本发明涉及博物馆数字化领域，更具体地说是指一种基于面向对象的馆藏文物渲染方法及其系统。
背景技术
随着文化强国战略的确定，传统文化受到广泛关注，其中，传统的博物馆文化资源面临保存方式不当、陈列方式不当、推广方法陈旧等种种难题；借助于科学技术的进步，博物馆数字化工作逐渐展开，但对于大数量级的文物数字模型，在存储、读取、筛选、渲染展示等方面都面临着困难；地理信息的3dgis技术对于海量三维数据的准确表达和管理，具有非常重要的参考意义，国内外很多大品牌的公司和研究机构，都对该技术进行了研究。
如google公司于2005年6月底推出了googleearth，把地球放到了每个人的桌面上，googleearth可以显示矢量数据地标，具有栅格图像叠加的功能，还提供城市的三维虚拟模型；然而，googleearth毕竟不是专业的gis软件，虽然提供了gis的功能和影像地图，但它不能满足专业gis所特有的地理信息功能，如gis数据的采集与编辑功能，gis的制图功能，以及空间查询与空间分析功能。
如arcgis是美国esri公司集近40年的gis研发经验，它可移植性强，开发成本低，具有强大的空间分析和空间数据处理能力，满足了不同层次的用户需求。但arcgis在三维渲染方面的用户体验却不尽人意，并且其类库庞大、接口众多，最终导致系统结构不合理、界面不美观，开发者很难在短期内掌握。
如nasa的worldwind具有卫星数据自动更新能力，可以在世界范围内跟踪近期事件、天气变化、火灾等情况，但速度慢，矢量数据显示类较为混乱，三维支持能力较差，且由于jpg压缩，还会出现黑色渗透交融，导致影像黑边和锯齿现象。
如skyline公司的skylineglobe可以提供较为完整的api，尤其是b/s下的开发应用，具有较大的用户基础，但其场景浏览是建立在大量模型简化和纹理压缩的基础之上，对于整个场景的数据量有着非常苛刻地控制。
综上所述：国外公司的产品一般是在gis功能和传输技术方面特别强大，在三维显示和渲染效果方面却一般，且价格昂贵，用户体验一般；而国内产品在3dgis领域，也是刚刚起步，目前应用还比较少，在gis功能方面比较弱。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于面向对象的馆藏文物渲染方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于面向对象的馆藏文物渲染方法，包括以下步骤；
s1，采集场景及地形的数据信息；
s2，将数据信息存储至数据库，并进行处理；
s3，获取应用平台发出的请求；
s4，根据请求，服务平台从数据生成与维护平台调取集成信息；
s5，将集成信息反馈至应用平台。
其进一步技术方案为：所述s1中，数据信息包括时间信息，空间信息，及属性信息。
其进一步技术方案为：所述s2还包括：数据库依据面向对象的概念及现实对象的关系，对数据信息进行存储，及组织三维空间特征数据。
其进一步技术方案为：所述s2还包括：数据库中的数据处理采用数据源，数据集，及要素类三级层次；所述数据源为三维空间特征数据库的一个实例；所述数据集为所述数据源的一个逻辑分组，一个数据源包含多个数据集，每个数据集有且仅有一个贴图库和模型库；所述要素类是数据集中具体数据，根据需要进行组织和管理；数据信息类型依据其几何维度包括三维体、二维曲面、一维曲线和零维点；数据信息采用二三维拓扑处理，包括拓扑检查，边界提取，对称差，交，并，或差。
其进一步技术方案为：所述s3中，应用平台为馆藏文物渲染的应用平台，用于提供逼真的三维模型高性能绘制和流畅的三维场景漫游。
其进一步技术方案为：所述s4中，服务平台为馆藏文物渲染服务平台，用于提供快速和高效的三维空间数据的并发访问功能；服务平台结构上包括数据服务器、应用服务器和web服务器。
其进一步技术方案为：所述s4中，服务平台还包括设有用户操作界面，用户通过操作界面编辑信息，并上传存储至数据库。
其进一步技术方案为：所述s4中，数据生成与维护平台为馆藏文物渲染的三维空间数据生产与维护平台，用于提供全面的三维模型编辑功能，提供三维空间特征数据的海量、多源整合功能，生成具有渲染索引机制和高效空间索引机制的三维空间特征数据集；数据生产与维护平台中采用多空间列技术对三维空间对象进行组织和管理，将对象相关的所有空间、时间和属性信息都存储在一个表的不同的空间列中，基于对象进行三维空间数据的存储和管理。
其进一步技术方案为：所述s4中还包括：从数据库中调取处理后的数据信息，并对其进行解析渲染索引和解析空间索引，进行三维图像重构，贴图渲染和地理位置，及大小信息，组合为集成信息。
一种基于面向对象的馆藏文物渲染系统，包括：
采集单元，用于采集场景及地形的数据信息；
