【文章內容簡介】 虛 擬博物館仿真系統(tǒng)的設計 遵照方便展館應用原則， 區(qū)別與其他平臺的一個重要特性是能 夠較為迅速地展示博物館概況與 文物信息，并且具備自適應能力，即使 放大 也 不會出現失真的現象，更不會出現三維模型表面貼圖和紋理 不清晰 的現象。 從而為館內外研究人員與參觀群眾提供真實、清晰的三維立體圖像，提高博物館文物的研究與 教育 價值。 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 8 第 四 章 虛擬博物館 仿真系統(tǒng) 開發(fā) 實踐 系統(tǒng)分析 通過項目的開發(fā)實踐，制作出具有三維交互功能的 虛擬 博物館仿真 系統(tǒng)，具體實現效果 如下： 1）淮安博物館場景漫游子系統(tǒng) 進入該模塊后，可在眾多參觀者面前 展示出與真實博物館相差無幾的虛擬博物館 。 該模塊用三維虛擬功能，將博物館建筑及館藏進行一次實景復制，制作出完整的虛擬博物館。講解員或者操作人員 可以在該虛擬博物館中隨意漫游，或者事先設定好一定的路徑自動漫游，如圖 41 所示。 圖 41 虛擬漫游效果 2）淮安博物館文物 信息查詢 子系統(tǒng) 通過查詢系統(tǒng) ， 可將 與實體博物館中相對應的文物展示在參觀者面前，同時顯示該文物 的詳盡 信息 ，如圖 42 所示。 圖 42 文物信息查詢子系統(tǒng) 3） 歷史場景再現子系統(tǒng) 通過本系統(tǒng)，可以再現淮安不同歷史階段的著名場景，完成南船北馬、鎮(zhèn) 淮樓等景點的場景再現工作 ，如圖 43， 44 所示 。 第四章 虛擬博物館仿真系統(tǒng)開發(fā)實踐 9 圖 43 再現的閣樓與雕塑 圖 44 再現的歷史場景 系統(tǒng) 開發(fā)流程 隨著虛擬博物館技術研究的日益深入和廣泛 ,對虛擬場景的真實感和沉浸感都提出更高的要求。 為解決上述問題 ， 本文提出一種新的虛擬博物館系統(tǒng)開發(fā)解決方案 ，總結出 虛擬博物館 系統(tǒng)的開發(fā)流程 （如圖 45 所示） ，方便各子系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃以及項目的后期 功能和規(guī)模的拓展。 圖 45 虛擬 博物館技術開發(fā) 流程圖 創(chuàng)建模型 、貼圖 簡易動畫制作 導出物件與動畫 設計三維交互 虛擬產品的發(fā)布 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 10 本項目 采用 Unreal3 引擎構建虛擬博物館的流程 ， 通過三維建模、 UV 貼圖、法線貼圖、虛擬場景構建、實時布料動畫、腳本程序設計等手段 ， 實現整個博物館的自動游覽和交互漫游。 通過虛擬 博物館仿真系統(tǒng) 的 項目實踐 ， 本方案達到照片級別的實時渲染效果 ， 并且給用戶帶來良好的互動體驗 ， 具備產業(yè)化應用價值。 虛擬博物館系統(tǒng)的實現方法 基于虛擬現實技術的淮安博物館數字化仿真平臺主要由淮安博物館場景漫游子系統(tǒng)、文物信息查詢子系統(tǒng)和歷史場景再現子系統(tǒng)組成，不同系統(tǒng)采取不同的研究試驗方法和技術路線予以實現， 最終所有系統(tǒng)將利用淮安市博物館門戶網站整合為一個面向公眾開放的虛擬展示平臺， 現將 各模塊的具體研究和實驗方法作以簡要介紹。 博物館場景漫游子系統(tǒng) 博物館以《國家歷史文化名城》大型基本陳列為特色，主要包括主體建筑和周邊場景，其中主體建筑由一樓會議室、二樓辦公室和三、四樓展廳組成，周邊場景則包括樹木、停車場、警衛(wèi)室和戶外文物等。本系統(tǒng)采用 AutoCAD、 3DS MAX、Maya、 ZBrush、 Photoshop、 BodyPainter等工具構建三維場景，利用 UDK實現場景漫游。具體工作步驟包括三維建模 及貼圖、 UDK虛擬場景制作、實時布料動畫、自動漫游制作、交互漫游實現等。 （ 1） 博物館場景創(chuàng)建 本系統(tǒng)主要采用 3DS MAX 工具進行場景建模工作。為了讓 3DS MAX單位與引擎單位比例一致，首先通過 3DS MAX 的“ Customize” “ Units Setup”菜單項打開單位設置對話框，將系統(tǒng)顯示單位設置為“ Generic Unit”，其次在 3DS MAX 的“ Snaps Toggle”工具條上單擊鼠標右鍵，在彈出的“ Grid and Snap Settings”對話框的“ Home Grid”參數下，將“ Grid spacing”值設為 16，將“ Major Lines Every Nth Grid Lines”值設為 8，如圖 46所示。 圖 46 3DS MAX單位設置 第四章 虛擬博物館仿真系統(tǒng)開發(fā)實踐 11 在 UDK中， 6英尺的人物高度為 96單位，從而可以得出 UDK中 1單位約等于 2厘米，以此作為尺寸依據，參照 CAD圖紙，最終制作的博物館外館場景如圖 47所示，這里采用了 3DS MAX的多邊形建模技術，整個場景多邊形面數為 3516個，三角形面數為 6953個。 