CN104462686A - 网络博物馆参观系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络博物馆参观系统及其实现方法，提供了一种虚拟参观机制，使人们不出门就可以参观各地的博物馆。在互联网上建立一系列专门服务于参观者的综合网站，由移动数字接入设备模块、博物馆虚拟参观模块等组成。虚拟参观模块又由场景建模、交互和LOD三个子模块组成。利用3ds Max软件进行建模，ZBrush软件雕刻模型细节，然后使用Virtools软件的交互功能模块实现场景的交互。虚拟参观者控制一个系统内的虚拟人在一个三维虚拟仿真空间内自由活动的参观系统，并配有讲解员关于展品的文字讲解、静态图片资料和配套语音讲解，参观者可以根据个人喜好选择不同讲解员，多次反复讲解。

Description

网络博物馆参观系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及虚拟系统技术领域，特别是涉及一种网络博物馆参观系统及其实现方法。

背景技术

如今，由于受到时间、经济、身体、交通等因素的制约，很多人想要去参观的博物馆的愿望却不能实现，再加上博物馆展出的文物一般都是具有历史意义的珍宝等，如果提供真品展出，保存维护看守的成本都很大。网络博物馆参观系统针对于这些弊端进行了一次“参观大革命”。

纵观现在的中国乃至世界，虚拟参观还属于一个概念模糊性的阶段，一些网站提供的在线参观只提供一些博物馆展品的图片和视频信息，最好一点也就是提供参观点360度的虚拟图像，无法真正实现全方位、全动态、全交互式、让人像在真正的现实环境下真正实现身临其境的三维空间的虚拟参观的效果。在现有的网络博物馆参观系统中，往往具备基本的漫游功能，比如自由漫游和自动漫游。但此种漫游只能使用户按照系统实现设定好的路线进行游览或自由摸索，缺乏对用户个性化需求的满足，也无法实现用户在多次重复使用网络博物馆参观系统时增加新的发现等。同时，在现有的虚拟网络博物馆参观系统中，也仅仅局限于对当前时期或特定时期的博物馆做展示，而缺少对过去和将来两个方向的介绍。博物馆的历史面貌和历史展物可以方便用户对历史和人文信息更具体、更深入的了解；而对未来规划的展示，则可以引起用户对未来博物馆发展的兴趣，使用户对未来的参观充满期待和幻想。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种网络博物馆参观系统，包括移动数字接入设备模块和博物馆虚拟参观模块；

移动数字设备接入模块，所述移动数字设备接入模块基于J2EE技术架构，结合移动通讯3G/4G技术，在手持设备接入模块提供的统一数据接口和格式的标准下，移动数字设备，如手机、PDA等都可以作为网络博物馆的浏览载体。

博物馆虚拟参观模块由场景建模、交互功能模块和LOD实现模块组成。博物馆虚拟参观模块使得参观者作为一位虚拟人进入一个仿现实的三维立体虚拟空间，进行如现实参观般自由行走的参观。主要用3ds Max进行模型的建立工作。3ds Max三维建模软件是Autodesk公司开发的三维模型制作软件。主要使用几何体建模、多边体建模和曲面建模。

本发明需要系统服务器，装有客户端的计算机并运行客户端程序，国际通信网络，博物馆摄像头、需要进行虚拟参观的人，鼠标、键盘或者是与客户端计算机相连接的交互式设置。本系统服务器端运行于虚拟参观服务提供商的计算机上，需要进行虚拟参观者必须在计算机上安装并运行客户端软件，并且需要在客户端计算机与服务器计算机之间有国际通信网络连接，并且对接成功。参观者在系统对接成功后，第一次进入系统时得先注册成为虚拟参观系统的注册用户，注册可以通过虚拟参观提供者的网站网页上或者是直接在客户端软件窗口内注册，用户注册时，在服务器端会自动为注册用户开辟一个单独的用户数据系统，并与系统总数据库相连接，记录、运算和控制着注册用户在系统内的一切活动。用户注册成功后，参观者以注册时的用户名与密码登陆系统客户端，参观者就可通过自身计算机上的鼠标、键盘或者是与计算机连接的交互式装置来控制这个虚拟人开始与现实世界一样的旅程了。以上步骤活动所有记录与数据全部存入服务器端注册用户数据库。

