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web3d技術論文范文1

關鍵詞：汽車；信息展示；可視化；WebGL

中國分類號：TP393.0；TP391.41

隨著計算機和互聯網的快速發展，不僅改變了人們的生產模式，更是改變了人們的生活方式。互聯網以其便利、快捷等現代特性，正成為人們獲取信息最重要的途徑[1]，因此提高人們的上網體驗就是提高人們的生活品質。而瀏覽器是打開信息的大門，以前的2D網頁不再滿足人們的需求，3D頁面已然成為未來的趨勢，再加上信息量爆炸式的增長，信息的可視化成為了研究的重點。

實際上，在日益增長的數據背后，隱藏著許多重要的信息，通過對數據信息更高層次的分析，挖據數據背后潛在的應用價值[2]，借助WebGL三維可視化技術，以形象直觀的3D動態圖像來檢索信息，提高用戶的體驗。

1 關鍵技術

1.1 WebGL

傳統的web3d解決方案主要依賴Flash，Java3D以及微軟的Silverlight等技術[3]。然而上述技術都存在一個共同的缺陷，難以支持Web端GPU加速，因而難以勝任大規模復雜3D場景的渲染。WebGL的出現解決了這一難題，WebGL是一種3D繪圖標準，通過結合JavaScript和OpenGL ES2.0來提供一種類似于OpenGL的API[4]，并在Web端提供3D加速渲染功能，它完美地解決了現在Web交互式三維動畫對插件的依賴和不支持GPU加速兩個問題[3]。

1.2 Three.js庫

three.js是JavaScript編寫的WebGL第三方庫，提供了非常多的3D顯示功能。Three.js是一款運行在瀏覽器中的3D引擎，可以用它創建各種三維場景，包括攝影機、光影、渲染器、材質等各種對象，可以很輕松地創建3D動態畫面。

1.3 SSH框架

SSH為Struts、Spring、Hibernate的一個集成框架，是目前較流行的一種Web應用程序開源框架。SSH框架分為四層：表示層、業務邏輯層、數據持久層和域模塊層，通過此框架能在短時間內搭建出結構清晰、維護方便的Web應用程序。Struts作為系統的整體基礎架構，負責MVC分離，Hibernate架構實現數據庫的訪問，Spring對Struts和Hibernate進行管理。

2 系統的總體框架設計

本系統采用MyEclipse8.5的JavaEE集成開發環境作為開發平臺，系統架構為B/S，采用SSH作為Web框架，選用Apache Tomcat 6.0為Web服務器，后臺數據庫為Oracle，在以上環境中完成整個系統開發，系統的框架設計如圖1所示：

3 物理建模

建模是本系統的核心部分，在確定要顯示的內容后，借助Three.js第三庫建立模型。模型是以JavaScript腳本為載體，通過建立模型矩陣、視圖矩陣、投影矩陣來模擬事物，從數據庫中加載數據到模型中，再通過支持HTML5的瀏覽器渲染出來，得到動態的三維畫面。例如我們要模擬一個汽車和汽車周圍的景色，要編寫JavaScript腳本代碼創建Three.js提供的攝影機、光影、渲染器、材質等對象，建立汽車和周邊的景色模型。

3.1 汽車信息可視化模型

要把汽車信息通過可視化的界面展示給用戶，建模是相當關鍵的一步，將汽車元素和數據信息結合在一起是本論文可視化的標準。

3.1.1 零部件結構模型設計

汽車零部件是汽車的組成部分，零部件的性能最終影響到整個汽車的性能，所以零部件在汽車中占很重要的地位。把零部件結構以三維動態畫面展示出來，不僅讓用戶能對零部件有詳細的了解，而且為汽車專業人員提供方便快捷的學習條件，不用現場操作零部件就能輕松地了解零部件內部的結構。所以零部件的建模要以三維動態圖為主，小零件能支持拆解和安裝，把整個安裝和拆解的過程展示出來，給用戶全新的體驗。

3.1.2 汽車模型設計

模型的建立與可視化展示數據的需求相關，當要展示汽車表面和內部結構時，將對整個汽車進行建模，把汽車虛擬化成網頁圖像，并且能實現開車門、旋轉、開車啟動等功能，當點擊汽車零部件時可以展示零部件參數，把整個汽車以三維的可交互頁面展示給用戶，用戶想了解該品牌的汽車時，只要打開該品牌汽車的頁面，就能查看到汽車所有的參數，從各個視角欣賞汽車的外形和內部結構，為用戶提供有效信息，模型主要功能如圖2所示：

