基于虛擬體驗的測繪地理信息網上展館設計與實現

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秀測繪地理信息成果、天津市數字空間地理空間框架和天津市文化和地域特色等資料，結合測繪地理信息技術方法和手段進行虛擬體驗和網上展示，實現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

網上虛擬展館由基礎設施層、數據層、業務層、應用層和表現層組成。用戶通過訪問國家測繪地理信息局主展館統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，包括數字資源化、采集加工、展示服務、統一用戶、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。業務層主要包括展覽管理系統，為主展廳的管理用戶提供展廳建設及運行監控的功能，主要包括虛擬展廳管理、目錄管理、展覽資源管理、展廳內容管理、用戶管理、運行監控等功能。數據層通過定義展覽資源的數據模型，實現數據的組織、存儲和管理，為業務層和應用層提供數據服務，主要包括文本、圖片、音視頻、展會信息、應用系統、其他資料等。

圖1 天津市地方展館的總體技術框架

2.2 數據及文件組織架構

網上展館內容結構設計分為展館、展廳、展臺和展品4級結構。包括基礎測繪廳、地圖產品廳、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品進行展示。每個層級都按照展覽主題內容、展品內容(素材文字)、展示設計(展臺設計布局圖、瀏覽方式)詳細介紹。天津展館結構圖如圖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的展館整體設計與效果設計，并根據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主展館架構設計，按“展館-展廳-展臺-展品”的4級架構制作網站結構模板，其次根據主展館內容設計分別設計展館、展廳、展臺、展品的頁面展現架構，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、模板制作與展覽內容發布三個環節。其中，展館設計與素材制作結合展館的內容設計，設計展館展示效果，制作展覽素材；模板制作是利用統一提供的模板制作工具將展館設計制作成網頁模板；展覽內容發布與管理是基于展覽管理系統對展覽的具體內容進行編碼、發布與維護更新。展覽內容設計流程如圖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

天津網上展館將虛擬現實、虛擬展示、360°全景瀏覽等方式結合進來，增強用戶的瀏覽體驗，做到身臨其境的感覺。系統的主體框架設計為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

系統中展廳、展臺、展品的瀏覽基于跨平臺的Flash3D技術，實現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。

展覽系統的HTML接口需要能夠被Flex、JavaScript等網絡開發工具所調用。服務接口通過Http請求，返回JSON格式，接口內容包含用戶注冊、用戶認證、用戶登錄驗證、用戶修改、產品注冊、展品附屬文件、展品內容修改、展品刪除、信息互動接口等。

3.3 視頻及圖片壓縮技術

展館系統中所使用的視頻和圖片較多，數據量較大，網絡傳輸壓力較大，為了保證數據加載的流暢性，系統對視頻和圖片的傳輸做了壓縮處理，根據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量。

為保證視頻和圖片的質量，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視拍攝后，對照片進行拼合并制作全景圖，并在Flash環境下制作360°瀏覽頁面，實現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 展館系統實現

4.1 展廳漫游

天津市測繪地理信息應用成果和地圖網上展館模擬真實展覽館，采用4層結構：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，網上地圖展主要采用FLASH及JavaScript技術，融合虛擬現實、三維建模等技術構建，在場景中嵌入文字、圖片、網頁、視頻和語音解說等方式實現展品瀏覽。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、并提供數據配置維護工具，具體包括展廳管理、場景管理、展品管理、產品編輯、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 語

天津市測繪地理信息應用成果和地圖網上展館采用三維仿真技術、虛擬現實技術，改變了實物展覽的傳統方式，呈現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揮了積極的作用。