基于本體的動(dòng)漫資源檢索系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1、基于本體的動(dòng)畫素材檢索系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)一、 項(xiàng)目概述本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)面向動(dòng)畫素材（包括人物造型、道具、二維場(chǎng)景、三維場(chǎng)景、原畫（即線稿）、色稿等）的檢索系統(tǒng)。根據(jù)事先建立的領(lǐng)域本體，該系統(tǒng)為每個(gè)資源文件建立對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義特征文件，并將資源文件及其特征文件存入系統(tǒng)當(dāng)中，然后基于這些特征文件建立語(yǔ)義索引以便加速檢索。當(dāng)系統(tǒng)收到用戶輸入的受限中文查詢語(yǔ)句時(shí)，先對(duì)該查詢請(qǐng)求進(jìn)行規(guī)范化處理，然后根據(jù)本體對(duì)其進(jìn)行概念擴(kuò)展，再將得到的概念和實(shí)例集合作為語(yǔ)義索引與原先建立的語(yǔ)義索引進(jìn)行匹配，最終將搜索到的資源返回給用戶，結(jié)束查詢。二、 系統(tǒng)要求1. 對(duì)于查詢請(qǐng)求，具有較好的查準(zhǔn)率和查全率，較快的檢索速度；2. 能方便用戶

2、將要標(biāo)注的資源及標(biāo)注結(jié)果存入系統(tǒng)；3. 能夠較為快速的響應(yīng)多個(gè)（不少于20個(gè)）客戶端的請(qǐng)求；4. 三、 系統(tǒng)限制1. 各種素材及系統(tǒng)所需的各種資源由數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理；2. 當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)檢索時(shí)，所有客戶端擁有相同的程序界面；3. 四、 系統(tǒng)框架 五、 系統(tǒng)概述與各組成部分功能說(shuō)明1. 概述當(dāng)用戶以受限中文語(yǔ)句提交查詢請(qǐng)求后，自然語(yǔ)言模塊對(duì)該查詢請(qǐng)求進(jìn)行規(guī)范化處理，并將規(guī)范的查詢?cè)~集合提交給檢索請(qǐng)求重構(gòu)器；檢索請(qǐng)求重構(gòu)器首先對(duì)查詢?cè)~集合中每個(gè)詞語(yǔ)賦予不同的語(yǔ)義權(quán)重，然后訪問(wèn)概念關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，提取每個(gè)查詢?cè)~的相關(guān)概念，實(shí)現(xiàn)概念擴(kuò)展，然后將擴(kuò)展后的概念集合（或?qū)嵗┨峤唤o檢索引擎；檢索引擎訪問(wèn)語(yǔ)義索引

3、庫(kù)（根據(jù)標(biāo)注系統(tǒng)所建立的特征文件庫(kù)構(gòu)建），根據(jù)事先建立的語(yǔ)義索引查找與用戶查詢?cè)~相關(guān)的資源，將檢索結(jié)果排序后返回給用戶。2. 系統(tǒng)各組成部分功能1) 本體服務(wù)器構(gòu)建基于開源工具包jena的推理引擎，利用jenaapi將owl格式的星城記本體存入開源數(shù)據(jù)庫(kù)mysql中；接收來(lái)自概念擴(kuò)展器的查詢?cè)~（概念），推理引擎從mysql中讀入本體模型到內(nèi)存，基于一定的查詢?cè)~優(yōu)化機(jī)制進(jìn)行概念擴(kuò)展，并將擴(kuò)展后的概念集合返回給概念擴(kuò)展器。領(lǐng)域本體由概念以及概念之間的關(guān)聯(lián)組成，一個(gè)概念通常存在多個(gè)關(guān)聯(lián)概念，兩個(gè)概念之間可能存在多種不同的關(guān)聯(lián)。jena的api包為owl的數(shù)據(jù)庫(kù)操作、文件操作和推理機(jī)操作提供支持。je

4、na對(duì)本體中的每個(gè)概念進(jìn)行概念擴(kuò)展，本體服務(wù)器通過(guò)jena對(duì)整個(gè)本體進(jìn)行概念擴(kuò)展以建立概念關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)。2) 資源入庫(kù)與標(biāo)注系統(tǒng)依據(jù)星城記本體，針對(duì)不同的對(duì)象和時(shí)空關(guān)系，構(gòu)造相應(yīng)的語(yǔ)義模板，并將之存入語(yǔ)義模板庫(kù)；語(yǔ)義標(biāo)注器利用其特征提取模塊對(duì)動(dòng)畫制作過(guò)程中產(chǎn)生的各種素材（包括角色造型、道具、二維場(chǎng)景、三維場(chǎng)景、線稿（即原畫）、色稿等）進(jìn)行素材的低層物理特征自動(dòng)提取，并依據(jù)特定的語(yǔ)義模板對(duì)素材進(jìn)行高層語(yǔ)義標(biāo)識(shí)；將包含素材對(duì)應(yīng)的低層語(yǔ)義標(biāo)識(shí)和高層語(yǔ)義標(biāo)識(shí)的特征文件存入特征文件庫(kù)。3) 自然語(yǔ)言理解模塊接收來(lái)自用戶界面的以受限中文語(yǔ)句形式提交的查詢請(qǐng)求，然后分詞與詞性標(biāo)注模塊調(diào)用中文分詞工具ictcl

