虚拟博物馆(美术馆)

概述

虚拟博物馆是文博事业的发展方向。虚拟博物馆系统的建设将是一个博物馆达到国际先进、国内一流的重要基础。其总体目标是在信息化的基础上升华成为一个全方位的通过网络参观的虚拟化博物馆,从“实物导向”转变为“信息导向”。

虚拟博物馆系统采用3D虚拟参观与真实场景相结合的全新网上漫游模式展示博物馆,3D虚拟参观以对虚拟仿真展馆参观路线和交互式探索形式重现,导入重要展品并结合相关互动点击。在无限的空间中承载无限的内容,搭建永不落幕的参观平台。

虚拟博物馆建设项目主要是依据博物馆业务特点、工作职能、实施紧迫程度等多种因素划分,通过总集成管理(从技术层面、管理层面、系统层面)实现各子系统整合以发挥虚拟博物馆整体效应。

虚拟博物馆信息化建设遵循总体规划,一次完成,分布实施,逐步到位;常态性功能一步到位,先进性功能布线完成,整个信息化系统在业务职能和控制功能划分上相对独立,在逻辑结构和数据交换及联动上相互关联;设立总的集成管理和监控中心来协调管理;资源先行,软件紧跟,硬件随后,基础设施采用一次到位的原则,如网络、布线、机房工程;硬件设备采用分批次购置的原则,一期主要购置与网络化服务、展览展示相关的硬件设备系统。

建设重心为观众服务、博物馆宣传及数字化资源积累工作。通过一期项目的建设,须力保在开馆时为观众提供高品质的数字体验,全面展示博物馆的风貌,同时也应借助网络平台,形成虚拟博物馆的重要对外宣传渠道。

 

功能描述

前台展示系统

具体包括展馆布局相关信息查询与展示、自动漫游、自主漫游、快速定位、交互等功能。

²  信息查询与展示

涵括了参观路线及参观展馆的相关信息,包括展馆信息、文物知识,展馆信息库,使用户浏览信息、查询信息相当方便、快捷。

²  自动漫游功能

通过系统导游带领参观者对设定的路线进行游览参观,使参观者在较短的时间实现虚拟穿越以及实景展馆体验。

²  自主漫游功能

参观者自己通过鼠标/键盘操作进行场馆内360度全景漫游。

²  快速定位

通过导航能让参观者确定自身所在位置,并根据需要快速定位和打开参观点,指引参观路线。

²  人与展项交互

参观者所能看到的展项一般具有图片文字展示、视频音频展示、三维展示、转动、放大、缩小、改变展项材质/颜色等功能,参观者通过键盘/鼠标根据标示展项内容提示获取相应内容。

后台管理系统

对所参观的展馆内部空间、展项内容及其他功能等进行合成发布的功能。

²  会员管理

通过浏览与编辑功能对平台会员进行监测与管理。可修改会员注册信息及密码,删除或停用。

²  内容管理

场馆介绍,新闻信息等文字图片内容更新修改及监测,包括上传文字、图片等内容信息,同时可检测浏览量。

²  展品管理

通过后台上传三维格式虚拟展品并设置显示位置及附带关联信息,并可对现有展品进行隐藏、位置调整、删除等操作。

²  多媒体管理

对平台背景音乐以及视频等多媒体文件类内容进行维护管理,可替换、删除、添加、设置显示位置等操作。

²  活动管理

可发布活动介绍,并对固定长期的活动进行监测,如活动参加人数,活动效果等。

²  积分管理

对会员的积分进行监测管理,如处理异常积分、积分排行、积分锁定、积分兑换等信息进行管理操作。

虚拟行程系统

在虚拟博物馆中可通过高清展示系统接口将个人的现场参观行程信息以可视化的方式在虚拟博物馆中进行展现,观众登录虚拟博物馆即可知晓自己在博物馆的历次参观情况和参观内容。

观众行为分析系统

根据观众虚拟行程中的参观信息,进行观众对展品专注度的分析,并且通过用户的注册信息,进步一从观众的年龄、教育程度、性别等方面进行多层次的深入分析,为博物馆展览改进、运行管理提供改进依据。

