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基于網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)系統的園林古建筑三維展示論文
古建筑是人類(lèi)悠久歷史進(jìn)程的見(jiàn)證，是人類(lèi)文明的重要標志，隨著(zhù)激光掃描技術(shù)的飛速發(fā)展，針對古建筑數字保護方面的研究愈來(lái)愈熱，主要研究方向 集 中 在 數 據 采 集[1]、點(diǎn) 云 管 理[2-3]、特 征 提取[4-5]、建筑正射影像圖制作[6]、古建筑建模[7-9]、仿真系統開(kāi)發(fā)[10-11]等方面。在古建筑仿真系統方面，由于模型精細、逼真，數據資源量大，所以基于網(wǎng)絡(luò )的古建筑虛擬展示、精細模型的網(wǎng)絡(luò )傳輸和渲染等方面一直受到現有網(wǎng)絡(luò )帶寬和吞吐量限制。目前多數古建筑仿真系統是單機版，基于Vega Prime、OpenGL等引擎開(kāi)發(fā)[10-11].
本文以全國重點(diǎn)文物保護單位嶺南“四大名園”之一的東莞可園為例，通過(guò)地面三維激光掃描建立園林古建筑精細、完整的三維模型，采集制作屬性數據、多媒體數據，基于Unity3D引擎開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)系統，實(shí)現園林古建筑的生動(dòng)展示。
Unity3D是由Unity Technologies公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)支持碰撞檢測、光影、風(fēng)動(dòng)、水波等特效的專(zhuān)業(yè)游戲引擎，可用于開(kāi)發(fā)三維游戲、實(shí)時(shí)三維仿真等類(lèi)型互動(dòng)系統，通過(guò)Unity3D可以方便地實(shí)現系統的網(wǎng)絡(luò )發(fā)布[12].
1 數據建設
園林古建筑網(wǎng)絡(luò )互動(dòng)系統的數據構成分為3大類(lèi)：多層次細節模型、屬性數據、多媒體數據，如圖1所示。
1.1三維數據采集與預處理采用RieGL VZ400地面三維激光掃描儀進(jìn)行數據采集，點(diǎn)云顏色采用掃描儀配套相機進(jìn)行采集，用于紋理貼圖的照片采用高清數碼相機正面拍攝，包括：進(jìn)行點(diǎn)云數據拼接與誤差改正、坐標系轉換、降噪與抽稀，影像調色和糾正，彩色點(diǎn)云數據制作。
1.2三維建模三維模型數據包括古建筑、家具、植被、地形等。模型共分為三級，各級情況如下：1）一級模型：細節建模表現，輔以高清紋理影像，基于點(diǎn)云和建筑測繪圖在Geomagic sutdio和圖2銅像點(diǎn)云與模型對比3DMax中制作模型[9],模型精度優(yōu)于5cm,圖2為可園主人張敬修銅像的點(diǎn)云與模型對比。制作范圍包括整個(gè)可園建筑（包含古建筑的廳堂內外）、部分展品、家具、植被（見(jiàn)圖3）。為了表現風(fēng)動(dòng)特效，植被采用實(shí)體建模表現。2）二級模型：主體建模表現，輔以高清紋理影像。一級模型覆蓋范圍的二級模型由一級模型簡(jiǎn)化得到，其他制作范圍還包含園林小品、湖景、假山等�？蓤@一級模型占存儲空間約800 MB,簡(jiǎn)化后二級模型僅70MB.3）三級模型：在現有模型庫中選取，制作范圍為部分植被、垃圾筒、花盆等。
1.3多媒體數據
1）導覽語(yǔ)音數據：采集導覽音頻數據，按照古建筑場(chǎng)景區域進(jìn)行分割，轉換為MP3格式。
2）界面視覺(jué)數據：為了使系統美觀(guān)，采集、設計并制作系統界面的視覺(jué)元素，如系統圖標、登錄界面背景圖、菜單圖標、單位名稱(chēng)標志等。
1.4屬性數據
1）文本介紹數據：編輯整理建筑及展品歷史沿革、相關(guān)故事等文本信息。
2）漫游路徑數據：根據拼接后模型的坐標設定漫游路徑，存儲路徑信息，并匹配分區介紹的語(yǔ)音文件。3）用戶(hù)數據：按照用戶(hù)名稱(chēng)、類(lèi)型、權限等設置用戶(hù)字段，存儲用戶(hù)信息。
2 系統模型預處理
