張婭莉 程二麗 曾雪松

摘要：以真實(shí)圖書館為空間栽體，研究開發(fā)三維虛擬圖書館的相關(guān)理論與技術(shù);三維虛擬圖書館開發(fā)設(shè)計(jì)分析;三維虛擬圖書館建模方法與技巧;使用VRP平臺實(shí)現(xiàn)三維虛擬圖書館漫游動畫系統(tǒng)輸出，從而實(shí)現(xiàn)三維虛擬圖書館系統(tǒng)的初步開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);三維建模;三維虛擬圖書館;漫游動畫

中圖分類號：TP311.132.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0130-02

1三維虛擬圖書館概述

三維虛擬圖書館并非傳統(tǒng)意義上的圖書館實(shí)體模型再現(xiàn)，而是一個包含大量真實(shí)信息且使用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)真實(shí)圖書館的數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)。三維虛擬圖書館主要使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理圖書館視覺上的仿真功能，通常以真實(shí)圖書館為藍(lán)本，按照一定比例縮放建模，借助相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)圖書館數(shù)字化展示。通過相關(guān)信息技術(shù)處理，基本實(shí)現(xiàn)物理圖書館所有信息儲藏功能，克服物理圖書館相關(guān)功能局限，把真實(shí)圖書館搬上熒屏，實(shí)現(xiàn)文化知識網(wǎng)絡(luò)共享，為人們獲取相關(guān)信息服務(wù)。

2實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵軟件

目前業(yè)界相關(guān)軟件很多，常見的有Pro/E，SketchUp，Maya，3D MAX等。其中3D MAx是社會公認(rèn)的大眾化建模軟件，3D MAX全稱是Autodesk 3ds Max，因其在三維造型、場景模擬、視覺效果等各個方面具有易學(xué)易用，其強(qiáng)大的基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作功能更是讓其三維建模特效更加形象畢真。鑒于此采用3D MAX軟件建模。

國內(nèi)目前虛擬現(xiàn)實(shí)平臺開發(fā)軟件有tmity3d，VRML，cult3d，VRP等，國內(nèi)最為頂尖的是VPP，其余稱Virtual Reality Platform，俗稱為VIP。它是由中視典數(shù)字科技有限公司研發(fā)的一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，該軟件操作簡易，所見即所得，主要在智慧城市，工業(yè)仿真，旅游教學(xué)等方面廣泛應(yīng)用。經(jīng)綜合考量選VRP作為虛擬現(xiàn)實(shí)平臺開發(fā)工具。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

為了實(shí)現(xiàn)高校圖書館的數(shù)字化開發(fā)及網(wǎng)絡(luò)資源共享，同時展現(xiàn)圖書館的文化收藏效果，以及師生日常學(xué)習(xí)生活需要等功能，通常設(shè)計(jì)的主要功能有用戶瀏覽參觀功能，圖書資料查詢與展示功能，圖書館場景動畫漫游播放功能等功能。

傳統(tǒng)圖書館的館藏能力受多個因素影響。首先統(tǒng)圖書館不能無限地?cái)U(kuò)大空間規(guī)模，擴(kuò)建物理空間和更新設(shè)備需要花費(fèi)大量資金，傳耗時耗力。其次傳統(tǒng)圖書館要求用戶必須去實(shí)體圖書館中進(jìn)行圖書的查閱，當(dāng)人數(shù)較多時，各種實(shí)際問題就暴露出來了，如人多桌位不夠;人多環(huán)境差;人多圖書的翻閱量就多，圖書的移動和復(fù)位耗時耗力，甚至圖書數(shù)量不足，出現(xiàn)空缺，查閱人還全然不知，傻傻耗時耗力翻閱整個圖書館物理空間等等問題。為此，創(chuàng)建三維虛擬圖書館可以從理論和實(shí)踐上解決實(shí)體圖書館所有不足問題。采用虛擬技術(shù)可以虛擬一個全新的虛擬空間圖書館，通過數(shù)字化的手段把圖書館各種圖書信息以圖片、聲音和視頻等形式再現(xiàn)，既可以再現(xiàn)圖書館物理景觀也可以再現(xiàn)人文景觀，如此同時利用計(jì)算機(jī)搜索和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軐?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問圖書館和查閱圖書資料便利捷徑，省時省力，方便快捷，優(yōu)越無比。

4建模與實(shí)現(xiàn)