 

系统设计方案

设计原则

本项目将遵循以下设计原则:

²  先进性原则

整个系统设计应采用当今先进、成熟的技术构架,保持一定的技术前瞻性。

²  安全性原则

安全性是本系统非常重要的一项要求,尤其是在某些对安全性要求较高的地方,要确实做好系统的安全设计。

²  实用性

系统应具备较高的实用性,切实地满足博物馆的需求。

²  数据开放性原则

数据格式应遵从开放标准,保证各个应用系统的数据可被其他应用系统利用,保证众多的系统可以开放的链接在一起。

²  集成性原则

本项目内容中包括支持馆内行政管理业务工作的多个应用系统,不能简单地将各自独立的应用系统罗列,而应坚持在数据开放性的原则下,以开放链接方式集成, 实现管理、内容、数据、界面等多层次的无缝融合。

²  可靠性原则

整个平台必须稳定、可靠。

²  高效性原则

整个系统应能实现高效率运转。

²  标准性原则

系统的建设应遵循国际和国家的相关行业标准。

²  扩展性原则

系统在满足当前博物馆业务需求的基础上,应具有较强的适应能力。当业务需求增加和变化时,系统能够进行平滑的扩展升级,而系统的体系结构不需做较大的改变;

 

技术路线

三维建模指通过三维建模软件(3D Modeling Software),在参照实物照片、相关数据的基础上对实物的空间结构进行三维化复原,并通过纹理贴图(Texture)使三维化数据具有贴近真实物体的质感与效果,在虚拟博物馆的建设中,三维建模广泛应用于场馆三维复原、馆藏三维数字化等方面。

通过对本项目的初步理解以及我们实施虚拟博物馆工程的经验,我们初步认可了“三维扫描”、“工程三维数据转换”以及“三维软件建模”三条技术路线上。“三维扫描”是我们在接触这一博物馆项目的过程中最先想到的三维建模技术手段,它是指通过三维扫描设备直接扫描捕获实物藏品的超高精度三维数据,这一三维建模方法的最大优势是三维还原程度极高,可以将藏品表面极为细微的结构忠实转换为三维建模数据:

但是由于通过“三维扫描”获得的三维模型数据精度极高,完全无法实际应用在需要每秒钟渲染60帧左右的实时三维交互应用中。

同时,三维扫描对于被扫描物体的尺寸也有很大限制,建筑、展厅等大尺寸实体无法通过三维扫描设备进行扫描,因此无法建模,综合以上几点,本次虚拟博物馆项目不建议采用“三维扫描”作为三维技术路线。

“工程三维数据转换”主要是针对博物馆场馆建模等具有工程三维数据的实体,在建造场馆的过程中,建筑设计以及施工单位往往会使用专业的CAD软件制作工程三维模型,用以生成建筑施工图或者辅助进行建筑可视化。

工程三维数据首先在获取上具有一定难度,工程单位一般会出于保密的要求难以提供工程三维数据。同时,工程三维数据的精度通常也非常高,而且为了建筑施工的需要,在工程三维数据中即便是螺丝钉这类连接部件也会进行精细的三维化,但这些三维数据对于三维虚拟博物馆的建筑复原来说是没有实际应用价值的。所以在使用工程三维数据的过程中往往需要进行大量的删减以及优化工作,这所需要的工作时间并不会比重新使用三维建模软件进行三维建模要少。因此我们建议,如果可以获得工程三维数据,不以它作为主要的“三维建模”技术解决方案,而是将“工程三维数据”作为“三维软件建模”的重要参考素材,以它作为依据辅助建模。

“三维软件建模”是目前应用最广泛的一种三维建模技术路线,它是指由三维设计师通过3DS MaxMayaSoftimage等三维建模软件,依照照片、数据、工程三维模型等参考素材,对实体的三维结构进行三维复原,然后由材质设计师参考实物的肌理、质感和图案,通过贴图技术队三维模型的纹理进行复原,从而最终制作完成具有较高真实还原程度的三维模型。

