基于Web 3D技術的甘肅省農業科學院虛擬展館設計及實現

馬海霞，王恒煒，楊博超，楊 城

（甘肅省農業科學院農業經濟與信息研究所，甘肅 蘭州 730070）

隨著Web 3D及虛擬現實技術、網絡技術與數據庫技術等相關技術的迅猛發展，虛擬展覽館的建設成為現實。虛擬展覽館作為實體館的延伸和補充，以其數字化、三維可視化、可以任意發揮創意，具有形式多樣化、超鏈接點擊查詢等功能，正在發揮著實體館不可取代的作用和優勢。

虛擬展館不只是現實世界中實體展館的簡單復制，而是實體展館的補充和延伸。對沒有到過實體展館的人，可以方便快捷地了解展品信息，增加去實體展館的興趣，同時實現實體展館所無法實現的一些展品互動。虛擬展館倡導“環保節能、低碳生活”，從多方面節約資源，并為廣大用戶提供了極大的自主性與便利性。虛擬展館不受時空限制，在互動平臺上縮放自如，觀眾可以360度自由瀏覽，并根據個人喜好進行展品陳列和環境控制。

甘肅省農業科學院成立于1958年，主要開展農作物種質資源及新品種選育、主要農作物高產優質高效栽培、區域農業（旱作節水、生態環境建設）可持續發展、土壤肥料與節水農業、病蟲草害災變規律及綜合控制、農業生物技術、林果花卉、農產品貯藏加工、設施農業、畜草品種改良、綠色農業、無公害農產品檢驗監測和農業工程咨詢設計等領域的研究工作，建院以來共取得科技成果830項［1］。為了全面展示甘肅省農業科學院“十五”以來的重大科技成果，促進科技成果的傳播、交流和共享，我們開發了基于Web 3D技術的甘肅省農業科學院科技成果虛擬展館。

1 設計目標

基于Web 3D技術，通過虛擬現實技術建設一個具有互動性和沉浸感的Video、Audio、Flash、Java效果組合應用的交互式虛擬展覽系統。最大化的提升甘肅省農業科學院科技成果實體展館及展品的傳播范圍、宣傳效果與社會價值，使觀眾通過互聯網即能比較真實地感受展品，可為廣大農民、科技工作者、政府相關部門提供便捷高效的交流參考。

2 設計結構及技術

2.1 相關技術

利用互聯網WEB與三維虛擬現實漫游技術的結合，在計算機數據支撐下，實現遠程多媒體展示及三維數據遠距傳輸。與傳統的網站或展廳投影相比，具有更加廣闊的宣傳范圍，更方便觀眾參觀。利用聲音、三維實物模型、虛擬展板介紹、網站數據查詢的方式，以及即成系統互動展現的手法，更加直觀生動的展示甘肅省農業科學院的科技成果。

本系統主要采用虛擬現實平臺（Virtual Reality Platform，簡稱VR-Platform或VRP）作為實現產品虛擬互動的關鍵。VRP是目前比較流行的虛擬現實技術，適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化、所見即所得。其次，采用AutoCAD作為二維繪圖和基本的三維設計，運用在制作動畫方面具有主導地位，同時也是世界上擁有最大用戶的三維動畫軟件3ds Max完成動畫漫游。最后，采用Dreamweaver建立科研成果網站，實現網絡交流平臺。

2.2 虛擬漫游系統

漫游系統結構采用B/S結構，用戶可以隨意漫游于三維展廳中，實時交互式地定制展品，易于擴展。應用服務器提供VRML場景與數據訪問，數據服務器提供展覽廳中的所有展品（圖1）。這種結構使系統具有極大的靈活性，可動態調整展品，實現了功能模塊化，從軟件工程的角度考慮，減少了軟件模塊的耦合程度（圖2）。

