三維虛擬圖書館設計與實現

張婭莉 程二麗 曾雪松

摘要：以真實圖書館為空間栽體，研究開發三維虛擬圖書館的相關理論與技術;三維虛擬圖書館開發設計分析;三維虛擬圖書館建模方法與技巧;使用VRP平臺實現三維虛擬圖書館漫游動畫系統輸出，從而實現三維虛擬圖書館系統的初步開發。

關鍵詞：虛擬技術;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意義上的圖書館實體模型再現，而是一個包含大量真實信息且使用虛擬化技術實現真實圖書館的數字化應用系統。三維虛擬圖書館主要使用虛擬現實技術實現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，借助相關計算機軟件實現圖書館數字化展示。通過相關信息技術處理，基本實現物理圖書館所有信息儲藏功能，克服物理圖書館相關功能局限，把真實圖書館搬上熒屏，實現文化知識網絡共享，為人們獲取相關信息服務。

2實現關鍵軟件

目前業界相關軟件很多，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易用，其強大的基于計算機系統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。

國內目前虛擬現實平臺開發軟件有tmity3d，VRML，cult3d，VRP等，國內最為頂尖的是VPP，其余稱Virtual Reality Platform，俗稱為VIP。它是由中視典數字科技有限公司研發的一款具有自主知識產權的虛擬現實軟件，該軟件操作簡易，所見即所得，主要在智慧城市，工業仿真，旅游教學等方面廣泛應用。經綜合考量選VRP作為虛擬現實平臺開發工具。

3系統設計分析

為了實現高校圖書館的數字化開發及網絡資源共享，同時展現圖書館的文化收藏效果，以及師生日常學習生活需要等功能，通常設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。

傳統圖書館的館藏能力受多個因素影響。首先統圖書館不能無限地擴大空間規模，擴建物理空間和更新設備需要花費大量資金，傳耗時耗力。其次傳統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;人多環境差;人多圖書的翻閱量就多，圖書的移動和復位耗時耗力，甚至圖書數量不足，出現空缺，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。采用虛擬技術可以虛擬一個全新的虛擬空間圖書館，通過數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，既可以再現圖書館物理景觀也可以再現人文景觀，如此同時利用計算機搜索和互聯網數據傳輸等功能實現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，優越無比。

4建模與實現

4.1模型創建

三維虛擬圖書館的創建首先從三維圖書館的模型創建開始，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部相關設施模型。內部場景包括閱覽學習室模型，書架模型，圖書模型以及人物替身模型等。根據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工具進行相關輔助修整。模型處理一般是經過前期Photosbop和AuTOcAD處理相關素材，然后利用3DMAX制作出各種模型并完成紋理貼圖實現模型創建。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，外觀和內部有很多相對獨立單元結構，不論空間大小還是表面紋理，均有一定的規律可循。為了快速實現三維虛擬圖書館相關功能，系統采用基本幾何建模，以建筑物和外觀分類創建模型，并分類存儲成模塊，在組合拼裝模型過程中直接調用可以自由設置參數的模型搭建成復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幾何模型依據建筑物結構拼結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，優化相關模型組合體，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準確圖導入到3DMAX模型創建平臺，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系統打包

通過前面大量工作的實施，在完成了三維場景建模優化，場景聲光效果渲染之后，利用VRP控件進行系統匯總打包，生成可執行.exe文件系統，直觀方便的供用戶發布網絡瀏覽。具體做法如下：（1）設置運行窗口，啟動項目設置面板，選擇圖書館正面黃金分割點作為場景瀏覽切入點設置啟動窗口起始畫面。（2）設置系統簡介和導航功能，人性化提示操作說明。（3）設置開始窗口的大小，打開運行標簽，設置窗口大小及顯示方式，同時設置好初始相機。（4）保存并編譯，EXE文件的相關屬性設置完成后，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經過編譯打包發布后，可以通過鍵盤方向鍵或鼠標，實現兩種功能的動態漫游效果，讓用戶選擇體驗三維虛擬圖書館相關功能。系統運行主界面包括三維場景顯示區，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，程序全屏和關閉按鈕等。默認情況下，利用系統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，讓用戶根據自己的需要選擇查看方式，從而實現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結語

三維虛擬圖書館設計與實現研究為新技術的深入應用奠定良好基礎。受技術水平限制，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;實際功能應用方面，如何快速實現虛擬化數字圖書館的多功能信息查詢，網絡云平臺的虛擬數字化圖書館遠程教育等新功能開發，還有待開發研究。