基于网络互动系统的园林古建筑三维展示论文

基于网络互动系统的园林古建筑三维展示论文 古建筑是人类悠久历史进程的见证，是人类文明的重要标志，随着激光扫描技术的飞速发展，针对古建筑数字保护方面的研究愈来愈热，主要研究方向 集 中 在 数 据 采 集1、点 云 管 理2-3、特 征 提取4-5、建筑正射影像图制作6、古建筑建模7-9、仿真系统开发10-11等方面。在古建筑仿真系统方面，由于模型精细、逼真，数据资源量大，所以基于网络的古建筑虚拟展示、精细模型的网络传输和渲染等方面一直受到现有网络带宽和吞吐量限制。目前多数古建筑仿真系统是单机版，基于Vega Prime、OpenGL等引擎开发10-11. 本文以全国重点文物保护单位岭南“四大名园”之一的东莞可园为例，通过地面三维激光扫描建立园林古建筑精细、完整的三维模型，采集制作属性数据、多媒体数据，基于Unity3D引擎开发网络互动系统，实现园林古建筑的生动展示。 Unity3D是由Unity Technologies公司开发的一个支持碰撞检测、光影、风动、水波等特效的专业游戏引擎，可用于开发三维游戏、实时三维仿真等类型互动系统，通过Unity3D可以方便地实现系统的网络12. 1 数据建设 园林古建筑网络互动系统的数据构成分为3大类：多层次细节模型、属性数据、多媒体数据，如图1所示。 1.1三维数据采集与预处理采用RieGL VZ400地面三维激光扫描仪进行数据采集，点云颜色采用扫描仪配套相机进行采集，用于纹理贴图的照片采用高清数码相机正面拍摄，包括：进行点云数据拼接与误差改正、坐标系转换、降噪与抽稀，影像调色和纠正，彩色点云数据制作。 1.2三维建模三维模型数据包括古建筑、家具、植被、地形等。模型共分为三级，各级情况如下：1）一级模型：细节建模表现，辅以高清纹理影像，基于点云和建筑测绘图在Geomagic sutdio和图2铜像点云与模型对比3DMax中制作模型9,模型精度优于5cm,图2为可园主人张敬修铜像的点云与模型对比。制作范围包括整个可园建筑（包含古建筑的厅堂内外）、部分展品、家具、植被（见图3）。为了表现风动特效，植被采用实体建模表现。2）二级模型：主体建模表现，辅以高清纹理影像。一级模型覆盖范围的二级模型由一级模型简化得到，其他制作范围还包含园林小品、湖景、假山等。可园一级模型占存储空间约800 MB,简化后二级模型仅70MB.3）三级模型：在现有模型库中选取，制作范围为部分植被、垃圾筒、花盆等。 1.3多媒体数据 1）导览语音数据：采集导览音频数据，按照古建筑场景区域进行分割，转换为MP3格式。 2）界面视觉数据：为了使系统美观，采集、设计并制作系统界面的视觉元素，如系统图标、界面背景图、菜单图标、单位名称标志等。 1.4属性数据 1）文本介绍数据：建筑及展品历史沿革、相关故事等文本信息。 2）漫游路径数据：根据拼接后模型的坐标设定漫游路径，存储路径信息，并匹配分区介绍的语音文件。3）用户数据：按照用户名称、类型、权限等设置用户字段，存储用户信息。 2 系统模型预处理 系统使用Unity3D集成园林古建筑三维场景。通过模型的预处理提高模型的数据质量，节约模型数据加载时间，为后期系统功能实现做好铺垫。 2.1模型材质处理及UV调整 1）物体单一材质。对于一个模型仅使用一张贴图，应确保UV坐标系处于01之间。 2）物体多维材质。一个物体中应用多个材质，可分为专属材质和共享材质分布处理。若某材质需要独立调整，则需新建材质及贴图；若需与其他模型共用材质则需注意命名的一致性。 2.2模型共点处理对拼接后的模型需共用点的地方，执行合并点操作，保证模型无缝拼接，避免模型碰撞检测失效，出现穿墙、坠落等现象。 2.3模型轴向处理针对需动态开合的门窗模型，由于Unity3D与3DMax的 轴 向 不 一 致，所 有 模 型 在 导 出 前 要 将3DMax模型的旋转轴调整为Unity3D要求的方向。 2.4模型与信息匹配处理对导入到Unity3D后的模型，通过模型ID建立与属 _的匹配，以实现点击三维空间模型查询模型属 _。 3 系统集成开发 3.1数据组织调度机理Unity3D以特有的Asset三维空间数据库来存储和调度模型、材质、贴图、特效等资源。 Asset采用了一种外部整合数据的引擎AssetBundles,把U-nity3D器中的资源分门别类输出，通过FTP、ASP结合数据库的方法存储到服务器中。系统运行阶段，客户端通过网络来下载AssetBundles数据资源，再进行加载、渲染等一系列操作。 对于属性数据，由于数据量较小，所以系统选用Microsoft Office Aess来管理。 3.2系统功能实现系统以Unity3D为引擎，选择Mono C#跨平台的开源编译器编码实现仿真互动系统（互联网和局域网）的开发，系统功能架构见图4. 1）互联网互动系统。考虑到互联网带宽和吞吐量限制，舍弃一级精模，以二、三级模型搭建漫游场景，采用B/S模式实现运行于互联网的仿真互动系统。 2）局域网互动系统。局域网仿真互动系统运行于客户端与景区演示机。局域网数据传输速度快，所以采用C/S模式实现（见图5），以一级、二级、三级模型搭建仿真场景，形成多层次细节（LOD）模型的无缝切换。 4 结束语 采用地面激光扫描技术建立园林古建筑三维数据，基于Unity3D实现园林古建筑高精度的局域网展示以及高效的互联网线上展示、后台数据库与前台视觉表达的有效契合。本文开发的B/S模式的“可园”互联网公众互动系统可点击网页（“可园网上展示”访问，由于网络吞吐量限制，1S模式系统舍弃了c/s模式的一级精模，损失部分表达细节。在当前网络条件下，提升仿真互动系统的互联网数据传输速度，提高园林古建筑仿真模型精细程度是进一步的研究方向。 _： 1 刘旭春，丁延辉.三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用J.测绘工程，xx,15（1）:48-49. 2 詹庆明，张海涛，喻亮.古建筑激光点云-模型多层次一体化数据模型J.地理信息世界，xx（4）:6-11. 3 王晏民，郭明.大规模点云数据的二维与三维混合索引方法J.测绘学报，xx,41（4）:605-612. 4 程效军，何桂珍.适用于多值曲面修复的空洞边界提取方法及应用J.测绘学报，xx,41（6）:831-837. 5