張 鵬,董宇軒

(煙臺科技學院 a.數(shù)據(jù)智能學院;b.藝術設計學院,山東 煙臺 265600)

隨著信息技術的迅速發(fā)展,博物館也在向數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡化、智能化[1]的方向前進。在博物館信息化發(fā)展過程中,國外技術相對成熟,但在信息安全保障方面存在一定的風險。本研究采用國產(chǎn)化技術搭建博物館數(shù)字化展示空間平臺,利用國產(chǎn)硬件與軟件實現(xiàn)技術替代,保障信息安全,并對搭建的數(shù)字平臺進行架構(gòu)設計,提升平臺性能及使用效果。

1 平臺分析與設計

1.1 總體架構(gòu)

國產(chǎn)化博物館展示空間系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示,分為基礎設施層和應用層兩部分,核心部分采用國產(chǎn)化技術進行開發(fā)設計。基礎設施層負責構(gòu)建平臺的物理部件和系統(tǒng)軟件,是整個平臺平穩(wěn)運行的基礎和核心,包括中央處理器(CPU)、存儲器、操作系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫。CPU是整個數(shù)字化展示平臺的核心,所有數(shù)據(jù)處理和程序運行都要通過CPU進行處理輸出,是整個平臺的核心大腦。本平臺采用龍芯處理器[2],利用純自主指令集LoongArch代替了x86架構(gòu)的CPU芯片。物理部件上的操作系統(tǒng)是溝通平臺硬件與軟件的重要系統(tǒng)軟件,采用麒麟操作系統(tǒng)[3]搭配龍芯處理器的LoongArch指令集,完成對應用軟件的調(diào)用和執(zhí)行。

圖1 國產(chǎn)化博物館數(shù)字化展示空間平臺總體架構(gòu)Fig.1 Overall framework of the digital exhibition space platform of the localized museum

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)軟件中非常重要的組成,應用軟件運行時需要頻繁的與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換,滿足應用服務的數(shù)據(jù)處理。采用達夢數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DM)[4],從根本上保證了系統(tǒng)的安全性,其功能、性能、可靠性均達到了主流數(shù)據(jù)庫管理水準,能夠滿足國內(nèi)信息化建設需求。

應用層部分主要提供博物館展示空間的功能服務,采用JavaEE框架技術和Vue前端框架技術打造高性能數(shù)字化功能服務平臺,包括展品數(shù)字化展示、展館3D智能導覽、陳列設計等核心功能,同時具有文物研究、考古挖掘、典藏管理等個性化功能及面向用戶的宣傳推廣、觀眾服務及社交服務,通過該平臺可在線了解博物館展品、展館的全部信息并進行線上交互,改變了傳統(tǒng)博物館單一的游覽體驗。

1.2 展館3D智能導覽功能

為了讓游客有更好的瀏覽體驗,基于國產(chǎn)化數(shù)字化博物館展示空間系統(tǒng),對入館到按順序參觀主題館、再到每一個主題館中展品觀賞的正確瀏覽路線及途中展品進行數(shù)字化建模,將其導入博物館信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中進行存儲,游客只需通過手機APP便可按照路線對沿途經(jīng)過的展品進行線上觀看,避免錯過重要場館及展品,還可為行動不便或勞累的游客提供完整的游覽體驗。

展館3D智能導覽功能架構(gòu)如圖2所示,通過移動開發(fā)技術進行Android端用戶平臺構(gòu)建,用戶可通過手機APP登錄數(shù)字化博物館系統(tǒng)。使用Unity 3D平臺引擎與3DS MAX軟件進行3D博物館導覽空間建模。博物館3D導覽空間分為交互式漫游模塊和數(shù)據(jù)持久化模塊。數(shù)據(jù)持久化模塊主要提供展館及展品的3D素材,包括展品模型庫、場景模型庫、建筑模型庫等,該素材的構(gòu)建主要通過3DS MAX完成。交互式漫游模塊主要完成不同展館之間的變換等交互要素,包括位置移動和輸入控制兩部分。在博物館數(shù)字化平臺設置展館3D智能導覽功能可進一步豐富數(shù)字化平臺的功能性,增強游客對博物館展品的體驗感及沉浸性。

圖2 展館3D智能導覽功能架構(gòu)Fig.2 Architecture of exhibition hall 3D intelligent tour function

1.3 博物館數(shù)字化平臺應用層架構(gòu)

采用B/S架構(gòu)模式。B(Browser)即瀏覽器端也稱作前端,是主要面向用戶操作的界面。S(Server)即服務器端也稱作后端,主要負責游客信息管理、館藏物品管理、導覽地圖管理等,偏重于數(shù)據(jù)處理及邏輯處理。后端使用MVC設計思想,將后端搭建分成3部分,控制層(C)主要處理游客的請求響應過程,模型層(M)主要處理游客或博物館數(shù)字化資源的數(shù)據(jù)交互及管理,視圖層(V)主要承載返回游客的結(jié)果數(shù)據(jù)。

