基于虛擬體驗的測繪地理信息網(wǎng)上展館設計與實現(xiàn)

關昆，劉小飛

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引 言

天津市測繪地理信息應用成果和地圖網(wǎng)上展館作為國家測繪地理信息局2015年舉辦的全國測繪地理信息應用成果和地圖展覽天津地方展館，其主要目的是以展示“十二五”期間測繪地理信息服務大局、服務社會、服務民生為主線，以推廣測繪地理信息應用成果為核心，對天津市多年來建設和累積的優(yōu)秀測繪地理信息成果、天津市數(shù)字空間地理空間框架和天津市文化和地域特色等資料，結(jié)合測繪地理信息技術方法和手段進行虛擬體驗和網(wǎng)上展示，實現(xiàn)天津市測繪地理信息應用成果的對外宣傳和交流，提升測繪地理信息的社會影響力。

2 展館總體設計

2.1 總體架構(gòu)

網(wǎng)上虛擬展館由基礎設施層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務層、應用層和表現(xiàn)層組成。用戶通過訪問國家測繪地理信息局主展館統(tǒng)一入口對應的展廳鏈接入口與天津市地方展館對接，天津市地方展館調(diào)用主展館的服務層接口，完成天津市地方展館相關資源與主展館的對接與注冊。總體技術框架如圖1所示。

其中，應用層為各種應用功能的運行提供支撐技術及服務，包括數(shù)字資源化、采集加工、展示服務、統(tǒng)一用戶、頁面定制、交換服務、目錄服務、報表工具、空間定位等功能組件以及UI體驗、多媒體交互、FLASH交互、虛擬人物解說、三維模型體驗、360°虛擬漫游等功能組件。業(yè)務層主要包括展覽管理系統(tǒng)，為主展廳的管理用戶提供展廳建設及運行監(jiān)控的功能，主要包括虛擬展廳管理、目錄管理、展覽資源管理、展廳內(nèi)容管理、用戶管理、運行監(jiān)控等功能。數(shù)據(jù)層通過定義展覽資源的數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的組織、存儲和管理，為業(yè)務層和應用層提供數(shù)據(jù)服務，主要包括文本、圖片、音視頻、展會信息、應用系統(tǒng)、其他資料等。

圖1 天津市地方展館的總體技術框架

2.2 數(shù)據(jù)及文件組織架構(gòu)

網(wǎng)上展館內(nèi)容結(jié)構(gòu)設計分為展館、展廳、展臺和展品4級結(jié)構(gòu)。包括基礎測繪廳、地圖產(chǎn)品廳、國情普查廳、工程保障廳、地理信息廳、應用前沿廳、用戶體驗廳7個展廳，每個展廳包含若干個展臺，在展臺上對歸并同類的產(chǎn)品進行展示。每個層級都按照展覽主題內(nèi)容、展品內(nèi)容(素材文字)、展示設計(展臺設計布局圖、瀏覽方式)詳細介紹。天津展館結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 天津館整體布局圖

2.3 設計流程

展館設計與素材制作的主要目標是形成以圖片、360°全景照片等形式展現(xiàn)的展館整體設計與效果設計，并根據(jù)整體設計制作完成文字、圖片、影視頻、Flash短片與三維動畫等各類展示素材，并對圖片素材進行切割，為網(wǎng)站和模板制作奠定基礎。其主要設計流程如圖3所示：

圖3天津展館主要設計流程

(1)模板制作流程

展館的模板制作首先根據(jù)主展館架構(gòu)設計，按“展館-展廳-展臺-展品”的4級架構(gòu)制作網(wǎng)站結(jié)構(gòu)模板，其次根據(jù)主展館內(nèi)容設計分別設計展館、展廳、展臺、展品的頁面展現(xiàn)架構(gòu)，模板制作的技術流程圖4所示：

(2)展館制作流程

展館設計制作流程包括展館設計與素材制作、模板制作與展覽內(nèi)容發(fā)布三個環(huán)節(jié)。其中，展館設計與素材制作結(jié)合展館的內(nèi)容設計，設計展館展示效果，制作展覽素材；模板制作是利用統(tǒng)一提供的模板制作工具將展館設計制作成網(wǎng)頁模板；展覽內(nèi)容發(fā)布與管理是基于展覽管理系統(tǒng)對展覽的具體內(nèi)容進行編碼、發(fā)布與維護更新。展覽內(nèi)容設計流程如圖5所示：