4 數據庫設計

模型矩陣是用數據來填充的，這些數據從數據庫中獲取，模型對象對獲取的數據進行分析和處理。數據庫的E-R圖如圖3所示，用戶權限表規定用戶只能根據權限訪問汽車信息表，汽車信息表中記錄了汽車模型的外形和位置坐標，零部件表記錄汽車零件的位置坐標信息，圖表展示信息表是點擊某零件彈出對應參數圖表的數據源。

5 可視化信息展示

可視化是采用計算機圖形學和圖形處理技術將數據轉換成圖形或者圖像顯示出來的技術，本文是基于WebGL可視化技術開發的。可視化數據信息的展示要通過客戶端和服務器，客戶端發出請求時先通過模型框架，模型框架判斷用戶點擊事件，通過HTTP協議向服務器發出請求。服務端接收到請求信息交由SSH框架進行處理，由框架向數據庫訪問數據，再把數據返回給客戶端，客戶端把數據填充到模型中，得到數據填充的模型要通過支持HTML5的瀏覽器渲染，整個可視化過程如圖4所示。

6 結束語

本論文借助WebGL三維可視化技術和Three.js框架，建立了汽車信息可視化系統，通過3D動態汽車模型對汽車數據信息進行了可視化展示，使汽車信息數據的展示融入了汽車元素，形成了汽車行業獨樹一幟的汽車數據展示平臺，不僅提高了用戶的視覺體驗，而且把有效的信息直觀的傳達給了用戶，即利于用戶理解，又能挖掘出數據背后潛在的應用價值。

參考文獻：

[1]韓義.Web3D及Web三維可視化新發展――以WebGL和O3D為例[J].科技廣場，2010，12（05）：81.

[2]金瑋，孫艷，張克君.Web信息檢索技術中關聯規則挖掘算法應用研究[J].情報雜志，2007，26（1）：39.

[3]殷周平，吳勇.基于WebGL和AJAX的WEB3D應用研究――以在線3D協作交互式設計為例[J].安慶師范學院學報（自然科學版），2013，19（1）：58.

[4]劉愛華，韓勇，張小壘.基于WebGL技術的網絡三維可視化研究與實現[J].地理空間信息，2012，10（5）：79.

作者簡介：朱向雷（1981-），男，河北人，高級工程師，研究方向：汽車行業數據應用與研究。

web3d技術論文范文2

關鍵詞：3D虛擬校園；虛擬世界；第二人生

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454(2012)09-0017-05

一、3D虛擬校園概念及其教育價值

3D虛擬校園的概念最初由虛擬世界發展而來，虛擬世界是用戶以3D虛擬形象參與其中，進行創造、生產、交換、交流、娛樂與生活的桌面虛擬現實系統。[1]在這樣的環境中，用戶以3D化身的形式在虛擬空間中活動、操作虛擬物體、與其他用戶交流。交流的方式通常是通過姿勢和基于文本的交流工具，有時也可以用語音進行交流。比較典型的虛擬世界如Second Life和Active Worlds，國內有HiPiHi、Novoking等。[2][3]

虛擬世界因其能提供更真實的交流和現場參與感，越來越多地受到教育研究者的關注。如今，虛擬世界已延伸至大學校園和課堂。在互聯網上已有成百上千所高校的3D虛擬校園投入實際應用。本文重點關注這種教育型虛擬世界——3D虛擬校園。

3D虛擬校園是用校園的隱喻給用戶提供各種學習工具的學習環境。[4]它還能用來在協作化的教學環境中傳遞與共享教育內容，支持教學模擬與教學演示。3D虛擬校園還在于它能支持開放的、分布式的終身學習。Mary L.M.認為3D虛擬校園主要用來：（1）通過在線交流和網上資料來拓展以說教為主的教學模式；（2）支持面對面學習要求高的項目工作；（3）為遠程學習提供互動性和網上材料。[5]

其實，基于Web的學習材料、電子郵件和電子公告板組合已完全可以提供這些功能，但是，目前絕大多數在線課程都容易讓學生有沉悶乏味的感覺，主要原因在于課程的全部重點和時間幾乎都放在內容本身的制作與呈現上，卻忽略了給學習者提供過程的趣味性、主動思考意識、動手做和體驗等機會。

美國在線多媒體教材界的一位專家也曾指出，現在絕大部分在線課程教育方式偏重在內容記憶上，學習過程里缺少有創意的互動，或能讓學生親自參與的活動，以致學生感覺無聊，造成中途輟學率高達七成。

