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(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院,浙江 臨安 311300；2.浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 臨安 311300)

0 引言

隨著紅木家具行業(yè)的迅速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，通過網(wǎng)絡(luò)銷售自己的產(chǎn)品，逐漸成為一種趨勢[1-2]。近年來紅木家具行業(yè)造假事件頻頻發(fā)生，那么如何將自己的產(chǎn)品更加真實(shí)地展現(xiàn)在用戶面前，成為困擾許多紅木家具企業(yè)和商家的一個問題。當(dāng)前紅木家具行業(yè)產(chǎn)品展示方式主要停留在二維領(lǐng)域，二維展示不能真實(shí)地展現(xiàn)紅木家具產(chǎn)品的外觀和屬性，也不能進(jìn)行交互操作，因此難以對產(chǎn)品形成全面認(rèn)識?；趫D像的紅木家具產(chǎn)品3D展示的提出就是為了解決產(chǎn)品傳統(tǒng)展示的不生動問題，創(chuàng)造了一個良好而又靈活的平臺，360°展現(xiàn)自己獨(dú)一無二的紅木家具產(chǎn)品，為客戶提供多元的全方位的產(chǎn)品信息，在線銷售模塊用于實(shí)現(xiàn)合作商家商品或服務(wù)的購銷一體化，在在線鑒別模塊，運(yùn)用近紅外光譜分析技術(shù)(Near infrared spectroscopy，NIRS)，調(diào)用云端數(shù)據(jù)庫中建好的真假紅木家具的判別模型，實(shí)現(xiàn)該平臺真假紅木家具的快速無損鑒別。通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖片操作，彈出紅木家具此位置的光譜圖和所屬類別等信息，確保了紅木家具線上線下的“一對一”，進(jìn)而保證了紅木家具的真實(shí)可靠性，激發(fā)客戶的購買欲。

1 紅木家具展銷系統(tǒng)的搭建

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于3D可視化技術(shù)和NIRS的紅木家具展銷系統(tǒng)，包括前臺用戶系統(tǒng)和管理員系統(tǒng)，紅木家具銷售展示平臺通過互聯(lián)網(wǎng)分別與前臺用戶系統(tǒng)和管理員系統(tǒng)雙向信號連接；云數(shù)據(jù)庫是指系統(tǒng)中所用到的NIRS紅木家具鑒別校正模型、光譜圖等數(shù)據(jù)存儲在云平臺上，實(shí)現(xiàn)方便快捷地完成紅木家具的近紅外光譜鑒別，不受地域的限制，同時，實(shí)現(xiàn)了鑒別模型及光譜數(shù)據(jù)的安全可靠存儲，前臺用戶系統(tǒng)包括微處理器一、紅木文化模塊、用戶注冊模塊、三維展示模塊、在線銷售模塊、售后服務(wù)模塊、紅木家具鑒別模塊和信號收發(fā)器一，微處理器一分別與紅木文化模塊、用戶注冊模塊、三維展示模塊、在線銷售模塊、售后服務(wù)模塊、紅木家具鑒別模塊和信號收發(fā)器一雙向連接，信號收發(fā)器一與互聯(lián)網(wǎng)雙向信號連接；管理員系統(tǒng)包括微處理器二、產(chǎn)品基本信息維護(hù)模塊、用戶管理模塊、銷售管理模塊、售后服務(wù)管理模塊和信號收發(fā)器二，微處理器二分別雙向連接產(chǎn)品基本信息維護(hù)模塊、用戶管理模塊、銷售管理模塊、售后服務(wù)管理模塊和信號收發(fā)器二，信號收發(fā)器二與互聯(lián)網(wǎng)雙向信號連接。系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖1所示，系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

在紅木家具三維展示模塊中，不管是由三維建模軟件還是由拍攝家具多角度照片生成的三維場景都會占據(jù)較大的內(nèi)存，自然而然的會影響計算機(jī)的運(yùn)行速度，因此在紅木家具產(chǎn)品三維展示模塊建立的時候，不但要注意對真實(shí)感與藝術(shù)感的追求，而且要關(guān)注整個系統(tǒng)的運(yùn)作速度，所以簡化模型和圖片內(nèi)存是要關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。

