張雅麗, 　崔建海, 　宋振峰

(1.中國人民公安大學警務信息工程學院，北京　100038； 2.中國人民公安大學圖書館，北京　100038)

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基于虛擬現實平臺的公安科技成果網上展廳

張雅麗1, 崔建海2, 宋振峰1

(1.中國人民公安大學警務信息工程學院，北京100038； 2.中國人民公安大學圖書館，北京100038)

摘要基于互聯網技術和虛擬現實平臺建設“公安科技成果網上展廳”，在計算機上對真實的客觀世界進行模擬再現，以數字化、網絡化和虛擬現實的形式，開展公安科技成果推廣工作，將提高推廣效率，擴大普及范圍，同時也為全國公安部門提供了獲取科研信息的平臺。通過對公安科技成果展廳需求的深入分析，結合虛擬現實平臺VRP、數據庫Database和3D-MAXL技術等，深入分析利用VRP實現公安科技成果網上展廳的制作過程、制作技巧，研究展廳數據管理和網絡發(fā)布等重要環(huán)節(jié)的實現方法，并最終實現基于瀏覽器方式為用戶提供服務的虛擬現實結合的網上公安科技成果展廳平臺。

關鍵詞網上展廳； 虛擬現實； 數據管理； 網絡發(fā)布

0引言

為應對新時期警務工作中存在的信息不暢、科研成果無法共享等各種問題，公安工作需要有先進的科技平臺來支撐。 隨著“科技強警”工作的深入推進，涌現出了越來越多的公安科技成果、獲獎項目、裝備產品，但這些成果、項目和產品的宣傳推廣形式還比較落后，主要是編制紙質的《成果匯編》，這種宣傳推廣水平越來越落后于現實的宣傳需要。因此建設“公安科技成果網上展廳”，成為一項迫在眉睫的工作。

當前國內現有的科技成果展廳基本都是以文字和圖片的形式展示，缺乏人機互動功能和三維立體感，沒有太多的創(chuàng)新點。建設基于虛擬現實平臺的公安科技成果網上展廳，通過計算機展示各種最新的科技成果、獲獎項目、警用裝備等客觀世界的東西，可以讓人們通過視覺、聽覺和觸覺來感知公安科技成果的魅力，從各個角度觀察和模擬操作科技產品，實現在網上展廳進行人機之間的信息交流，給人以身臨其境的感覺。

1虛擬現實平臺VRP

虛擬現實平臺VRP(Virtual Reality Platform)為制作出各種不同的虛擬現實場景和實現人機互動提供了軟件平臺，它主要是利用計算機圖形學、傳感器、智能控制等技術手段，支持全程可視化編程的軟件平臺。

VRP-BUILDER(虛擬現實編輯器)可實現三維場景和科技成果模型的導入，可進行圖形編輯、特效制作、界面設計和交互制作等處理，以達到預期的渲染效果；VRP-IE(三維網絡平臺)可將編輯的各種公安科技成果發(fā)布到互聯網上，而且具有高清的畫質和良好的兼容性，能夠很好地支持場景中的動態(tài)效果，廣大民警可以通過互聯網進行瀏覽，并實現互動，打破時間和空間的限制，最大化提升展品的宣傳效果與社會價值；VRP-PHYSICS(物理模擬系統(tǒng))賦予場景中模型以物理屬性，可逼真的模擬碰撞、慣性、爆炸、加速度等各種物理學運動。虛擬現實平臺是實現虛擬現實系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，其系統(tǒng)的構成如圖1所示。

圖1　虛擬現實系統(tǒng)結構圖

2網上虛擬展廳的制作過程

公安科技成果網上展廳項目的制作是基于VRP平臺的，首先在3DMAX中建立各種實物模型，并設置材質、燈光和相機，渲染烘焙場景和漫游操作；接下來利用VRP-FOR-MAX插件將場景中的模型導出至VRP-BUILDER編輯器中；通過編輯器中二維界面的按鈕設置和腳本語言設置，可以制作各種豐富絢麗的場景交互效果，如視頻演示的控制、信息面板的展示等，再設置好啟動和運行窗口，就可以進行預覽；另外，在場景漫游中，需要通過物理系統(tǒng)來制作特效；最后，VR場景在進行網絡發(fā)布的時候，要將其制成能夠獨自運行的文件。