3D虛擬校園的優勢主要在于探究性和體驗性。虛擬校園中可以通過3D的方式傳播諸如宇宙飛船如何發射之類的科普知識等。也可通過自由或虛擬導航開展自己的教育旅程，可在“知識河”里通過虛擬潛水，收集所需文章和研究問卷的知識“寶石”。如果想要設計或展示個人創意性作品，可到“沙箱”里去展示交流，給教學和創意表達方式注入無限生機和活力。

二、國外高校3D虛擬校園的發展

3D虛擬校園是最近二十多年才開始發展起來的。3D虛擬校園的技術基礎是Web3D技術。第一個Web3D的ISO標準是虛擬現實的建模語言（VRML 97）。VRML是人們一直追求的將平面Internet 發展成為一個交互的3D虛擬生存空間的結果。它是一種能提供更自然的體驗方式，包括臨場感、交互性、動態效果、延續性以及用戶參與探索的語言。這個語言現在仍在使用，不過正在被X3D取代，它是一個開放的標準XML 3D文件格式能在網絡的3D數據中文本進行實時交互，Java3D和其他的技術如 Macromedia的Flash也是屬于Web3D技術。

現有3D虛擬校園基于不同的技術與平臺發展起來的。如新加坡南洋理工大學的虛擬校園是基于blaxxun技術。[6]這個虛擬校園提供了現實校園的模擬，如辦公室、教室等，還提供學生交流的各種工具以及講座、練習等。還有很多高校在Active Worlds上建立了虛擬校園如iUni（http:／／iuni.slis.indiana.edu）。然而，當前應用最多的平臺是Second Life（以下簡稱SL）。自從2003年SL創建以來，目前全球已有數千萬的居民。林登實驗室為方便教育機構創建虛擬校園，在SL上提供了各種信息資源，增加了郵件列表的功能。在SL上創建虛擬校園的早期探索包括：美國的伊利諾斯州創建的圖書館系統聯盟，這是SL上的第一個圖書館系統，可以對SL上各個島嶼的信息進行搜索。[7] 2006年，美國印第安那州的球州立大學的英語教員Sarah Robbins利用SL教學生的科研與寫作，開創了把SL用于教學活動的先河。[8]哈佛大學是第一家在SL開課的教育單位，在SL中提供遠程教學課程主要的大學包括加利福尼亞州立大學、哈佛大學、圣何塞州立大學、俄亥俄州州立大學、英國的蘇塞克斯大學等700多所高校。[1]北伊利諾斯州立大學在SL中支持一系列的課程如：藝術、計算機科學、教育及傳播等。[9]哈佛大學法學院提供在SL中提供一個課程叫：“虛擬空間——民意法庭中的法律”。[10]老師和幾十名哈佛學生都化身計算機的虛擬人物，在SL的教室上課，感覺很像是在現實的教室中上課，令學生有一種群體上課的感覺，更能互相交流，學生學完課程還會獲得學分。

三、國外高校3D虛擬校園設計與開發

3D虛擬校園的設計起初就是基于虛擬世界的理念。虛擬世界看起來像真實世界的網絡環境，它創造了一個供人溝通和做事的地方。這為3D虛擬校園提供了一個設計的基礎，還開辟了可能性。

主要設計思路有兩種：一種是模擬實體校園，實現實體校園所具有的各種功能；另一種是以活動理論為基礎設計3D虛擬校園。

1.模擬實體校園的3D虛擬校園設計

（1）功能設計

這種設計思路的一個共同點是試圖給學生創造一個熟悉的氛圍，提供一個非常清晰的現實校園的聯想。包括校園風景、人物造型、信息資源與教育機構等。按這種思路設計的3D虛擬校園除了在外觀上模擬現實校園建筑、風景外，還普遍具有以下兩個方面的功能：

1）虛擬教室功能

3D虛擬校園中的虛擬教室主要用作虛擬講座和虛擬研討會。教學模式類似于傳統的課堂。盡管教育專家關于課堂這種教育平臺的效率方面的看法有所不同，然而，一個可以鼓舞人心的演講，仍然是學習最需要的，是3D虛擬校園所要實現的功能之一。虛擬研討會相對課堂來說是一個討論特定主題的在線會議。講座和研討會的主要差異表現在教師和學生的角色預期。在講座中，學生主要是聽講，記筆記，偶爾發問。在一個研討會上，學生們將有備而來討論特定的主題，其參與程度可能同教師是一樣的。

