李鋒，蔡臻，卓勝達(dá)
?。◤V東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510650）
摘要：著眼于交通運(yùn)輸行業(yè)三維虛擬圖書館和配套電子圖書資源庫建設(shè)，利用3DMAX和VRML虛擬立體藏書環(huán)境，基于Flash3D開發(fā)三維虛擬書籍，采用校正圖像分割方法實(shí)現(xiàn)對(duì)書籍文字識(shí)別，融合動(dòng)畫效果和多點(diǎn)漫游實(shí)現(xiàn)360度全景展示，改變文化信息保存、管理、傳播、使用的傳統(tǒng)方式和手段。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；虛擬圖書館；VRML；3DMAX；交通運(yùn)輸
0引言
“十二五”期間，我國(guó)交通類職業(yè)院校歷經(jīng)國(guó)家骨干院校建設(shè)和課程改革，沉淀積累了大量圖書文獻(xiàn)資源，但由于缺少發(fā)布平臺(tái)和共享機(jī)制，院校之間的分散性、孤立性和不規(guī)范性直接影響到圖書資源的使用效益。另一方面，信息時(shí)代交通運(yùn)輸行業(yè)學(xué)生對(duì)圖書資源需求越來越大，專業(yè)性也越來越強(qiáng)，因此，建設(shè)能反映高校學(xué)科重點(diǎn)和專業(yè)特色的電子圖書資源庫變得十分迫切。
VRML屬于三維建模描述語言，具有通用性、分布性、交互性和易擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)［12］。本文利用VRML構(gòu)建虛擬藏書環(huán)境，通過網(wǎng)絡(luò)打包傳輸經(jīng)客戶瀏覽器解釋生成三維場(chǎng)景。學(xué)生不僅可以在圖書館三維場(chǎng)景中感受虛擬圖書館的藏書環(huán)境，感受真實(shí)氛圍，還可以通過音源位置、傳播方向等圖書館內(nèi)空間屬性感受虛擬圖書館的高低有別、遠(yuǎn)近有序的虛擬三維立體音效。
1虛擬圖書館場(chǎng)景模型設(shè)計(jì)
論文利用3DMAX和VRML仿真立體藏書環(huán)境，讀者在虛擬空間中通過鼠標(biāo)和鍵盤選擇學(xué)科領(lǐng)域，控制移動(dòng)方向，融合視頻、動(dòng)畫效果，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)漫游和360度全景展示，宛如沉浸在真實(shí)世界。
1.1閱覽室建模
閱覽室是圖書館的基本部分，包含大門、地板、天花板、墻壁、落地窗戶等。首先根據(jù)閱覽室布局，利用3DMAX 選擇要建立模型建筑的幾張圖片用于分塊拼合，再對(duì)模型各個(gè)面進(jìn)行渲染到與現(xiàn)實(shí)比較相近的三維模型，導(dǎo)入VRML編輯器。
1.2書架建模
本文書架建模采用圖像紋理映射方法,將圖書封面貼圖做在書架上。在建模時(shí)采用幾何面造型法和節(jié)點(diǎn)造型法，將節(jié)點(diǎn)造型厚度設(shè)置為略小于書架厚度，然后將其放入單個(gè)的書架內(nèi)，無需使用rotation進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，即可得到雙面效果，同時(shí)也可以避免使用幾何面造型法計(jì)算坐標(biāo)的復(fù)雜度。
1.3人物建模
為增加真實(shí)性，圖書館場(chǎng)景設(shè)立圖書管理員和借閱學(xué)生。人物建模較為復(fù)雜，面部是人物建模的重點(diǎn)，面部模型越精細(xì)逼真感越強(qiáng)。面部建模包括了顴骨、鼻骨、眉骨、下額骨等大致走向［3］。首先在PS草圖中繪出人物大致形態(tài)，使長(zhǎng)寬和高度一致，然后導(dǎo)入3DMAX。在建模時(shí)，全程采用拖拉并點(diǎn)方式，將分開的點(diǎn)焊接，逐步勾勒面部各個(gè)器官形態(tài)，如圖1。
1.4座椅建模
座椅建模屬于不規(guī)則四面體建模,書桌和椅子木制造型是由節(jié)點(diǎn)制作，然后使用復(fù)用機(jī)制，以達(dá)到減少重復(fù)工作量的目的，使用了幾何面IndexFaceSet節(jié)點(diǎn)完成建模工作，如圖2所示。
