【正文】 一個流動的科教基地，打造 一個真正的集教學(xué)、科研與科學(xué)普及為一體的地球科學(xué)園區(qū)。 ： 地球科學(xué)是保障人類生存和發(fā)展的科學(xué)，普及和發(fā)展地球科學(xué)是關(guān)系到中華民族乃至全人類生存和繁榮昌盛的一項意義深遠的戰(zhàn)略。而近年來，參觀人數(shù)的增多已逼近科學(xué)館的承載限制，加之外界環(huán)境對科學(xué)館的負面環(huán)境影響，地球科學(xué)館的保護已迫在眉睫。我們從保護河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院地球科學(xué)館中的珍貴寶石、化石以及實現(xiàn)地球科學(xué)館的數(shù)字化、可視化的角度出發(fā)，利用三維可視化技術(shù)及VTK 體系平臺來呈現(xiàn)地球科學(xué)館的三維形態(tài)，讓廣大學(xué)生、學(xué)者能夠通過三維影像資料對地球科學(xué)館內(nèi)知識加以學(xué)習(xí)研究，達到一種無損參觀的效果。這樣做的意義是 ： ①、實現(xiàn)典型化石的可視化； ②、對地球科學(xué)館內(nèi)部場景進行模擬； ③、根據(jù)現(xiàn)有化石還原古地理環(huán)境； ④、保護地球科學(xué)館內(nèi)部的寶石、化石以及其他珍貴資源，避免不必要的人為參觀及其他活動對科學(xué)館的破壞行為； ⑤、在省內(nèi)外乃至國內(nèi)外宣傳地球科學(xué)館，讓地球科學(xué)館成為一個流動的科教基地，打造一個真正的集教學(xué)、科研與科學(xué)普及為一體的地球科學(xué)園區(qū)。 (1)基于三維可視化技術(shù)，建立數(shù)字地球科學(xué)館系統(tǒng)，可以較為真實地展示館藏情況，集科學(xué)館保護、參觀、展覽、教學(xué)于一體； (2)利用三維虛擬場景，利用多媒體技術(shù)，使靜態(tài)地球科學(xué)館變成 了一個動態(tài)可瀏覽、可移植的教學(xué)體驗館；系統(tǒng)建成后，用戶足不出戶就可以體驗館藏內(nèi)容，欣賞地球科學(xué)的無窮魅力； (3)系統(tǒng)建成后，用戶既可以在多媒體的講解下，按照預(yù)設(shè)路線參觀，也可以根據(jù)自己興趣愛好自由參觀，并可以把放在展位上的展品“拿”起來細細品玩，最大限度調(diào)動參觀者對地球科學(xué)的求知欲，同時可以減輕地 球科學(xué)館講解人員的工作量。 第一，研究三維地質(zhì)數(shù)據(jù)模型及可視化方法，采用面向?qū)ο蠓椒?，根?jù)館藏標(biāo)本的特點，設(shè)計 3D 可視化數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建單個標(biāo)本的三維可視化內(nèi)容； 第二，通過研究三維可視化關(guān)鍵技術(shù)（空間數(shù)據(jù)插值、三角剖分、三維可視化）探討基于三維虛擬現(xiàn)實技術(shù)的地球科學(xué)館內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模與可視化過程； 第三，將館藏標(biāo)本按照目前展區(qū)分布情況，將其放臵在館內(nèi)三維場景中，還原館藏實際情況； 第四，設(shè)計參觀路線； 第五，設(shè)計地球科學(xué)館參觀講解詞，按照參 觀路線，分展區(qū)、分類別介紹館藏內(nèi)容； 第六，搜集地球與生物演化、地質(zhì)作用、痕跡化石、礦物與礦場資源等相關(guān)地球科學(xué)知識，形成多媒體文件，必要時，設(shè)計并制作部分實體標(biāo)本介紹的多媒體文件； 第七，將第 三、第四和第五部分內(nèi)容合在一起，形成三維虛擬環(huán)境下的地球科學(xué)館參觀展示； 第八，將第六部分的內(nèi)容與第 一、第三和第五部分內(nèi)容關(guān)聯(lián)起來， 加入點播功能，用戶在自由參觀瀏覽時，可以根據(jù)需要自行點播相關(guān)多媒體文件。 將以上內(nèi)容綜合起來，形成一個完整的基于三維可視化技 術(shù)的數(shù)字地球科學(xué)館系統(tǒng)。 (1)在了解科學(xué)計算可視化發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，研究并實現(xiàn)相關(guān)的三維可視化技術(shù)，為三維可視化建模提供理論支持； (2)基于人機交互的需要，研究 VTK 的關(guān)鍵技術(shù)； (3)設(shè)計并建立基于三維可視化技術(shù)的數(shù)字地球科學(xué)館系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能： ，以及三維實體的瀏覽、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等功能； ，通過三維建模技術(shù)，建立地球科學(xué)館內(nèi)部的三維虛擬場景，與實體標(biāo)本可視化一起，真實展示館內(nèi)分布，使用戶可以在其中自由地參觀瀏覽； ，系統(tǒng)向用戶提供參觀向?qū)В湟匀宋镏v解，按照預(yù)設(shè)的參觀路線，全面、完整地展示館藏內(nèi)容； ，在三維虛擬場景內(nèi)，用戶可自由地參觀館藏內(nèi)容，并可以把放在展位上的展品“拿”起來細細品玩； ，對館內(nèi)每一類有代表性的館藏品，配以多媒體文件向用戶詳細介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、發(fā)展演變過 程等地球科學(xué)知識，用戶需要時，可以自由點播。 