虛擬教室中的幻燈片播放器可以在進行遠程實時講座時播放幻燈和非實時講座時提供相關信息。如由Andrea D Lucia 等人創建的虛擬教室及教室中的幻燈片播放器如圖1、圖2 所示。[11]

幻燈片的可讀性很強，而且可以用按鈕控制。教師具有控制幻燈片播放的權限。

2）支持合作化的團隊學習功能

虛擬校園需提供參與網絡交流的工具，可以創建或加入團隊，團隊的交流功能一般有：獲得在線幫助，接收群組通知，把陌生人加入好友列表等。

對于合作學習而言，一般可把學習分為幾個階段：給學生分發材料，角色分配，參與討論等。參與者要能夠表達自己的觀點和進行決策，他們應能獲取相應材料如文件會議時間、相關的材料等，在虛擬校園中創建合作區域，提供化身自動參與的活動、會議及實時交流。

（2）設計實例

英國開放大學在SL中創建了一個虛擬校園主要就是這種設計思想的典型。[12]該虛擬校園的功能結構如圖3所示。

歡迎區：提供了虛擬校園三維地圖，相關的介紹性信息，點到點的跳轉，瀏覽向導等。

學習區：包括虛擬教室、展覽工具、會客區等。學習區中有召開大型會議的空間，最多可容納140個虛擬化身，可以播放視頻流、支持幻燈片的演示；還有一些比較小的空間用可作小型會議、討論及休閑場所。3D虛擬校園真正的價值在于能給用戶提供交流工具包括文本、音頻、現場信息。可以讓學生重新設計虛擬場景的外形、創建新的物體（土地的主人可以設定控制權限）。在學生設計的過程中可以收到一些范例以供參考。還有一些交互性的對象如海報欄。可以讓師生用來宣傳項目，可以讓用戶上傳視頻、幻燈片、圖片等。

圖書館：為支持師生利用圖書館的資源，把圖書館設計成了一個開放的公園，包括搜索與重放兩個區，每個區都支持瀏覽各種材料。為支持這兩項功能創建了兩個對象：資源選擇器和回放屏幕。通過搜索引擎與數據庫提供各種信息資源。當然，SL與其他3D環境一樣，支持文檔存儲的能力較弱。圖書館中還有“免費商店”，用戶可以收到免費電子禮物如衣服、車子、工具箱、桌子椅子、時鐘等。

沙箱：師生可以在“沙箱”區域設計展示自己的創意作品。

休閑場所：建了一個沙灘，供師生用來進行休閑和娛樂活動。在這里可以聊天、聽音樂、跳舞、游泳等。

2.基于活動理論的3D虛擬校園設計

活動理論源于前蘇聯心理學的文化歷史學派，它關注的是人們參與的活動及他們在活動中使用工具的本質，活動中合作者的社會關系和情境化的關系，活動的目的意圖以及活動的客體和結果。[13]

最初，維果斯基的活動理論關注中介概念，將文化制品和人類行動關聯起來，從而將個體與社會關聯起來；列昂節夫增加了目的和對象兩個要素并提出了活動的層級結構，即活動的三個水平模式：活動、行為和操作；恩格斯托姆則在以上基礎上增加了規則、共同體和分工三個社會要素，將個體和共同體的互動凸顯出來，強調矛盾的存在以及它對活動系統變化和發展的推動作用，從而能夠在集體和共同體的宏觀層面上分析活動，即任何活動的產生均需要主體、目標、工具、規則、共同體和分工六要素，這六個構成要素并非穩定且互相獨立，而是動態且持續不斷地與其他構成要素互動。

活動是由人來執行的，而人又是通過物品作為媒介的。人與物品都要地方放置。地點屬性則包括：外觀，結構與角色。Ekaterina等人從活動理論得到的靈感提出了按活動理論3D虛擬校園的設計理論。[14]

該理論分別從活動理論的幾個要素出發，提出設計思路。

（1）關于人：

1）需要一個3D虛擬化身，映射用戶的身份如（學生還是教師）性別、種族、身體的特征（如膚色、頭發的樣式及顏色等）及衣服等。

2）學習者能以各種方式與別人交流。探索虛擬空間和已有的物品以文本、圖片或3D對象的形式創建自己的物品，及與別人分享這些物品。

3）提供學習者社會網絡。

（2）關于地點：

虛擬校園必須清楚地表現有管理的、科學的、教育的特征和大學的結構，如果有可能可以提供不同的場景以適合不同的學生與社會機構的要求，如可以有一些二維良好結構的大學和一個3D的有多鏈接與相互聯系的兩個系統，不同的場景同樣適合信息的展示與交流模式。