5、as對(duì)查詢請(qǐng)求進(jìn)行切分和詞性標(biāo)注，并將處理后的結(jié)果提交給詞匯規(guī)范化處理模塊；依據(jù)本體概念表，詞匯規(guī)范化處理模塊對(duì)每個(gè)查詢?cè)~進(jìn)行合法性檢查。若查詢?cè)~為本體中的概念和實(shí)例，則標(biāo)識(shí)該查詢?cè)~有效。若查詢?cè)~為本體中某概念的同義詞或近義詞，則將該查詢?cè)~映射為本體中對(duì)應(yīng)的同義詞或近義詞概念。否則，將查詢請(qǐng)求不合法的信息反饋給用戶界面；當(dāng)收到來(lái)自詞匯規(guī)范化處理模塊的查詢請(qǐng)求后，歷史請(qǐng)求處理模塊訪問(wèn)歷史訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。若歷史訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)存在該查詢請(qǐng)求的記錄，則直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出與該查詢請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的檢索結(jié)果并將之提交給用戶界面，并通知詞匯處理模塊此次檢索請(qǐng)求已經(jīng)完成。若歷史訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)未能匹配查詢請(qǐng)求，則通知詞匯處理模塊將

6、規(guī)范化處理的查詢請(qǐng)求提交給檢索請(qǐng)求重構(gòu)器。4) 檢索請(qǐng)求重構(gòu)器通過(guò)調(diào)用本體服務(wù)器，概念擴(kuò)展器對(duì)本體中的每個(gè)概念進(jìn)行概念擴(kuò)展，并將擴(kuò)展結(jié)果（關(guān)聯(lián)概念及其語(yǔ)義距離）存入概念關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)中；當(dāng)收到來(lái)自自然語(yǔ)言處理模塊的規(guī)范化查詢請(qǐng)求，詞項(xiàng)分析與賦權(quán)模塊根據(jù)每個(gè)查詢?cè)~的詞性和詞匯之間的位置關(guān)系和動(dòng)作關(guān)系，給每個(gè)查詢?cè)~賦予特定的語(yǔ)義層次和相應(yīng)權(quán)重，并將查詢請(qǐng)求提交給查詢重構(gòu)模塊；查詢重構(gòu)模塊針對(duì)每個(gè)查詢?cè)~調(diào)用概念擴(kuò)展器，獲得每個(gè)查詢?cè)~相關(guān)的概念集合，然后將每個(gè)概念對(duì)應(yīng)的實(shí)例集合及其權(quán)重與語(yǔ)義距離提交給檢索引擎；當(dāng)接收到來(lái)自查詢重構(gòu)模塊的概念擴(kuò)展請(qǐng)求，概念擴(kuò)展器訪問(wèn)概念關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)，提取與該概念關(guān)聯(lián)的所有概念

7、及其語(yǔ)義距離，并將之返回給查詢重構(gòu)模塊。5) 檢索引擎語(yǔ)義索引構(gòu)造器從特征文件庫(kù)中提取每個(gè)特征文件，通過(guò)對(duì)特征文件的分析，提取其中的語(yǔ)義標(biāo)識(shí)，并將建立的語(yǔ)義索引存入語(yǔ)義索引庫(kù)中；當(dāng)接收來(lái)自檢索請(qǐng)求重構(gòu)器的檢索實(shí)例集簇（集簇中每個(gè)實(shí)例集合對(duì)應(yīng)一個(gè)概念，因而含有一個(gè)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義權(quán)重和語(yǔ)義距離），查詢請(qǐng)求檢索器依據(jù)特定的權(quán)重計(jì)算策略，按照權(quán)重由高到低的順序構(gòu)造提問(wèn)詞串（從每個(gè)實(shí)例集合中提取一個(gè)實(shí)例所組成的新實(shí)例集合），然后訪問(wèn)語(yǔ)義索引庫(kù)，找到對(duì)應(yīng)資源的存放路徑，進(jìn)一步從素材資源庫(kù)中提取出檢索結(jié)果；結(jié)果排序模塊依據(jù)特定的評(píng)分排序邏輯對(duì)檢索結(jié)果進(jìn)行篩選和排序，并將最終的查詢結(jié)果提交給用戶界面。6) 資源數(shù)