经过以上步骤才能够开始真正的网络虚拟旅程，本过程实施指令总步骤是：客户端响应事件并向服务器端发送指令，服务器端接受指令运算并返回相应指令，客户端响应指令并调用相应事件，用户确认，客户端再向服务端发送指令，服务器端接收并运算指令，需要返回指令的返回指令，不需要返回的确认指令并保存运算结果入数据库。

一种网络博物馆参观系统实现方法，其步骤如下：

1)用户任意时间在任意地点通过移动数字接入设备模块或者互联网登录网络博物馆参观系统，注册成为参观系统的注册用户，注册成功后，参观者以注册时的用户名与密码登陆系统客户端；

2)参观者可通过自身计算机上的鼠标、键盘或者是与计算机连接的交互式装置选择自由漫游、自动漫游和自定义漫游来控制这个虚拟人开始虚拟参观；虚拟人在参观者的控制下进行自由前进、后退、环视、停止等一系列与现实相仿的动作；

3)当发现感兴趣的展物时，可以点击画面上的展物，进入展物的独立展示界面，用户可以旋转和查看展物的文字讲解资料和静态图片资料，同时还配有事先已录制好的讲解员关于展物的语音讲解，参观者可以根据个人喜好选择不同讲解员，不同国家语言，多次反复讲解；

4)参观者还可在已浏览的网络博物馆签到并留下“到此一游”记号，同步分享到微博，人人网，QQ空间等社交网络。

本发明的有益效果为：

可以实现在线逼真的虚拟参观，实现虚拟参观为现实参观导航，做到足不出户，也能参观天下的各种博物馆，从而也为现实参观做好模拟训练的基础；

利用事先采集的图片处理成三维场景，然后通过互联网系统实现参观者根据自己的喜好参观各个博物馆和展览点。该系统可实现参观者无需他人帮助，解决受时间、精力、财力、体力等限制，自己独立完成的自助参观，实现了博物馆参观的自助化、个性化、娱乐化与互动化及职能化的发展；

在最大程度上满足了参观者的各种需要，如：实时的展品图像，展品的背景介绍讲解。同时，又起到了保护文物，降低文物看守维护的成本；

只传送场景的模型描述，而把动画的生成放在本地机，既减小了网络流量，克服了现有的图像传输中因大流量引起的网络阻塞问题，又充分利用客户端的硬件资源，实现流畅的3D效果

附图说明

图1网络博物馆系统架构图；

图2交互模块功能架构图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种网络博物馆参观系统，由移动数字接入设备模块和博物馆虚拟参观模块组成。

移动数字设备接入模块基于J2EE技术架构，结合移动通讯3G/4G技术，在手持设备接入模块提供的统一数据格式，统一数据接口的标准下，移动数字设备，如手机、PDA等都可以作为网络博物馆的浏览载体。

博物馆虚拟参观模块如图1所示，由场景建模、交互功能实现、LOD实现模块组成。该模块使得参观者作为一位虚拟人进入一个仿现实的三维立体虚拟空间，进行如现实参观般自由行走与之活动的参观。主要用3ds Max进行模型的建立工作。3ds Max三维建模软件是Autodesk公司开发的三维模型制作软件。主要使用几何体建模、多边体建模和曲面建模。几何体建模使用几何体进行一些墙体、摆设、家具等简单物体的建模，可以快捷而准确的调节尺寸、形状及面数等。多边体建模是一种由多个三角形和四边形拼接而成的面相互连接成的模型，可通过设置面数的多少来决定模型细节的多少。建立有角的物体如门、窗、墙等建筑物体时，本系统采用多边体建模。曲面建模方式不仅可以光滑物体表面，还可以使物体的精细程度加强，本系统中大部分展品使用了曲面建模。

