虛擬博物館

由於現今網際網路的普及，使分散在全世界各角落的使用者，皆可利用網路搜尋獲得所需資訊、同時取用博物館開放在網路上之資源。虛擬博物館的出現，讓使用者藉由上網，就可以看到博物館內的各式精選藏品，同時加上與虛擬實境的結合，則讓虛擬博物館功能更加強大。中研院發展了一個以影像為基礎（image-based）的高擬真虛擬環境展示技術，提供使用者在觀看虛擬場景時，有如照片般真實的視覺效果。以下會分環物影片的製作，環物影片與影像的整合，虛擬博物館延伸技術等三方面來簡介中研院在這裡的相關先進技術，並用實例呈現。

基本介紹

• 中文名稱：虛擬博物館
• 類別：科技類

信息技術基礎

虛擬現實技術

虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是二十世紀末出現的一門嶄新的綜合性信息技術，它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、感測器技術等多個信息技術分支，從而大大推進了計算機技術的發展。

虛擬技術分虛擬實境(景)技術(如虛擬遊覽實體博物館)與虛擬虛境(景)技術(如復原生成阿房宮、圓明園等已經湮滅了的建築、構建尚未發掘的秦始皇陵等)兩大類。虛擬現實技術的套用領域和交叉領域非常廣泛。目前成功運用的領域有虛擬現實技術戰場環境、虛擬現實作戰指揮模擬、飛機、船舶、車輛虛擬現實駕駛訓練、飛機、飛彈、輪船與轎車的虛擬製造(含系統的虛擬設計)、虛擬現實建築物的展示與參觀、虛擬現實手術培訓、虛擬現實遊戲、虛擬現實影視藝術等等，由此可見VR技術有著強烈的市場需求和技術驅動。

虛擬現實的關鍵技術可以包括以下幾個方面：

1. 動態環境建模

虛擬環境的建立是虛擬現實技術的核心內容。動態環境建模技術的目的是獲取實際環境的三維數據，並根據套用的需要，利用獲取的三維數據建立相應的虛擬環境模型。三維數據的獲取可以採用CAD技術（有規則的環境），而更多的環境則需要採用非接觸式的視覺建模技術，兩者的有機結合可以有效地提高數據獲取的效率。

2. 實時三維圖形生成

三維圖形的生成技術已經較為成熟，其關鍵是如何實現“實時”生成。為了達到實時的目的，至少要保證圖形的刷新率不低於15幀/秒，最好是高於30幀/秒。在不降低圖形的質量和複雜度的前提下，如何提高刷新頻率將是該技術的研究內容。

3. 套用系統開發工具

虛擬現實套用的關鍵是尋找合適的場合和對象，即如何發揮想像力和創造力。選擇適當的套用對象可以大幅度地提高生產效率、減輕勞動強度、提高產品開發質量。

4. 系統集成技術

由於虛擬現實中包括大量的感知信息和模型，因此系統的集成技術起著至關重要的作用。集成技術包括信息的同步技術、模型的標定技術、數據轉換技術、數據管理模型、識別和合成技術等等。

J2EE開發技術

J2EE（Java 2 Platform Enterprise Edition）是一種利用Java 2平台來簡化機構組織解決方案的開發、部署和管理相關的複雜問題的體系結構。J2EE技術的基礎就是核心Java平台或Java 2平台的標準版，J2EE不僅鞏固了標準版中的許多優點，例如"編寫一次、隨處運行"的特性，方便存取資料庫的JDBC API、CORBA技術以及能夠在Internet套用中保護數據的安全模式等等，同時還提供了對 EJB（Enterprise JavaBeans）、Java Servlets API、JSP（Java Server Pages）以及XML技術的全面支持。

J2EE使用多層的分散式套用模型，套用邏輯按功能劃分為組件，各個套用組件根據他們所在的層分布在不同的機器上。sun設計J2EE的初衷正是為了解決兩層模式(client/server)的弊端，在傳統模式中，客戶端擔當了過多的角色而顯得臃腫，在這種模式中，第一次部署的時候比較容易，但難於升級或改進，可伸展性也不理想，而且經常基於某種專有的協定—通常是某種資料庫協定。它使得重用業務邏輯和界面邏輯非常困難。現在J2EE的多層企業級套用模型將兩層化模型中的不同層面切分成許多層。一個多層化套用能夠為不同的每種服務提供一個獨立的層，以下是J2EE典型的四層結構：