存储处理单元，用于将数据信息进行存储，并处理；
获取单元，用于获取应用平台发出的请求；
调取单元，用于从数据生成与维护平台调取集成信息；
反馈单元，用于将集成信息反馈至应用平台。
本发明与现有技术相比的有益效果是：解决了博物馆数字化工作中，对于海量文物三维模型的处理效率低、渲染性能差等不良效果，该发明具有快速的三维场景重构效果和优秀的渲染功能，可实现三维空间分析、数量数据可视化和驱动建模、空间数据分析和处理，且价格便宜，用户体验良好。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明一种基于面向对象的馆藏文物渲染方法的流程图；
图2为图1的功能示意图；
图3为具体实施例的体系架构示意图；
图4为具体实施例的数据结构示意图；
图5为具体实施例的要素与对象模型空间属性的关系示意图；
图6为具体实施例的多空间列技术的要素实体信息组织示意图；
图7为服务平台的工作机制的示意图；
图8为展示系统架构示意图；
图9为展示系统功能示意图；
图10为本发明一种基于面向对象的馆藏文物渲染系统的方框图。
10采集单元20存储处理单元
30获取单元40调取单元
50反馈单元
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1到图10所示的具体实施例，其中，如图1至图2所示，本发明公开了一种基于面向对象的馆藏文物渲染方法，包括以下步骤；
s1，采集场景及地形的数据信息；
s2，将数据信息存储至数据库，并进行处理；
s3，获取应用平台发出的请求；
s4，根据请求，服务平台从数据生成与维护平台调取集成信息；
s5，将集成信息反馈至应用平台。
其中，在s1中，数据信息包括时间信息，空间信息，及属性信息。
其中，s2还包括：数据库依据面向对象的概念及现实对象的关系，对数据信息进行存储，及组织三维空间特征数据。
其中，s2还包括：数据库中的数据处理采用数据源，数据集，及要素类三级层次；数据源为三维空间特征数据库的一个实例；数据集为数据源的一个逻辑分组，一个数据源可以包含多个数据集，每个数据集有且仅有一个贴图库和模型库；要素类是数据集中具体数据，可以根据需要进行组织和管理；数据信息类型依据其几何维度包括三维体、二维曲面、一维曲线和零维点四大类；数据信息采用二三维拓扑处理，包括拓扑检查，边界提取，对称差，交，并，或差。
进一步地，对四种数据类型的操作还有二三维空间关系谓词，包括二三维拓扑关系，几何结构转换，仿射变换，重投影，或最邻近查询。
更进一步地，数据库中空间索引采用b+tree索引算法，使用键值对的数据结构；在经典的b+tree基础上引入网格索引，在逻辑上按照空间对象的位置和大小，在物理上定义了两列，把当前空间对象转换为两个列的值存储，提高空间对象的聚簇效果，增加查询效率。
数据库中渲染索引采用renderindex，支持数据压缩，状态自维护，可针对要素类部分字段建立，对缓冲友好，提高要素对象渲染的性能和效率。
数据库中封装了空间数据引擎，是一个访问三维空间特征数据路的中间件，空间数据引擎不仅定义了空间数据访问的组织形式，即要素类、数据集、数据源之间的聚合和关联关系，还定义了三维空间特征数据库中所有要素的关系和相关操作。空间数据引擎提供给用户api。
其中，在s3中，应用平台为馆藏文物渲染的应用平台，用于提供逼真的三维模型高性能绘制和流畅的三维场景漫游。
其中，在s4中，服务平台为馆藏文物渲染服务平台，用于提供快速和高效的三维空间数据的并发访问功能；服务平台结构上包括数据服务器、应用服务器和web服务器，每个逻辑服务器节点都建立一系列服务器集群，支持将数据部署到第三方数据库中。
进一步地，服务平台利用高效的流媒体压缩技术和网络传输技术，借助动态负载均衡技术响应海量并发访问请求，采用高效的三维三维空间的索引机制，来进行数据的组织，从而实现为海量的三维数据的并发访问，提供了快速和高效的三维空间数据的网络服务。
其中，在s4中，服务平台还包括设有用户操作界面，用户通过操作界面编辑信息，并上传存储至数据库。
进一步地，在s4中，数据生成与维护平台为馆藏文物渲染的三维空间数据生产与维护平台，用于提供全面的三维模型编辑功能，提供三维空间特征数据的海量、多源整合功能，生成具有渲染索引机制和高效空间索引机制的三维空间特征数据集；数据生产与维护平台中采用多空间列技术对三维空间对象进行组织和管理，将对象相关的所有空间、时间和属性信息都存储在一个表的不同的空间列中，基于对象进行三维空间数据的存储和管理。
具体地，如图2所示，s4中还包括：从数据库中调取处理后的数据信息，并对其进行解析渲染索引和解析空间索引，进行三维图像重构，贴图渲染和地理位置，及大小信息，组合为集成信息。
