基于点云、三维模型的交互式虚拟博物馆漫游系统设计

基于点云、三维模型的交互式虚拟博物馆漫游系统设计

陈邦泽;杨晓波;郭霖蓉;曹海龙

【摘要】运用三维激光扫描技术获得博物馆内部点云,并在此基础上用3ds Max 建立博物馆三维模型、进行材质贴图、灯光、摄像机和烘焙等工作,随后将模型导入VRP实现交互式虚拟博物馆系统的开发.馆藏文物用手持式非接触三维激光扫描仪进行扫描并加工处理后得到真实的三维数字文物模型.为保证效率和效果,利用LOD算法对建立的复杂模型进行简化.所设计的虚拟漫游场景,用户不仅可身临其境从多个视角观察整个场景,并可通过键盘、鼠标和距离触发观赏博物馆中的文物,实现了虚拟场景的人机交互控制.系统交互性良好,沉浸感强,可多角度、多种方式、多人称自主漫游博物馆并可近距离观察研究馆藏文物.%In this paper,the 3D laser scanning technology is used to obtain the interior point cloud of museum.And on this basis,3dS Max is used to establish a 3-dimensional model of the museum to complete texture mapping,baking and so

on.Then the model is imported into VRP to develop an interactive virtual museum system.Cultural relics are collected and scaned by using hand-held non-contact 3d laser scanner,and then processed.The true 3-dimensional digital cultural relic model is then established.In order to ensure the efficiency and effectiveness,the LOD algorithm is used to simplify the model.In virtual roaming scene designed by us,user can observe personally on the scene from multiple perspectives,can also watch the cultural relics through the keyboard,mouse and distance

trigger.Artificially interactive computer control of virtual scene is realized.System interaction is good,holds strong sense of immersion,multi

angle,multi way,multi person autonomous roaming Museum,collection of cultural relics can be observed at close range.

【期刊名称】《实验室研究与探索》

【年(卷),期】2017(036)005

【总页数】5页(P84-87,173)

【关键词】虚拟现实平台;三维模型;细节分层;虚拟现实;交互

【作者】陈邦泽;杨晓波;郭霖蓉;曹海龙

【作者单位】西藏民族大学教育学院,陕西咸阳712082;西藏民族大学西藏光信息处理与可视化技术重点实验室,陕西咸阳712082;西藏民族大学信息工程学院,陕西咸阳712082;西藏民族大学西藏光信息处理与可视化技术重点实验室,陕西咸阳712082;西藏民族大学信息工程学院,陕西咸阳712082;西藏民族大学西藏光信息处理与可视化技术重点实验室,陕西咸阳712082;西藏民族大学信息工程学院,陕西咸阳712082

【正文语种】中文

【中图分类】TP391.9

虚拟现实(Virtual Reality)是一种利用计算机等高科技技术生成的虚拟仿真系统，用户借助一些设备与之交互，从而产生身临其境的视、听、触觉等的感受和体验。这种系统可是一个真实的现实世界的虚拟展示，也可是一个构想的虚幻世界。虚拟现实平台(Virtual Reality Platform， VRP)是由中视典公司独立开发的一款虚拟现实软件。

交互式虚拟博物馆漫游系统的构建分为馆体的构建、馆内设施的构建、馆内文物的

三维数字重建和交互式虚拟漫游等。馆体的构建是通过三维激光扫描技术获得博物馆内部的点云，并在点云的基础上通过3ds Max进行建模。3ds Max不仅具有强大的建模和材质贴图功能[1]，而且还能完美地与VR_Platform进行兼容，这些使得交互式虚拟漫游系统得以实现。

为实现博物馆虚拟现实系统的逼真效果，首先通过三维激光扫描仪对博物馆内部进行扫描得到博物馆的真实尺寸点云数据，同时对博物馆内部细节进行拍摄高精度照片，以建立真实模型所需的材质贴图库。馆内文物的三维数字重建也是通过三维激光扫描技术获得。在点云数据的基础上利用3ds Max进行馆体三维模型的建立。模型制作完成后将3D模型导入VRP平台，进行界面设计和脚本设置，从而实现交互漫游的目的。系统设计流程见图1。

三维激光扫描技术能够快速、无接触、主动地、高密度、高精度、快速而有效地获取激光点云( Points Cloud)，基于激光点云的重建技术在文物保护、古迹还原、建筑监测、虚拟漫游、数字化城市等诸多领域被广泛应用。三维激光扫描仪对目标建筑物进行全面的立体扫描，从扫描仪内部射出的高频率激光束射到建筑物上获得建筑物表面上的点的空间位置坐标，通过多站点测量得到一系列点云，各站之间必须有一定的重叠区域，然后通过软件对多站点的点云进行配准，从而得到建筑物全部的完整的空间信息。本文利用Trimble TX5三维激光扫描仪对本校博物馆的内部进行了扫描。经过配准拼接删除噪点之后得到博物馆的内部完整点云，见图2。

3.1 在3ds Max 中建立实体模型

由于场景较大，在建立模型时可将博物馆分为几个部分分别建模，然后再将这些模型合并拼接起来。实际制作中将博物馆分为展厅、走廊、楼梯三部分分别建模，最后这三部分模型合并到同一个3ds Max文件，并按照点云显示的位置将它们摆放拼接，如此完成整个场景的模型构建。

(1) 馆体的构建。将博物馆的内部点云通过其他软件进行格式转换之后导入3ds