场景建模的三维模型分为低模和高模两部分，采用3ds Max作为建模主要工具，并配合使用ZBrush法线贴图，以便导入3ds Max实现模型细节的勾勒。低模和高模的划分参考模型的精细程度即面片数。本系统中采用面片数较少的低模来布局整体效果，而面片数较多的高模来展示细节。低模制作分为分析对象构成、使用基本几何形状拼接模型部分、使用多边形编辑完成对几何形状的基本勾勒、模型UV展开和导出模型这几个步骤。高模法线贴图在其内部存储了各像素点的高度值，本系统采用法线贴图，既表现模型细节，如展物表面的斑驳，又可将贴图直接应用在低模表面，降低了模型的制作难度，节约了建模的时间成本。运用ZBrush软件作为制作高模贴图的主要工具，主要分为导入模型、编辑细节、生成法线贴图、导出法线贴图、导入贴图这些步骤。

模型制作完成后，使用Virtools开发工具实现场景中的交互功能。如图2所示，交互模块包括：地图、漫游和物品展示三个子模块。Virtools是法国交互三维开发解决方案公司VIRTOOLS公司开发的软件，主要通过互动行为模块BB实现编程开发，可以根据用户自己的需要调用不同的BB模块从而制作出不同功能的三维交互产品，完成场景的交互功能。

三维场景虽然能够带来逼真的视觉效果，但是在三维场景漫游时容易迷失方向，而且用户往往只可看到视野范围内的物体，导致在漫游时缺乏整体感。本系统采用二维地图与三维场景相互交互的方式，使用户在二维地图上了解当前位置及周围环境，消除了迷失感。利用虚拟场景中角色或摄像机的位置坐标X、Z值与世界坐标中心的X、Z的差值，合成二维的平面作用，并将这个平面坐标按照实际情况进行一定比例缩放，利用缩放后的二维坐标来确定导航地图中相应的标记位置。。在Virtools中需要创建2D Frame作为等比例地图承载窗口，并使用BB”Caculator”计算角色位置坐标与世界坐标中心的差值，然后使用BB”Component”合成二维坐标，最后使用”Ser 2D Position”来确定标记在地图中的位置。

漫游功能分为自由漫游、自动漫游和自定义漫游。用户通过自主输入，使用键盘或者鼠标来进行控制，改变视角和前进，实现不同角度和方位的漫游，自动漫游，是通过设置自动路径使得视野沿着设置好的路径变化，脱离用户的干预独立完成漫游场景。自定义漫游功能需要基于自由漫游和自动漫游功能得以实现，通过Creat Nodal Pathh功能模块创建节点路径；由用户使用鼠标控制节点的激活状态，BB“Active Node”和”MouseWaiter”实现左键激活节点，右键关闭节点的激活状态，从而定义自己的旅游路线；定义用户操作功能键，使得用户可通过按键控制摄像机调整视点的角度，BB“Find Curved NodalPath”来生成起始节点和终点节点之间的曲线并传递给”Position On Curve”使得摄像机可跟随曲线运动。

在本系统中，还可在场景中点击各类展物，进入此展物的独立展示界面，用户可以旋转和查看展物的文字讲解资料和静态图片资料，同时还配有事先已录制好的讲解员关于展物的语音讲解，参观者可以根据个人喜好选择不同讲解员，不同国家语言，多次反复讲解；模型的选择使用鼠标左键点选的方式。在Virtools中使用BB中的”Wait Message”将其预设参数设定为”Onclick”实现了点击物体，即处于等待消息的状态。模型的旋转使用Virtools中的”Rotate”实现。文字信息的展示通过以下步骤实现：创建文本文档，保存需要的文字信息，在Virtools中新建一个数组，保存模型名字及相应介绍信息的文本路径，最后通过获取鼠标位置，传送数据给BB“Unicode Text Display”。

跨时期景观展示即实现博物馆过去、现在、未来的展示。利用Virtools软件中同一物体可以拥有多个网格结构的特性。具体实现方法为：用三维建模工具3ds Max独立制作同一景点物体的多个网格结构；用Select Mesh BB提供选择切换网格的功能。

