文化特色街區(qū)網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究

萬(wàn)華明，顧邦軍，黃 鹿，孫芳芳

（蘇州科技大學(xué) 傳媒與視覺(jué)藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215011；蘇州科技大學(xué) 傳媒文化產(chǎn)業(yè)研究所，江蘇 蘇州 215011）

基于網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化多媒體專業(yè)化的高新技術(shù)，為文化產(chǎn)業(yè)特色街區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化系統(tǒng)，為特色文化產(chǎn)業(yè)街區(qū)內(nèi)企業(yè)提供網(wǎng)絡(luò)多媒體虛擬街區(qū)的新產(chǎn)品展示，文化特色人才，特色項(xiàng)目等的導(dǎo)航、導(dǎo)覽、導(dǎo)政、導(dǎo)游、導(dǎo)購(gòu)、導(dǎo)賞等提供創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)與商業(yè)增值模式，適時(shí)擴(kuò)展為多領(lǐng)域數(shù)字信息化提供全面解決方案。鎮(zhèn)湖刺繡作為華夏民族特色的手工藝品典范，以其獨(dú)特的藝術(shù)影響力越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其市場(chǎng)前景更加廣闊。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)旅游經(jīng)濟(jì)的日漸繁榮，增進(jìn)了民族工藝品交易市場(chǎng)的活躍和強(qiáng)盛，更加推動(dòng)了蘇繡的廣闊市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)建有眾多的文化特色街區(qū)，但網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化尚未見(jiàn)報(bào)道，以鎮(zhèn)湖刺繡文化特色街區(qū)為例擬構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)相關(guān)的突破。充分應(yīng)用多媒體網(wǎng)絡(luò)多用途導(dǎo)航系統(tǒng)，展現(xiàn)數(shù)字鎮(zhèn)湖刺繡文化特色街區(qū)，并對(duì)多導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)建與開(kāi)發(fā)進(jìn)行深入研究。目的是打造蘇州特色、中國(guó)獨(dú)特以及國(guó)際知名網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化平臺(tái)，將中國(guó)傳統(tǒng)刺繡文化弘揚(yáng)出去，走向世界[1-2]。

1 網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化系統(tǒng)概述

特色街區(qū)網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程是緊緊圍繞著“六導(dǎo)功能”來(lái)進(jìn)行的，“六導(dǎo)”即導(dǎo)航、導(dǎo)覽、導(dǎo)政、導(dǎo)游、導(dǎo)購(gòu)和導(dǎo)賞。這“六導(dǎo)功能”是鎮(zhèn)湖特色街區(qū)的核心內(nèi)容，也是系統(tǒng)區(qū)分于其他電子商務(wù)網(wǎng)站的一個(gè)特色[3-5]。

導(dǎo)航是指通過(guò)地理信息系統(tǒng)的定位功能[6]使虛擬游客進(jìn)入界面之后，能夠根據(jù)目錄有選擇地尋找定位自己的目標(biāo)物；導(dǎo)覽主要使游客置身于虛擬街區(qū)之后通過(guò)鼠標(biāo)自由操作游覽自己想去的店鋪；導(dǎo)游為用戶提供在線服務(wù)包括提供產(chǎn)品信息、街區(qū)店鋪的介紹，使用戶在游覽網(wǎng)站的同時(shí)更加了解網(wǎng)站的界面及服務(wù)；導(dǎo)政主要包括一些時(shí)事政策及新聞要?jiǎng)?wù)的介紹與后臺(tái)數(shù)據(jù)管理；導(dǎo)賞是為進(jìn)入店鋪后的客戶鑒賞工藝品，提供在線虛擬專家的評(píng)估；而導(dǎo)購(gòu)是六大系統(tǒng)的核心部分，為客戶提供專業(yè)的服務(wù)與引導(dǎo)銷售，包括營(yíng)銷、支付、物流等信息，使客戶感受到網(wǎng)上購(gòu)物的便利）。這六大系統(tǒng)之間相互聯(lián)系，缺一不可，并與文化街區(qū)實(shí)體完全一致，同時(shí)又有遠(yuǎn)超實(shí)體豐富真實(shí)的多媒體的信息量。

2 網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

2.1 網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2.1.1 設(shè)計(jì)理念

三維實(shí)景化系統(tǒng)場(chǎng)景是以鎮(zhèn)湖當(dāng)?shù)靥厣ㄖ餅樵?，模型中的一磚一瓦包括材質(zhì)方面都盡最大可能地還原，再現(xiàn)鎮(zhèn)湖特色街區(qū)，既強(qiáng)調(diào)了畫質(zhì)的美感，又保證了用戶在虛擬的空間中體會(huì)堪比現(xiàn)實(shí)的逛街樂(lè)趣，享受獨(dú)特體驗(yàn)，如圖1所示。

2.1.2 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

三維實(shí)景化系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫(kù)的信息轉(zhuǎn)換為三維場(chǎng)景，用于顯示三維實(shí)景、三維信息服務(wù)等，結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要分為基礎(chǔ)層、服務(wù)層和應(yīng)用層3層。

