常志堅(jiān)

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710038）

地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景的系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

常志堅(jiān)

（陜西職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西西安710038）

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展環(huán)境下，虛擬技術(shù)的應(yīng)用也逐漸廣泛，網(wǎng)絡(luò)虛擬化展示技術(shù)也隨之發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上虛擬技術(shù)的應(yīng)用需求也逐漸加大。為進(jìn)一步分析虛擬場(chǎng)景在現(xiàn)代公園建設(shè)中的應(yīng)用及推廣虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，本文則結(jié)合地質(zhì)公園建設(shè)及虛擬旅游場(chǎng)景設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本框架，從虛擬場(chǎng)景特點(diǎn)、系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)及全景圖三維虛擬空間實(shí)現(xiàn)模式等不同方面出發(fā)，分析地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景的發(fā)展建設(shè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不但實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景建設(shè)，同時(shí)也對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的推廣應(yīng)用也具有一定的借鑒意義，證實(shí)虛擬場(chǎng)景在我國(guó)地質(zhì)公園具有應(yīng)用可行性及有效性。本文則結(jié)合某一地質(zhì)公園為例，對(duì)其虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架探討。

地質(zhì)公園；虛擬場(chǎng)景；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；虛擬現(xiàn)實(shí)

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正改變著人們的日常生活和工作。顯卡性能及網(wǎng)速的提高，也進(jìn)一步為虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展提供了條件，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也逐漸從之前比較封閉的單機(jī)環(huán)境發(fā)展到開放的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，加大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用已經(jīng)成為必然發(fā)生趨勢(shì)。另外社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中人們生活水平也有顯著提高等，旅游發(fā)展需求也隨之加大。電子商務(wù)在旅游行業(yè)中具有廣闊的發(fā)展空間，各城市的地質(zhì)公園也開始加大網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。但是目前基于地質(zhì)公園發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，大部分地質(zhì)公園均還沒有自己的官方網(wǎng)站，只是簡(jiǎn)單的借助于一些旅游網(wǎng)站介紹基本情況，自然對(duì)于游客的吸引力并不大［1］。其中地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)則是旅游業(yè)電子商務(wù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，其能夠?qū)⒙糜尉皡^(qū)特色進(jìn)行360度展示，可以從任何一個(gè)方向觀看旅游場(chǎng)景，甚至還能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上虛擬漫游，給游客帶來身臨其境的感受，從而提高其旅游興趣［2］。本文重點(diǎn)則是對(duì)地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景技術(shù)探討，以為之后的旅游及電子商務(wù)發(fā)展提供相應(yīng)的參考。

1　虛擬旅游場(chǎng)景設(shè)計(jì)特點(diǎn)

虛擬場(chǎng)景通常是虛擬地面模型及虛擬地物模型所構(gòu)成，前者具有地理特征，地類邊界通常都是不規(guī)則形狀，例如水草和草地等等，并且地物之間呈拓?fù)潢P(guān)系，很難采用VRML進(jìn)行建模，最方便的方法則是三維GIS方法建模，并通過三維GIS模型組織和管理相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間及屬性分析等相關(guān)功能［3］。在虛擬地物模型中，則需要最大化提高模擬真實(shí)性，并且要從外到內(nèi)仔細(xì)進(jìn)行觀察，對(duì)比來說復(fù)雜模型建立的施護(hù)3D SMAX方便度要高于VRML編輯器，另外在Ace GIS及3D SMAX中直接導(dǎo)出的VRML文件比較大，也會(huì)出現(xiàn)將多個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)情況的出現(xiàn)，對(duì)于后續(xù)虛擬旅游場(chǎng)景漫游、查詢等相應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)提高了難度。所以關(guān)于具體的虛擬旅游場(chǎng)景設(shè)計(jì)還需要依照實(shí)際情況選擇。對(duì)旅游虛擬場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)及難點(diǎn)綜合分析，并進(jìn)行場(chǎng)景分級(jí)及分類組織，針對(duì)場(chǎng)景整體及地面景觀等進(jìn)行模型建立，以對(duì)用戶的粗略瀏覽和定位提供便利。其中旅游虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1　旅游虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)技術(shù)路線