近幾年來，國內(nèi)外在科學(xué)可視化、三維地理信息系統(tǒng) (3DGIS)、三維地學(xué)模擬系統(tǒng) (3DGeosciencesModelingSystem， 3DGMS)、三維有限元數(shù)值模擬 (3DFEM)領(lǐng)域的研究進展迅速。 3DGMS 是隨著科學(xué)可視化技術(shù)和地質(zhì)信息計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，在 20 世紀 90 年代開始為人們所重視。區(qū)別于 GIS(地理信息系統(tǒng) )， 3DGMS 的主旨是針對地質(zhì)信息模擬與表達方法的不足和缺陷，借助于計算機和科學(xué)可視化技術(shù)， 直接從三維空間的角度、以數(shù)字化的形式去理解、表達和再現(xiàn)地質(zhì)體與地質(zhì)環(huán)境，進而輔助工程設(shè)計、施工與決策。 自 20 世紀 80 年代以來，圍繞礦山、地質(zhì)和巖土工程應(yīng)用，國際上開發(fā)了多種 3DGMS 軟件。 1988 年法國 Nancy 大學(xué)的 J． L． Mallet 教授推出了 GOCAD（地質(zhì)對象計算機輔助設(shè)計），其目的是滿足地質(zhì)、地球物理和油藏工程的三維模擬與輔助設(shè)計的需要。在 20 世紀 90 年代初期，開發(fā)了一系列基于 UNIX 操作系統(tǒng)和用于工作站環(huán)境的軟件（如LYNX， Datamine， Surpac 等）； 20 世紀 9O 年代中期以來 ，隨著微機性能的提高，一些 3DGMS軟件開始移植到 Windows 操作系統(tǒng)和微機環(huán)境；2O 世紀 9O 年代后期，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和 NT 操作系統(tǒng)的熱潮，相繼推出了一些基于 NT 環(huán)境和支持網(wǎng)絡(luò)共享的系統(tǒng)。近幾年，微機性能得到大幅度的提高，基于工作站的 3DGMS 逐漸喪失當(dāng)年的優(yōu)勢，基于Windows 操作系統(tǒng)和微機環(huán)境的 3DGMS 開始成為主流。美國、加拿大、英國等一些國家相繼推出多種代表性的地學(xué)可視化建模軟件。 我國礦山計算機應(yīng)用始于 80 年代初期，經(jīng)過學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的努 力，計算機在我國礦山的應(yīng)用得到了長 足的發(fā)展，國內(nèi)自行開發(fā)的計算機礦床模型主要有 :霍林河礦礦床地質(zhì)模型，平莊西礦礦床地質(zhì)模型等，這些礦模都是用高級語言（ FORTRAN， BASIC， C 語言）開發(fā)的，其精度和可靠性都較高，基本能滿足地質(zhì)管理和采礦的要求但這些礦床模型都是在 DOS 系統(tǒng)下開發(fā)的二維平面模型，其可視性和通用性較差。國內(nèi)對三維地質(zhì)可視化建模方面的研究起步相對較晚，但也開發(fā)了一系列的三維建模軟件。其中代表性的有長春科技大學(xué)在阿波羅公司 TITANGIS 上開發(fā)了 GeoTransGIS，主要用于建立中國乃至全球巖石圈結(jié)構(gòu)模型的三維信息；石油大學(xué)開 發(fā)的 RDMS、南京大學(xué)與勝利油田合作開發(fā)的 SLGRAPH 主要用于三維石油勘探數(shù)據(jù)可視化；中國地質(zhì)大學(xué)坤迪科技公司開發(fā)的三維可視化地學(xué)信息系統(tǒng)（ GeoView）可實現(xiàn)三維地學(xué)信息管理、處理、計算分析與評價決策支持；北京東方泰坦科技有限公司開發(fā) TITAN 三維建模軟件，基于框架建模的思想，利用平行或基本平行的剖面數(shù)據(jù)，建立起三維空間復(fù)雜形狀物體的真三維實體模型。還有其他一些三維建模的軟件，可以說取得了一定的成果。 縱觀國內(nèi)外對地質(zhì)體和空間立體三維可視化系統(tǒng)的研究和開發(fā)現(xiàn)狀，它們?yōu)榈刭|(zhì)體和空間立體的三維建模 和可視化提供了豐富的理論、經(jīng)驗和技術(shù)基礎(chǔ)，同時也為本項目研究打下了堅實的基礎(chǔ)。