西域数字博物馆的设计与开发方法
【专利摘要】本发明涉及一种西域数字博物馆的设计与开发方法，具体包括以下步骤：(1)进行数据收集及预处理；(2)研究西域文化博物馆特征，建立三维模型；(3)研究西域文化博物馆展厅及代表性文物交互特性；(4)建立西域文化数字博物馆漫游原型系统。本发明的重点是运用计算机技术、网络技术、多媒体技术将西域文化博物馆以数字方式展现出来，构成一个虚拟的西域文化博物馆，结合多媒体的图形技术、声音技术和互动技术，让观众身临其境，不受时间限制、不受场地限制、不受环境限制、绿色环保的随时获取馆中的各项展品及相关信息，还可以以人机交互的方式获取知识，达到了解西域文化、认识西域文化的目的，从而推动西域文化的进步和繁荣发展。
【专利说明】西域数字博物馆的设计与开发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种西域数字博物馆的设计与开发方法，属于数字化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]“西域”一名，始见于西汉，位于亚欧大陆中心地带，作为特有的东西方交通喉舌，中国本土、印度佛教、伊斯兰教、基督教四种文化又在这里交融荟萃，经千百年的积累和熏染，集聚起丰富多彩的文化。塔里木大学西域文化研究所迄今发展为新疆南疆地区大型的多功能历史类博物馆。馆内收藏有新疆各历史时期的珍贵文物，及大量的图片资料和文字资料。藏品类别包括雕塑，铜器、陶器、铁器、玉器、木器、布帛等文物，藏品总量达到1936件，其中实物871件，场景复原13件，图片743张，表格9幅，另有库存300件。该馆突破了平铺直叙的樊篱，着重凸显数千年西域的奕奕神采，具有很高的历史、艺术和科学价值。
[0003]数字博物馆是博物馆与现代信息技术和网络技术相结合的产物，是博物馆在新技术革命的条件下进一步发展的趋势。它是综合运用多方面高新技术支持的数字信息资源系统，不仅以数字化形式对数字博物馆中的藏品资源的各种信息进行存储和管理，同时还将分散于不同载体、不同地域的数字化信息资源以网络化方式联结起来，实现资源共享。
[0004]数字博物馆最早出现于20世纪90年代初的美国，随后欧洲一些信息科技大国与重视文化传统的国家都陆续开始了数字博物馆的建设和推广工作。美国国会图书馆自1990年开始推动“American Memory计划”,进行图书馆内文献、手稿、照片、录音、影片等典藏品的数字化，并编辑成历史文化传承的主题产品，该计划成为了美国最著名的数字图书馆项目，同时也是著名的数字博物馆项目。1996年，美国加州大学伯克利建筑学院和VSMM国际学术机构联合建立了虚拟遗产网络(Virtual Heritage Network, VHN),其在文化遗产数字化领域的贡献得到联合国教科文组织的认可，承担了该组织多个重大项目。欧洲著名的博物馆，如法国巴黎卢浮宫博物馆、英国大英博物馆、梵蒂R教廷博物馆等，也都于90年代中期开始实施了博物馆数字化展示计划，其中最具代表性的是英国的大英博物馆。一些中小博物馆则依靠产业、研究机构和大学的支持，如欧盟赞助法国信息与自动化研究院进行“Aquarelle计划”，支持欧洲各国博物馆与相关机构通过网络共享各自的数字典藏，进行文化传承。2002年，由德国University of Applied Science of Cologne负责管理和运营,建立了欧洲文化遗产网络(European Cultural Heritage Network, ECHN),在欧洲文化遗产数字化方面发挥了积极的作用。
[0005]我国在20年前就已经开始了博物馆数字化的探索。中国博物馆学会于2003年11月28日成立了数字化专业委员会，国家文物局已经将数字博物馆的研究正式立项。我国数字博物馆在初期阶段主要进行实体博物馆的信息化建设，重点工作在于利用计算机技术收集、整理、保存、加工和展示各类文物信息，在应用软件研发和局部信息基础设施建设方面，取得了一定的成绩，有影响的项目主要有数字故宫、国际敦煌项目以及上海博物馆、南京博物院、河南博物院等信息化工程。2001年11月，教育部《面向21世纪教育振兴行动计划》专门设立了“现代远程教育网上公共资源建设-大学数字博物馆建设工程”项目，重点支持上海交通大学、山东大学、复旦大学等18所有特色的大学博物馆进行数字化改造，已取得阶段性成果。