2　虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能實(shí)現(xiàn)

某地質(zhì)公園選用的是Active X/COM+/DCOM組件技術(shù)和OSG三維圖像引擎技術(shù)，構(gòu)建的三維場(chǎng)景，這一系統(tǒng)在應(yīng)用中具有開發(fā)方便，擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)則詳細(xì)如下：

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這一系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)分為三層，分別為表示層、中間層以及數(shù)據(jù)服務(wù)層，具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用戶首先通過表現(xiàn)層提供用戶界面，并將查詢參數(shù)輸入其中，之后通過表現(xiàn)層客戶端軟件和中間層的服務(wù)器應(yīng)用，將用戶請(qǐng)求傳遞給數(shù)據(jù)服務(wù)器；之后依照客戶實(shí)際需求通過數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行處理，通過中間層將其處理結(jié)果再次返回到表現(xiàn)層，表現(xiàn)層即可以將用戶所需結(jié)果顯示出來［4］。本次虛擬場(chǎng)景應(yīng)用的是三層體系結(jié)構(gòu)，為客戶原有管理信息系統(tǒng)以及地理信息系統(tǒng)等的結(jié)合應(yīng)用提供了便利，同時(shí)也能夠有效保證系統(tǒng)的可維護(hù)性以及可擴(kuò)充性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及構(gòu)建均能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)施管理，這樣也就有效避免在實(shí)施應(yīng)用程序安裝及更新的時(shí)候，針對(duì)每一個(gè)用戶PC機(jī)均需要手工調(diào)整的需要。

2.2功能實(shí)現(xiàn)模式

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，考慮到地質(zhì)公園的規(guī)劃建設(shè)和宣傳展示等實(shí)際需求，因此實(shí)現(xiàn)的功能包括：

1）場(chǎng)景數(shù)據(jù)集成及管理功能。也就是應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)方式，將模型中存在的屬性信息、幾何信息以及拓?fù)湫畔⒌鹊?，均集中到?shù)據(jù)庫(kù)中，為用戶有效訪問及更新提供便利。

2）計(jì)算及量算功能。在瀏覽一個(gè)陌生區(qū)域的時(shí)候，用戶可以通過系統(tǒng)查詢兩個(gè)地點(diǎn)之間的距離。同時(shí)也能夠通過數(shù)字高程模型將挖填方面積、地形坡度等相關(guān)信息計(jì)算出來。

3）特殊效果在虛擬場(chǎng)景中的實(shí)現(xiàn)。也就是應(yīng)用離子系統(tǒng)方法，呈現(xiàn)出雨雪、煙火等一些特殊效果，因?yàn)檫@些功能本身也屬于是仿真系統(tǒng)常見功能，因此將其在地質(zhì)公園虛擬場(chǎng)景中應(yīng)用，更有助于為用戶提供逼真效果［5］。

4）瀏覽器的查詢功能。因此目前瀏覽器通常只是模擬場(chǎng)景外觀特性，不具有良好的交互性能，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中針對(duì)于瀏覽器功能缺陷，專門提供了更多的訪問方法。例如將地名輸入其中也就可以定位在三維空間中的某一個(gè)方位，或者對(duì)空間中的某一個(gè)物體訪問其中也就能夠得到其空間內(nèi)的經(jīng)緯度以及相關(guān)文字信息等等。

5）重力及碰撞功能。因?yàn)槟壳霸谶M(jìn)行虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要是模擬地球人類生活環(huán)境，因此在漫游的時(shí)候加上重力及碰撞效果，更有助于提高漫游者的體驗(yàn)感受。

6）集成聲音、動(dòng)畫等多媒體功能。也就是在VR環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)影音媒體功能，為用戶提供良好的聽覺和視覺效果，以此強(qiáng)化用戶體驗(yàn)的真實(shí)效果。

3　全景圖三維虛擬空間的實(shí)現(xiàn)

