虚拟博物馆

中研院研发的文物展示传播平台

虚拟博物馆是中研院研发的文物展示传播平台。

信息技术基础

虚拟现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是二十世纪末出现的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。

虚拟技术分虚拟实境(景)技术(如虚拟游览实体博物馆)与虚拟虚境(景)技术(如复原生成阿房宫、圆明园等已经湮灭了的建筑、构建尚未发掘的秦始皇陵等)两大类。虚拟现实技术的应用领域和交叉领域非常广泛。成功运用的领域有虚拟现实技术战场环境、虚拟现实作战指挥模拟、飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练、飞机、导弹、轮船与轿车的虚拟制造(含系统的虚拟设计)、虚拟现实建筑物的展示与参观、虚拟现实手术培训、虚拟现实游戏、虚拟现实影视艺术等等，由此可见VR技术有着强烈的市场需求和技术驱动。

虚拟现实的关键技术可以包括以下几个方面：

1. 动态环境建模

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模技术的目的是获取实际环境的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效地提高数据获取的效率。

2. 实时三维图形生成

三维图形的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图形的刷新率不低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒。在不降低图形的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率将是该技术的研究内容。

3. 应用系统开发工具

虚拟现实应用的关键是寻找合适的场合和对象，即如何发挥想象力和创造力。选择适当的应用对象可以大幅度地提高生产效率、减轻劳动强度、提高产品开发质量。

4. 系统集成技术

由于虚拟现实中包括大量的感知信息和模型，因此系统的集成技术起着至关重要的作用。集成技术包括信息的同步技术、模型的标定技术、数据转换技术、数据管理模型、识别和合成技术等等。

J2EE开发技术

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition）是一种利用Java 2平台来简化机构组织解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。J2EE技术的基础就是核心Java平台 API、CORBA技术以及能够在Internet应用中保护数据的安全模式等等，同时还提供了对 EJB（Enterprise JavaBeans）、Java Servlets API、JSP（Java Server Pages）以及XML技术的全面支持。

J2EE使用多层的分布式应用模型，应用逻辑按功能划分为组件，各个应用组件根据他们所在的层分布在不同的机器上。sun设计J2EE的初衷正是为了解决两层模式(client/server)的弊端，在传统模式中，客户端担当了过多的角色而显得臃肿，在这种模式中，第一次部署的时候比较容易，但难于升级或改进，可伸展性也不理想，而且经常基于某种专有的协议—通常是某种数据库协议。它使得重用业务逻辑和界面逻辑非常困难。J2EE的多层企业级应用模型将两层化模型中的不同层面切分成许多层。一个多层化应用能够为不同的每种服务提供一个独立的层，以下是J2EE典型的四层结构：

运行在客户端机器上的客户层组件

运行在J2EE服务器上的Web层组件

运行在J2EE服务器上的业务逻辑层组件

运行在EIS服务器上的企业信息系统层软件

VRML技术

VRML(Virtual Reality Modeling Languange)是虚拟现实建模语言，其发展的初衷就是用来创建基于浏览器的、具有实时漫游特性的虚拟现实场景，它实现了基于B/S结构的客户端三维动画和基于对象的用户交互，从而改变了传统网页的单调、交互性差等缺点。能够根据不同层次水平的要求来实现虚拟现实技术的“沉浸感”和“交互感”。其技术特点有：

1．交互性强

用户可以通过鼠标和键盘来实时操纵场景中的虚拟对象，场景根据浏览者的不同而不同。不像传统的虚拟场景，浏览者只能按照预先设定好的“死”路线去浏览。而vrml真正实现了对象在虚拟场景中的“任我行”。

2．网络流量小

由于VRML和HTML一样，同是一种ACSII的描述语言，它向客户端传输的只是 .wrl格式的文本文件，即只传送场景的模型描述，而把动画的生成放在本地机。这样既减小了网络流量，克服了现有的图像传输中因大流量引起的网络阻塞问题，又充分利用客户端硬件资源，实现流畅的3D效果。

3．多用户临场感

不同身份的用户可以以替身的方式在同一虚拟场景中活动，相互交流，加上立体的视觉效果和3D声效果支持，真正实现了对现实世界的虚拟。

4．脚本支持功能

VMRL中的script节点中可以加入多种脚本程序，也可以通过EAI接口与嵌入在网页中的java Applet进行通信，这样为实现实时交互及动态情景的产生提供了技术基础。

VMRL中script节点是java与vrml通信的桥梁，vrml只负责对场景表现的描述和以Route(路由)的方式定向情景表现的顺序，而不能决定场景改变的逻辑。因此，当要实现对这种逻辑的支持时，script节点是首选。当与script节点有联系的节点发生事件时，事件句柄通过路由传给script节点的eventIn域，script节点则通过url域中指定的脚本进行相应的处理。url是对网络中一个文件的定位，它可以是本地文件系统中的，也可以是Internet上任意可到达的.class文件，还可以直接包含一段由javascript或vrmlscript写成的程序代码。

馆藏文物

据统计中国已登记在册的文物点约有35万处，收藏于各类博物馆当中的文物达1200万件，每年还有大量的文物出土，但由于受到时间、空间以及保存条件、保护技术等诸多限制，能够展出和提供研究的文物仅占极少部分。如南京博物院藏品有41万件，而常年展出的仅有5千件，不足1.25%。如何更好地体现博物馆展示、教育和研究的功能，更好服务于社会和大众，推进博物馆的自身发展，是我们面临的突出问题。随着信息技术的迅猛发展，通过利用虚拟现实技术、网络技术构筑虚拟博物馆，打破实体博物馆局限性，是大大的扩展博物馆的延伸空间，最大限度的拓展博物馆功能，满足社会大众的多层次多方位需求的有效途径。