[0006]本项目是在此背景下，利用西域文化研究所所藏西域文物资源丰富这一地区优势，本着更好地研究和宣扬西域文化为目的，旨在构建西域文化研究所现有文物和展馆的三维模型，搭建基于西域研究所的网络西域数字博物馆，以实现西域文物资源的数字化，并通过数字化技术对西域研究所展馆及文物进行三维虚拟显示。该项研究对于西域文化及自然遗产信息资源的保护和利用(包括对信息资源的采集、保存、传输、展示利用等)的研究具有重要意义。西域数字博物馆的建立具有较高的实用价值和应用前沿性，无论是在理论研究中，还是在实践中，均具有积极的意义和重要的学术价值。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种西域数字博物馆的设计与开发方法，总体目标是探索实现西域文化博物馆的数字化关键技术，对西域文化研究所内的文物/展品采集数字影像、建立缩微模型、完善电子档案，建立西域文化博物馆原型系统，使部分具有代表性的展馆及文物得以实现数字化，使“数字西域文化”作为古迹的精美电子标本得以永久保存。就研究者来说，足不出户即可进行参观和研究。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
[0009]一种西域数字博物馆的设计与开发方法，具体包括以下步骤:
[0010](I)进行数据收集及预处理:
[0011]通过数码摄像机拍摄西域文化博物馆中实景或通过史料以数字化方式获取所需的图片，将这些数据导入计算机并用Photoshop软件按照需求规格进行处理，并对处理过的数据进行压缩、简化，作为模型的纹理贴图。
[0012](2)研究西域文化博物馆特征，建立三维模型:
[0013]采用VRML进行展厅建筑和内部展示模型的三维建模，部分较复杂的模型由3DMAX建模然后导入，对建立好的模型进行纹理贴图；根据各个对象的特点建模并转化为VRML节点，建立西域文化数字博物馆的大体布置，最后将建立好的模型进行组合。
[0014](3)研究西域文化博物馆展厅及代表性文物交互特性；
[0015]添加传感器和路由，使虚拟展厅具有交互能力，并利用JavaScript脚本语言增强HTML和VRML之间的通讯，以达到更好的交互效果，完成系统的网络发布；为了避免浏览过程中出现浏览者穿越建筑物等不真实情况的发生，进行碰撞检测。
[0016](4)研究建立西域文化数字博物馆漫游原型系统:
[0017]通过优化整体的VRML文件，拟建立基于VRML的西域文化数字博物馆漫游原型系统，并实现自动漫游。
[0018]该发明的有益效果在于:本发明的重点是运用计算机技术、网络技术、多媒体技术将西域文化博物馆以数字方式展现出来，构成一个虚拟的西域文化博物馆，结合多媒体的图形技术、声音技术和互动技术，让观众身临其境，不受时间限制、不受场地限制、不受环境限制、绿色环保的随时获取馆中的各项展品及相关信息，还可以以人机交互的方式获取知识，达到了解西域文化、认识西域文化的目的，从而推动西域文化的进步和繁荣发展。【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例中西域数字博物馆结构图。
[0020]图2是本发明实施例中数字化西域文化博物馆建模流程图。
[0021]图3是本发明实施例中页面设计框架图。
[0022]图4是本发明实施例中虚拟西域文化博物馆流程图。
[0023]图5是本发明实施例中虚拟场景制作流程图。
[0024]图6是本发明实施例中VRML与3D MAX相结合的应用流程图。
[0025]图7是本发明实施例中VRML文件传输过程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便更好的理解本发明。
[0027]实施例