8、據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用ocacle對(duì)本系統(tǒng)中的歷史訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)、概念關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)、特征文件庫(kù)、語(yǔ)義索引庫(kù)、素材資源庫(kù)、語(yǔ)義模板庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理和訪問(wèn)，并構(gòu)建基于hibernate架構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理層。六、 分析級(jí)類圖七、 設(shè)計(jì)級(jí)類圖1. 檢索請(qǐng)求與本體更新類圖：2. 資源標(biāo)注類圖（略，彭?xiàng)罟ぷ鳎┌恕?詳細(xì)對(duì)象設(shè)計(jì)queryword類：保存將用戶檢索請(qǐng)求切分后的檢索詞。l name：檢索詞名字；l category：檢索詞詞性；l weight：檢索詞權(quán)重；l isconcept：檢索詞是否為概念。isconcept為0，則為概念；isconcept為1，則為實(shí)例；否則，說(shuō)明該檢索詞無(wú)法判斷其類別；l re

9、latedconcept：若檢索詞為概念則存放相關(guān)概念可變數(shù)組地址；否則該對(duì)象引用為空。初始值為空。queryresult類：保存檢索請(qǐng)求的結(jié)果。用配置文件的形式來(lái)指定查詢結(jié)果存放在磁盤中的位置。l querystring：規(guī)范化處理后的查詢請(qǐng)求字符串；l resultlocation：以目錄的形式存放檢索結(jié)果；l +getquerystring()：返回查詢請(qǐng)求字符串；l +getresult()：返回存放檢索結(jié)果的目錄對(duì)象。conceptrelationship類：對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的概念關(guān)聯(lián)表。concept為源概念，relatedconcept為關(guān)聯(lián)概念，relationname為兩個(gè)概念

10、之間的關(guān)聯(lián)名稱，semanticdistance為兩個(gè)概念之間的語(yǔ)義距離。historyquerymanager類：對(duì)queryresult對(duì)象進(jìn)行管理，保存用戶近recordlength次檢索結(jié)果。實(shí)現(xiàn)時(shí)檢索結(jié)果并沒有用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，而是用文件夾存放每次的檢索結(jié)果。l comparestring：規(guī)范化后的用戶檢索請(qǐng)求；l maxlength：指定可保存的檢索結(jié)果次數(shù)。用配置文件設(shè)置；l currentlength：指示當(dāng)前所保存的歷史結(jié)果次數(shù)；l queryresults：可變數(shù)組，存放歷史檢索結(jié)果。l +setlength()：參數(shù)historynum為可最多保存的歷史檢索結(jié)果次數(shù)。作用是

11、設(shè)置私有變量length的值；l +ishistoryquery()：參數(shù)querycheck是待測(cè)試的用戶查詢?cè)~集合；返回類型為file；當(dāng)不是歷史檢索請(qǐng)求時(shí)，file對(duì)象引用為null，否則為指向檢索結(jié)果的file對(duì)象引用；l +addqueryhistory()：參數(shù)querystring為新檢索請(qǐng)求，參數(shù)result為存放檢索結(jié)果的file對(duì)象（代指文件夾）。無(wú)返回值。作用是將當(dāng)前檢索結(jié)果加入歷史檢索信息中；l +addqueryhistory()：參數(shù)query為新檢索請(qǐng)求所對(duì)應(yīng)的檢索詞集合，參數(shù)result為存放檢索結(jié)果的file對(duì)象（代指文件夾）。無(wú)返回值。作用是將當(dāng)前檢索結(jié)果加

12、入歷史檢索信息中；l -getquerystring()：參數(shù)sourcequery為用戶查詢?cè)~集合。返回值為檢索請(qǐng)求字符串。作用是得到用戶查詢?cè)~名字組成的字符串，即檢索請(qǐng)求字符串。被ishistoryquery()調(diào)用；l -getqueryresult()：參數(shù)name為欲取得的歷史檢索請(qǐng)求名字。作用為返回name所指定的歷史檢索請(qǐng)求。被ishistoryquery()調(diào)用；l -removequeryhistory()：參數(shù)queryname為待刪除的歷史檢索請(qǐng)求。作用為刪除queryname所指定的歷史信息，若queryname為null，則刪除第一條歷史信息。被addqueryhis

13、tory()調(diào)用；l -removeallhistory()：無(wú)參數(shù)。作用為刪除所有的歷史檢索信息。目前系統(tǒng)似乎用不著該方法；l -contains()：參數(shù)querystring為檢索請(qǐng)求名字。作用為判斷querystring所指定的檢索請(qǐng)求是否為存在于歷史檢索信息中。目前系統(tǒng)似乎用不著該方法。ictclas類：對(duì)中文句子進(jìn)行切詞和詞性標(biāo)記。l cutsentence()：參數(shù)stringname為需要切分的語(yǔ)句。返回值為queryword對(duì)象的集合。作用是調(diào)用計(jì)算所的切詞工具ictclas，對(duì)stringname進(jìn)行切詞和詞性標(biāo)記，并將結(jié)果封裝在queryword對(duì)象。databaseac