在紅木家具產(chǎn)品三維展示場景的構(gòu)建過程中，需要采用一些優(yōu)化方法來減少模型和素材的數(shù)據(jù)量。應(yīng)該考慮到三維展示場景中視覺真實(shí)性和視點(diǎn)轉(zhuǎn)換速度之間的平衡。LOD技術(shù)可以解決數(shù)據(jù)量較大的問題，在不影響畫面視覺效果的前提下，通過逐次簡化景物的表面細(xì)節(jié)來減少場景的幾何復(fù)雜性，進(jìn)而提高算法的運(yùn)行效率。該技術(shù)在實(shí)時圖像通信、交互式可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

在紅木家具鑒別模塊中，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊紅木家具圖片熱區(qū)位置進(jìn)而彈出此位置的光譜圖和所屬類別等信息，在此模塊中提高紅木家具鑒別模型的識別率是研究的難點(diǎn)問題，用微型近紅外光譜儀采集到的紅木家具光譜數(shù)據(jù)，除了包含與樣本化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息外，同時也包含會對光譜圖信息產(chǎn)生干擾的噪音信號，從而影響模型的建立和對家具的鑒別。因此，光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理主要用于篩選數(shù)據(jù)、消除噪音等對數(shù)據(jù)信息的影響，對鑒別模型的精度有很大的影響，為鑒別模型的建立和未知紅木家具的鑒別打下基礎(chǔ)。最優(yōu)的光譜預(yù)處理方法是本文研究的重點(diǎn)。

1.2 核心技術(shù)

1.2.1 jQuery

jQuery[3]是一個功能豐富的JavaScript庫。它封裝了JavaScript常用的功能代碼，同時優(yōu)化HTML文檔操作、事件處理、動畫設(shè)計和AJAX交互等。

1.2.2 MVC模式

MVC模式是基于模型視圖控制器(Model-View-Controller)的設(shè)計模式，這種模式集成了JSP和Servlet技術(shù)，適合構(gòu)建相對復(fù)雜的應(yīng)用程序。

最典型的MVC就是JSP+Servlet+javabean模式。JavaBean作為Model層，主要用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯；JSP作為View層，負(fù)責(zé)與用戶實(shí)現(xiàn)交互操作，即給用戶在界面上展示相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象；Servlet作為Controller，它主要用于解釋用戶的請求，并能夠顯示正確的視圖，因此它是模型層與視圖層之間的橋梁。MVC模式的結(jié)構(gòu)框架如圖3所示。

圖3 MVC模式結(jié)構(gòu)框架

1.3 紅木家具產(chǎn)品3D展示生成流程

1.3.1 圖像信息的獲取

紅木家具的外觀和圖案等信息的采集可以通過攝影的方法獲取[4]，傳統(tǒng)的采集方法一般都是彩色反轉(zhuǎn)膠片的形式；也可采用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行圖像信息的采集。為了使獲取的圖片信息更加真實(shí)有效，需要考慮拍攝主體的位置以及空間占比等因素。

1.3.2 圖像的處理

為了使通過相機(jī)拍攝的多角度照片或者三維掃描儀掃描獲取的圖像信息效果達(dá)到最佳，需采用圖像編輯軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，相關(guān)的后期處理只是對獲取到的紅木家具圖片進(jìn)行畸變校正和顯示效果的調(diào)整。

1)畸變校正：在相應(yīng)工具欄中執(zhí)行命令，可以解決因攝影硬件的因素造成的圖像缺陷。

2)圖像顯示效果調(diào)整：在獲取紅木家具圖像信息時經(jīng)常會因用光不當(dāng)而出現(xiàn)色相偏差等問題，需要對其參數(shù)進(jìn)行修改加以調(diào)正。為了使紅木家具在三維展示場景中顯得更加美觀，用戶體驗(yàn)度更好，需對其對比度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.3.3 紅木家具產(chǎn)品3D展示