運行在客戶端機器上的客戶層組件

運行在J2EE伺服器上的Web層組件

運行在J2EE伺服器上的業務邏輯層組件

運行在EIS伺服器上的企業信息系統層軟體

VRML技術

VRML(Virtual Reality Modeling Languange)是虛擬現實建模語言，其發展的初衷就是用來創建基於瀏覽器的、具有實時漫遊特性的虛擬現實場景，它實現了基於B/S結構的客戶端三維動畫和基於對象的用戶互動，從而改變了傳統網頁的單調、 互動性差等缺點。能夠根據不同層次水平的要求來實現虛擬現實技術的“沉浸感”和“互動感”。其技術特點有：

1． 互動性強

用戶可以通過滑鼠和鍵盤來實時操縱場景中的虛擬對象，場景根據瀏覽者的不同而不同。不像傳統的虛擬場景，瀏覽者只能按照預先設定好的“死”路線去瀏覽。而vrml真正實現了對象在虛擬場景中的“任我行”。

2． 網路流量小

由於VRML和HTML一樣，同是一種ACSII的描述語言，它向客戶端傳輸的只是 .wrl格式的文本檔案，即只傳送場景的模型描述，而把動畫的生成放在本地機。這樣既減小了網路流量，克服了現有的圖像傳輸中因大流量引起的網路阻塞問題，又充分利用客戶端硬體資源，實現流暢的3D效果。

3． 多用戶臨場感

不同身份的用戶可以以替身的方式在同一虛擬場景中活動，相互交流，加上立體的視覺效果和3D聲效果支持，真正實現了對現實世界的虛擬。

4． 腳本支持功能

VMRL中的script節點中可以加入多種腳本程式，也可以通過EAI接口與嵌入在網頁中的java Applet進行通信，這樣為實現實時互動及動態情景的產生提供了技術基礎。

VMRL中script節點是java與vrml通信的橋樑，vrml只負責對場景表現的描述和以Route(路由)的方式定向情景表現的順序，而不能決定場景改變的邏輯。因此，當要實現對這種邏輯的支持時，script節點是首選。當與script節點有聯繫的節點發生事件時，事件句柄通過路由傳給script節點的eventIn域，script節點則通過url域中指定的腳本進行相應的處理。url是對網路中一個檔案的定位，它可以是本地檔案系統中的，也可以是Internet上任意可到達的.class檔案，還可以直接包含一段由javascript或vrmlscript寫成的程式代碼。

館藏文物

據統計中國已登記在冊的文物點約有35萬處，收藏於各類博物館當中的文物達1200萬件，每年還有大量的文物出土，但由於受到時間、空間以及保存條件、保護技術等諸多限制，能夠展出和提供研究的文物僅占極少部分。如南京博物院藏品有41萬件，而常年展出的僅有5千件，不足1.25%。如何更好地體現博物館展示、教育和研究的功能，更好服務於社會和大眾，推進博物館的自身發展，是我們面臨的突出問題。隨著信息技術的迅猛發展，通過利用虛擬現實技術、網路技術構築虛擬博物館，打破實體博物館局限性，是大大的擴展博物館的延伸空間，最大限度的拓展博物館功能，滿足社會大眾的多層次多方位需求的有效途徑。

構成

文物數字知識倉庫

文物數字知識倉庫是其它套用平台的基礎，它包含各套用平台所需要的文物高清晰圖像、音頻、視頻、文字資料、三維數據，以及相關研究成果等信息資源有機構成的數位化文物。文物信息資源的保存採用了擴充關係型資料庫，方便各種層次的使用者進行檢索，其優點在海量數據查詢中得到充分體現。文物信息資源數位化知識倉庫可以根據不同的需求，將其保存信息資源進行靈活組合，形成套用功能平台，比如傳播展示平台，學術研究平台等等。也可以根據特殊需求將指定信息資源或有機的信息資源組導出，實現文物信息資源的離線利用，從而避免了因為時期不同需求不同而造成的重複投資，重複建設的現象發生。

文物展示傳播平台

文物展示傳播平台作為虛擬博物館的重要功能之一，打破了實體博物館在時間和空間，以及保存環境與保護技術的局限，針對不同的客群群體，以文物數字知識倉庫為底層支撐，通過網路技術和多數據通道方式開發多種展示和知識傳播方式,加強博物館展示和教育功能的深度與廣度。J2EE技術架構的套用突破傳統文物展示在時間、空間和傳播形式上的限制，結合虛擬現實，多媒體以及文物三維製作技術拓展博物館的展示教育功能。所有數據均來自於文物數字知識倉庫，多種數據的組合適應了不同傳播方式的需求。開展J2EE技術的套用研究，解決高清晰圖象、視頻信息及三維數據的流暢傳輸和高速交換。按照該平台的作用空間分為館內和館外傳播平台。