圖4 模板制作流程

圖5 展館制作流程圖

3 關鍵技術

天津網(wǎng)上展館將虛擬現(xiàn)實、虛擬展示、360°全景瀏覽等方式結(jié)合進來，增強用戶的瀏覽體驗，做到身臨其境的感覺。系統(tǒng)的主體框架設計為Flash，通過IIS部署在服務器上，各展廳通過超鏈接以及虛擬漫游功能進行自由切換。

3.1 Flash3D技術

系統(tǒng)中展廳、展臺、展品的瀏覽基于跨平臺的Flash3D技術，實現(xiàn)可交互的實時三維場景，使展廳、展臺和展品的瀏覽更加真實，用戶有身臨其境的感覺。系統(tǒng)瀏覽模式更加自由，可通過鼠標、鍵盤進行縮放瀏覽、全屏瀏覽，實現(xiàn)了對模型中的燈光、地面等元素進行燈光照射、地板反射效果。

3.2 服務式設計

網(wǎng)上展館的后臺采用服務式的HTML設計，其中，目錄服務將展覽系統(tǒng)中的展臺、展品的信息存儲為具有描述性屬性的對象。用戶可以使用該服務按名稱查找對象或者像使用黃頁一樣，可使用它們查找服務。

展覽系統(tǒng)的HTML接口需要能夠被Flex、JavaScript等網(wǎng)絡開發(fā)工具所調(diào)用。服務接口通過Http請求，返回JSON格式，接口內(nèi)容包含用戶注冊、用戶認證、用戶登錄驗證、用戶修改、產(chǎn)品注冊、展品附屬文件、展品內(nèi)容修改、展品刪除、信息互動接口等。

3.3 視頻及圖片壓縮技術

展館系統(tǒng)中所使用的視頻和圖片較多，數(shù)據(jù)量較大，網(wǎng)絡傳輸壓力較大，為了保證數(shù)據(jù)加載的流暢性，系統(tǒng)對視頻和圖片的傳輸做了壓縮處理，根據(jù)實際需要選擇合適的壓縮比，在提高傳輸效率的同時保障圖像的質(zhì)量。

為保證視頻和圖片的質(zhì)量，防止信息丟失，采用無損壓縮技術，即無誤差編碼技術。針對圖片和視頻灰度值重復率較高的特點，采用了無誤差編碼中的行程編碼方法，這種情況下相同的灰度值用同一符號表示，大大節(jié)省了存儲空間。

3.4 展品全景圖制作及360°瀏覽

針對無人機、探地雷達等測繪設備的虛擬展示，采用全景圖制作及瀏覽的方式。在利用相機對設備進行多角度環(huán)視拍攝后，對照片進行拼合并制作全景圖，并在Flash環(huán)境下制作360°瀏覽頁面，實現(xiàn)實物展品的在線虛擬瀏覽，通過鼠標控制自由縮放即可達到全角度的近距離瀏覽效果。

4 展館系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 展廳漫游

天津市測繪地理信息應用成果和地圖網(wǎng)上展館模擬真實展覽館，采用4層結(jié)構(gòu)：即展館、展廳、展臺、展品。展廳平面導航地圖與主展廳，如圖6、圖7所示：

圖6 展廳平面導航圖

圖7 主展廳

4.2 展品瀏覽

針對不同展品，網(wǎng)上地圖展主要采用FLASH及JavaScript技術，融合虛擬現(xiàn)實、三維建模等技術構(gòu)建，在場景中嵌入文字、圖片、網(wǎng)頁、視頻和語音解說等方式實現(xiàn)展品瀏覽。展廳及展品瀏覽如圖8所示。

圖8 展廳及展品瀏覽

4.3 后臺管理

后臺管理模塊支持對展品編輯、管理、并提供數(shù)據(jù)配置維護工具，具體包括展廳管理、場景管理、展品管理、產(chǎn)品編輯、用戶管理等功能。展廳后臺管理如圖9所示。

圖9展廳后臺管理

5 結(jié) 語

天津市測繪地理信息應用成果和地圖網(wǎng)上展館采用三維仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術，改變了實物展覽的傳統(tǒng)方式，呈現(xiàn)身臨其境的觀展感受，打造了地理信息應用成果線上交流和宣傳的永久性平臺。展館上線以來，在宣傳、推廣天津市測繪地理信息成果方面發(fā)揮了積極的作用。