对于三维模型的建立和模型整合，本系统采用LOD层次细节技术，通过一组复杂程度各不相同的实体细节等级模型来描述对象，并在仿真过程中根据一些标准在这些LOD模型间进行切换，从而能够实时改变场景的复杂度。这是因为在整个网络博物馆参观系统中，场景的构造部分会存在大量的复杂三维模型，如果计算机的内存及运算量达不到它的效果时，整个系统的运行将会产生很大的延迟甚至是系统的崩溃情况出现。当用户的观察点离物体较近时，该物体在显示器上的所占像素点较多，而反之则占的像素点较少，这种情况下，如果都使用大量的多边形面片去精确表示该物体模型是没有必要的。比如本系统中，选用视点和物体的距离作为切换标准，可在视点离物体较远时调用比较粗略的模型，而视点离物体比较近时，再切换到比较细致的模型。减少了计算机运算量从而加快了整个系统的运算速度，从而达到系统的实时效果。

下面对网络博物馆参观方法进行详细说明：

参观者使用鼠标或者键盘或者是与之计算机连接的交互式装置控制自己的虚拟人进入三维虚拟博物馆参观系统内参观，就仿佛进入一个真实的现实世界，虚拟人在参观者的控制下进行自由前进、后退、环视、停止等一系列与现实相仿的动作。比如你在一个博物馆内前进走动时，展示在你面前就是与现实眼睛视角范围内看到的画面一样的感觉，连续运动的画面在你前进中不断变化显示。当你发现感兴趣的展物时，可以点击画面上的展物，查看此展物的文字讲解资料和静态图片资料，并配有事先已录制好的讲解员关于景点的语音讲解，参观者可以根据个人喜好选择不同讲解员，不同国家语言，多次反复讲解。

在任意地点通过互联网登录上虚拟博物馆系统，进入该模块后，即可在众多参观者面前展示出与真实博物馆相差无几的虚拟博物馆。该模块用三维虚拟功能，将博物馆建筑及馆藏进行一次实景复制，制作出完整的虚拟博物馆。讲解员或者操作人员可以在该虚拟博物馆中随意漫游，或者事先设定好一定的路径自动漫游。虚拟博物馆场景中的文物都为与实体博物馆中真实存在的文物相对应的高真实度数字文物，讲解员或操作员可在任何时候“走近”该数字文物，

点击触发后即可通过系统内部数据通道调出该文物的触摸屏立体显示子模块，展示该文物更加详尽的信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种网络博物馆参观系统，其特征在于：包括移动数字接入设备模块和博物馆虚拟参观模块；所述移动数字接入设备模块基于J2EE技术架构，结合移动通讯3G/4G技术；所述博物馆虚拟参观模块由场景建模模块、交互功能模块和LOD实现模块组成。

2.根据权利要求1所述的网络博物馆参观系统，其特征在于：所述场景建模模块的三维模型分为低模和高模两部分，采用3ds Max作为建模主要工具，并配合使用ZBrush法线贴图，以便导入3ds Max实现模型细节的勾勒。

3.根据权利要求1所述的网络博物馆参观系统，其特征在于：交互功能使用Virtools开发工具实现。

4.一种网络博物馆参观系统的实现方法，其特征在于：包括如下步骤：

用户任意时间在任意地点通过移动数字接入设备模块或者互联网登录网络博物馆参观系统，注册成为参观系统的注册用户，注册成功后，参观者以注册时的用户名与密码登陆系统客户端；

参观者可通过自身计算机上的鼠标、键盘或者是与计算机连接的交互式装置选择自由漫游、自动漫游和自定义漫游来控制这个虚拟人开始虚拟参观，虚拟人在参观者的控制下进行自由前进、后退、环视、停止等一系列与现实相仿的动作；

当发现感兴趣的展物时，可以点击画面上的展物，进入展物的独立展示界面，用户可以旋转和查看展物的文字讲解资料和静态图片资料，同时还配有事先已录制好的讲解员关于景点的语音讲解，参观者可以根据个人喜好选择不同讲解员，不同国家语言，多次反复讲解。