行从小到大依次排成一个长度为l = m × m的字符串L,按x中元素位置标记此字符串,随着x重新排列成x',L也重新排列为L',将字符串L'变换成一个大小为m × m系数矩阵,通过读取得到了置乱指纹图像。再对按此混沌序列置乱后的指纹图像进行相似度检测,结果如表3所示。
实验结果显示,通过Logistic映射置乱后,指纹之间相似度降低了10% ,这为准确追踪到参与合谋的用户提供了更有效的理论依据。
2指纹嵌入和指纹提取
2.1指纹嵌入
借鉴数字水印嵌入方式,可在变换域中将指纹信息嵌入到载体图像中,如离散余弦域[9]或离散小波域等。嵌入指纹信息应该考虑到鲁棒性、抗合谋攻击以及不可感知性等因数。人眼对纹理区的噪声不敏感, 而对平滑区的噪声敏感。因此,指纹嵌入强度应该根据局部纹理复杂程度而定; 低频子图集中了原始图像的大部分信息,具有较强的抗攻击能力。
考虑到以上主要因数,本文采用整型Haar小波变换进行指纹嵌入,将数字指纹通过量化的方式嵌入到二层小波变换后的低频系数即LL2层中。
具体嵌入步骤如下:
( 1) 选取原始图像A,读取图像的系数矩阵大小为m1× m1,指纹长度为l( l = m × m) ,且指纹长度l m1× m1,读入原始图像。
( 2) 用QR二维码生成器生成用户指纹信息,通过Logistic映射产生 一个序列,去置乱用 户指纹w,得到w'。
( 3) 对原始图像A进行二层整型Haar小波变换, 得到4个大小相同的二级小波子图LL2、LH2、HL2、HH2层,得到的4个子图的系数均为整数。
( 4) 在LL2层中指定初始嵌入位置,利用伪随机发生器产生伪随机序列,依次选择指纹的嵌入位置。
( 5) 将指纹w'通过以下量化方式[10]嵌入到从二级整型小波变换低频系数LL2层中选择的位置中。
量化规则为: 选取的嵌入点系数为I( i,j) ,设S为量化步长,即指纹嵌入强度。
当对应嵌入的指纹信息为1时,有
当对应嵌入指纹信息位为0时,有
通过以上规则实现了I'( i,j) 取代I( i,j) 为嵌入后系数,再经过逆Haar小波变换得到嵌入指纹后的图像A'。其中量化步长S选取直接关系到嵌入指纹后图像的鲁棒性和不可视性,应根据实际需要选取合适的量化步长S,本实验选择S = 7。
2.2指纹提取
指纹的提取是指纹嵌入的逆过程。由于采用的是量化方法将指纹信息嵌入到原始图像中,因此在提取时无需原始图像参与便可提取出指纹信息,即实现了盲提取。具体提取规则如下:
( 1) 将待检测图像进行二级整型小波变换,取其LL'2层,按下列规则进行指纹w'还原
( 2) 根据逆混沌置乱法则对提取出来的指纹w'解码为QR二维码指纹w。
3抗合谋攻击和叛逆者追踪
将用户U1~ U6指纹信息按本文提出的指纹编码方式编码后嵌入到原始图像A中,然后进行合谋攻击, 针对此方案采取了逻辑与、逻辑或和平均合谋攻击策略。提取出的非法指纹并依次与各用户指纹进行相似度检测,结果如表4所示。
实验数据显示,2 ~ 3个用户参与逻辑与、逻辑或或随机选取策略合进行谋攻击,参与攻击用户指纹,与非法指纹相似度高达80% 以上,而与未参与合谋攻击的用户指纹相似度依然保持在60% ~ 70% 之间; 4个以上用户参与这3种策略合谋攻击,参与合谋攻击用户指纹与非法指纹相似度大部分均高于80% ,只有少数相似度在70% ~ 80% 之间,同样明显高于混沌置乱后60% ~ 70% 的相似度。这表明经基于QR二维码和混沌置乱的指纹编码系统能准确的追踪到大部分合谋攻击用户,且误判率低,这表明利用相似度来判定用户是否参与了合谋攻击作为标准,是可行、准确、有效的。
4结束语
抗合谋攻击是数字指纹系统的基本要求,也是其核心所在,而指纹编码算法的优劣直接影响到整个数字指纹系统成功与否。本文提出了一种基于QR二维码和混沌置乱的数字指纹编码算法,利用参与合谋攻击用户与非法拷贝用户指纹之间的相关度高低来判断用户参与合谋攻击的可能性。此算法通过二维码作为指纹来标注用户,利用处于混沌状态的Logistic映射打乱指纹信息,提高了指纹的安全性能且降低了指纹间相似度。通过实验数据分析,利用此编码算法的数字指纹系统能成功地追踪到合谋用户且错判率低,证明了该算法是一种简洁高效的指纹编码算法。
摘要：针对能否高效准确地追踪到合谋用户等问题,文中根据二维码具有唯一性和混沌置乱二值图像能降低指纹信息之间的相似度,提出了一种基于QR二维码与混沌置乱的数字指纹编码算法。经实验证明,通过设置Logistic映射的初始值和系数,对指纹信息起到了加密作用,从而提高了指纹信息的安全性;同时,置乱后非法用户与参与合谋用户二维码指纹图像相关度高于80%(与未参与用户相关度为70%~80%),利用相关度来判断用户是否参与合谋,有效提高了追踪合谋用户的精确度。