14、cess接口：為系統(tǒng)各部份訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)提供統(tǒng)一規(guī)范，并達(dá)到解藕的目的。l isconcept()：參數(shù)conceptname為待判斷的概念名。返回值為本體中對(duì)應(yīng)的概念名。作用為在數(shù)據(jù)庫(kù)的同義詞表中判斷conceptname所代表的概念是否存在，若存在或是同義詞，則以本體中對(duì)應(yīng)概念的名稱返回，否則以空字符串返回；l isindividual()：參數(shù)individualname為待判斷的實(shí)例名。返回值為該實(shí)例在本體中的直接概念名。作用是在數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)例映射表中查找是否存在該實(shí)例，若是，則返回該實(shí)例的直接概念名，否則返回空字符串；l getrelatedconcept()：參數(shù)conceptname為

15、待擴(kuò)展的概念名。返回值為conceptrelationship類型的可變數(shù)組。作用是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的概念關(guān)聯(lián)表對(duì)conceptname所指的概念進(jìn)行概念擴(kuò)展。l storerelatedconcept()：參數(shù)relationship為conceptrelationship類的對(duì)象。無(wú)返回值。作用是將relationship所指的概念關(guān)聯(lián)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中的概念關(guān)聯(lián)表中。ontologyserver類：負(fù)責(zé)對(duì)本體和推理機(jī)進(jìn)行管理，根據(jù)本體建立概念關(guān)聯(lián)表。l buildrelationdb()：參數(shù)ontologyaddress為本體*.owl文件路徑。無(wú)返回值。作用是根據(jù)ontologyaddress

16、所指的本體建立概念關(guān)聯(lián)表。requestpreprocessor類：對(duì)用戶輸入的字符串進(jìn)行切分和詞性標(biāo)記；根據(jù)同義詞表和實(shí)例映射表，判斷每個(gè)檢索詞是否為本體中的概念（或?qū)嵗?。若檢索詞為本體中概念的同義詞，則用本體中概念替換之。l +standardizequery()：參數(shù)query為待規(guī)范化的查詢請(qǐng)求字符串。返回值為queryword類型的可變數(shù)組。作用為對(duì)私有屬性requeststring所指示的中文字符串進(jìn)行切詞和詞性標(biāo)記，調(diào)用接口databaseaccess來(lái)判斷每個(gè)查詢?cè)~是概念還是實(shí)例，并將結(jié)果記錄在類queryword的屬性name、category和isconcept當(dāng)中。調(diào)用

17、ictclas.cutsentence()、databaseaccess.isconcept()、databaseaccess.isindividual()；l +ishistory()：功能和historyquerymanager.ishistoryquery()一樣，目的是割斷類resourcequeryrequest和類historyquerymanager之間的依賴關(guān)系。requestreconstructor類：負(fù)責(zé)對(duì)規(guī)范化的查詢?cè)~進(jìn)行概念擴(kuò)展。l expandconcept()：參數(shù)queryword為查詢?cè)~。返回值bool類型。作用是對(duì)queryword所指的查詢?cè)~進(jìn)行概念擴(kuò)展，

18、并將概念擴(kuò)展可變數(shù)組的對(duì)象引用存入queryword的屬性relatedconcept當(dāng)中。searchingengine類：根據(jù)檢索請(qǐng)求中的實(shí)例和概念（包括擴(kuò)展概念）進(jìn)行資源檢索。l +searchresult()：參數(shù)request為經(jīng)過(guò)規(guī)范化處理和概念擴(kuò)展后的查詢請(qǐng)求。無(wú)返回值（也可將檢索結(jié)果交給上層對(duì)象顯示，有待討論）。作用是根據(jù)一定的查詢?cè)~排序算法對(duì)待檢索的查詢?cè)~的權(quán)重進(jìn)行排序，然后根據(jù)已建立的語(yǔ)義索引進(jìn)行資源檢索；l -storeresult()：將本體檢索的結(jié)果存入歷史訪問(wèn)信息中。resourcequeryrequest類：處理用戶的查詢請(qǐng)求。l -queryname：待處理的查詢請(qǐng)求名；l -queryrequest：查詢請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的查詢?cè)~集合。該屬性同時(shí)保存規(guī)范化處理后的查詢?cè)~集合以及概念擴(kuò)展后的查詢?cè)~集合；l +handlerequest()：參數(shù)query為待處理的查詢請(qǐng)求。無(wú)返回值。作用是根據(jù)query所指的查詢請(qǐng)求進(jìn)行資源檢索，過(guò)程是先調(diào)用r