在紅木家具三維展示頁面，用戶可按類型查看紅木家具的三維展示，點(diǎn)擊3D展示按鈕跳轉(zhuǎn)到紅木家具三維展示頁面，用戶可根據(jù)自身需求選擇旋轉(zhuǎn)方式(手動拖動旋轉(zhuǎn)和自動旋轉(zhuǎn))和旋轉(zhuǎn)速度，并可放大縮小查看家具的細(xì)節(jié)。紅木家具三維展示的開發(fā)流程如圖4所示[5]。

圖4 紅木家具三維展示開發(fā)流程

jQuery 3D交互式技術(shù)，用它實(shí)現(xiàn)紅木家具三維展示的過程中，需要創(chuàng)建一個使用多個圖像幀允許用戶360°拖動和處理圖像的3D互動對象，使用戶可以360°全方位的查看紅木家具的多角度照片[6]。

本三維展銷系統(tǒng)運(yùn)用到較大的素材，比如紅木家具樣品多角度圖片等。為了使紅木家具旋轉(zhuǎn)動畫加載流暢，要采用loading預(yù)加載技術(shù)，結(jié)合使用AS語句技術(shù)來完成loading加載技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

在主場景中新建圖層，命名為as。在as層插入兩個關(guān)鍵幀，同時在兩個關(guān)鍵幀中加入相應(yīng)的as語句：

第一幀：

a=getBytesLoaded();

b=getBytesTotal();

Loaded=int(a/b*100);

myloading.gotoAndPlay(loaded);

第二幀：

If(a=b){

gotoAndPlay(“場景1”,1);

}else{

gotoAndPlay(1);

}

用Dreamweaver CS6軟件對網(wǎng)頁進(jìn)行編輯，CS6新版本中的許多面板可以很好的呈現(xiàn)HTML 5代碼。另外Dreamweaver CS6可以與我們常用的設(shè)計工具，如Playback Flash，Shockwave和外掛模組等進(jìn)行搭配。用java語言實(shí)現(xiàn)對紅木家具的360°旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制[7-8]，在這里我們以添加控制條的形式對其旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，其關(guān)鍵代碼如下所示：

同時對旋轉(zhuǎn)文件添加兩個button，一個是自動旋轉(zhuǎn)button，用上述添加的控制條的形式，用戶可按自己的需求對其旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)；另外一個是手動旋轉(zhuǎn)button，通過鼠標(biāo)拖動的方式來查看紅木家具360°旋轉(zhuǎn)圖片，這樣用戶就可按照自己的需要來選擇相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方式[9]。實(shí)現(xiàn)界面如圖5所示。

圖5 紅木家具3D展示

1.4 紅木家具產(chǎn)品在線鑒別的流程

在紅木家具3D展示的基礎(chǔ)上，結(jié)合近紅外光譜分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紅木家具產(chǎn)品的在線鑒別，進(jìn)而可以增加此平臺的真實(shí)可靠性，可以很好的緩解紅木家具市場上的造假現(xiàn)象。近紅外光譜分析技術(shù)(near infrared spectroscopy，NIRS)是一種快速、無損、準(zhǔn)確和高效的紅木家具鑒別技術(shù)[10]，采用微型近紅外光譜儀采集家具樣本的近紅外光譜信號，用化學(xué)計量學(xué)方法進(jìn)行鑒別。

運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)對紅木家具進(jìn)行鑒別，包括分析過程和鑒別過程，在分析過程中，首先我們需要使用近紅外光譜儀實(shí)地采集不同類型紅木家具的光譜數(shù)據(jù)，然后對采集到的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分為校正集和驗(yàn)證集，對校正集樣本采集到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜預(yù)處理，將測得的樣品性質(zhì)添加到樣本集中，用化學(xué)計量學(xué)軟件建立最優(yōu)鑒別模型；鑒別過程就是利用分析過程中建立的定性分析模型，對采集到的未知類型的紅木家具光譜圖進(jìn)行定性分析，進(jìn)而判別其所屬類型及真假。在鑒別模型的建立中，光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理對鑒別模型的精度有很大的影響，下面主要研究了最優(yōu)的光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。

