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基于網絡互動系統的園林古建筑三維展示論文
古建筑是人類悠久歷史進程的見證，是人類文明的重要標志，隨著激光掃描技術的飛速發展，針對古建筑數字保護方面的研究愈來愈熱，主要研究方向 集 中 在 數 據 采 集[1]、點 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]、仿真系統開發[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，所以基于網絡的古建筑虛擬展示、精細模型的網絡傳輸和渲染等方面一直受到現有網絡帶寬和吞吐量限制。目前多數古建筑仿真系統是單機版，基于Vega Prime、OpenGL等引擎開發[10-11].
本文以全國重點文物保護單位嶺南“四大名園”之一的東莞可園為例，通過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引擎開發網絡互動系統，實現園林古建筑的生動展示。
Unity3D是由Unity Technologies公司開發的一個支持碰撞檢測、光影、風動、水波等特效的專業游戲引擎，可用于開發三維游戲、實時三維仿真等類型互動系統，通過Unity3D可以方便地實現系統的網絡發布[12].
1 數據建設
園林古建筑網絡互動系統的數據構成分為3大類：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行數據采集，點云顏色采用掃描儀配套相機進行采集，用于紋理貼圖的照片采用高清數碼相機正面拍攝，包括：進行點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，基于點云和建筑測繪圖在Geomagic sutdio和圖2銅像點云與模型對比3DMax中制作模型[9],模型精度優于5cm,圖2為可園主人張敬修銅像的點云與模型對比。制作范圍包括整個可園建筑（包含古建筑的廳堂內外）、部分展品、家具、植被（見圖3）。為了表現風動特效，植被采用實體建模表現。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化得到，其他制作范圍還包含園林小品、湖景、假山等。可園一級模型占存儲空間約800 MB,簡化后二級模型僅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）導覽語音數據：采集導覽音頻數據，按照古建筑場景區域進行分割，轉換為MP3格式。
2）界面視覺數據：為了使系統美觀，采集、設計并制作系統界面的視覺元素，如系統圖標、登錄界面背景圖、菜單圖標、單位名稱標志等。
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音文件。3）用戶數據：按照用戶名稱、類型、權限等設置用戶字段，存儲用戶信息。
2 系統模型預處理
系統使用Unity3D集成園林古建筑三維場景。通過模型的預處理提高模型的數據質量，節約模型數據加載時間，為后期系統功能實現做好鋪墊。
2.1模型材質處理及UV調整
1）物體單一材質。對于一個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。一個物體中應用多個材質，可分為專屬材質和共享材質分布處理。若某材質需要獨立調整，則需新建材質及貼圖；若需與其他模型共用材質則需注意命名的一致性。
2.2模型共點處理對拼接后的模型需共用點的地方，執行合并點操作，保證模型無縫拼接，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態開合的門窗模型，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，通過模型ID建立與屬性信息的匹配，以實現點擊三維空間模型查詢模型屬性信息。
3 系統集成開發
3.1數據組織調度機理Unity3D以特有的Asset三維空間數據庫來存儲和調度模型、材質、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別類輸出，通過FTP、ASP結合數據庫的方法存儲到服務器中。系統運行階段，客戶端通過網絡來下載AssetBundles數據資源，再進行加載、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來管理。
3.2系統功能實現系統以Unity3D為引擎，選擇Mono C#跨平臺的開源編譯器編碼實現仿真互動系統（互聯網和局域網）的開發，系統功能架構見圖4. 1）互聯網互動系統。考慮到互聯網帶寬和吞吐量限制，舍棄一級精模，以二、三級模型搭建漫游場景，采用B/S模式實現運行于互聯網的仿真互動系統。
2）局域網互動系統。局域網仿真互動系統運行于客戶端與景區演示機。局域網數據傳輸速度快，所以采用C/S模式實現（見圖5），以一級、二級、三級模型搭建仿真場景，形成多層次細節（LOD）模型的無縫切換。
4 結束語
采用地面激光掃描技術建立園林古建筑三維數據，基于Unity3D實現園林古建筑高精度的局域網展示以及高效的互聯網線上展示、后臺數據庫與前臺視覺表達的有效契合。本文開發的B/S模式的“可園”互聯網公眾互動系統可點擊網頁（“可園網上展示”訪問，由于網絡吞吐量限制，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。在當前網絡條件下，提升仿真互動系統的互聯網數據傳輸速度，提高園林古建筑仿真模型精細程度是進一步的研究方向。
參考文獻：
[1] 劉旭春，丁延輝.三維激光掃描技術在古建筑保護中的應用[J].測繪工程，2006,15（1）:48-49.
[2] 詹慶明，張海濤，喻亮.古建筑激光點云-模型多層次一體化數據模型[J].地理信息世界，2010（4）:6-11.
[3] 王晏民，郭明.大規模點云數據的二維與三維混合索引方法[J].測繪學報，2012,41（4）:605-612.
[4] 程效軍，何桂珍.適用于多值曲面修復的空洞邊界提取方法及應用[J].測繪學報，2012,41（6）:831-837.
[5] 詹慶明，周新剛，肖映輝，等.從激光點云中提取古建筑線性和圓形特征的比較[J].武漢大學學報：信息科學版，2011,36（6）:674-677.
[6] 王晏民，郭明，王國利，等.利用激光雷達技術制作古建筑正射影像圖[J].北京建筑工程學院學報，2006,22（4）：19-22.
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