三维场景及鱼类实物三维标本展示系统研究

论文摘要

鱼类标本作为重要的科研资源在分类学、渔业资源学等领域中一直有着广泛应用,通常鱼类标本经甲醛稀释液保存后存在易变形、褪色的通病,难以长期保存,同时受标本存放地限制参观访问量相对有限,所以,当务之急是寻找更合适的鱼标本展示方法,实现标本资源的充分利用。随着网络技术的发展,虚拟现实技术作为二十一世纪末的新兴技术已经广泛应用于虚拟旅游、虚拟电影、虚拟校园、虚拟展示等领域,Web3D是基于Internet的、依靠软件技术实现的桌面级虚拟现实技术,在Web中能创造出真实和引人入胜的虚拟造型和场景,web3D作为虚拟现实技术的主要代表之一,通过将三维技术与Web相结合,克服了以前在二维空间,沉浸感不强、不能实时交互等缺点,引起各界人士的广泛关注。与沉浸式虚拟现实相比,Web3D能以较低的成本获得一定程度的虚拟体验。基于web3D技术的虚拟三维标本与传统的实物标本相比具有很多优势,首先采用三维数字化技术能以更为真实的色彩、形体来替代浸制标本,其次虚拟场景还能免去标本场馆建设和标本保存液、器皿购置等大宗开支。再次,无论在标本制作、保存、更新维护、受众数量等方面均具无可比拟的优势,极具推广价值和良好的应用前景。本文首先从理论层面,对虚拟现实技术和标本展示进行分析研究,针对几种Web3D技术进行比较分析,对鱼类标本虚拟展示方法和传统展示方法进行分类和比较,提供了三维鱼标本展示方法的选择依据。对网上三维建模技术与传统三维建模技术进行比较分析,找出两种造型方法,即Strata Foto3D建模和3dsmax建模,做出鱼类标本三维模型,构建包含虚拟三维标本、标本展馆等所需要的物品和场馆,以虚拟场景构造的流程为线索,运用“虚实”结合的方法实现了复杂静态模型的创建,针对虚拟场景建模时普遍存在逼真度和显示绘制实时性的矛盾,给出了模型设计时的一些原则,探讨了虚拟现实漫游系统中用户与场景之间的交互功能的实现,提出了Unity3D交互方式,解决了标本及场景立体展示,全方位观察的问题,并且能够实现全景漫游。给出了一个鱼类标本展示平台设计流程,并对实现过程进行了阐述,通过对三维场景的全方位浏览、动画展示、视频播放、全景漫游等展示项目,验证了展示方法的可行性,该研究成果较好地解决了基于web3D的鱼标本及项目汇报展示中涉及的关键问题,具有很好的应用价值。系统采用三维数字化技术,实现了鱼类标本原色三维图像的展示,并通过Internet Web发布,使浏览者以身临其境的感受畅游数字化标本馆,通过W,A,S,D四个键值结合鼠标操控拣选目标标本,实现了鱼类标本原色三维模型含缩放、平移、三维翻转、体表生物学测量等功能的网络展示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 WEB3D技术定义及发展
• 1.1.1 Web3D技术定义
• 1.1.2 Web3D技术发展历程
• 1.2 WEB3D技术特点及应用
• 1.2.1 Web3D技术特点
• 1.2.2 Web3D技术的广泛应用
• 1.3 几种WEB3D技术介绍
• 1.3.1 ViewPoint技术
• 1.3.2 Haptek技术
• 1.3.3 Java3D技术
• 1.3.4 ShockWave3D
• 1.3.5 Adobe Atmosphere
• 1.3.6 Cult3D
• 1.3.7 Unity3D
• 1.3.8 VRML
• 1.4 WEB3D作品的流程选择与运用
• 1.4.1 Web3D作品流程选择
• 1.4.2 运用
• 1.5 论文的研究背景、目的与意义
• 1.6 论文研究的主要内容及方法
• 1.6.1 论文研究的主要内容
• 1.6.2 研究方法
• 第二章 鱼类三维标本的构建及虚拟展示
• 2.1 鱼标本生物学信息
• 2.1.1 青鱼
• 2.1.2 草鱼
• 2.1.3 白鲢
• 2.1.4 鳙
• 2.1.5 暗纹东方纯
• 2.1.6 中华绒螯蟹
• 2.1.7 鳜鱼
• 2.1.8 鳇鱼
• 2.1.9 史氏鲟
• 2.2 基于STRATA FOTO3D鱼类三维标本的构建
• 2.2.1 鱼标本有效信息的提取
• 2.2.2 鱼标本三维模型的构建
• 2.2.3 鱼标本模型文件转化
• 2.3 基于STRATA LIVE3D的三维标本虚拟展示界面设计
• 2.3.1 三维鱼标本的修饰加工及虚拟发布
• 2.3.2 三维鱼标本界面展示
• 2.4 虚拟展示模式与传统展示模式比较及3D与WEB3D比较
• 第三章 三维虚拟场景构建
• 3.1 虚拟场景平面图绘制
• 3.1.1 Autocad概述
• 3.1.2 实物场景的实地测量
• 3.1.3 基于Autocad的平面图绘制
• 3.1.4 数据文件转换
• 3.2 基于3DS MAX的三维场景的构建
• 3.2.1 3DS MAX概述
• 3.2.2 3DS MAX中模型创建的步骤
• 3.2.3 3DS MAX中建模方法
• 3.2.4 三维虚拟展馆构建
• 3.2.5 三维鱼标本模型文件的修饰
• 3.3 建模软件的比较选择及建模原则
• 3.3.1 建模软件的比较选择
• 3.3.2 3dsmax建模的基本准则
• 第四章 三维场景交互漫游的设计实现
• 4.1 UNITY3D概述
• 4.2 室内漫游场景设计描述
• 4.3 三维模型的导入
• 4.4 虚拟场景的纹理贴图方法及灯光布置
• 4.5 TERRAIN的绘制及树木的添加
• 4.6 程序设计及功能实现
• 4.6.1 三维鱼标本指定显示功能及三维鱼模型的调用
• 4.6.2 书本动画效果及图片信息展示功能
• 4.6.3 视频信息播放功能
• 4.6.4 GUI界面操作信息展示
• 4.6.5 第一人称视角方式漫游功能的实现
• 4.6.6 html格式文件生成及功能实现
• 4.7 软硬件平台选择
• 4.7.1 硬件平台选择
• 4.7.2 软件平台选择
• 4.8 主要技术及解决方案
• 4.8.1 第一人称摄像机控制类
• 4.8.2 Unity3d和Javascript通信方法
• 4.8.3 布局类
• 4.8.4 鼠标定位与图片展示关系的描述
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