馬海霞，王恒煒，楊博超，楊 城

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，甘肅 蘭州 730070）

隨著Web 3D及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬展覽館的建設(shè)成為現(xiàn)實(shí)。虛擬展覽館作為實(shí)體館的延伸和補(bǔ)充，以其數(shù)字化、三維可視化、可以任意發(fā)揮創(chuàng)意，具有形式多樣化、超鏈接點(diǎn)擊查詢等功能，正在發(fā)揮著實(shí)體館不可取代的作用和優(yōu)勢。

虛擬展館不只是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體展館的簡單復(fù)制，而是實(shí)體展館的補(bǔ)充和延伸。對沒有到過實(shí)體展館的人，可以方便快捷地了解展品信息，增加去實(shí)體展館的興趣，同時實(shí)現(xiàn)實(shí)體展館所無法實(shí)現(xiàn)的一些展品互動。虛擬展館倡導(dǎo)“環(huán)保節(jié)能、低碳生活”，從多方面節(jié)約資源，并為廣大用戶提供了極大的自主性與便利性。虛擬展館不受時空限制，在互動平臺上縮放自如，觀眾可以360度自由瀏覽，并根據(jù)個人喜好進(jìn)行展品陳列和環(huán)境控制。

甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立于1958年，主要開展農(nóng)作物種質(zhì)資源及新品種選育、主要農(nóng)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培、區(qū)域農(nóng)業(yè)（旱作節(jié)水、生態(tài)環(huán)境建設(shè)）可持續(xù)發(fā)展、土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)、病蟲草害災(zāi)變規(guī)律及綜合控制、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)、林果花卉、農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工、設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜草品種改良、綠色農(nóng)業(yè)、無公害農(nóng)產(chǎn)品檢驗監(jiān)測和農(nóng)業(yè)工程咨詢設(shè)計等領(lǐng)域的研究工作，建院以來共取得科技成果830項［1］。為了全面展示甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院“十五”以來的重大科技成果，促進(jìn)科技成果的傳播、交流和共享，我們開發(fā)了基于Web 3D技術(shù)的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果虛擬展館。

1 設(shè)計目標(biāo)

基于Web 3D技術(shù)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建設(shè)一個具有互動性和沉浸感的Video、Audio、Flash、Java效果組合應(yīng)用的交互式虛擬展覽系統(tǒng)。最大化的提升甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果實(shí)體展館及展品的傳播范圍、宣傳效果與社會價值，使觀眾通過互聯(lián)網(wǎng)即能比較真實(shí)地感受展品，可為廣大農(nóng)民、科技工作者、政府相關(guān)部門提供便捷高效的交流參考。

2 設(shè)計結(jié)構(gòu)及技術(shù)

2.1 相關(guān)技術(shù)

利用互聯(lián)網(wǎng)WEB與三維虛擬現(xiàn)實(shí)漫游技術(shù)的結(jié)合，在計算機(jī)數(shù)據(jù)支撐下，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多媒體展示及三維數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距傳輸。與傳統(tǒng)的網(wǎng)站或展廳投影相比，具有更加廣闊的宣傳范圍，更方便觀眾參觀。利用聲音、三維實(shí)物模型、虛擬展板介紹、網(wǎng)站數(shù)據(jù)查詢的方式，以及即成系統(tǒng)互動展現(xiàn)的手法，更加直觀生動的展示甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的科技成果。

本系統(tǒng)主要采用虛擬現(xiàn)實(shí)平臺（Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）作為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品虛擬互動的關(guān)鍵。VRP是目前比較流行的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，適用性強(qiáng)、操作簡單、功能強(qiáng)大、高度可視化、所見即所得。其次，采用AutoCAD作為二維繪圖和基本的三維設(shè)計，運(yùn)用在制作動畫方面具有主導(dǎo)地位，同時也是世界上擁有最大用戶的三維動畫軟件3ds Max完成動畫漫游。最后，采用Dreamweaver建立科研成果網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交流平臺。

2.2 虛擬漫游系統(tǒng)

漫游系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶可以隨意漫游于三維展廳中，實(shí)時交互式地定制展品，易于擴(kuò)展。應(yīng)用服務(wù)器提供VRML場景與數(shù)據(jù)訪問，數(shù)據(jù)服務(wù)器提供展覽廳中的所有展品（圖1）。這種結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具有極大的靈活性，可動態(tài)調(diào)整展品，實(shí)現(xiàn)了功能模塊化，從軟件工程的角度考慮，減少了軟件模塊的耦合程度（圖2）。

2.3 在線展示網(wǎng)站平臺系統(tǒng)

圖1 VR網(wǎng)上三維互動展廳管理系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 虛擬展廳瀏覽流程

