基于虚拟现实平台的公安科技成果网上展厅

张雅丽, 　崔建海, 　宋振峰

(1.中国人民公安大学警务信息工程学院，北京　100038； 2.中国人民公安大学图书馆，北京　100038)



基于虚拟现实平台的公安科技成果网上展厅

张雅丽1, 崔建海2, 宋振峰1

(1.中国人民公安大学警务信息工程学院，北京100038； 2.中国人民公安大学图书馆，北京100038)

摘要基于互联网技术和虚拟现实平台建设“公安科技成果网上展厅”，在计算机上对真实的客观世界进行模拟再现，以数字化、网络化和虚拟现实的形式，开展公安科技成果推广工作，将提高推广效率，扩大普及范围，同时也为全国公安部门提供了获取科研信息的平台。通过对公安科技成果展厅需求的深入分析，结合虚拟现实平台VRP、数据库Database和3D-MAXL技术等，深入分析利用VRP实现公安科技成果网上展厅的制作过程、制作技巧，研究展厅数据管理和网络发布等重要环节的实现方法，并最终实现基于浏览器方式为用户提供服务的虚拟现实结合的网上公安科技成果展厅平台。

关键词网上展厅； 虚拟现实； 数据管理； 网络发布

0引言

为应对新时期警务工作中存在的信息不畅、科研成果无法共享等各种问题，公安工作需要有先进的科技平台来支撑。 随着“科技强警”工作的深入推进，涌现出了越来越多的公安科技成果、获奖项目、装备产品，但这些成果、项目和产品的宣传推广形式还比较落后，主要是编制纸质的《成果汇编》，这种宣传推广水平越来越落后于现实的宣传需要。因此建设“公安科技成果网上展厅”，成为一项迫在眉睫的工作。

当前国内现有的科技成果展厅基本都是以文字和图片的形式展示，缺乏人机互动功能和三维立体感，没有太多的创新点。建设基于虚拟现实平台的公安科技成果网上展厅，通过计算机展示各种最新的科技成果、获奖项目、警用装备等客观世界的东西，可以让人们通过视觉、听觉和触觉来感知公安科技成果的魅力，从各个角度观察和模拟操作科技产品，实现在网上展厅进行人机之间的信息交流，给人以身临其境的感觉。

1虚拟现实平台VRP

虚拟现实平台VRP(Virtual Reality Platform)为制作出各种不同的虚拟现实场景和实现人机互动提供了软件平台，它主要是利用计算机图形学、传感器、智能控制等技术手段，支持全程可视化编程的软件平台。

VRP-BUILDER(虚拟现实编辑器)可实现三维场景和科技成果模型的导入，可进行图形编辑、特效制作、界面设计和交互制作等处理，以达到预期的渲染效果；VRP-IE(三维网络平台)可将编辑的各种公安科技成果发布到互联网上，而且具有高清的画质和良好的兼容性，能够很好地支持场景中的动态效果，广大民警可以通过互联网进行浏览，并实现互动，打破时间和空间的限制，最大化提升展品的宣传效果与社会价值；VRP-PHYSICS(物理模拟系统)赋予场景中模型以物理属性，可逼真的模拟碰撞、惯性、爆炸、加速度等各种物理学运动。虚拟现实平台是实现虚拟现实系统的关键环节，其系统的构成如图1所示。

图1　虚拟现实系统结构图

2网上虚拟展厅的制作过程

公安科技成果网上展厅项目的制作是基于VRP平台的，首先在3DMAX中建立各种实物模型，并设置材质、灯光和相机，渲染烘焙场景和漫游操作；接下来利用VRP-FOR-MAX插件将场景中的模型导出至VRP-BUILDER编辑器中；通过编辑器中二维界面的按钮设置和脚本语言设置，可以制作各种丰富绚丽的场景交互效果，如视频演示的控制、信息面板的展示等，再设置好启动和运行窗口，就可以进行预览；另外，在场景漫游中，需要通过物理系统来制作特效；最后，VR场景在进行网络发布的时候，要将其制成能够独自运行的文件。