虛擬校園的外觀及主要結構至少部分類似于真實的校園。如果需要，在報告廳或教室可以設計一些虛擬的物品供相關的教育實驗用。

導航：快捷方式/快速跳轉。地圖、菜單。

通常虛擬校園可以讓本地和遠程的用戶使用，在一起學習。所以系統應當包括資源、工具支持現實校園可以開展的各種活動（教育的、社會的同步的、異步的）。

（3）關于物品:

應當包括各種物品，能提供合作學習、交流及各種特殊任務及課程需要的物品集（如文本文件、圖片與3D物品）。應能方便創建、操作、共享、定制物品。

四、國外高校3D虛擬校園的應用情況分析

1.國外高校使用3D虛擬校園類型

目前，英美高校使用3D虛擬校園還處于起步階段，使用的類型也不盡相同。主要有以下五種類型。

（1）用于展示校園景致

這種類型的3D虛擬校園僅僅有一些類似真實校園的建筑，可以讓用戶從任意角度對校園進行觀察，從而產生身臨其境的感覺。同時也能操作和規劃，滿足用戶一般性的游覽需求。不過此類虛擬校園還沒有正常在其中開展學習活動。如英國的赫爾大學就屬于此類。

（2）作為研究工具或環境

3D虛擬校園被許多高校和研究機構作為研究的工具或環境。如西英格蘭大學在3D虛擬校園中為學生創建了一個天文臺。鼓勵學生參與設計，給學生布置一些任務，開展一些創新活動。

（3）用于舉辦展覽

對于藝術與設計方面的人員，他們總想把3D虛擬校園用來展示作品的空間。例如倫敦藝術大學時裝學院應用虛擬校園舉辦了多次展覽會。吸引了幾萬名來訪者。

（4）支持課程或課程的某些單元

對于絕大部分高校而言，它們創建3D虛擬校園的目的是運行課程或準備用它來支持課程。德比大學有一個第二人生實驗室項目，項目中應用虛擬校園組織心理學的研究生學習基本的心理學技能。人數是30人，學習的技能包括：實驗設計、論文寫作、陳述準備、批判思維的技能等。

（5）支持學校之間或部門之間的交流

一些大學發展虛擬校園是為了支持校際的學術交流或協作建設課程。由佩斯利大學為主建設的虛擬校園（VIRTUALBA）由幾個大學合作建設，設有“大學信息中心”用于舉辦各種展覽及學術活動。虛擬校園還用來教授一系列的課程。[15]

五、3D虛擬校園的設計與應用建議

1.對3D虛擬校園設計的建議

（1）關于3D虛擬校園建筑的設計

虛擬校園的校園建筑應當具有實體校園的主要特征。當然建筑的整體布局可以更加緊湊，以方便用戶的瀏覽。在符合虛擬校園建設總體方針的前提下可以允許學生自行建一些個性化的建筑。

（2）3D虛擬校園的結構設計

與真實校園類似的是大多數虛擬校園都有高效的導航工具，實驗室及私人空間，在一定的條件下允許用戶擴展及開發相應功能的機會。當前虛擬校園現有的導航是通過有相關目的地信息的地圖，通過快速跳轉到相應的目標地點，這種導航比較費時費力，需要加以簡化。如：可以建一個導航條把校園內的相關機構、會議室、研究機構、圖書館及相關資料做一個收集；建一個公共汽車路線，把用戶送到相應的地方等。

（3）3D虛擬校園的角色設計

提供一些個性化的服務，如與系科相關的主題教室，定期開展相關的活動，學生在教室中可以得到相關課程的輔導，提供相應的共享資源、白板等。

2.3D虛擬校園的應用建議

（1）關于內容選擇

最近的研究表明，不是所有的內容都適合放在3D虛擬校園中，如關于以抽象概念和文本文件為主的內容。[16]要選擇那些在3D空間中比傳統環境有明顯優勢的內容如：計算機圖像、藝術、建模、模擬化學反應、生物的生長過程等。這樣才能充分發揮3D虛擬環境的優勢和特色。

（2）虛擬化身、交流與合作的運用

每一位進入3D虛擬校園的用戶，都有一個虛擬化身，虛擬化身不僅僅能體現用戶的身份、性別還能體現用戶的文化、性格、愛好等，使用戶更容易進入自己的角色，更方便與別人交流。所以用戶需要盡量定制個性化的虛擬化身。