1.5模型組合
虛擬圖書館通過幾何建模和行為建模兩種方式構(gòu)建藏書環(huán)境。將上述場(chǎng)景元件，如桌椅、書架、人物造型等，生成*.wrl文件。VRML通過定義節(jié)點(diǎn)類型，如顏色、光照、視點(diǎn)、動(dòng)畫定時(shí)器、朝向等屬性［45］，繪制好后再經(jīng)文本編輯器實(shí)時(shí)調(diào)整模型，達(dá)到與真實(shí)藏書環(huán)境相似的效果，經(jīng)瀏覽器解析生成仿真場(chǎng)景，如圖3所示。
2虛擬場(chǎng)景漫游機(jī)制與原理
虛擬場(chǎng)景空間基本組成單元是計(jì)算機(jī)幾何模型，所生成的場(chǎng)景可以根據(jù)觀察點(diǎn)、觀察方向等參數(shù)合成得到，以此方便直觀地實(shí)現(xiàn)漫游效果。本文中漫游拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)定間距為100×40網(wǎng)格，漫游相機(jī)設(shè)定節(jié)點(diǎn)高度為1.6 m，接近成年人行走視距高度。虛擬圖書館場(chǎng)景建立需把得到的每個(gè)全景圖都作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)空間相應(yīng)視點(diǎn)位置關(guān)系組織虛擬圖書館場(chǎng)景。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)還可以與其他節(jié)點(diǎn)建立連接關(guān)系，能使用戶漫游時(shí)進(jìn)行前進(jìn)、后退、環(huán)視和轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作，達(dá)到真實(shí)漫游效果。漫游行走相機(jī)如圖4所示。
3三維書籍實(shí)現(xiàn)
本文目的是利用Flash3D開發(fā)交通運(yùn)輸行業(yè)三維書籍，根據(jù)中圖分類號(hào)對(duì)書架進(jìn)行規(guī)劃，涉及道路工程、交通安全控制、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。仿真書籍利用鼠標(biāo)移動(dòng)模擬三維翻頁效果，讀者可以在線做標(biāo)記、畫重點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)快速定位、電子書簽等功能。
3.1三維書籍仿真
Flash 3D在保留原Flash交互功能的同時(shí)，將建模文件通過客戶端場(chǎng)景瀏覽器解釋實(shí)現(xiàn)三維模擬和立體仿真［67］。首先對(duì)三維書籍的封皮、封尾、書脊和頁面建模，利用 Transform節(jié)點(diǎn)Translation域保證每頁圖書兩面貼圖都置于Box節(jié)點(diǎn)兩面上；并綁定接觸傳感器TouchSensor節(jié)點(diǎn)，通過位置插補(bǔ)器和時(shí)間傳感器完成翻頁動(dòng)作效果。如圖5所示。
三維圖書閱讀功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵代碼如下：
DEF fengpiTransform{……}
DEF:F shutouch TouchSensor
DEF:F shuclock TimeSensor{··…}
DEF shu0rientationInterpolator OrientationInterpolator{……}
DEFshucontrol Script{
field SFBool isOpen FALSE
eventIn SFTime bookClicked
eveut0ut SFTimebookOpening
eveut0ut SFTimebookClosing
url“javascript:function bookClicked(value,timeStamp){
if(i sOpen){isOpen = FALSE;bookClosing=value;}
else{isOpen=TRUE;bookOpening=value;}}
3.2文字識(shí)別