具體實現(xiàn)技術采用JavaEE框架技術的SpringBoot和Mybatis兩個框架。應用層架構(gòu)流程如圖3所示。用戶通過瀏覽器端發(fā)送處理請求,由SpringBoot框架分析用戶請求,調(diào)度對應的數(shù)據(jù)模塊提供用戶所需數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模塊由Mybatis框架與達夢數(shù)據(jù)庫完成交互訪問,獲取用戶所需數(shù)據(jù),并將結(jié)果通過Vue技術與Html技術形成界面,返回給用戶顯示,完成整個數(shù)字化平臺的工作流程。

圖3 博物館數(shù)字化平臺應用層架構(gòu)Fig.3 Application layer architecture of museum digital platform

1.4 博物館數(shù)字化平臺高性能設計

為了滿足數(shù)字化平臺性能要求,在用戶與數(shù)字化平臺之間增加一個消息隊列服務器,當某一時段訪問平臺的游客數(shù)量突然增多時,數(shù)字化平臺服務器可能無法同一時間處理驟增的游客信息,為了及時響應用戶,使用消息隊列服務器作為中間件,將游客發(fā)送的請求進行暫時保存,同時響應用戶,避免用戶過長時間等待。在服務器閑時,系統(tǒng)將游客信息發(fā)送給服務器處理,從而增強數(shù)字化平臺服務器的可伸縮性及整體性能。

如圖4所示,當游客通過客戶端訪問數(shù)字化博物館平臺服務器時,如果此時游客訪問量很大,大用戶量的服務器訪問會令服務器的運行壓力驟增,導致用戶得到服務器響應的時間變長。數(shù)字化平臺會將增加數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)等操作數(shù)據(jù)存儲到消息隊列服務器中,立刻給用戶響應結(jié)果,從而減少用戶等待時間。等到閑時,消息隊列服務器再與數(shù)據(jù)庫進行交互,保存或刪除用戶數(shù)據(jù)。消息隊列服務器可在用戶訪問量增大時有效緩解數(shù)字化平臺服務器的壓力,優(yōu)化用戶體驗,增強平臺性能。

圖4 博物館數(shù)字化平臺消息隊列設計架構(gòu)Fig.4 Architecture of message queue design for museum digital platform

2 實驗

為了測試數(shù)字化平臺的性能,從TPS(Transactions Per Second)和RT(Response times over time)兩個性能指標進行實驗。TPS是性能測試中常用的指標之一,全稱是Transactions Per Second,即每秒事務數(shù),指系統(tǒng)在1 s內(nèi)能夠處理的事務數(shù)目。事務是指數(shù)字化平臺系統(tǒng)中一個完整的業(yè)務操作過程,如在博物館系統(tǒng)注冊賬戶的過程、在平臺商店購買紀念品的過程等。通過計算TPS指標可得到一定時間內(nèi)完成業(yè)務操作的數(shù)量,進而評估系統(tǒng)性能。TPS越高代表系統(tǒng)的處理能力越強。

以5 min為測試時間段,針對不同的并發(fā)用戶數(shù)進行測試,得到每個測試段的TPS值。結(jié)果顯示,隨著并發(fā)用戶數(shù)的增多,5 min內(nèi)處理的TPS數(shù)量在不斷增多,且保持穩(wěn)定增長,表明此系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和效率,實驗結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)字化博物館平臺系統(tǒng)的TPS指標

響應時間隨時間變化(Response times over time)是性能測試中常用的指標之一,用于衡量系統(tǒng)的響應時間在測試過程中的變化情況。響應時間是衡量用戶從發(fā)出請求直到收到回復花費的時間。如游客從填寫注冊界面到收到注冊成功的系統(tǒng)通知所花費的時間。

實驗結(jié)果如表2所示,從測試結(jié)果可知,隨著系統(tǒng)并發(fā)用戶數(shù)的增多,平均響應時間處在一個良好范圍內(nèi),并發(fā)數(shù)為200時,最大響應時間達1048.31,但是95%響應時間(95%的數(shù)值都低于該數(shù))為612.73,處在一個良好的響應時間范圍內(nèi)。實驗結(jié)果表明,用戶使用該系統(tǒng)時可獲得良好的體驗度和使用感。

表2 數(shù)字化博物館平臺系統(tǒng)的RT指標

3 結(jié)束語

利用國產(chǎn)化技術構(gòu)建了高性能數(shù)字化博物館展示空間系統(tǒng),該系統(tǒng)由基礎設施層和應用層組成?；A設施層由物理部件和系統(tǒng)軟件構(gòu)成,由國產(chǎn)化技術構(gòu)建完成,保證了數(shù)據(jù)和平臺的安全可靠。應用層主要提供了數(shù)字化博物館服務功能,由框架技術完成。在展館3D智能導覽功能中使用Unity 3D和3DS Max進行展館3D建模及智能導覽。使用消息隊列優(yōu)化系統(tǒng)性能,提高數(shù)字化博物館平臺系統(tǒng)的訪問性能及存儲性能,使平臺可在大用戶量訪問時保持優(yōu)良的運行效果。經(jīng)過TPS和RT兩個指標的性能測試表明,本系統(tǒng)具有高性能平臺服務能力。