在脚本编辑器预加载视频文件，显示控件并定义参数值和变量值的初始化函数设置为：

load_video_texture, vrptest.avi, 0

gui_script_set_ctrl_param, stop, 1, 0

gui_script_set_ctrl_param, pause, 1, 0

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

define_var, video, 0

define_var, name, 0

自定义控件停止播放视频的函数设置如下：

#compare_var, video, 1

play_video_texture, screen, 1

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

#else

#compare_var, video, 0

play_video_texture, screen, 0

gui_script_set_ctrl_param, play, 1, 0

#end_compare

3项目制作技巧

3.1提高演示速度技巧

为了提高公安科技成果网上展厅的演示速度，需要在制作前期对VR场景中的模型进行优化。模型个数优化、模型面数优化、场景贴图量优化是影响演示速度的3个主要原因。

模型个数的多少主要影响演示时启动的速度，所以在公安科技成果展厅制作时，在保证贴图清晰地前提下，一定要优化模型的个数，尽可能将同种材质的模型合并成一个物体；模型面数的优化是影响VRP场景演示是否流畅的主要原因，因此，在视觉能接受的情况下，把看不到的面和不需要的面删掉，尽可能减少面数和面积，还可以根据视觉效果，适当调整模型的高度和形状，从而优化展厅模型烘焙贴图的质量；另外，VRP场景中的贴图也是影响演示速度的一个重要因素，虽然VRP系统自带有实时阴影效果，但为了更好地展现场景的光影效果，而且不影响运行速度，可以将贴图烘焙之后再导入VRP里面。为了能更清晰地展示VRP项目的贴图，贴图尺寸尽量大些，并将贴图做成 2n的大小，以避免丢失。

公安科技成果网上展厅制作时，为不影响贴图的质感和清晰度，从一开始烘焙贴图时就应遵循优化原则，重点模型其烘焙贴图尺寸设为1 024×1 024，相对于较小一些的模型，其烘焙贴图尺寸可以为512×512或256×256等，多个模型合并的物体，尽可能贴一张图；接下来，需要打开显卡的抗锯齿和各项过滤功能，并通过预览调整图像设置，同时注意将贴图设置为线性过滤显示模式，以减轻或消除不同组合等级纹理过渡时出现的组合交叠现象。

3.2材质运用技巧

为了能够更加逼真地展示公安科技成果，在模型材质的运用中要遵循以下的设计原则：

(1)模型材质可运用手动UV的贴图方式代替多维材质，促使材质制作更加精准；

(2)对于有纹理属性的模型，要根据纹理属性给模型赋上相应的贴图；

(3)透明物体或用来表现特效的物体，贴图时可采用png和tga两种格式的图像文件来表现。

3.3人物添加技巧

公安科技成果展厅在某些场景中，需要添加一些人物，表示人物的面片物体要使用同一名称前缀，以促使所有面片人物自动面向相机。同时，在前期制作时，要考虑与模拟现场环境的协调性。

3.4特效制作

为了使制作的公安科技成果展厅给人身临其境的感觉，可以添加特效，如警车驾驶的速度方向、各种碰撞产生的冲击和粒子效果、安检门禁的自动开关、户外各种天气变化等，这些特效使公安科技网上展厅的整个演示过程更加真切、动感。

在公安科技成果展厅的虚拟场景中添加各种运动模糊的特效，以模拟高速度的运动。为达到浏览每个画面的变化状态都有运动模糊的效果，而静止下来的场景画面又恢复清晰，具体要在场景导入VRP编辑器后，给模型添加运动模糊特效，并为其设置模糊度，模糊度的系数值越大，模糊效果就越强。除运动模糊特效外，还可以根据需要添加Bloom、HDR(High Dynamic Range)高动态范围或“景深”等特效，以增加场景朦胧、梦幻的效果，渲染出更加真实的3D场景。

