徐鵬

（濰坊市科技館，山東 濰坊261000）

1 概述

建立基于Web3D 的網(wǎng)上數(shù)字科技館平臺，借助三維虛擬現(xiàn)實及仿真技術(shù)、動漫技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及傳輸技術(shù)，將科技館全貌、各主題展廳及主要展品的真實場景按1∶1 進行制作。虛擬科技館及展品以三維互動的形式呈現(xiàn)出精彩逼真、內(nèi)容豐富的展示效果，給人以身臨其境的感覺。其展示內(nèi)容源于真實展項而又大于真實展項，使科技館在展示形式和展示內(nèi)容上得到加強和擴充，在更長時間內(nèi)宣傳、推介科普知識以及科技創(chuàng)新的理念?？萍夹浴⑷の缎?、互動性是其建設(shè)的基本原則。提倡在實物展品基礎(chǔ)上，在符合科學(xué)原理前提下，運用先進科技手段，進行無限創(chuàng)意。

2 設(shè)計的先進性

建立適用于局域網(wǎng)的Web3D 網(wǎng)上數(shù)字科技館平臺，但為了方便以后擴展到廣域網(wǎng)，在更大范圍、更長時間內(nèi)宣傳、推介濰坊科技館。借鑒網(wǎng)上世博會山東館、網(wǎng)上信博會、網(wǎng)上孔子像博物館等成功經(jīng)驗并不斷優(yōu)化虛擬展示系統(tǒng)，使之在虛擬仿真、數(shù)據(jù)壓縮、傳輸技術(shù)等方面達到國際先進水平，支持流式加載、支持多線程下載、支持flash 文件的嵌入展示效果，更加真實流暢，能很好地支持網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能。

筆者們的解決方案不依賴于特定的操作系統(tǒng)，具有很好的跨平臺功能，不僅能在PC 機的常用系統(tǒng)上運行，還能在智能手機、Ipad 等移動終端上運行，有利于軟件的后續(xù)升級。

3 設(shè)計與制作

主要開發(fā)語言及應(yīng)用軟件：Java、C++、Flash、3ds Max、Photoshop、Unity3D、Premiere、AE 等。

3.1 任務(wù)制作分配

模型組：實體展廳模型、拓展內(nèi)容模型。

動畫組：實體展廳的模型動畫、拓展內(nèi)容的模型動畫。

策劃組：拓展內(nèi)容創(chuàng)意策劃、腳本編寫。

平面組：交互界面、flash 動畫、圖文內(nèi)容排版。

視頻組：視頻的剪輯、格式、輸出。

角色組：實體展廳的角色動畫、拓展內(nèi)容的角色動畫。

數(shù)字化教學(xué)組：整體軟件結(jié)構(gòu)的搭建、動畫的制作、效果的調(diào)試、內(nèi)容的嵌入、文件的發(fā)布等。文件分單機版和網(wǎng)絡(luò)版兩個版本，以單機版制作為先，內(nèi)容制作完整充分；以單機版為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)版可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運行情況，適當刪減內(nèi)容。項目實施技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 項目實施技術(shù)路線總圖

3.2 三維建模

現(xiàn)場采集圖片、視頻等素材，利用3DMax 進行三維建模。借助3ds Max 強大的功能和超強的靈活性，可以滿足本項目中室內(nèi)外效果圖制作方面基本建模、材質(zhì)賦予、貼圖使用和燈光創(chuàng)建等多方面功能需求。通過三維仿真場景及動畫視頻演繹，直觀生動地傳播科學(xué)知識。在知識點的選擇方面體現(xiàn)熱點，并有針對知識點精心設(shè)計的動漫小游戲，互動性、趣味性強，能夠真正做到在玩中學(xué)、寓教于樂。