所謂的全景圖，也就是將視點(diǎn)位置進(jìn)行固定，并且將視線進(jìn)行一周環(huán)視所能夠看到的所有幀，經(jīng)過系統(tǒng)處理所形成的圖。經(jīng)全景圖作為基本組成單位，在一個(gè)視點(diǎn)之中集中多個(gè)具有深度差異的前景圖，也就能夠構(gòu)成全景圖空間。借助于不同視點(diǎn)之間的“平滑跳動(dòng)”也就能夠?qū)崿F(xiàn)多幅全景圖相互間的漫游［6］。這些全景圖不但可以通過普通相機(jī)拍攝，同時(shí)也可以通過全景相機(jī)拍攝，在拍攝完畢之后對(duì)其進(jìn)行鑲嵌。這一方式不用進(jìn)行復(fù)雜的場(chǎng)景建模，也就能夠?qū)⑵渌胍獙?shí)現(xiàn)的環(huán)境進(jìn)行顯示，所以不用對(duì)專門的硬件加速應(yīng)用，也就能夠得到具有一定現(xiàn)實(shí)感的圖像以及實(shí)時(shí)交互速度。全景圖在實(shí)現(xiàn)中最常用的方式為：試點(diǎn)固定、時(shí)間不變以及波長(zhǎng)不變。重點(diǎn)技術(shù)則是圖像拼接技術(shù)。全景圖的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，不管是計(jì)算量還是存儲(chǔ)量均沒有過高要求，所以在旅游場(chǎng)景虛擬展示系統(tǒng)中的應(yīng)用非常方便。其實(shí)通過真實(shí)旅游景點(diǎn)構(gòu)建出相應(yīng)的虛擬環(huán)境，基于攝影技術(shù)得到相應(yīng)的照片級(jí)別細(xì)節(jié)。首先，對(duì)于節(jié)點(diǎn)的選取其實(shí)也就是將拍攝角度、角度方案確定，具體來講也就是拍攝間隔是多少，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的拍攝方法是什么。其次對(duì)于全景圖的實(shí)現(xiàn)，則包括這集中方法，采用全景相機(jī)直接拍攝，這種方法很簡(jiǎn)單的也就可以得到全景圖，也必須對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的建模工作。缺點(diǎn)也就是對(duì)設(shè)備專業(yè)度要求較高，設(shè)備價(jià)格較高［7］；采用普通相機(jī)進(jìn)行拍攝，可以拍出一系列重疊的照片，之后將其進(jìn)行鑲嵌構(gòu)成全景圖即可，并且還可以構(gòu)建成不同的形狀的全景圖，也不需要專業(yè)設(shè)備，每一張照片均可以實(shí)施曝光控制，所以全景圖的光強(qiáng)分布相對(duì)來講也比較平衡。最后鏈接則是將依照空間中的視點(diǎn)位置關(guān)系將全景圖進(jìn)行組織，應(yīng)用在交互顯示中，并且還需要將運(yùn)動(dòng)物體也鑲嵌在全景圖中，實(shí)現(xiàn)用戶的交互控制。關(guān)于旅游場(chǎng)景三維虛擬空間的實(shí)現(xiàn)，具體則如下所示。

3.1全景瀏覽基本流程

在研究中發(fā)現(xiàn)，關(guān)于三維全景瀏覽的實(shí)現(xiàn)具體流程則如圖3所示。

圖3　三維全景瀏覽實(shí)現(xiàn)流程

3.2素材準(zhǔn)備

在進(jìn)行旅游景點(diǎn)全景圖象制作的時(shí)候，首先要準(zhǔn)備好景點(diǎn)照片素材。照片采集原始圖片質(zhì)量將對(duì)拼接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響，因此在進(jìn)行照片素材采集的時(shí)候一定要滿足一下幾點(diǎn)要求：1）將相機(jī)基本上在景點(diǎn)的中心位置固定，并且選取合適的拍攝角度；2）最大化的確保每幅圖片水平線水平［8］；3）最好應(yīng)用三腳架拍攝，在三腳架上進(jìn)行相機(jī)水平面上旋轉(zhuǎn)，以免鏡頭出現(xiàn)偏斜及俯仰情況，最好是始終采用同一個(gè)焦距；4）確保一定的重疊范圍，通常是9-12張圖片；5）最大化的避免相鄰照片出現(xiàn)差異度比較大的光亮、色度以及對(duì)比度；6）景點(diǎn)的原始圖像應(yīng)該是靜態(tài)的。