4网上虚拟展厅的数据管理

在虚拟网上展厅中，很多交互功能，如时间轴、导航图、项目列表、成果类型、实战演练视频等，要通过VRP界面编辑器的按钮编辑来实现链接。

公安科技成果网上展厅系统界面制作主要采用VRP高级界面编辑器来创建，包含按钮、图片、色块、画中画、菜单、窗口、滑杆等，这些图形用户界面组件可与VRP编辑器的交互，与脚本编辑器结合，以更好地实现多功能的交互效果。通过VRP编辑器的数据库插件可以连接和选择不同类型的数据库，也可通过数据库进行更新、查询和扩展VRP的场景信息，实现VRP场景与数据库信息的关联。

公安科技成果网上展厅实现了公安科技成果管理、用户管理、浏览、搜索、评价和用户交流互动等功能。为方便各类数据管理，公安科技成果展厅从结构上将所有数据分为系统管理、站点管理、专题管理、模板管理和信息管理5个部分，并通过SQL sever数据库来实现管理，保证了数据的准确性和安全性。其结构和各部分数据表的划分如图2所示。

图2　公安科技展厅数据管理结构图

5展厅的网络发布

通过VRP编辑器中的VRPIE(三维网络平台)可进行网络发布设置，包括贴图设置、网格压缩、脚本文件打包等，然后生成网络使用的HTML文件，即将制作好的虚拟公安科技成果发布到网上，快速构筑网上科技成果展厅。公安科技成果的网络发布设置如图3所示。

图3　网络发布设置图

VRP-IE将要展示的公安科技成果项目上传到http服务器上，用户端通过安装VRP-IE浏览插件，就可在IE网页中浏览VRP案例，或者通过预设的网址进行访问。公安科技成果网上展厅同时支持多人在线互动交流，虚拟展厅对服务器带宽需求与访问的人数成正比，人数越多对服务器的带宽要求就越高，公安科技成果网上展厅使用专网，5分钟内并发数可以超过1 000人。

公安科技成果网上展厅的场景文件较大，直接通过VRP-IE发布会影响加载速度，可按展厅的科技成果类型，如理论创新成果展、实战应用成果展、警用装备成果展等分为若干个场景来加载，然后通过场景文件按钮来实现场景的切换。另外，公安科技成果虚拟展厅制作时有物体碰撞的情形，这需要将场景中的基准碰撞物体提前下载，然后再执行初始化函数里添加启动刚体动画的脚本文件，避免在运行刚体动画时，基准碰撞物体还没下载完，而造成不播放刚体动画的现象。

6结语

公安科技成果网上展厅的系统设计是基于先进的虚拟现实系统(VRP)建立的，打破了时间和空间的限制，运行稳定性很好。展厅整体分布直观，操作简单，系统可实现自运行，是可定制、可重用的平台。成果展厅在全生命周期都有可重用的价值，包括项目的组织、软件需求、设计、文档、实现、测试方法和测试用例等，都是可以被重复利用或借鉴的有效资源。

设计基于虚拟现实平台VRP的公安科技成果网上展厅，公安民警就可以通过浏览器方便及时地查阅当前最新的公安科技成果，同时实现了三维场景的浏览和交互，推动了科技成果向公安实战的转化，进一步推动科技强警的步伐。

参考文献

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[2]李晓洲，邢哲源，卢子龙，白骏程，冯滴.RIA在网上展厅中的应用[J].电脑开发与应用，2011(8):71-73.

[3]王宁.创新成果的网络化推广[J].企业管理,2013(6):54-55.

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[5]肖婷婷，刘彬彬，王巍.公安科技成果转化推广存在的问题及对策研究[J].科技创新导报, 2014(17):226-227.

[6]李金凤.基于VRP虚拟现实项目制作技巧[J].软件开发，2015(5):88-89.

(责任编辑陈小明)

基金项目2011年度公安部重点研究计划项目(2011ZDYJGADX015)。

作者简介张雅丽(1977—)，女，山西大同人，硕士，副教授。研究方向为视频侦查技术。

中图分类号D035.39