WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館中的應(yīng)用

王金剛 劉毅力 陳登峰 王帥舉

摘?要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，數(shù)據(jù)信息的重要性也愈發(fā)凸顯。數(shù)字展覽館作為新時(shí)代文化傳播數(shù)字化的產(chǎn)物之一，實(shí)現(xiàn)它的在線展覽具有非比尋常的意義。通過(guò)WebGL技術(shù)與數(shù)字展覽館的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)展覽品在瀏覽器端的在線展示，既擴(kuò)展了文化傳播的途徑，又消除了地域限制的隔膜。本文從WebGL技術(shù)出發(fā)，對(duì)數(shù)字展覽館在瀏覽器端的建模、交互等特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述，并對(duì)WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和缺陷進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：WebGL;數(shù)字展覽館;在線展覽

近年來(lái)，人們邁入了大數(shù)據(jù)化的時(shí)代，許多事物都在朝著數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展。數(shù)字展覽館作為新時(shí)代數(shù)字化的代表之一，它通過(guò)利用數(shù)字技術(shù)，對(duì)文物信息進(jìn)行采集、加工、存儲(chǔ)，并通過(guò)多媒體技術(shù)，以文字、聲音、模型等方式，實(shí)現(xiàn)文物的展覽。通過(guò)這些技術(shù)手段，擴(kuò)展了文化傳播的渠道、減少了實(shí)體文物的展示次數(shù)、延長(zhǎng)了文物的使用壽命。WebGL技術(shù)是一種3D繪圖技術(shù)，它通過(guò)增加OpenGL ES 2.0的一個(gè)JavaScript綁定，提供HTML5 canvas的硬件加速，開(kāi)發(fā)人員就可以借助顯卡在瀏覽器中進(jìn)行復(fù)雜圖形的渲染。WebGL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)免去了開(kāi)發(fā)插件的麻煩，可實(shí)現(xiàn)圖形的輕量化在線顯示。通過(guò)WebGL技術(shù)構(gòu)建3D虛擬布展的應(yīng)用平臺(tái)，對(duì)數(shù)字展覽館中的展覽品進(jìn)行三維虛擬展示是實(shí)現(xiàn)數(shù)字展覽館在線展示的一種方法。

1 WebGL技術(shù)的展覽館文物模型建立

WebGL技術(shù)通過(guò)GPU硬件對(duì)canvas的渲染加速，實(shí)現(xiàn)展覽館中文物模型在瀏覽器端的建模和展示，采用WebGL的開(kāi)源框架Three.js建模，可提高工作效率。模型建立的方法通常是先用三維模型編輯軟件進(jìn)行建模，然后將模型導(dǎo)出為WebGL支持的格式，通過(guò)編程將模型導(dǎo)入框架中，并將代碼在服務(wù)器中部署，實(shí)現(xiàn)模型瀏覽器端的可視化。WebGL可對(duì)多種類(lèi)型格式的模型進(jìn)行信息解析，其中最常用的是JSON格式的文件。JSON 是輕量級(jí)的文本數(shù)據(jù)交換格式，具有自我描述性，更易理解;JSON 使用 JavaScript 語(yǔ)法來(lái)描述數(shù)據(jù)對(duì)象，具有易于人編寫(xiě)和閱讀、易于生成和解析的優(yōu)點(diǎn)。使用JSON類(lèi)型的文本語(yǔ)言存儲(chǔ)模型信息，更易于JavaScript對(duì)模型信息的解讀和展示。下圖為用WebGL技術(shù)搭建的展覽館文物模型示例。

2 WebGL技術(shù)的交互性

交互性是一個(gè)比較廣泛的概念，本文中所提到的交互是指人機(jī)交互，主要通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)瀏覽器端所建立模型的控制。WebGL中的交互性可以使文物的展覽變得更加直觀。在WebGL的開(kāi)源封裝庫(kù)中有一個(gè)軌道控制器，即OrbitControls.js，它是一個(gè)用于Three.js的軌道控制插件，使用它可實(shí)現(xiàn)WebGL中場(chǎng)景的交互。使用Three.js框架將物體渲染到網(wǎng)頁(yè)中，需要三大組件：場(chǎng)景（scene）、相機(jī)（camera）和渲染器（renderer），場(chǎng)景動(dòng)態(tài)化效果主要通過(guò)改變camera的坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)。嵌入OrbitControls.js插件可通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)實(shí)時(shí)改變和更新camera的坐標(biāo)，達(dá)到交互的目的。交互性是WebGL中的一個(gè)重要特性，WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館中交互性的應(yīng)用，可為參觀者提供一個(gè)自行了解展覽品信息的功能。瀏覽者可通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)控制camera坐標(biāo)的變化，任意角度和距離觀察展覽品模型，激發(fā)了參觀者的參展興趣，同時(shí)也能吸引更多的人傳播和了解文化。

3 WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和缺陷分析

WebGL技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以通過(guò)GPU硬件加速，完成3D圖形的三維可視化渲染，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的瀏覽器端可視化。通過(guò)GPU對(duì)復(fù)雜三維圖形的渲染加速減少了CPU的負(fù)載。然而，數(shù)字展覽館中所含的展覽品數(shù)量較多，且信息復(fù)雜，通過(guò)WebGL技術(shù)對(duì)展覽品進(jìn)行建模和瀏覽器端的可視化渲染時(shí)，需要高質(zhì)量的顯卡支持。展覽品所含的數(shù)字信息越復(fù)雜、渲染的圖形信息越多，對(duì)顯卡的要求就越高。這是WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館應(yīng)用中的一個(gè)缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

WebGL技術(shù)在數(shù)字展覽館中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)展覽品在瀏覽器端的在線可視化。展覽品通過(guò)在瀏覽器端的建模和展示，使得不同地區(qū)的參觀者皆可通過(guò)瀏覽器參觀展覽品，極大程度的簡(jiǎn)化了參觀流程。同時(shí)WebGL技術(shù)交互功能的添加，使得參觀者可以對(duì)模型進(jìn)行控制，在激發(fā)參觀者興趣的同時(shí)，也能吸引更多的展覽者。但是，使用WebGL技術(shù)對(duì)大量展覽品渲染時(shí)，對(duì)顯卡的要求較高，這就需要后續(xù)對(duì)渲染的優(yōu)化算法進(jìn)行更深入的研究。

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作者簡(jiǎn)介：王金剛（1991-），男，陜西渭南人，碩士，助理工程師，研究方向：控制理論與控制工程。