在腳本編輯器預加載視頻文件，顯示控件并定義參數值和變量值的初始化函數設置為：

load_video_texture, vrptest.avi, 0

gui_script_set_ctrl_param, stop, 1, 0

gui_script_set_ctrl_param, pause, 1, 0

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

define_var, video, 0

define_var, name, 0

自定義控件停止播放視頻的函數設置如下：

#compare_var, video, 1

play_video_texture, screen, 1

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

#else

#compare_var, video, 0

play_video_texture, screen, 0

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

#end_compare

3項目制作技巧

3.1提高演示速度技巧

為了提高公安科技成果網上展廳的演示速度，需要在制作前期對VR場景中的模型進行優(yōu)化。模型個數優(yōu)化、模型面數優(yōu)化、場景貼圖量優(yōu)化是影響演示速度的3個主要原因。

模型個數的多少主要影響演示時啟動的速度，所以在公安科技成果展廳制作時，在保證貼圖清晰地前提下，一定要優(yōu)化模型的個數，盡可能將同種材質的模型合并成一個物體；模型面數的優(yōu)化是影響VRP場景演示是否流暢的主要原因，因此，在視覺能接受的情況下，把看不到的面和不需要的面刪掉，盡可能減少面數和面積，還可以根據視覺效果，適當調整模型的高度和形狀，從而優(yōu)化展廳模型烘焙貼圖的質量；另外，VRP場景中的貼圖也是影響演示速度的一個重要因素，雖然VRP系統(tǒng)自帶有實時陰影效果，但為了更好地展現場景的光影效果，而且不影響運行速度，可以將貼圖烘焙之后再導入VRP里面。為了能更清晰地展示VRP項目的貼圖，貼圖尺寸盡量大些，并將貼圖做成 2n的大小，以避免丟失。

公安科技成果網上展廳制作時，為不影響貼圖的質感和清晰度，從一開始烘焙貼圖時就應遵循優(yōu)化原則，重點模型其烘焙貼圖尺寸設為1 024×1 024，相對于較小一些的模型，其烘焙貼圖尺寸可以為512×512或256×256等，多個模型合并的物體，盡可能貼一張圖；接下來，需要打開顯卡的抗鋸齒和各項過濾功能，并通過預覽調整圖像設置，同時注意將貼圖設置為線性過濾顯示模式，以減輕或消除不同組合等級紋理過渡時出現的組合交疊現象。

3.2材質運用技巧

為了能夠更加逼真地展示公安科技成果，在模型材質的運用中要遵循以下的設計原則：

(1)模型材質可運用手動UV的貼圖方式代替多維材質，促使材質制作更加精準；

(2)對于有紋理屬性的模型，要根據紋理屬性給模型賦上相應的貼圖；

(3)透明物體或用來表現特效的物體，貼圖時可采用png和tga兩種格式的圖像文件來表現。

3.3人物添加技巧

公安科技成果展廳在某些場景中，需要添加一些人物，表示人物的面片物體要使用同一名稱前綴，以促使所有面片人物自動面向相機。同時，在前期制作時，要考慮與模擬現場環(huán)境的協調性。

3.4特效制作

為了使制作的公安科技成果展廳給人身臨其境的感覺，可以添加特效，如警車駕駛的速度方向、各種碰撞產生的沖擊和粒子效果、安檢門禁的自動開關、戶外各種天氣變化等，這些特效使公安科技網上展廳的整個演示過程更加真切、動感。

在公安科技成果展廳的虛擬場景中添加各種運動模糊的特效，以模擬高速度的運動。為達到瀏覽每個畫面的變化狀態(tài)都有運動模糊的效果，而靜止下來的場景畫面又恢復清晰，具體要在場景導入VRP編輯器后，給模型添加運動模糊特效，并為其設置模糊度，模糊度的系數值越大，模糊效果就越強。除運動模糊特效外，還可以根據需要添加Bloom、HDR(High Dynamic Range)高動態(tài)范圍或“景深”等特效，以增加場景朦朧、夢幻的效果，渲染出更加真實的3D場景。

4網上虛擬展廳的數據管理

在虛擬網上展廳中，很多交互功能，如時間軸、導航圖、項目列表、成果類型、實戰(zhàn)演練視頻等，要通過VRP界面編輯器的按鈕編輯來實現鏈接。

公安科技成果網上展廳系統(tǒng)界面制作主要采用VRP高級界面編輯器來創(chuàng)建，包含按鈕、圖片、色塊、畫中畫、菜單、窗口、滑桿等，這些圖形用戶界面組件可與VRP編輯器的交互，與腳本編輯器結合，以更好地實現多功能的交互效果。通過VRP編輯器的數據庫插件可以連接和選擇不同類型的數據庫，也可通過數據庫進行更新、查詢和擴展VRP的場景信息，實現VRP場景與數據庫信息的關聯。