系統使用Unity3D集成園林古建筑三維場(chǎng)景。通過(guò)模型的預處理提高模型的數據質(zhì)量，節約模型數據加載時(shí)間，為后期系統功能實(shí)現做好鋪墊。
2.1模型材質(zhì)處理及UV調整
1）物體單一材質(zhì)。對于一個(gè)模型僅使用一張貼圖，應確保UV坐標系處于0~1之間。
2）物體多維材質(zhì)。一個(gè)物體中應用多個(gè)材質(zhì)，可分為專(zhuān)屬材質(zhì)和共享材質(zhì)分布處理。若某材質(zhì)需要獨立調整，則需新建材質(zhì)及貼圖；若需與其他模型共用材質(zhì)則需注意命名的一致性。
2.2模型共點(diǎn)處理對拼接后的模型需共用點(diǎn)的地方，執行合并點(diǎn)操作，保證模型無(wú)縫拼接，避免模型碰撞檢測失效，出現穿墻、墜落等現象。
2.3模型軸向處理針對需動(dòng)態(tài)開(kāi)合的門(mén)窗模型，由于Unity3D與3DMax的 軸 向 不 一 致，所 有 模 型 在 導 出 前 要 將3DMax模型的旋轉軸調整為Unity3D要求的方向。
2.4模型與信息匹配處理對導入到Unity3D后的模型，通過(guò)模型ID建立與屬性信息的匹配，以實(shí)現點(diǎn)擊三維空間模型查詢(xún)模型屬性信息。
3 系統集成開(kāi)發(fā)
3.1數據組織調度機理Unity3D以特有的Asset三維空間數據庫來(lái)存儲和調度模型、材質(zhì)、貼圖、特效等資源。
Asset采用了一種外部整合數據的引擎AssetBundles,把U-nity3D編輯器中的資源分門(mén)別類(lèi)輸出，通過(guò)FTP、ASP結合數據庫的方法存儲到服務(wù)器中。系統運行階段，客戶(hù)端通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)下載AssetBundles數據資源，再進(jìn)行加載、渲染等一系列操作。
對于屬性數據，由于數據量較小，所以系統選用Microsoft Office Access來(lái)管理。
3.2系統功能實(shí)現系統以Unity3D為引擎，選擇Mono C#跨平臺的開(kāi)源編譯器編碼實(shí)現仿真互動(dòng)系統（互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)）的開(kāi)發(fā)，系統功能架構見(jiàn)圖4. 1）互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)系統�？紤]到互聯(lián)網(wǎng)帶寬和吞吐量限制，舍棄一級精模，以二、三級模型搭建漫游場(chǎng)景，采用B/S模式實(shí)現運行于互聯(lián)網(wǎng)的仿真互動(dòng)系統。
2）局域網(wǎng)互動(dòng)系統。局域網(wǎng)仿真互動(dòng)系統運行于客戶(hù)端與景區演示機。局域網(wǎng)數據傳輸速度快，所以采用C/S模式實(shí)現（見(jiàn)圖5），以一級、二級、三級模型搭建仿真場(chǎng)景，形成多層次細節（LOD）模型的無(wú)縫切換。
4 結束語(yǔ)
采用地面激光掃描技術(shù)建立園林古建筑三維數據，基于Unity3D實(shí)現園林古建筑高精度的局域網(wǎng)展示以及高效的互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)上展示、后臺數據庫與前臺視覺(jué)表達的有效契合。本文開(kāi)發(fā)的B/S模式的“可園”互聯(lián)網(wǎng)公眾互動(dòng)系統可點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)（“可園網(wǎng)上展示”訪(fǎng)問(wèn)，由于網(wǎng)絡(luò )吞吐量限制，1S模式系統舍棄了c/s模式的一級精模，損失部分表達細節。在當前網(wǎng)絡(luò )條件下，提升仿真互動(dòng)系統的互聯(lián)網(wǎng)數據傳輸速度，提高園林古建筑仿真模型精細程度是進(jìn)一步的研究方向。
參考文獻：
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