[0028]一种西域数字博物馆的设计与开发方法，从博物馆设计人员、博物馆参观人员等多方面需求出发，建立数字博物馆系统原型，制定了以传统图形学理论和虚拟现实技术为基本理论指导思想，同时结合现行的网络实用技术，以研发博物馆展厅子系统为核心，并在此基础上建立西域数字博物馆系统。西域数字博物馆结构图如图1所示，建模流程图如图2所示，页面设计框架图如图3所示。
[0029]具体包括以下步骤:
[0030](I)进行数据收集及预处理:
[0031]通过数码摄像机拍摄西域文化博物馆实景或通过史料以数字化方式获取所需的图片，将这些数据导入计算机并用Photoshop软件按照需求规格进行处理，并对处理过的数据进行压缩、简化，作为模型的纹理贴图。
[0032](2)研究西域文化博物馆特征，建立三维模型；
[0033]采用VRML进行展厅建筑和内部展示模型的三维建模，部分较复杂的模型由3DMAX建模然后导入，对建立好的模型进行纹理贴图；根据各个对象的特点建模并转化为VRML节点，建立西域文化数字博物馆的大体布置，最后将建立好的模型进行组合。
[0034](3)研究西域文化博物馆展厅及代表性文物交互特性；
[0035]添加传感器和路由，使虚拟展厅具有交互能力，并利用JavaScript脚本语言增强HTML和VRML之间的通讯，以达到更好的交互效果，完成系统的网络发布；为了避免浏览过程中出现浏览者穿越建筑物等不真实情况的发生，进行碰撞检测。
[0036](4)研究建立西域文化数字博物馆漫游原型系统:
[0037]通过优化整体的VRML文件，拟建立基于VRML的西域文化数字博物馆漫游原型系统，并实现自动漫游。
[0038]上述系统的工作过程中，将建立的三维虚拟西域博物馆场景嵌入到现有的二维网页中，使三维虚拟场景与二维网页相链接，从而最终实现三维网页的方法，创建一个可进入、可参与的三维虚拟西域文化博物馆。实现流程图如图4所示。
[0039]本发明实施例中，西域数字博物馆选择3D MAX2012与VRML技术相结合进行可视化建模和交互性制作，创建过程为:
[0040]具体过程为:[0041](I)创建数字西域博物馆虚拟场景:
[0042]3D MAX近年来在众多的三维模型制作软件中脱颖而出，功能不断增强。利用它不仅可以制作复杂的三维模型，而且可以真实的对现实中光照、材质、纹理等进行模拟，表现完美的三维实体，实现流程图及效果图如图5所示。
[0043](2)优化数字西域博物馆虚拟场景:
[0044]场景规模的大小通常是由文件的大小决定的。文件越大，在网上传输所需要的时间越长。如果下载场景所花费的时间过长，那么无论场景多么精彩，网络访问者仍然会失去耐心而放弃对它的访问。因此，虚拟场景应在保持浏览质量的前提下，尽量减小其大小以缩短下载时间。在对数字科技馆虚拟现实系统的场景进行优化时，主要使用了以下方法:
[0045](2a)使用实例:
[0046]VRML语法规定，如果同一物体在场景中多次使用，那么可以在物体第一次使用时给物体命名(DEF)，在以后的使用过程中只要通过名字来引用(USE)该物体即可，这被称为使用实例，也就是通常所说的“重用”。通过使用实例将会很大程度上减少代码量，从而也就减小了文件的大小。
[0047](2b)压缩文件长度:
[0048]使用压缩工具是减小文件大小最有效的方法。VRML文件支持Godezip (即g_zip)压缩。这是一种比通常使用的Winzip压缩比更高的工具，它能使文件的大小减少几十甚至几百倍。
[0049](2c)使用布告板节点:
[0050]VRML中提供了一个叫做BillboarcK布告板)的节点。该节点允许开发者在场景中使用一个二维图像(jpg、gif、tif等格式均可)并使之随着视角而旋转，从而总是面对浏览者。因此，在数字科技馆虚拟场景的创建中，并不需要对每个物体都进行三维建模，比如:人物、树木等的建模，只需要将它们分别定义为BilIboad节点并使用二维图片，这样既能减小文件同时又不影响最终效果。
[0051](3)通过3D MAX和VRML Exporter创建虚拟场景