交流與合作學習是3D虛擬校園重要的學習方式之一。用戶需充分運用身體的、口頭的方式進行交流。充分運用3D虛擬校園的語音交流功能。

（3）社會與組織因素

一個能適應特定教育目的成功的3D虛擬校園，往往不完全取決于它的設計，還取決于它的組織與社會環境。如果一個3D虛擬校園中沒有什么人氣，學生也就沒有興趣在其中活動了。所以3D虛擬校園中應設置一些課程、組織定期的活動。這對于虛擬校園尤其重要。與實體校園一樣，一個成功的虛擬校園也需要開展大量的活動、不斷有新的東西出現，以激發學生每天都來使用虛擬校園。

（4）技術因素

由于3D虛擬校園對硬件條件的要求較高，目前高校學生計算機的配置普遍低于系統要求。使得學生使用虛擬校園的效果受到不同程度的影響，特別是圖像的顯示質量及效率上。所以，需要在計算機的價格與使用效果之間做一個平衡。

六、結論及展望

隨著對3D虛擬校園研究的進一步深入，將會有越來越多的高校加入其中。3D虛擬校園的設計將更能適應學生各種需求。如Andrea De Lucia等人正試圖把Moodle插件加入到虛擬校園中，以加強3D虛擬校園對學習過程的管理。[11]

移動技術開始介入到3D虛擬校園中，學生使用手機等移動設備就可以訪問3D虛擬校園。這就需要3D虛擬校園要適應手機等移動設備的技術特點，簡化圖形和導航、交流工具及交互形式等。

參考文獻：

[1]A. J. Kelton, Second Life: Reaching into the Virtual World for Real-World Learning, ECAR Research Bulletin, 2007(17).

[2]Second Life, 省略 , 2010(12).

[3]Active Worlds, 省略, 2010(12).

[4]Alliance Library Syste[OL].省略/secondlife.htm2011(1).

[5]Mary Lou Math, Desinning the virtual campus,Design studies, Virtual Reality:Research, Development and Application 3(1):25-33.

[6]省略, 2010(12).

[7]B. Read,(2006, August 29), Second Life keeps chuggingalong. TheChronicle of Higher Education[OL].省略/wiredcampus/article/1529/second-life-keepschugging-along.

[8]G. M. Lamb, (2006, October 5), At colleges, real learning in a virtualworld. USA Today[OL]. 省略/tech/gaming/2006-10-05-second-lifeclass_x.htm

[9]N. Jennings & C. Collins, Virtual or Virtually U: Educational Institutions in Second Life, International Journal of Social Sciences, 2(3), 2008.

[10]Andrea De Lucia，Development and evaluation of a virtual campus on Second Life: The case of SecondDMI，Computers & Education 52 (2009) 220-233.

[11]Lucia Rapanotti，A Second Life campus for part-time research students at a distance，Computers & Education 35(2008) 26-29.

[12]Jonathan London，Theoretical principle of Learning Evirement，East China Normal University Press，2002(68)(In Chinese).

[13]Bonnie,A.Nardi, A Comparison of Activity Theory,Situated Action Models,and Distributed Cognition[A].Context and Consciousness:Ac-tivity Theory and Human-computer Interaction[M].Cambridge,MA:MIT Press,1996.

[14]Ekaterina Prasolova-Fland Analyzing place metaphors in 3D educational collaborative virtual environments, Computers in Human Behavior 24 (2008):185-204.

web3d技術論文范文3

【關鍵詞】計算機；數字博物館；網絡技術

幾年前，我們還在想象如何足不出戶游遍世界大大小小的博物館，領略世界的博大，如今已經可以輕易實現。虛擬現實技術以及網絡技術的發展帶來了“數字博物館”這種新形式，更帶給我們驚喜，人們真的可以在網絡上或者通過購買媒體光盤來“游覽”博物館，解決了地域以及時間的種種問題?？萍际莻ゴ蟮?，同時也帶給我們種種思考：如何建設一個好的數字博物館？

建設一個好的數字博物館，其結構是尤為重要的。就像我們平時選擇住房，沒有好的結構住進去并不舒服，無論房子用了怎樣的建筑材料和新技術，都不能滿足人們對于舒適感覺的重視。論文百事通數字博物館的建設也是這樣，我們大可以將它想象為現實的博物館來研究它的結構。

一、數字博物館系統結構定義

通常實體博物館有這樣幾個基本結構：導航及外觀（包括博物館的整體感覺，包括裝飾和陳列所形成的氣氛），展品陳列區，瀏覽者休息及交流區，瀏覽者留言區，咨詢服務區（包括觸摸屏等科技元素），所有展品收藏區（或者檔案收藏區）。