圖1 多導(dǎo)系統(tǒng)三維界面

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)層處于整個(gè)系統(tǒng)的最底層，為服務(wù)層和應(yīng)用層提供基本的數(shù)據(jù)支持，通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎連接數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)的快速存取和統(tǒng)一管理。服務(wù)層包含了大量的組件，封裝了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的功能，通過(guò)對(duì)服務(wù)層傳遞命令，在基礎(chǔ)層提供的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為系統(tǒng)提供三維實(shí)景服務(wù)、三維信息服務(wù)等，在應(yīng)用層中進(jìn)行顯示。應(yīng)用層是系統(tǒng)與外界交換信息的接口，當(dāng)用戶在應(yīng)用層發(fā)出請(qǐng)求后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)請(qǐng)求將服務(wù)層獲取的信息通過(guò)應(yīng)用層反饋給用戶，滿足用戶的需求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化場(chǎng)景構(gòu)建方法

網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化場(chǎng)景需要考慮到場(chǎng)景逼真度和精細(xì)效果，又要考慮到三維實(shí)景化場(chǎng)景建模工作量和數(shù)據(jù)量。在該系統(tǒng)場(chǎng)景構(gòu)建過(guò)程中基于面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行構(gòu)建模型。面向?qū)ο蟮乃枷胝J(rèn)為世界是由各種各樣具有自己的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和內(nèi)部狀態(tài)的對(duì)象所組成的，不同對(duì)象之間的相互作用構(gòu)成了完整的現(xiàn)實(shí)世界。因此，人們應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)實(shí)世界這個(gè)本來(lái)面貌來(lái)理解世界，直接通過(guò)對(duì)象及其相互關(guān)系來(lái)反映世界。因此，在三維系統(tǒng)中必須對(duì)場(chǎng)景內(nèi)容（見(jiàn)表1）進(jìn)行梳理和取舍，選取最主要的要素內(nèi)容作為對(duì)象進(jìn)行建模，在最大限度保證場(chǎng)景真實(shí)性的條件下，盡量減小建模工作量和三維實(shí)景化場(chǎng)景的數(shù)據(jù)量。

表1 多導(dǎo)系統(tǒng)三維場(chǎng)景要素內(nèi)容

多導(dǎo)系統(tǒng)三維場(chǎng)景中的三維模型可以分為源模型和顯示模型兩種。源模型是采用三維建模軟件制作的三維模型，可以編輯；顯示模型是對(duì)源模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等操作后的數(shù)據(jù)，用于顯示。源模型除了主文件外，還包括大量的紋理、材質(zhì)文件，文件數(shù)量多，數(shù)據(jù)量大。顯示模型包括模型的屬性數(shù)據(jù)用于描述模型的名稱、地址等基本信息，以及模型的坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)、偏移、俯仰、伸縮等定位參數(shù)。由于不同數(shù)據(jù)源采用的建模方法也不完全相同，因此，三維場(chǎng)景的構(gòu)建必須采用多種方法的融合，通過(guò)不同要素的建模和整合，最終形成一個(gè)無(wú)縫銜接的多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化場(chǎng)景。

2.3 網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

2.3.1 三維實(shí)景化空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型設(shè)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)時(shí)，如何將數(shù)據(jù)有條不紊地存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一體化管理，以及高效的存儲(chǔ)模式是解決空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)高效運(yùn)作的關(guān)鍵。模型的建立主要包括概念模型、邏輯模型和物理模型的設(shè)計(jì)[7]。

三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型是基于各類空間對(duì)象特征建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，主要有幾何層、表達(dá)層和語(yǔ)義層，通過(guò)底層自治、上層統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度和管理。邏輯模型主要是實(shí)現(xiàn)三維空間數(shù)據(jù)的有序組織，如空間哪些對(duì)象按照特征進(jìn)行組織的，哪些對(duì)象按照內(nèi)容進(jìn)行分類組織的，哪些對(duì)象按照細(xì)節(jié)進(jìn)行組織的，等等。物理模型設(shè)計(jì)主要包括確定表和索引的物理存儲(chǔ)參數(shù)、數(shù)據(jù)表的空間大小、系統(tǒng)的初始化參數(shù)等。

2.3.2 三維實(shí)景化場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

三維實(shí)景化場(chǎng)景由于覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)量極大，傳統(tǒng)的基于文件管理方式已不能滿足要求，特別在實(shí)景化場(chǎng)景更新時(shí)表現(xiàn)的尤為突出。一般的模型文件往往附帶很多附屬文件，容易造成文件丟失或誤刪除，破壞數(shù)據(jù)的完整性，因此，采用文件系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)三維模型的高效管理。與文件系統(tǒng)相比而言，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)就顯現(xiàn)出來(lái)，采用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)模型進(jìn)行管理可以較好地維護(hù)模型數(shù)據(jù)的完整性和一致性，可以實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)建庫(kù)、提取、查詢等功能，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的安全管理、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)等機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)三維實(shí)景化模型的高效管理。