1.4.1 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理

1)數(shù)據(jù)平滑處理：平滑處理是消除噪聲最常用的一種方法，它可提高分析信號的信噪比。平滑方法有移動平均平滑法和Savitzky-Golay卷積平滑法。本文采用Savitzky-Golay 卷積平滑法通過多項(xiàng)式來對移動窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式最小二乘擬合，更強(qiáng)調(diào)中心點(diǎn)的中心作用。

2)數(shù)據(jù)求導(dǎo)：由于儀器、樣品背景及其他因素影響，采集的近紅外光譜經(jīng)常出現(xiàn)譜圖偏移或漂移現(xiàn)象，可采用求導(dǎo)的方法進(jìn)行基線校正處理。常用的光譜求導(dǎo)方法一般有兩種：直接差分法和Savitzky-Golay卷積求導(dǎo)法。對于波長采樣點(diǎn)不多的光譜，用直接差分法所求的導(dǎo)數(shù)誤差較大，因此可采用Savitzky-Golay卷積求導(dǎo)法計算。

3)正交信號校正：正交信號校正(Orthogonal Signal Correction, OSC)基本思想是利用正交化方法，消除光譜中與預(yù)測值無關(guān)的部分，從而得到“純凈”的光譜，以提高模型的性能。

1.4.2 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果分析

研究過程中通過對比，最終選擇最優(yōu)預(yù)處理方法為Savitzky-Golay平滑、Savitzky-Golay1階導(dǎo)數(shù)和正交信號校正。

以微凹黃檀為例，說明經(jīng)過光譜預(yù)處理方法后的光譜特征變化情況。結(jié)果表明，原始光譜經(jīng)SG平滑預(yù)處理后，沒有明顯改變，經(jīng)過SG平滑+SG1階導(dǎo)預(yù)處理后，發(fā)現(xiàn)重疊的吸收峰被放大，但是，經(jīng)SG平滑+SG1階導(dǎo)+OSC預(yù)處理后，發(fā)現(xiàn)同一種類樣本之間的差異明顯減小，因此可發(fā)現(xiàn)最優(yōu)預(yù)處理方法。

1.4.3 紅木家具產(chǎn)品在線鑒別

在紅木家具在線鑒別模塊中，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊紅木家具圖片的相應(yīng)位置，進(jìn)而彈出此位置的光譜圖和詳細(xì)信息等操作來確保紅木家具線上線下的“一對一”，系統(tǒng)中所用到的近紅外光譜分析技術(shù)(NIRS)紅木家具鑒別校正模型、光譜圖等數(shù)據(jù)存儲在云端數(shù)據(jù)庫上，實(shí)現(xiàn)方便快捷地完成紅木家具的在線鑒別，不受地域的限制[11]。用CSS里的hover選擇器來實(shí)現(xiàn)彈出光譜圖操作，hover選擇器用于選擇鼠標(biāo)指針浮動在上面的元素，選擇器可用于所有元素，不僅僅是鏈接，通過給紅木家具圖片劃分相應(yīng)的熱區(qū)，使用標(biāo)記在圖像中設(shè)定相應(yīng)的作用區(qū)域，這樣當(dāng)用戶的鼠標(biāo)移到指定的作用區(qū)域時，會自動彈出相應(yīng)的圖片信息或自動鏈接到預(yù)先設(shè)定好的頁面。在紅木家具在線鑒別模塊中，為紅木家具圖片劃分了3個熱區(qū)，分別為rect(矩形)、circle(圓形)和circle(圓形)，具體形狀可根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行選擇，具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：