4.1模型創(chuàng)建

三維虛擬圖書館的創(chuàng)建首先從三維圖書館的模型創(chuàng)建開始，三維圖書館場景中的典型實(shí)體對象包括圖書館外觀建筑物模型和圖書館內(nèi)部相關(guān)設(shè)施模型。內(nèi)部場景包括閱覽學(xué)習(xí)室模型，書架模型，圖書模型以及人物替身模型等。根據(jù)建模方法可以概括分為建筑物模型、景觀模型和功能模型。各種對象采用3D MAX 2010作為主要建模工具，并使用PS和CAD工具進(jìn)行相關(guān)輔助修整。模型處理一般是經(jīng)過前期Photosbop和AuTOcAD處理相關(guān)素材，然后利用3DMAX制作出各種模型并完成紋理貼圖實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建。具體模型制作過程在此不在敘述。

圖書館是由多個建筑物組合而成，外觀和內(nèi)部有很多相對獨(dú)立單元結(jié)構(gòu)，不論空間大小還是表面紋理，均有一定的規(guī)律可循。為了快速實(shí)現(xiàn)三維虛擬圖書館相關(guān)功能，系統(tǒng)采用基本幾何建模，以建筑物和外觀分類創(chuàng)建模型，并分類存儲成模塊，在組合拼裝模型過程中直接調(diào)用可以自由設(shè)置參數(shù)的模型搭建成復(fù)雜的外觀圖書館模型。針對實(shí)際功能的需要，建模過程是先用基礎(chǔ)幾何模型依據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)拼結(jié)組合成三維虛擬圖書館模型，然后刪除隱性公共線條或公共表面，優(yōu)化相關(guān)模型組合體，最后進(jìn)行表面紋理映射形成效果模型圖。建模精簡過程：將建筑物CAD準(zhǔn)確圖導(dǎo)入到3DMAX模型創(chuàng)建平臺，生成灰色輪廓模型，利用模型拆分展開UV圖，不斷進(jìn)行分區(qū)圖塊貼圖處理，并添加合適燈光，從而形成效果圖渲染輸出。

4.2系統(tǒng)打包

通過前面大量工作的實(shí)施，在完成了三維場景建模優(yōu)化，場景聲光效果渲染之后，利用VRP控件進(jìn)行系統(tǒng)匯總打包，生成可執(zhí)行.exe文件系統(tǒng)，直觀方便的供用戶發(fā)布網(wǎng)絡(luò)瀏覽。具體做法如下：（1）設(shè)置運(yùn)行窗口，啟動項(xiàng)目設(shè)置面板，選擇圖書館正面黃金分割點(diǎn)作為場景瀏覽切入點(diǎn)設(shè)置啟動窗口起始畫面。（2）設(shè)置系統(tǒng)簡介和導(dǎo)航功能，人性化提示操作說明。（3）設(shè)置開始窗口的大小，打開運(yùn)行標(biāo)簽，設(shè)置窗口大小及顯示方式，同時設(shè)置好初始相機(jī)。（4）保存并編譯，EXE文件的相關(guān)屬性設(shè)置完成后，對文件進(jìn)行命名和選擇保存文件的路徑保存，然后進(jìn)行EXE文件的自動編譯。（5）系統(tǒng)測試，編譯完成后，測試人機(jī)交互效果。

4.3運(yùn)行效果

三維虛擬圖書館系統(tǒng)經(jīng)過編譯打包發(fā)布后，可以通過鍵盤方向鍵或鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)兩種功能的動態(tài)漫游效果，讓用戶選擇體驗(yàn)三維虛擬圖書館相關(guān)功能。系統(tǒng)運(yùn)行主界面包括三維場景顯示區(qū)，動畫相機(jī)和行走相機(jī)切換按扭，動畫運(yùn)行、暫停以及退出按扭，程序全屏和關(guān)閉按鈕等。默認(rèn)情況下，利用系統(tǒng)普通小窗口自動的以默認(rèn)選定動畫相機(jī)方式瀏覽圖書館場景，同時音樂也自動播放，給用戶一種看電影的良好沉浸感。另外，系統(tǒng)也可以人為中止，或切換到全屏，或改為行走模式，讓用戶根據(jù)自己的需要選擇查看方式，從而實(shí)現(xiàn)多種方式漫游虛擬圖書館。三維虛擬圖書館的運(yùn)行界面如圖1所示。

5結(jié)語

三維虛擬圖書館設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究為新技術(shù)的深入應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。受技術(shù)水平限制，還有很多不完善的地方，需要深入研究。模型的精度處理方面，有很多場景細(xì)節(jié)沒有表達(dá)出來，進(jìn)一步完善和提高模型精度空間很大;實(shí)際功能應(yīng)用方面，如何快速實(shí)現(xiàn)虛擬化數(shù)字圖書館的多功能信息查詢，網(wǎng)絡(luò)云平臺的虛擬數(shù)字化圖書館遠(yuǎn)程教育等新功能開發(fā)，還有待開發(fā)研究。