虛擬博物館與傳統博物館有很多共通和可以借鑒的地方。數字博物館總結起來大致也可以分為六個部分：用戶界面、展示區、互動游戲區、檢索區、討論區、資源庫。

1.用戶界面：它是每一個數字博物館必不可少的元素，是數字博物館的導航，以直觀引導用戶尋找自己需要的內容，是數字博物館視覺藝術的體現，也是對于整個博物館藝術氛圍的視覺載體。

2.展示區：是具體展示數字博物館內容的區域。相當于實體博物館中的展品陳列區，也是博物館中的重要部分。展示區還可以分為普通展示區和主題性展示區。普通展示區是進行長期展示的區域，專題展示區則需要定期更換領域新的動向或者用戶和受眾感興趣的主題，形式比較自由。

3.互動游戲區：這個區域在數字博物館中是一個娛樂性的區域，通過游戲加深對博物館內容的理解，起到增加趣味性的作用。現在，無論是何種載體的數字博物館都開始重視這個區域。

4.檢索區：當用戶面對著龐大的博物館系統，有目的地想要尋找某個內容的資料時，利用導航進入非常不方便。這時需要發揮博物館的檢索功能，快速準確地找到對應信息。而一個高效率的信息檢索系統對于數字博物館來說是很重要的。檢索需要具備完善的檢索系統。一方面是檢索內容，如文字資料檢索、圖片資料檢索、視頻資料檢索等；另一方面是檢索方式，如關鍵字檢索；內容檢索；資料信息檢索等手段。

5.討論區：用于用戶實時瀏覽過后的交流與意見反饋。對于以網絡為載體的數字博物館，討論區是必不可少的結構。

6.資源庫：它是整個數字博物館的倉庫。用戶通過導航系統或檢索區來調用數據庫中的內容。

圖1：數字博物館系統板塊

二、數字博物館各系統結構中的藝術表現及文化創意

了解了數字博物館的結構及其作用，接下來就是怎樣去把握各個結構的藝術表現以及文化創意。

（一）用戶界面：用戶界面中包含著幾大元素：界面背景、交互熱區、標題文字以及界面動畫。用戶界面設計往往是設計者藝術手法最直觀的表現。由于用戶界面不僅帶給人視覺上的感受同時也充當著導航的作用，所以藝術與功能之爭同樣存在于用戶界面的設計上。既要體現數字博物館的文化藝術氛圍和交互的趣味性，又要最大限度地實現人機交互，使用者可以方便地進行瀏覽和操作。這并非是簡單的多媒體界面設計。數字博物館的任務決定了它的功能性是至關重要的。所以可以說數字博物館用戶界面設計中的功能與藝術是基礎和上層建筑的關系，兩者并非是沖突的。

以剛剛奪得莫比斯大賽全場大獎的“盛世鐘韻”（大鐘寺博物館）為例，大鐘寺博物館的界面設計在取材上采用的是中國古紋樣以及鐘的形象，用戶第一印象就知道博物館的內容。其次，在設計手法上多用曲線，突出了古典的韻味。顏色上采用純度較高的藍色、黃色和紅色，是中國的古典用色；界面大面積采用勻染手法的背景，靈感來自于恢宏的中國畫法，給人濕潤與和諧的視覺感覺；在交互動畫上采用了光效，更增加了東方神秘氣氛；風格上采用了古典與現代折衷的路線，較多地利用了自然的元素。

（二）展示區：如果說用戶界面更多地體現了藝術手法，那么展示區就需要有更多的文化創意在其中。中國的文化藝術非常地龐雜，很多藝術形式甚至比較相近或是互相關聯。要抓住最具特色的一點，使其成為一條線索。例如，濰坊楊家埠年畫、武強年畫以及天津楊柳青年畫同是年畫，楊家埠的特色就在于線條粗獷，色澤明快，用色鮮艷以紅、綠、藍、黃為主，對比強烈，主題突出。畫中人物質樸大方，散發著濃郁的鄉土氣息。年畫不僅是祈福時張貼，也具有一定的故事性，完全來源于生活，真實而又充滿趣味。所以在展示楊家埠年畫時也以他的藝術特色作為出發點，多用鮮艷的顏色來表現。

