三維虛擬圖書館設(shè)計與實現(xiàn)

張婭莉 程二麗 曾雪松

摘要：以真實圖書館為空間栽體，研究開發(fā)三維虛擬圖書館的相關(guān)理論與技術(shù);三維虛擬圖書館開發(fā)設(shè)計分析;三維虛擬圖書館建模方法與技巧;使用VRP平臺實現(xiàn)三維虛擬圖書館漫游動畫系統(tǒng)輸出，從而實現(xiàn)三維虛擬圖書館系統(tǒng)的初步開發(fā)。

關(guān)鍵詞：虛擬技術(shù);三維建模;三維虛擬圖書館;漫游動畫

中圖分類號：TP311.132.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0130-02

1三維虛擬圖書館概述

三維虛擬圖書館并非傳統(tǒng)意義上的圖書館實體模型再現(xiàn)，而是一個包含大量真實信息且使用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)真實圖書館的數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)。三維虛擬圖書館主要使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)物理圖書館視覺上的仿真功能，通常以真實圖書館為藍本，按照一定比例縮放建模，借助相關(guān)計算機軟件實現(xiàn)圖書館數(shù)字化展示。通過相關(guān)信息技術(shù)處理，基本實現(xiàn)物理圖書館所有信息儲藏功能，克服物理圖書館相關(guān)功能局限，把真實圖書館搬上熒屏，實現(xiàn)文化知識網(wǎng)絡(luò)共享，為人們獲取相關(guān)信息服務(wù)。

2實現(xiàn)關(guān)鍵軟件

目前業(yè)界相關(guān)軟件很多，常見的有Pro/E，SketchUp，Maya，3D MAX等。其中3D MAx是社會公認的大眾化建模軟件，3D MAX全稱是Autodesk 3ds Max，因其在三維造型、場景模擬、視覺效果等各個方面具有易學(xué)易用，其強大的基于計算機系統(tǒng)的三維動畫渲染和制作功能更是讓其三維建模特效更加形象畢真。鑒于此采用3D MAX軟件建模。

國內(nèi)目前虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)軟件有tmity3d，VRML，cult3d，VRP等，國內(nèi)最為頂尖的是VPP，其余稱Virtual Reality Platform，俗稱為VIP。它是由中視典數(shù)字科技有限公司研發(fā)的一款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬現(xiàn)實軟件，該軟件操作簡易，所見即所得，主要在智慧城市，工業(yè)仿真，旅游教學(xué)等方面廣泛應(yīng)用。經(jīng)綜合考量選VRP作為虛擬現(xiàn)實平臺開發(fā)工具。

3系統(tǒng)設(shè)計分析

為了實現(xiàn)高校圖書館的數(shù)字化開發(fā)及網(wǎng)絡(luò)資源共享，同時展現(xiàn)圖書館的文化收藏效果，以及師生日常學(xué)習(xí)生活需要等功能，通常設(shè)計的主要功能有用戶瀏覽參觀功能，圖書資料查詢與展示功能，圖書館場景動畫漫游播放功能等功能。

傳統(tǒng)圖書館的館藏能力受多個因素影響。首先統(tǒng)圖書館不能無限地擴大空間規(guī)模，擴建物理空間和更新設(shè)備需要花費大量資金，傳耗時耗力。其次傳統(tǒng)圖書館要求用戶必須去實體圖書館中進行圖書的查閱，當人數(shù)較多時，各種實際問題就暴露出來了，如人多桌位不夠;人多環(huán)境差;人多圖書的翻閱量就多，圖書的移動和復(fù)位耗時耗力，甚至圖書數(shù)量不足，出現(xiàn)空缺，查閱人還全然不知，傻傻耗時耗力翻閱整個圖書館物理空間等等問題。為此，創(chuàng)建三維虛擬圖書館可以從理論和實踐上解決實體圖書館所有不足問題。采用虛擬技術(shù)可以虛擬一個全新的虛擬空間圖書館，通過數(shù)字化的手段把圖書館各種圖書信息以圖片、聲音和視頻等形式再現(xiàn)，既可以再現(xiàn)圖書館物理景觀也可以再現(xiàn)人文景觀，如此同時利用計算機搜索和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ軐崿F(xiàn)遠程訪問圖書館和查閱圖書資料便利捷徑，省時省力，方便快捷，優(yōu)越無比。

4建模與實現(xiàn)