為方便學(xué)生對(duì)仿真書籍作標(biāo)簽和劃重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)文字的復(fù)制粘貼操作，本文采用校正圖像分割方法實(shí)現(xiàn)對(duì)書籍的文字識(shí)別。在識(shí)別前，先對(duì)傾斜三維書籍頁面圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以便圖像分割。根據(jù)正常書籍圖像和當(dāng)前文字傾斜位置計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角β。設(shè)將傾斜三維書籍圖像f(x,y)繞坐標(biāo)原點(diǎn)O(0,0)旋轉(zhuǎn)角度為β，則圖像旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)為f(x′,y′)，有式(1)：
本文使用投影法來取得三維書籍在水平和垂直方向的點(diǎn)位標(biāo)記塊和交叉點(diǎn)的位置。三維書籍圖像糾正方基于數(shù)學(xué)模型模擬糾正前后三維書籍圖像，從而能得到對(duì)應(yīng)三維書籍像素之間變換關(guān)系。設(shè)f(u,v)為原三維書籍圖像， f(x，Y)為畸變?nèi)S書籍圖像，兩者之間的變換關(guān)系為θ，即：
為解決書籍拉伸、壓縮、旋轉(zhuǎn)誤差導(dǎo)致文字識(shí)別偏差，使用線性變換提高識(shí)別的準(zhǔn)確度。線性變換模型為：
最后，結(jié)合線性變換模型生成上述多項(xiàng)式系數(shù)，利用三維書籍像素點(diǎn)和畸變點(diǎn)間對(duì)應(yīng)關(guān)系完成對(duì)三維書籍圖像的矯正。識(shí)別算法代碼如下:
douhle KK,GG;//KK,GG為原始圖像高度和寬度
KK=(mymax-mymin) *m_Hpix/(0.0254*m_scale);
GG=(mxmax-mxmin)*m_Vpix/(0.0254*m_scale);
switch(m_Resample.m_RSflag)
?。踓ase 1:hNewDIB=(HDIB)Nearest(int(KK),
int(GG),1pDIB,kuan,gao); break;
case 2:hNewDIB=(HDIB)Bilinear_Resample
(int(KK),int(GG),1pDIB,kuan,gao);break;
case 3:hNewDIB=(HDIB)Cubic一esarreple
(kuan,gao,lpDIB,kuan,gao);break;
4后臺(tái)管理設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
在虛擬圖書館系統(tǒng)中，管理員通過后臺(tái)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬圖書館書籍和用戶賬號(hào)的管理與控制。例如對(duì)圖書信息、圖書類別、用戶信息、用戶留言等操作，系統(tǒng)功能流程圖如圖6所示。
?。?）圖書管理
可對(duì)書名、作者、出版社、ISBN號(hào)等屬性進(jìn)行詳細(xì)錄入，并按照用戶漫游時(shí)的圖書分類號(hào)分類添加，通過后臺(tái)上傳書籍封面從而實(shí)現(xiàn)對(duì)書架中書籍的添加和更新。
?。?）用戶管理
在查找用戶個(gè)人信息時(shí)，需在用戶user表中的用戶名與輸入的關(guān)鍵字通過LIKE運(yùn)算模糊匹配，從而篩選到需要查找的具體用戶。
5結(jié)論
本文開發(fā)交通運(yùn)輸行業(yè)三維虛擬圖書館和配套書籍資源，讀者可以在三維仿真空間移動(dòng)，足不出戶便可像在真實(shí)圖書館中閱覽書籍，具有基礎(chǔ)性、公益性、普惠性和戰(zhàn)略性特征［8］，是交通類職業(yè)院校專業(yè)建設(shè)的成果，是交通運(yùn)輸行業(yè)文化積累的成效，為增強(qiáng)學(xué)?？萍挤?wù)能力，改善行業(yè)創(chuàng)新環(huán)境提供了強(qiáng)有力支撐。
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