三维软件建模技术路线,针对虚拟博物馆项目的特殊性,其所具备的最大优势在于可以根据需求灵活掌握三维建模的复杂程度,对于场馆、展厅等大尺寸的建筑结构,可以通过较低的三维结构复杂度提高三维场景的渲染效率,并利用贴图技巧丰富画面的细节:

而对于三维藏品等需要近距离仔细观赏的三维模型,“三维软件建模”可以通过制作精度更高的模型丰富数字化藏品的细节,而且最为可贵的是,精度的高低完全由三维设计师进行控制,而不是被动地由给定的工程三维资料或者通过三维扫描硬件决定,可以根据虚拟博物馆的实际需要灵活地进行控制。

虚拟博物馆作为一类特殊的三维交互软件产品,其三维图像引擎与软件开发平台的选择直接决定了最终成品可以达到的质量水平,为保障虚拟博物馆的视觉呈现效果、交互体验质量以及未来的技术领先性,我们选择Unity这款成熟的商业三维引擎进行开发。

三维引擎可以理解为三维交互程序所运行的软件平台,它为上层的三维交互程序提供三维图像渲染、物理模拟、网络通信等核心技术功能,同时也为开发设计人员提供了高度集成化的开发环境,辅助开发人员利用三维引擎的各种功能开发出上层应用程序,由此可见三维引擎的重要性,它是虚拟博物馆质量效果以及开发速度的决定性因素。Unity三维引擎具有顶级的三维实时渲染画质、高效的三维图像渲染速度、真实的地形绘制引擎、先进的Nvidia PhysX物理引擎并且支持全面的互联网功能,完全可以胜任构建一个高质量、高效率的虚拟博物馆的任务。同时,Unity独有的多平台发布功能可以完美覆盖Windows以及Mac两大家用电脑平台,可以确保虚拟博物馆可以被广大互联网用户正常访问。

有关Unity的详情请参考关键技术选型章节。

系统架构

从系统构成的业务逻辑元素入手,将技术实现框架总体分为接入层、应用层、服务层、资源层四个层次,如下图所示:

从上图可以看出,技术实现框架从上至下由四个层次构成:

接入层

应用层

服务层

资源层

整个技术实现架构集中体现出这样的设计思想:

以资源层为依托

以应用层和服务层为核心

通过接入层,全面为各层次用户提供高品质的个性化服务。

 

业务逻辑结构与技术实现框架的各层次概要说明:

1、接入层:用户可以分别通过浏览器、桌面应用程序直接或者通过门户间接接入应用系统。

门户是对多种应用进行整合,最终对外提供统一的服务,用户可以通过进入门户平台进而间接的进入要访问的信息、业务系统。

接入层还包括统一的用户管理以及统一的身份认证。

2、应用层:应用层和服务层一起,构成整个业务逻辑结构的核心,该层通过调用服务层的中间件资源,构建应用逻辑群。

3、服务层:服务层与应用层共同构成整个业务逻辑结构的核心,服务层的应用组件构成应用开发平台,是应用层的软件支撑平台。通过服务层,可以快速创建、组装、部署和管理动态的健壮的应用逻辑。

服务层分三个层面。最底两层是基础开发平台,即基于J2EE开发体系结构的分布式应用开发环境和系统平台开发接口,这要求应用软件系统可以不加修改地运行在各种中间件平台上,包括成熟商业平台和免费/开源系统,比如BEA WeblogicIBM WebSphereApache TomcatJBoss。在此之上是应用开发平台,提供了可工作于不同应用系统的核心服务功能,作为应用逻辑运行的基础服务平台。应用开发平台由组件化的功能包和二次开发接口组成,为其上开发运行的应用模块提供稳定、安全、调用简单的底层功能实现,为形成一体化应用、保证系统的可维护性和可扩展性奠定基础。

4、资源层:资源层构成应用层、服务层的基础支撑环境。网络基础设施提供了如TCP/IP、目录和安全等资源服务,这些服务的能力可通过开放且标准的协议来存取。主机系统和功能服务器群为应用逻辑提供资源服务,包括数据库、HTTP、事务处理、邮件和消息等。

我们将根据建设需求,实现资源层的统一规划。