3.3 三維展示平臺制作

3.3.1 展示平臺搭建

針對濰坊市科技館的現(xiàn)實需要，在服務(wù)器的選擇上，比較了IIS 與Apache 兩種服務(wù)器的優(yōu)勢。Apache 服務(wù)器具有穩(wěn)定性高、擴展性強、安全性高等優(yōu)點，并且Apache 能夠很好支持ASP、PHP、JSP 等語言，應(yīng)用在windows、unix、linux 以及freebsd 等多種操作系統(tǒng)，可移植性高。而IIS 雖然在安全性能方面也比較強，但是在運行過程中很容易出現(xiàn)假死現(xiàn)象，而且僅支持windows 操作系統(tǒng)，在擴展性、開放性以及對語言的支持方面遠不如Apache。因此，考慮到濰坊市數(shù)字科技館訪問并發(fā)量大、運行穩(wěn)定性要求高等特點，選用Apache＋tomcat 作為數(shù)字科技館的Web 服務(wù)器；基于集群硬件，利用OS 相關(guān)的功能及虛擬化軟件，全面解決了并發(fā)訪問的負載均衡問題。特別是通過系統(tǒng)級的冗余，提供固有的可靠性和可用性，以及快速響應(yīng)用戶需求等。

由于數(shù)字科技館Web 服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、授權(quán)用戶數(shù)據(jù)等為主，因此選擇了MySql 數(shù)據(jù)庫作為Web 服務(wù)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。同時MySql 是開源的，且對windows 和Linux 兩種操作系統(tǒng)均支持，能夠完全滿足數(shù)字科技館項目的需求。

操作系統(tǒng)：RedHat Linux9.0、FreeBSD9.0、Fedoral8。

數(shù)據(jù)庫：My SQL5.5。

Web 服務(wù)：Apache2.0.55、Apache-tomcat6.0、Mod_jkapache-2.0.55.so。

3.3.2 內(nèi)容制作及展示的總體思路

借助三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)、動漫技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及傳輸技術(shù)，將科技館全貌按照1∶1 的比例制作。界面設(shè)計以象征科技的藍色為背景，以科技館的外觀效果圖為前景，配以象征濰坊的風(fēng)箏圖案，整體效果美觀、大氣、科學(xué)、合理。

支持網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能；支持Internet Explore 6.0 及以上版本瀏覽器，或其他使用IE 核心的瀏覽器，或Mozilla Firefox 2.0 及以上版本瀏覽器。體驗型展示程序應(yīng)能自動識別瀏覽器版本并進行顯示。

3.3.3 大場景優(yōu)化

技術(shù)：LOD 技術(shù)（Levels of Detail，多細節(jié)層次）。

自動簡化網(wǎng)格體（Windows+Unity Pro only）：根據(jù)用戶的設(shè)定自動減面。

Level-of-detail 編輯器：方便快捷創(chuàng)建LOD 組件來切換不同的品質(zhì)級別或通過設(shè)定距離數(shù)值來顯示或隱藏物體；創(chuàng)建LOD 場景，方便快捷地用LOD 組件來替換現(xiàn)有組件，將現(xiàn)有的場景轉(zhuǎn)換為擁有LOD 管理的場景；將單個的mesh和貼圖打成組來降低draw calls；將場景存儲為標準assets或者asset 包。

4 結(jié)束語

濰坊市科技館數(shù)字科技館是全國第一家通過三維建模的方式對實體展品進行數(shù)字化展示的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字科技館，主要包括143 件展品的三維動態(tài)演示、10 個科普互動體驗展項、10 個虛擬展項以及3D 展館。將實體展項數(shù)字化展示不僅方式新穎，而且更能夠激發(fā)社會公眾的科學(xué)探究熱情，虛擬展項的設(shè)計和制作，將濰坊市科技館實體展品所涉及和涵蓋的學(xué)科知識進行了拓展，增加了科技知識容量，使廣大科技愛好者能夠在指尖感受科技發(fā)展的魅力，激發(fā)科學(xué)探究興趣。