2.3 在線展示網站平臺系統

圖1 VR網上三維互動展廳管理系統架構

圖2 虛擬展廳瀏覽流程

采用Microsoft Visual Studio 2010作為開發平臺，.net framework 4.0框架作為技術架構。采用sqlserver2005存儲所有數據信息，管理展廳展板、視頻、文字、實物全景等相關數據方便安全。系統架構（圖3）采用N層架構，很方便實現分部部署，方便維護及實現負債均衡處理。用Ajax技術、數據服務器緩存技術，減小應用服務器、數據庫服務器交互壓力。引用后臺方便管理（平臺管理流程4）SEO、欄目設置等。對搜索引擎更加友好，實現后臺管理平臺及前臺信息展及與三維場景展廳無縫銜接。

圖3 網站平臺系統架構

圖4 平臺管理流程

該平臺支持WEB技術，采用互聯網方式發布瀏覽。整套系統發布為在線模式，用戶可以在直接點擊網頁安裝插件后遠程訪問瀏覽查詢。

3 虛擬展館的實現

虛擬展廳的構建是基于實體展館特點，采用3ds Max技術制作虛擬場景和動畫漫游，運用VRP技術實現產品的互動展示，最后通過Dre amweave技術完成參觀者與展廳展示的交流。具體過程如下。

第1步：首先建立產品三維數據庫，三維重建的主要方法包括三維掃描和計算機建模，然后使用3ds Max制作虛擬展廳場景（圖5）。

第2步：使用3ds Max為整個虛擬展廳設定動畫效果，并對場景進行燈光測試（圖6），檢查材質貼圖是否曝光來調整燈光參數，渲染和烘焙。

第3步：將烘焙完的場景導入VRP中制作虛擬現實漫游系統，設計虛擬環境、虛擬交互、虛擬講解、環境音樂、模擬人物等，達到真實體驗效果。設計有漫游與手動模式，用戶能夠主動瀏覽虛擬展廳內的所有物件，且可以互動查看（圖7），最終發布EXE文件（圖8）。

第4步：以Microsoft Visual Studio作為開發平臺，.net framework框架作為技術架構；采用sqlserver2005存儲所有數據信息，將具有互動功能的虛擬展廳和動畫制作成甘肅省農業科學院科技成果虛擬數字展館網站平臺，實現實時遠程交互功能。

4 虛擬展館的特點

4.1 目標明確，針對性強

本方案針對甘肅省農業科學院建院以來取得的農業科技成果和科研數據，參照實體展館并考慮可擴展性，用最先進的3D電腦技術手段，開發出具有三維可視化效果的虛擬展廳，超越傳統的二維管理及控制的體系，初級電腦操作人員也能很容易的瀏覽、控制。

圖5 在3ds Max中建模型

圖6 對場景進行燈光測試

圖7 展廳框架

圖8 后期效果圖

4.2 實時互動

以文字、聲頻、圖片、視頻及3D模型等多種手段，能感受到“身臨其境，暢游無限”的在線互動，充分調動參觀者的積極性。

4.3 打破了時間和空間的限制

增加了自主性和便利性，不出門隨時隨地參觀。虛擬展館呈現方式數字化，可實現虛擬漫游、多人在線、仿真互動。

4.4 節約資源

虛擬展館倡導“環保節能，低碳生活”。虛擬展廳是實體展館向外打開的另一扇窗口，通過網絡加快了甘肅省農業科學院科技成果的傳播、交流和共享。

5 結束語

基于Web 3D技術的甘肅省農業科學院虛擬展廳系統，可以通過網絡展廳方便瀏覽，也可以安裝到任何普通電腦，在相關農業科技交流、培訓中應用，是一個移動的、全面展示甘肅省農業科學院科技成果的演示產品，對科技興農、富民興隴將起到積極的作用。

［1］甘肅省農業科學院網絡中心.甘肅省農科院簡介［EB/OL］.（2013-06-30）［2013-09-10］http：//www.gsagr.ac.cn/gaikuang/jj.htm