[0052]3D MAX中提供的VRML Export Plug-1n可将所创建的3D MAX场景经过优化后转换成标准的VRML格式直接加入最终场景中。转换后的VRML文件较之3D MAX文件大大减小，从而降低了客户端的负担及网络传输时间。VRML与3D MAX相结合的应用流程图如图6所示。
[0053](4) VRML文件传输过程:
[0054]VRML用文本信息描述三维场景，在网络传输过程中，由服务器提供VRML格式的文件，然后客户端通过网络下载该文件，通过本地浏览器对VRML格式的文件进行解析，从而实现了平台无关。同时VRML用ASC II文件格式来描述世界和链接，这在保证对各种平台通用的同时降低了传输的数据量，从而可实现低带宽运行。VRML语言文件的流通过程如图7所示。
[0055]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种西域数字博物馆的设计与开发方法，其特征在于:具体包括以下步骤: (1)进行数据收集及预处理: 通过数码摄像机拍摄西域文化博物馆中实景或通过史料以数字化方式获取所需的图片，将这些数据导入计算机并用Photoshop软件按照需求规格进行处理，并对处理过的数据进行压缩、简化，作为模型的纹理贴图； (2)研究西域文化博物馆特征，建立三维模型: 采用VRML进行展厅建筑和内部展示模型的三维建模，部分较复杂的模型由3D MAX建模然后导入，对建立好的模型进行纹理贴图；根据各个对象的特点建模并转化为VRML节点，建立西域文化数字博物馆的大体布置，最后将建立好的模型进行组合； (3)研究西域文化博物馆展厅及代表性文物交互特性: 添加传感器和路由，使虚拟展厅具有交互能力，并利用JavaScript脚本语言增强HTML和VRML之间的通讯，以达到更好的交互效果，完成系统的网络发布；为了避免浏览过程中出现浏览者穿越建筑物等不真实情况的发生，进行碰撞检测； (4)研究建立西域文化数字博物馆漫游原型系统: 通过优化整体的VRML文件，拟建立基于VRML的西域文化数字博物馆漫游原型系统，并实现自动漫游。
2.根据权利要求1 所述的西域数字博物馆的设计与开发方法，其特征在于:所述西域数字博物馆选择3D MAX2012与VRML技术相结合进行可视化建模和交互性制作，创建过程为: (1)创建西域数字博物馆虚拟场景: 选择3D MAX2012创建西域数字博物馆虚拟场景； (2)优化数字西域博物馆虚拟场景: 在对数字科技馆虚拟现实系统的场景进行优化时，主要使用了以下方法: (2a)使用实例: VRML语法规定，如果同一物体在场景中多次使用，那么可以在物体第一次使用时给物体命名(DEF)，在以后的使用过程中只要通过名字来引用(USE)该物体即可，这被称为使用实例，也就是通常所说的“重用”； (2b)压缩文件长度: 利用VRML文件所支持的Godezip (即g_zip)压缩； (2c)使用布告板节点: 在数字科技馆虚拟场景的创建中，不需要对每个物体都进行三维建模，比如:人物、树木等的建模，只需要将它们分别定义为BilIboad节点并使用二维图片； (3)通过3DMAX和VRML Exporter创建虚拟场景: 利用3D MAX中提供的VRML Export Plug-1n将所创建的3D MAX场景经过优化后转换成标准的VRML格式直接加入最终场景中； (4)VRML文件传输过程: VRML用文本信息描述三维场景，在网络传输过程中，由服务器提供VRML格式的文件，然后客户端通过网络下载该文件，通过本地浏览器对VRML格式的文件进行解析，从而实现平台无关；同时VRML用ASCII文件格式来描述世界和链接，这在保证对各种平台通用的同时降低了传输的数据量，从而`实现低带宽运行。
【文档编号】G06T19/00GK103679819SQ201310711541
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】司春景, 李旭, 席亚军, 李向阳, 缪建梅, 慈伟涛, 王飞 申请人:塔里木大学