1．館內傳播平台

（1）大螢幕多媒體文物展示模組：實體博物館內可以設定大螢幕播放系統，作為博物館、文物介紹宣傳的一個特殊手段。登錄虛擬博物館系統後，鎖定該模組即可從文物數字知識倉庫中提取所需信息資源組成高真實度的三維立體數字文物，按照事先設定的順序或者路徑來播放一些因保護措施或者無法移動等原因而不能擺設的文物。

（2）觸控螢幕立體顯示模組：可在實體文物旁邊放置立體顯示觸控螢幕終端，或者在必要的參觀引導處懸掛立體顯示設備，登錄上虛擬博物館系統後鎖定與該文物相關觸控螢幕子模組，即可讓參觀者與該數字文物進行互動，隨意從任何角度多種精度觀賞高真實數字文物，並能獲取大量平時無法從實體文物中獲取的信息。且當鎖定該文物的觸控螢幕子模組後，該文物的輔助立體顯示設備上只能顯示與該文物相關的信息，參觀者無法解除鎖定狀態，只有管理員具備解鎖功能。現有立體顯示技術分為主動立體顯示和被動立體顯示方式；主動立體顯示技術如，基於傳統CRT顯示器的液晶開關眼鏡立體顯示系統；被動立體顯示技術如：紅藍立體顯示，偏振光立體顯示器或者偏振光立體投影系統等，偏振光立體投影系統支持多人觀看。

2．館外傳播平台

（1）文物虛擬展覽模組：在任意地點通過網際網路登錄上虛擬博物館系統，進入該模組後，即可在眾多參觀者面前展示出與真實博物館相差無幾的虛擬博物館。該模組用三維虛擬功能，將博物館建築及館藏進行一次實景複製，製作出完整的虛擬博物館。講解員或者操作人員可以在該虛擬博物館中隨意漫遊，或者事先設定好一定的路逕自動漫遊。虛擬博物館場景中的文物都為與實體博物館中真實存在的文物相對應的高真實度數字文物，講解員或操作員可在任何時候“走近”該數字文物，點擊觸發後即可通過系統內部數據通道調出該文物的觸控螢幕立體顯示子模組，展示該文物更加詳盡的信息。通過該模組所顯示效果與真實博物館所見並無多大差別。此虛擬博物館可“搬”出去做巡迴展出，能最大限度地發揮博物館的知識傳播作用。且由於展品和場景全部存在於伺服器中，可以不受時間、地點限制進行展示，沒有被毀壞、被偷竊的危險。

（2）文物數據知識倉庫資源導出模組：該模組可將指定文物的數字信息整合導出形成一個離線式的子互動系統，並可刻錄入數據光碟進行分發，郵寄，使博物館的知識傳播更具多樣性。

（3）移動數字設備接入模組：基於J2EE技術架構，結合移動通訊3G技術虛擬博物館可以支持移動數字設備，如手機、PDA等。在手持設備接入模組提供的統一數據格式，統一數據接口的標準下，大多數手持設備，都可以作為虛擬博物館的瀏覽載體。該模組會對不同的移動數字設備提供不同的服務內容和檔案格式。

3．文物學術研究平台

文物學術研究對數字文物的精度提出了更高的要求，並對交流溝通也提出了相應的要求。處於不同地域的專家學者登錄學術研究平台後，可以聚集在同一個學術研究頻道內，選擇一個數字文物進行研究和遠程交流。該平台包括數字文物信息資源獲取和遠程互動，取得控制權的專家可以對研究對象進行翻轉、放大縮小，以及相關信息資料的提取等操作，參與交流的專家可通過遠程終端實時觀看數字文物的變化過程，並通過語音或者文字參與討論，所有觀點和看法都會實時保存在伺服器上，以備專家學者日後重現評論現場，必要時更可導出數據便於線下參考。

該平台區別與其他平台的一個重要特性是能提供多種研究用途的可調精度的文物信息資源，並且具備自適應能力，隨著專家學者的操作自動調節，不會出現放大失真的現象，更不會出現三維模型表面貼圖和紋理達不到研究需求的現象。形象來說，當專家學者要對某文物一定區域表面的材質和紋路進行研究考證時，本平台就有特定的技術手段提供出該區域與現實中同等條件下毫無二致的文物基礎信息，以達到研究的目的和需求。