本发明还包括二次开发组件库，为馆藏文物渲染的二次开发组件库，用于提供给开发用户二次开发组建，包括js类库、com控件等，便于用户将馆藏文物渲染集成到定制的系统中。
具体地，如图3至图9所示，本发明还提供了一种具体实施例，实施案例命名为museummaker(博物馆魔术师):
如图3所示,为其体系架构，包括数据生产与维护平台、三维信息共享平台、地理信息专业应用系统、服务平台、应用平台、二次开发组件库；其中，数据生产与维护平台用于采集场景和地形的数据；三维信息共享平台和地理信息专业应用系统用于共享与集成信息，开放地理信息、空间信息联盟、arcsdeshapefile、关系数据库、及可扩展标记语言；服务平台包括分布式服务平台和集成服务平台；应用平台用于网络服务、数据、及应用服务；二次开发组件库包括组件对象模型接口c/s应用和网络接口b/s应用；
如图4所示，键值对[key,data]的数据结构；
如图5所示,面向对象三维空间特征数据库中要素与对象模型空间属性的关系,包括点，线，面，路径，实体，及几何体的关系；
如图6所示，数据生产与维护平台中组织和管理三维空间对象的多空间列技术，包括名称，位置，坐标，基底，模型，点云，类型，高度，及结构等信息；
如图7所示，服务平台的工作机制，从桌面程序，网页，或移动程序输入数据信息，进行网络服务、负载均衡，到应用服务、分布计算，再进行数据服务、分布式部署，将处理后的数据信息存储至数据库或将处理后的数据信息传输至服务平台；
如图8所示，为展示系统架构示意图，展示系统包括数据层、服务层、应用层：
数据层：数据层负责系统所有数据的管理，包括数据采集、入库、文档资料管理、多媒体资料管理等，为平台提供和不断补充数据资源；
服务层：或者称为功能层，主要提供文档检索接口、模型显示渲染引擎、基于云计算的在线渲染服务接口，同时提供三维模型管理平台、文档管理与3d打印服务接口、多媒体渲染服务器接口等；
应用层：也称业务层，展现为系统与外界如何交互，系统提供手机app、pc网站和桌面应用系统。
如图9所示，展示系统主要有文物三维数据采集和处理、文物展示与3d打印、文物数据文档管理三个功能模块：
数据采集处理模块，主要负责三维模型数据的采集、采集后模型的预处理、整饰、模型数据的分类、编码入库；
信息显示与打印模块，负责数据的可视化渲染，其中渲染的实现是基于局域网分布式，模型加载与可视化控制，无极缩放、漫游；单个模型的详细信息查看与显示；与3d打印机对接，实现模型的联机打印；
数据文档管理模块，主要实现了多媒体数据的管理，包括视频、音频、数码扫描文档等，实现了多媒体数据的可视化，信息的统计报表与输出。
如图10所示，本发明还公开了一种基于面向对象的馆藏文物渲染系统，包括：
采集单元10，用于采集场景及地形的数据信息；
存储处理单元20，用于将数据信息进行存储，并处理；
获取单元30，用于获取应用平台发出的请求；
调取单元40，用于从数据生成与维护平台调取集成信息；
反馈单元50，用于将集成信息反馈至应用平台。
本发明解决了博物馆数字化工作中，对于海量文物三维模型的处理效率低、渲染性能差等不良效果，该发明具有快速的三维场景重构效果和优秀的渲染功能，可实现三维空间分析、数量数据可视化和驱动建模、空间数据分析和处理且价格便宜，用户体验良好。
本发明多次对馆藏文物渲染进行试验测试，测试结果如下：
1、大场景3d数字博物馆的展示性能，在大致相同的漫游浏览路线下，加载一个大型的3d数字博物馆，馆藏文物渲染系统大概在每秒15-25帧，在漫游到文物密集区域下降到每秒15帧，而美国知名的skyline平台大概每秒5-10帧，在漫游到文物密集区域下降到1-3帧每秒，所以，在直接加载巨大海量的3d数字博物馆数据方面，馆藏文物渲染系统有绝对的优势；
2、大场景3d数字博物馆模型加载性能指标，馆藏文物渲染系统在1分钟内可完成大场景的海量的3d博物馆三维数据加载，可以大批量加载制作逼真度很高的博物馆3d模型，而国外知名厂家skyline的耗时是3分钟；
3、博物馆三维模型渲染的性能指标，在渲染方面快速逼真，可以较好支持烘焙材质和多层纹理，和动态水面光影、玻璃光照特效和粒子特效等，渲染性能：15fps(每秒15帧以上)；单帧渲染三角形：大于200万三角面；高精度三维模型个数：1800个以上；博物馆其他装修部件、植被：数以万计；skyline的产品对不超过50万三角面部件的渲染效果没有动态特效功能，并且材质渲染比较粗糙的问题。
综上所述，本发明具有快速的三维场景重构效果和优秀的渲染功能，可实现三维空间分析、数量数据可视化和驱动建模、空间数据分析和处理且价格便宜，用户体验良好，适合大力推广。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。