构成

文物数字知识仓库

文物数字知识仓库是其它应用平台的基础，它包含各应用平台所需要的文物高清晰图像、音频、视频、文字资料、三维数据，以及相关研究成果等信息资源有机构成的数字化文物。文物信息资源的保存采用了扩充关系型数据库，方便各种层次的使用者进行检索，其优点在数据查询中得到充分体现。文物信息资源数字化知识仓库可以根据不同的需求，将其保存信息资源进行灵活组合，形成应用功能平台，比如传播展示平台，学术研究平台等等。也可以根据特殊需求将指定信息资源或有机的信息资源组导出，实现文物信息资源的离线利用，从而避免了因为时期不同需求不同而造成的重复投资，重复建设的现象发生。

文物展示传播平台

文物展示传播平台作为虚拟博物馆的重要功能之一，打破了实体博物馆在时间和空间，以及保存环境与保护技术的局限，针对不同的受众群体，以文物数字知识仓库为底层支撑，通过网络技术和多数据通道方式开发多种展示和知识传播方式,加强博物馆展示和教育功能的深度与广度。J2EE技术架构的应用突破传统文物展示在时间、空间和传播形式上的限制，结合虚拟现实，多媒体以及文物三维制作技术拓展博物馆的展示教育功能。所有数据均来自于文物数字知识仓库，多种数据的组合适应了不同传播方式的需求。开展J2EE技术的应用研究，解决高清晰图象、视频信息及三维数据的流畅传输和高速交换。按照该平台的作用空间分为馆内和馆外传播平台。

1．馆内传播平台

（1）大屏幕多媒体文物展示模块：实体博物馆内可以设置大屏幕播放系统，作为博物馆、文物介绍宣传的一个特殊手段。登录虚拟博物馆系统后，锁定该模块即可从文物数字知识仓库中提取所需信息资源组成高真实度的三维立体数字文物，按照事先设定的顺序或者路径来播放一些因保护措施或者无法移动等原因而不能摆设的文物。

（2）触摸屏立体显示模块：可在实体文物旁边放置立体显示触摸屏终端，或者在必要的参观引导处悬挂立体显示设备，登录上虚拟博物馆系统后锁定与该文物相关触摸屏子模块，即可让参观者与该数字文物进行交互，随意从任何角度多种精度观赏高真实数字文物，并能获取大量平时无法从实体文物中获取的信息。且当锁定该文物的触摸屏子模块后，该文物的辅助立体显示设备上只能显示与该文物相关的信息，参观者无法解除锁定状态，只有管理员具备解锁功能。现有立体显示技术分为主动立体显示和被动立体显示方式；主动立体显示技术如，基于传统CRT显示器的液晶开关眼镜立体显示系统；被动立体显示技术如：红蓝立体显示，偏振光立体显示器或者偏振光立体投影系统等，偏振光立体投影系统支持多人观看。

2．馆外传播平台

（1）文物虚拟展览模块：在任意地点通过互联网登录上虚拟博物馆系统，进入该模块后，即可在众多参观者面前展示出与真实博物馆相差无几的虚拟博物馆。该模块用三维虚拟功能，将博物馆建筑及馆藏进行一次实景复制，制作出完整的虚拟博物馆。讲解员或者操作人员可以在该虚拟博物馆中随意漫游，或者事先设定好一定的路径自动漫游。虚拟博物馆场景中的文物都为与实体博物馆中真实存在的文物相对应的高真实度数字文物，讲解员或操作员可在任何时候“走近”该数字文物，点击触发后即可通过系统内部数据通道调出该文物的触摸屏立体显示子模块，展示该文物更加详尽的信息。通过该模块所显示效果与真实博物馆所见并无多大差别。此虚拟博物馆可“搬”出去做巡回展出，能最大限度地发挥博物馆的知识传播作用。且由于展品和场景全部存在于服务器中，可以不受时间、地点限制进行展示，没有被毁坏、被偷窃的危险。

（2）文物数据知识仓库资源导出模块：该模块可将指定文物的数字信息整合导出形成一个离线式的子交互系统，并可刻录入数据光盘进行分发，邮寄，使博物馆的知识传播更具多样性。

（3）移动数字设备接入模块：基于J2EE技术架构，结合移动通讯3G技术虚拟博物馆可以支持移动数字设备，如手机、PDA等。在手持设备接入模块提供的统一数据格式，统一数据接口的标准下，大多数手持设备，都可以作为虚拟博物馆的浏览载体。该模块会对不同的移动数字设备提供不同的服务内容和文件格式。

3．文物学术研究平台

文物学术研究对数字文物的精度提出了更高的要求，并对交流沟通也提出了相应的要求。处于不同地域的专家学者登录学术研究平台后，可以聚集在同一个学术研究频道内，选择一个数字文物进行研究和远程交流。该平台包括数字文物信息资源获取和远程交互，取得控制权的专家可以对研究对象进行翻转、放大缩小，以及相关信息资料的提取等操作，参与交流的专家可通过远程终端实时观看数字文物的变化过程，并通过语音或者文字参与讨论，所有观点和看法都会实时保存在服务器上，以备专家学者日后重现评论现场，必要时更可导出数据便于线下参考。

该平台区别与其他平台的一个重要特性是能提供多种研究用途的可调精度的文物信息资源，并且具备自适应能力，随着专家学者的操作自动调节，不会出现放大失真的现象，更不会出现三维模型表面贴图和纹理达不到研究需求的现象。形象来说，当专家学者要对某文物一定区域表面的材质和纹路进行研究考证时，本平台就有特定的技术手段提供出该区域与现实中同等条件下毫无二致的文物基础信息，以达到研究的目的和需求。

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