采用Microsoft Visual Studio 2010作為開發(fā)平臺，.net framework 4.0框架作為技術(shù)架構(gòu)。采用sqlserver2005存儲所有數(shù)據(jù)信息，管理展廳展板、視頻、文字、實(shí)物全景等相關(guān)數(shù)據(jù)方便安全。系統(tǒng)架構(gòu)（圖3）采用N層架構(gòu)，很方便實(shí)現(xiàn)分部部署，方便維護(hù)及實(shí)現(xiàn)負(fù)債均衡處理。用Ajax技術(shù)、數(shù)據(jù)服務(wù)器緩存技術(shù)，減小應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器交互壓力。引用后臺方便管理（平臺管理流程4）SEO、欄目設(shè)置等。對搜索引擎更加友好，實(shí)現(xiàn)后臺管理平臺及前臺信息展及與三維場景展廳無縫銜接。

圖3 網(wǎng)站平臺系統(tǒng)架構(gòu)

圖4 平臺管理流程

該平臺支持WEB技術(shù)，采用互聯(lián)網(wǎng)方式發(fā)布瀏覽。整套系統(tǒng)發(fā)布為在線模式，用戶可以在直接點(diǎn)擊網(wǎng)頁安裝插件后遠(yuǎn)程訪問瀏覽查詢。

3 虛擬展館的實(shí)現(xiàn)

虛擬展廳的構(gòu)建是基于實(shí)體展館特點(diǎn)，采用3ds Max技術(shù)制作虛擬場景和動畫漫游，運(yùn)用VRP技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互動展示，最后通過Dre amweave技術(shù)完成參觀者與展廳展示的交流。具體過程如下。

第1步：首先建立產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)庫，三維重建的主要方法包括三維掃描和計算機(jī)建模，然后使用3ds Max制作虛擬展廳場景（圖5）。

第2步：使用3ds Max為整個虛擬展廳設(shè)定動畫效果，并對場景進(jìn)行燈光測試（圖6），檢查材質(zhì)貼圖是否曝光來調(diào)整燈光參數(shù)，渲染和烘焙。

第3步：將烘焙完的場景導(dǎo)入VRP中制作虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)，設(shè)計虛擬環(huán)境、虛擬交互、虛擬講解、環(huán)境音樂、模擬人物等，達(dá)到真實(shí)體驗效果。設(shè)計有漫游與手動模式，用戶能夠主動瀏覽虛擬展廳內(nèi)的所有物件，且可以互動查看（圖7），最終發(fā)布EXE文件（圖8）。

第4步：以Microsoft Visual Studio作為開發(fā)平臺，.net framework框架作為技術(shù)架構(gòu)；采用sqlserver2005存儲所有數(shù)據(jù)信息，將具有互動功能的虛擬展廳和動畫制作成甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果虛擬數(shù)字展館網(wǎng)站平臺，實(shí)現(xiàn)實(shí)時遠(yuǎn)程交互功能。

4 虛擬展館的特點(diǎn)

4.1 目標(biāo)明確，針對性強(qiáng)

本方案針對甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院建院以來取得的農(nóng)業(yè)科技成果和科研數(shù)據(jù)，參照實(shí)體展館并考慮可擴(kuò)展性，用最先進(jìn)的3D電腦技術(shù)手段，開發(fā)出具有三維可視化效果的虛擬展廳，超越傳統(tǒng)的二維管理及控制的體系，初級電腦操作人員也能很容易的瀏覽、控制。

圖5 在3ds Max中建模型

圖6 對場景進(jìn)行燈光測試

圖7 展廳框架

圖8 后期效果圖

4.2 實(shí)時互動

以文字、聲頻、圖片、視頻及3D模型等多種手段，能感受到“身臨其境，暢游無限”的在線互動，充分調(diào)動參觀者的積極性。

4.3 打破了時間和空間的限制

增加了自主性和便利性，不出門隨時隨地參觀。虛擬展館呈現(xiàn)方式數(shù)字化，可實(shí)現(xiàn)虛擬漫游、多人在線、仿真互動。

4.4 節(jié)約資源

虛擬展館倡導(dǎo)“環(huán)保節(jié)能，低碳生活”。虛擬展廳是實(shí)體展館向外打開的另一扇窗口，通過網(wǎng)絡(luò)加快了甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果的傳播、交流和共享。

5 結(jié)束語

基于Web 3D技術(shù)的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院虛擬展廳系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)絡(luò)展廳方便瀏覽，也可以安裝到任何普通電腦，在相關(guān)農(nóng)業(yè)科技交流、培訓(xùn)中應(yīng)用，是一個移動的、全面展示甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技成果的演示產(chǎn)品，對科技興農(nóng)、富民興隴將起到積極的作用。

［1］甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心.甘肅省農(nóng)科院簡介［EB/OL］.（2013-06-30）［2013-09-10］http：//www.gsagr.ac.cn/gaikuang/jj.htm