在“盛世鐘韻”這個數字博物館作品中也體現了很好的文化創意。每一個國家都有各自的鐘文化，中國的鐘與世界其他國家的鐘有什么區別，在作品中的體現就顯得很重要。這個作品不僅要滿足中國人對于鐘文化的好奇更要滿足外國懷著比較心態的瀏覽者的探究。所以，在作品中突出展現了“編鐘”這一部分。編鐘文化是中國獨有的類別，其制鐘技藝與眾不同，古代勞動人民的智慧使其還具備了樂器的功能，這更增加了編鐘的傳奇色彩。這是展示“展品”特色的需要，更是能夠更好詮釋作品的創意點。

除此之外，視頻的大量運用也能為數字博物館增色不少。舞蹈博物館也屬于無形文化數字博物館。有很多口傳心授的傳播方式不能通過實體的展示實現，在數字博物館中可以大量運用視頻以及動態捕捉技術實現。舞蹈屬于瞬間的動作，可以用攝像將其復制和保存。除了影像的錄制，很多時候采用動態捕捉器，將專門的點固定在關節上，舞蹈者舉手投足，手擺動與身體所呈現的角度和距離，頭扭動的頻率與節奏都可以詳細準確地記錄成為動畫，運用到數字博物館中。視頻以及動畫技術在很多無形文化遺產類的數字博物館中都占據了很重要的作用。解決了由無形文化遺產活動性、瞬間性的特點所制造的難題。

文化創意的方式除了結構上的創意，表現形式上的創意還有文字上的創意。以多媒體光盤“吳橋雜技”為例。我國的雜技種類繁多，分布也比較分散，“吳橋雜技”在制作時也頗費了一番功夫，怎樣找創新點，挖掘興趣點成為了這個作品首要解決的問題。通過實地的考察和總結，創作者們發現了吳橋雜技一個很有趣的特點，這也正是吳橋雜技區別于其他雜技的重點所在。那就是在吳橋人人都會雜技，雜技是人們生活的一部分，是茶余飯后的娛樂休閑活動。甚至還流傳著一句順口溜“上到九十九，下到剛會走，吳橋雜技人人拿手”。這句順口溜簡潔準確地體現了吳橋雜技的特點，那就是人人都會雜技并且玩兒的都是身邊的生活用品。用筷子頂起滾燙的茶壺；用嘴含著桌子一角把它叼起來；蹬小孩兒等雜技信手拈來。就是這一句話成為了整個作品的創意點，使吳橋雜技的特點一下子深入人心。此外還有很多板塊的標題別有意味，講面食的博物館以帶“面”字的四字成語總結既簡練又巧妙地突出了文化內涵。

（三）互動游戲區：互動成分的增加為整個數字博物館增添了娛樂的氣氛，更具有親和力，因此在整個數字博物館作品中比較容易成為興趣點?！按箸娝虏┪镳^”中為編鐘設計了虛擬游戲——敲編鐘。這引起了很多外國友人的興趣，紛紛嘗試。此外，在展示區還有一個比較引人注意的內容就是還原鐘的制作過程。用3D技術制作的虛擬動畫還原了當時人們澆灌鑄鐘的勞動場景以及工序。那一段歷史誰也無法回去重新目睹，但是模擬的動畫卻打破了時空的界限，讓每一個瀏覽者重溫了鑄鐘的工序，仿佛身在其中，更增添了博物館的歷史氛圍。

（四）檢索區：檢索區相對于內容較為復雜的大型數字博物館是非常實用的。由于在數字博物館中展示了大量有關的文字信息以及圖片和視頻，這些資料本身又具有一定的信息描述，因此可以成為檢索的手段。如果單獨陳列出文字、圖片和視頻資料的檢索，將會大大增加數字博物館的交互優勢，更加人性化。在這里以一個多媒體光盤作為實例，將來可以應用到數字博物館建設中。多媒體光盤“天行健”中有一個別具特色的視頻導航。將視頻集中在一個頁面進行展示。由于人們可能對視頻感興趣而需要單獨觀看視頻所設計的視頻導航更增加了人性化成分。

《天行健》視頻導航

（五）討論區：討論區的建立源于“博客”文化的興起。現代人樂于表現自己，發表自己的看法與見解。討論區的建立可以形成博物館管理員與瀏覽者的互動，并且可以收集建議便于更新和了解民意及時作出反應。博客的興起在一個側面反映出人人希望參與的心情，所以討論區的建立可以帶動數字博物館的互動，吸引更多的人來參與博物館建設，形成活躍的氣氛也算創意的一個方面。超級秘書網

（六）資源庫：資源庫屬于數字博物館的后臺系統，承載整個博物館的信息。由于它的作用，并不需要將它藝術化或者創意化。人們在檢索時資源庫就起到了非常關鍵的作用。

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