圖 47 博物館外館場景線框圖 （ 2） 具體文物模型及貼圖 制作 具體的出土文物，如馬車、陶器等，在建模時主要采用 Maya、 Photoshop和ZBrush工具，其中 Maya工具用于根據數碼照片創(chuàng)建文物模型， Photoshop工具用于制作模型貼圖及法線貼圖， ZBrush工具用來增加模型的細節(jié)效果和映射法線。模型及貼圖制作流程包括制作三維模型、展開模型 UV、繪制模型貼圖、制作法線貼圖等幾個步驟。 UDK制作虛擬場景 本系統(tǒng)利用 UDK的場景編輯器及 PhysX物理引擎完成場景及特效制作。 （ 1） 場景設計 利用 UDK的內容瀏覽器組件可以導入博物館數字資源，其基本步 驟為： 1)在 UDK的菜單上選擇“ View” “ Browser Windows” “ Content Browser”，打開內容瀏覽器； 2)點擊內容瀏覽器的 Import按鈕，導入利用 3DS MAX、 Maya、 Photoshop等制作的靜態(tài)模型及貼圖信息； 3)利用材質編輯器，將 UV貼圖及法線貼圖組合為模型材質，如圖 48所示； 4)在靜態(tài)模型編輯器中，通過設置“ LodInfo”屬性的“ Elements”項，將材質賦予模型信息； 5)通過場景編輯器，依照文物在博物館中的實際擺放位置設計虛擬場景； 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 12 6)添加平行 光、太陽光、鏡頭光暈、大氣等效果，完成場景設計。 圖 48 材質編輯器 （ 2） 特效制作 實時布料動畫 為了加強場景漫游的真實感，本系統(tǒng)利用 Maya骨骼動畫和 UDK的布料系統(tǒng)制作了實時飄動的紅旗效果，具體方法為： 1)利用 Maya制作紅旗骨骼及基本動畫； 2)利用 UDK提供的 ActorX插件將紅旗骨骼導入到 UDK的動畫編輯工具，并設置“ Cloth Bones”、“ Enable Cloth Tearing”等屬性 ，如圖 49所示 ； 圖 49 骨骼動畫編輯器 3)利用 Photoshop制作帶 Alpha通 道的紅旗貼圖，并利用 UDK的材質編輯器制作紅旗材質； 4)將材質與 Maya中的骨骼動畫相關聯； 5)在相關場景中添加帶有骨骼動畫的模型，并設置 Cloth面板中的“ Cloth 第四章 虛擬博物館仿真系統(tǒng)開發(fā)實踐 13 Awake On Startup”、“ Cloth Wind”、“ Enable Cloth Simulation”等屬性，布料模擬效果如圖 410所示。 圖 410 實時布料動畫效果 自動漫游通過 UDK的 Matinee編輯器實現，具體實現過程為： 1)向場景中添加攝像機； 2)打開 UDK的腳本代碼工具 Kimset，并添加 Matinee編輯器； 3)雙擊 Matinee編輯器，在編輯界面中添加 Camera控制組，并通過關鍵幀記錄攝像機的位置變換，利用線性插值運算實現平滑動畫； 4)通過添加音軌為漫游過程添加解說詞，如圖 411所示； 5)通過添加攝像機控制類，實現攝像機的運行； 6)通過 AmbientSoundSimple類，為場景添加背景音樂。 圖 411 自動漫游路徑編輯 4． 交互漫游功能實現 交互漫游中需要解決的問題有碰撞檢測、事件觸發(fā)、用戶 UI、界面 HUD的顯示等。 （ 1） 碰撞檢測 如果場景結構復雜，物體較多，可以通過 UDK構建靜態(tài)物體包圍盒來簡化物體之間的碰撞檢測。具體方法為，在 UDK的靜態(tài)物體編輯器的菜單中，通過“ Collision”菜單設置不同級別的碰撞檢測，如圖 412所示。對于復雜場景，在利用 3DS MAX等建模工具導出為 UDK支持格式時，應拆分為不同物體導出，而后在淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文 14 場景編輯器中重新組合。 圖 412 UDK支持多個級別的碰撞檢測 （ 2） 事件觸發(fā) UDK中的事件觸發(fā)組件包括自動觸發(fā)、交互觸發(fā)等多種類型，可根據不同情況設置不同的觸發(fā)類型，從而帶給用戶良好的交互體驗。例如， 在場景的入口和出口處應用自動觸發(fā)器，可以實現多個虛擬場景的切換；對需要解說的文物應用自動觸發(fā)器，到用戶走近文物時，可以自動觸發(fā)對文物的解說，類似現實場景的紅外感應；對需要用戶進一部了解的文物應用交互觸發(fā)器，可以利用 UI界面顯示文物等級、出土時間、文物描述等信息。在 UDK中，事件觸發(fā)范圍為圓柱體區(qū)域，可以通過設置圓柱體的高度和半徑來修改事件觸發(fā)范圍，如圖 413所示。 圖 413 事件觸發(fā)及其包圍盒 （ 3） 用戶操作菜單 可以利用 UDK的 UI編輯器實現系統(tǒng)菜單功能，通過 P