三维虚拟图书馆设计与实现

张娅莉 程二丽 曾雪松

摘要：以真实图书馆为空间栽体，研究开发三维虚拟图书馆的相关理论与技术;三维虚拟图书馆开发设计分析;三维虚拟图书馆建模方法与技巧;使用VRP平台实现三维虚拟图书馆漫游动画系统输出，从而实现三维虚拟图书馆系统的初步开发。

关键词：虚拟技术;三维建模;三维虚拟图书馆;漫游动画

中图分类号：TP311.132.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0130-02

1三维虚拟图书馆概述

三维虚拟图书馆并非传统意义上的图书馆实体模型再现，而是一个包含大量真实信息且使用虚拟化技术实现真实图书馆的数字化应用系统。三维虚拟图书馆主要使用虚拟现实技术实现物理图书馆视觉上的仿真功能，通常以真实图书馆为蓝本，按照一定比例缩放建模，借助相关计算机软件实现图书馆数字化展示。通过相关信息技术处理，基本实现物理图书馆所有信息储藏功能，克服物理图书馆相关功能局限，把真实图书馆搬上荧屏，实现文化知识网络共享，为人们获取相关信息服务。

2实现关键软件

目前业界相关软件很多，常见的有Pro/E，SketchUp，Maya，3D MAX等。其中3D MAx是社会公认的大众化建模软件，3D MAX全称是Autodesk 3ds Max，因其在三维造型、场景模拟、视觉效果等各个方面具有易学易用，其强大的基于计算机系统的三维动画渲染和制作功能更是让其三维建模特效更加形象毕真。鉴于此采用3D MAX软件建模。

国内目前虚拟现实平台开发软件有tmity3d，VRML，cult3d，VRP等，国内最为顶尖的是VPP，其余称Virtual Reality Platform，俗称为VIP。它是由中视典数字科技有限公司研发的一款具有自主知识产权的虚拟现实软件，该软件操作简易，所见即所得，主要在智慧城市，工业仿真，旅游教学等方面广泛应用。经综合考量选VRP作为虚拟现实平台开发工具。

3系统设计分析

为了实现高校图书馆的数字化开发及网络资源共享，同时展现图书馆的文化收藏效果，以及师生日常学习生活需要等功能，通常设计的主要功能有用户浏览参观功能，图书资料查询与展示功能，图书馆场景动画漫游播放功能等功能。

传统图书馆的馆藏能力受多个因素影响。首先统图书馆不能无限地扩大空间规模，扩建物理空间和更新设备需要花费大量资金，传耗时耗力。其次传统图书馆要求用户必须去实体图书馆中进行图书的查阅，当人数较多时，各种实际问题就暴露出来了，如人多桌位不够;人多环境差;人多图书的翻阅量就多，图书的移动和复位耗时耗力，甚至图书数量不足，出现空缺，查阅人还全然不知，傻傻耗时耗力翻阅整个图书馆物理空间等等问题。为此，创建三维虚拟图书馆可以从理论和实践上解决实体图书馆所有不足问题。采用虛拟技术可以虚拟一个全新的虚拟空间图书馆，通过数字化的手段把图书馆各种图书信息以图片、声音和视频等形式再现，既可以再现图书馆物理景观也可以再现人文景观，如此同时利用计算机搜索和互联网数据传输等功能实现远程访问图书馆和查阅图书资料便利捷径，省时省力，方便快捷，优越无比。

4建模与实现

4.1模型创建

三维虚拟图书馆的创建首先从三维图书馆的模型创建开始，三维图书馆场景中的典型实体对象包括图书馆外观建筑物模型和图书馆内部相关设施模型。内部场景包括阅览学习室模型，书架模型，图书模型以及人物替身模型等。根据建模方法可以概括分为建筑物模型、景观模型和功能模型。各种对象采用3D MAX 2010作为主要建模工具，并使用PS和CAD工具进行相关辅助修整。模型处理一般是经过前期Photosbop和AuTOcAD处理相关素材，然后利用3DMAX制作出各种模型并完成纹理贴图实现模型创建。具体模型制作过程在此不在叙述。

图书馆是由多个建筑物组合而成，外观和内部有很多相对独立单元结构，不论空间大小还是表面纹理，均有一定的规律可循。为了快速实现三维虚拟图书馆相关功能，系统采用基本几何建模，以建筑物和外观分类创建模型，并分类存储成模块，在组合拼装模型过程中直接调用可以自由设置参数的模型搭建成复杂的外观图书馆模型。针对实际功能的需要，建模过程是先用基础几何模型依据建筑物结构拼结组合成三维虚拟图书馆模型，然后删除隐性公共线条或公共表面，优化相关模型组合体，最后进行表面纹理映射形成效果模型图。建模精简过程：将建筑物CAD准确图导入到3DMAX模型创建平台，生成灰色轮廓模型，利用模型拆分展开UV图，不断进行分区图块贴图处理，并添加合适灯光，从而形成效果图渲染输出。

4.2系统打包

通过前面大量工作的实施，在完成了三维场景建模优化，场景声光效果渲染之后，利用VRP控件进行系统汇总打包，生成可执行.exe文件系统，直观方便的供用户发布网络浏览。具体做法如下：（1）设置运行窗口，启动项目设置面板，选择图书馆正面黄金分割点作为场景浏览切入点设置启动窗口起始画面。（2）设置系统简介和导航功能，人性化提示操作说明。（3）设置开始窗口的大小，打开运行标签，设置窗口大小及显示方式，同时设置好初始相机。（4）保存并编译，EXE文件的相关属性设置完成后，对文件进行命名和选择保存文件的路径保存，然后进行EXE文件的自动编译。（5）系统测试，编译完成后，测试人机交互效果。

4.3运行效果

三维虚拟图书馆系统经过编译打包发布后，可以通过键盘方向键或鼠标，实现两种功能的动态漫游效果，让用户选择体验三维虚拟图书馆相关功能。系统运行主界面包括三维场景显示区，动画相机和行走相机切换按扭，动画运行、暂停以及退出按扭，程序全屏和关闭按钮等。默认情况下，利用系统普通小窗口自动的以默认选定动画相机方式浏览图书馆场景，同时音乐也自动播放，给用户一种看电影的良好沉浸感。另外，系统也可以人为中止，或切换到全屏，或改为行走模式，让用户根据自己的需要选择查看方式，从而实现多种方式漫游虚拟图书馆。三维虚拟图书馆的运行界面如图1所示。

5结语

三维虚拟图书馆设计与实现研究为新技术的深入应用奠定良好基础。受技术水平限制，还有很多不完善的地方，需要深入研究。模型的精度处理方面，有很多场景细节没有表达出来，进一步完善和提高模型精度空间很大;实际功能应用方面，如何快速实现虚拟化数字图书馆的多功能信息查询，网络云平台的虚拟数字化图书馆远程教育等新功能开发，还有待开发研究。