4.1模型創(chuàng)建

三維虛擬圖書館的創(chuàng)建首先從三維圖書館的模型創(chuàng)建開始，三維圖書館場景中的典型實體對象包括圖書館外觀建筑物模型和圖書館內(nèi)部相關(guān)設(shè)施模型。內(nèi)部場景包括閱覽學(xué)習(xí)室模型，書架模型，圖書模型以及人物替身模型等。根據(jù)建模方法可以概括分為建筑物模型、景觀模型和功能模型。各種對象采用3D MAX 2010作為主要建模工具，并使用PS和CAD工具進行相關(guān)輔助修整。模型處理一般是經(jīng)過前期Photosbop和AuTOcAD處理相關(guān)素材，然后利用3DMAX制作出各種模型并完成紋理貼圖實現(xiàn)模型創(chuàng)建。具體模型制作過程在此不在敘述。

圖書館是由多個建筑物組合而成，外觀和內(nèi)部有很多相對獨立單元結(jié)構(gòu)，不論空間大小還是表面紋理，均有一定的規(guī)律可循。為了快速實現(xiàn)三維虛擬圖書館相關(guān)功能，系統(tǒng)采用基本幾何建模，以建筑物和外觀分類創(chuàng)建模型，并分類存儲成模塊，在組合拼裝模型過程中直接調(diào)用可以自由設(shè)置參數(shù)的模型搭建成復(fù)雜的外觀圖書館模型。針對實際功能的需要，建模過程是先用基礎(chǔ)幾何模型依據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)拼結(jié)組合成三維虛擬圖書館模型，然后刪除隱性公共線條或公共表面，優(yōu)化相關(guān)模型組合體，最后進行表面紋理映射形成效果模型圖。建模精簡過程：將建筑物CAD準確圖導(dǎo)入到3DMAX模型創(chuàng)建平臺，生成灰色輪廓模型，利用模型拆分展開UV圖，不斷進行分區(qū)圖塊貼圖處理，并添加合適燈光，從而形成效果圖渲染輸出。

4.2系統(tǒng)打包

通過前面大量工作的實施，在完成了三維場景建模優(yōu)化，場景聲光效果渲染之后，利用VRP控件進行系統(tǒng)匯總打包，生成可執(zhí)行.exe文件系統(tǒng)，直觀方便的供用戶發(fā)布網(wǎng)絡(luò)瀏覽。具體做法如下：（1）設(shè)置運行窗口，啟動項目設(shè)置面板，選擇圖書館正面黃金分割點作為場景瀏覽切入點設(shè)置啟動窗口起始畫面。（2）設(shè)置系統(tǒng)簡介和導(dǎo)航功能，人性化提示操作說明。（3）設(shè)置開始窗口的大小，打開運行標簽，設(shè)置窗口大小及顯示方式，同時設(shè)置好初始相機。（4）保存并編譯，EXE文件的相關(guān)屬性設(shè)置完成后，對文件進行命名和選擇保存文件的路徑保存，然后進行EXE文件的自動編譯。（5）系統(tǒng)測試，編譯完成后，測試人機交互效果。

4.3運行效果

三維虛擬圖書館系統(tǒng)經(jīng)過編譯打包發(fā)布后，可以通過鍵盤方向鍵或鼠標，實現(xiàn)兩種功能的動態(tài)漫游效果，讓用戶選擇體驗三維虛擬圖書館相關(guān)功能。系統(tǒng)運行主界面包括三維場景顯示區(qū)，動畫相機和行走相機切換按扭，動畫運行、暫停以及退出按扭，程序全屏和關(guān)閉按鈕等。默認情況下，利用系統(tǒng)普通小窗口自動的以默認選定動畫相機方式瀏覽圖書館場景，同時音樂也自動播放，給用戶一種看電影的良好沉浸感。另外，系統(tǒng)也可以人為中止，或切換到全屏，或改為行走模式，讓用戶根據(jù)自己的需要選擇查看方式，從而實現(xiàn)多種方式漫游虛擬圖書館。三維虛擬圖書館的運行界面如圖1所示。

5結(jié)語

三維虛擬圖書館設(shè)計與實現(xiàn)研究為新技術(shù)的深入應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。受技術(shù)水平限制，還有很多不完善的地方，需要深入研究。模型的精度處理方面，有很多場景細節(jié)沒有表達出來，進一步完善和提高模型精度空間很大;實際功能應(yīng)用方面，如何快速實現(xiàn)虛擬化數(shù)字圖書館的多功能信息查詢，網(wǎng)絡(luò)云平臺的虛擬數(shù)字化圖書館遠程教育等新功能開發(fā)，還有待開發(fā)研究。