3.3全景圖合成技巧

在全景圖合成中，可以對(duì)相應(yīng)的商業(yè)軟件進(jìn)行應(yīng)用，其中包括：Cool360、Realviz Stitcher、Panoram Maker等。通過這些軟件可以將在一個(gè)視點(diǎn)上進(jìn)行環(huán)繞拍攝的數(shù)碼照片，無縫連接在一起，并且將其構(gòu)建成長(zhǎng)度比較寬的柱面全景圖。景點(diǎn)全景圖像也就是人在某一個(gè)點(diǎn)上所能夠看到的空間圖像，保持一個(gè)視點(diǎn)不變，不但變換觀察方向，因此在進(jìn)行照片拍攝的時(shí)候，則可以將相機(jī)固定在支架上，必須最大化的避免在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)傾斜或者俯仰情況，將鏡頭作為軸進(jìn)行一周旋轉(zhuǎn)并拍攝也就能夠得到這一視點(diǎn)的全景圖。

3.4構(gòu)建虛擬場(chǎng)景

制作好柱面全景的時(shí)候，只是能夠?yàn)g覽單個(gè)視點(diǎn)景色，但是還不能夠?qū)⑵湔J(rèn)為成是虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)景，進(jìn)一步對(duì)制作好的景點(diǎn)全景圖像實(shí)施編輯及組織，才能夠真正構(gòu)建成虛擬場(chǎng)景。

4　結(jié)束語

綜上所述，虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)設(shè)計(jì)在地質(zhì)公園中的應(yīng)用不但實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)公園電子商務(wù)優(yōu)化發(fā)展，同時(shí)也對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的推廣應(yīng)用也具有一定的借鑒意義，通過以上研究足以證實(shí)虛擬場(chǎng)景在我國(guó)地質(zhì)公園具有應(yīng)用可行性及有效性。這一技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，不管是文件大小、圖形渲染質(zhì)量，還是造型技術(shù)、渲染速度等等各方面均得到進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)對(duì)于用戶的應(yīng)用也能夠提高其交互性，本次地質(zhì)公園的虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到滿意效果，能夠?yàn)閺V大用戶在地質(zhì)公園參觀中提供良好的參考資料。但是目前基于網(wǎng)絡(luò)的三維仿真技術(shù)還處于發(fā)展階段，不夠成熟，為進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)旅游業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用，則還需要進(jìn)一步對(duì)其強(qiáng)化研究，全面認(rèn)識(shí)，不斷深化開發(fā)研究，促進(jìn)技術(shù)的不斷完善。

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Research on system design of virtual scene in geological park

CHANG Zhi-jian
（Shaanxi Vocational&Technical College，Xi'an 710038，China）

In the development of the Internet technology，the application of virtual technology has gradually been extensive，the network virtualization technology has also developed，the application of virtual technology on the network has gradually increased.In order to further analyze the application of virtual scene in modern park construction and the application of virtual reality technology，this paper puts forward the basic frame of virtual scene system design，based on the characteristics of virtual scene，system function，structure and three-dimensional virtual space.The results show that not only the construction of the virtual scene of the geological park，but also for the application of virtual reality technology has a certain significance，it is proved that the virtual scene in China's geological park is feasible and effective.In this paper，the design framework of virtual scene system is discussed in this paper.

geological park；virtual scene；system design；virtual reality

TN0

A

1674－6236（2016）17-0058-03

2015-11-27稿件編號(hào)：201511268

常志堅(jiān)（1970—），男，陜西寶雞人，碩士，助教。研究方向：景觀設(shè)計(jì)。