以數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle為例，Oracle是一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[8-9]。它在數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域一直是處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品?？梢哉f(shuō)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是目前世界上流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，系統(tǒng)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于大、中、小、微各類環(huán)境。Oracle Spatial采用擴(kuò)展結(jié)構(gòu)模型，作為Oracle管理空間數(shù)據(jù)的插件，是Oracle在原有純關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上增加的空間數(shù)據(jù)管理層。SQL作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，提供二進(jìn)制對(duì)象的字段類型，可以用來(lái)存儲(chǔ)大量的二進(jìn)制和文本數(shù)據(jù)的一種數(shù)據(jù)類型。其中BLOB類型可以存取如圖像、視頻、音頻等格式的文件，因此，Oracle可將不同類型的三維模型和紋理均以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)在BLOB字段中，實(shí)現(xiàn)三維模型的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。

圖3為三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)框架圖。多導(dǎo)系統(tǒng)三維實(shí)景化場(chǎng)景數(shù)據(jù)采用Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)三維模型數(shù)據(jù)，基于ArcGIS平臺(tái)進(jìn)行管理，通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和操作，這樣ArcGIS通過(guò)ArcSDE可以在DBMS中輕而易舉地管理一個(gè)共享、多用戶空間數(shù)據(jù)庫(kù)。在三維模型中，紋理圖像是獨(dú)立于模型之外的，因此，在數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系表中需要設(shè)計(jì)模型與紋理的二進(jìn)制存儲(chǔ)字段來(lái)分別存放相關(guān)數(shù)據(jù)。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)模型表、紋理表、場(chǎng)景信息表等，將三維場(chǎng)景中的每個(gè)“部件”作為單獨(dú)對(duì)象，通過(guò)空間位置來(lái)對(duì)整個(gè)場(chǎng)景的所有要素進(jìn)行統(tǒng)一管理。以模型庫(kù)為例，可以進(jìn)行模型屬性表、元數(shù)據(jù)表、模型數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建、刪除與關(guān)聯(lián)，歷史模型表與現(xiàn)勢(shì)模型表的關(guān)聯(lián)，以及模型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)連接參數(shù)管理，模型加載服務(wù)參數(shù)管理等。三維系統(tǒng)可以通過(guò)ArcSDE來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)的增加、刪除和更新操作，達(dá)到對(duì)三維數(shù)據(jù)管理和維護(hù)的目的。

圖3 三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)框架圖

項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，空間引擎ArcGIS Engine是為編程人員開(kāi)發(fā)客戶化應(yīng)用程序的組件包，它全面包含組件式GIS的類庫(kù)[8]。其中Object Libraries是一組邏輯上可編程的ArcObjects組件集合，有繪圖上的幾何類庫(kù)，GIS數(shù)據(jù)源和空間數(shù)據(jù)庫(kù)類庫(kù)等?？梢栽赪indows、UNIX和Linux等系統(tǒng)平臺(tái)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用這些類庫(kù)，能夠開(kāi)發(fā)出難易程序不同的應(yīng)用程序。這些類庫(kù)也是用來(lái)開(kāi)發(fā)ArcGIS Desktop和ArcGIS Server的類庫(kù)。這些ArcObjects庫(kù)為開(kāi)發(fā)者提供了所有的ArcGIS功能，并且能夠和主流的開(kāi)發(fā)環(huán)境（Visual Basic、C++、Java、.NET和C#等）很好地結(jié)合在一起。

2.3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)建設(shè)

三維實(shí)景場(chǎng)景數(shù)據(jù)量非常大且類型復(fù)雜，不便于日常管理和更新維護(hù)。針對(duì)三維場(chǎng)景的日常更新和應(yīng)用的需求，需要采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)三維模型和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理[10]，包含數(shù)據(jù)加載、查詢和交換等模塊。利用該管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)的入庫(kù)、提取和瀏覽等操作，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢查和統(tǒng)計(jì)，并可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的指定對(duì)象進(jìn)行更新。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能模塊如圖4所示。

圖4 多導(dǎo)三維實(shí)景數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

3 結(jié)語(yǔ)

文章以鎮(zhèn)湖刺繡文化特色街區(qū)為例，擬與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)相關(guān)的O2O的突破。充分應(yīng)用多媒體網(wǎng)絡(luò)多用途導(dǎo)航系統(tǒng)，展現(xiàn)數(shù)字鎮(zhèn)湖刺繡文化特色街區(qū)，并進(jìn)行多導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)建與深層次開(kāi)發(fā)研究，通過(guò)三維系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行三維實(shí)景的仿真展示。目前，網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化平臺(tái)系統(tǒng)會(huì)提供多種店鋪的三維展現(xiàn)，前期主要是以刺繡店鋪為主，發(fā)展成熟之后的目標(biāo)是打造成一個(gè)集藝術(shù)品多種店鋪為一體的多元化網(wǎng)絡(luò)多導(dǎo)三維實(shí)景化電子商務(wù)平臺(tái)。

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