公安科技成果網上展廳實現了公安科技成果管理、用戶管理、瀏覽、搜索、評價和用戶交流互動等功能。為方便各類數據管理，公安科技成果展廳從結構上將所有數據分為系統(tǒng)管理、站點管理、專題管理、模板管理和信息管理5個部分，并通過SQL sever數據庫來實現管理，保證了數據的準確性和安全性。其結構和各部分數據表的劃分如圖2所示。

圖2　公安科技展廳數據管理結構圖

5展廳的網絡發(fā)布

通過VRP編輯器中的VRPIE(三維網絡平臺)可進行網絡發(fā)布設置，包括貼圖設置、網格壓縮、腳本文件打包等，然后生成網絡使用的HTML文件，即將制作好的虛擬公安科技成果發(fā)布到網上，快速構筑網上科技成果展廳。公安科技成果的網絡發(fā)布設置如圖3所示。

圖3　網絡發(fā)布設置圖

VRP-IE將要展示的公安科技成果項目上傳到http服務器上，用戶端通過安裝VRP-IE瀏覽插件，就可在IE網頁中瀏覽VRP案例，或者通過預設的網址進行訪問。公安科技成果網上展廳同時支持多人在線互動交流，虛擬展廳對服務器帶寬需求與訪問的人數成正比，人數越多對服務器的帶寬要求就越高，公安科技成果網上展廳使用專網，5分鐘內并發(fā)數可以超過1 000人。

公安科技成果網上展廳的場景文件較大，直接通過VRP-IE發(fā)布會影響加載速度，可按展廳的科技成果類型，如理論創(chuàng)新成果展、實戰(zhàn)應用成果展、警用裝備成果展等分為若干個場景來加載，然后通過場景文件按鈕來實現場景的切換。另外，公安科技成果虛擬展廳制作時有物體碰撞的情形，這需要將場景中的基準碰撞物體提前下載，然后再執(zhí)行初始化函數里添加啟動剛體動畫的腳本文件，避免在運行剛體動畫時，基準碰撞物體還沒下載完，而造成不播放剛體動畫的現象。

6結語

公安科技成果網上展廳的系統(tǒng)設計是基于先進的虛擬現實系統(tǒng)(VRP)建立的，打破了時間和空間的限制，運行穩(wěn)定性很好。展廳整體分布直觀，操作簡單，系統(tǒng)可實現自運行，是可定制、可重用的平臺。成果展廳在全生命周期都有可重用的價值，包括項目的組織、軟件需求、設計、文檔、實現、測試方法和測試用例等，都是可以被重復利用或借鑒的有效資源。

設計基于虛擬現實平臺VRP的公安科技成果網上展廳，公安民警就可以通過瀏覽器方便及時地查閱當前最新的公安科技成果，同時實現了三維場景的瀏覽和交互，推動了科技成果向公安實戰(zhàn)的轉化，進一步推動科技強警的步伐。

參考文獻

[1]劉成.基于VRPIE網上展廳的設計與實現[J].信息通信, 2013(8):119-120.

[2]李曉洲，邢哲源，盧子龍，白駿程，馮滴.RIA在網上展廳中的應用[J].電腦開發(fā)與應用，2011(8):71-73.

[3]王寧.創(chuàng)新成果的網絡化推廣[J].企業(yè)管理,2013(6):54-55.

[4]孫染.基于Internet的虛擬展示系統(tǒng)的設計與實現[D].北京：郵電大學, 2007.

[5]肖婷婷，劉彬彬，王巍.公安科技成果轉化推廣存在的問題及對策研究[J].科技創(chuàng)新導報, 2014(17):226-227.

[6]李金鳳.基于VRP虛擬現實項目制作技巧[J].軟件開發(fā)，2015(5):88-89.

(責任編輯陳小明)

基金項目2011年度公安部重點研究計劃項目(2011ZDYJGADX015)。

作者簡介張雅麗(1977—)，女，山西大同人，碩士，副教授。研究方向為視頻偵查技術。

中圖分類號D035.39