機構博物類資源數字化服務系統的設計與實現

林綺屏

（華南師范大學圖書館，廣東廣州510631）

機構博物類資源數字化服務系統的設計與實現

林綺屏

（華南師范大學圖書館，廣東廣州510631）

〔摘要〕分析機構成員產出的藝術作品、標本、各種設計實物模型等博物類智力產品，在管理和共享傳播方面存在的問題。探索一種有效的博物類數字化資源組織與展示方式，建設一個可動態布展的機構博物類數字化資源建設系統，對這些資源的數字化對象進行收集、傳播與共享，以提升它們在學術成果交流中的作用。已完成原型系統的建設，實現作品提交、動態布展與發布、交互展示等功能，系統試運行中，包含50多個作品的場景在普通PC或移動設備上均可實現流暢的交互。

〔關鍵詞〕博物資源；機構庫；數字化系統

1　問題的提出

機構庫是收集和保存大學等學術機構成員智力產品的數字館藏[1]，以及向機構成員提供用于管理和傳播機構及成員所創造的數字資源的服務集合[2]。機構成員的智力產品除了著作類成果外，還有大量實物類成果作品。著作類產品經過高度符號化，表現為期刊論文、學位論文、會議論文、研究報告、專著等相對統一的形式，有成熟的共享傳播渠道和較完善的收藏和管理機制。實物類（以下統稱為博物類）智力產品，如成員設計的藝術作品、制作的標本、實驗實物模型、工業設計模型、各種攝影作品、書畫作品、學生畢業設計作品等，其表現形式千變萬化。共享傳播渠道受到各種因素的限制，收藏和管理機制也有待完善。如美術、工業設計等專業的畢業生作品，往往由于場地等因素的限制未能得到有效的展示，這些作品也未能像其它普通專業的畢業論文一樣，得到機構的統一收集、保存和共享。人們通過網絡對這類信息的獲取也逐步由閱讀型轉變為感受型[3]。在數字圖書館數字資源建設中嘗試融合博物類資源的案例并不鮮見，如歐洲虛擬博物館（Europeana），世界數字圖書館，德國圖書館檔案館和博物館門戶（BAMP），丹麥文化搜索（NOKS），俄羅斯國家數字圖書館，澳大利亞國家圖書館等，都在不同程度上加入博物館類資源的建設[4]。

成員創作的博物類作品同樣是機構的智力產品，是研究成果的另一種表現形式。在有些學科或專業中比著作類產品能更加貼切表達智力研究者的思想和創意。現有的機構知識庫建設主要是圍繞著機構成員著作類智力產品進行建設，博物類智力產品子庫的建設仍處于探索階段。本文將通過分析博物類資源的特點，探索一種有效的博物類資源組織與展示方式，以提升成員實物類智力產品在推動學術成果交流以及教學科研方面發揮的作用。

2　機構博物類資源的特點及其數字化建設存在的困境

2.1機構博物類資源的特點與展示要求

博物類作品主要以作品的原創實物方式存在，有些只有一個復件，且不可復制。作品數字化展示共享過程中對作品的形狀、顏色、材質、紋理等屬性的表現有較高要求，并需要一定的環境襯托。同時還要求能對作品進行多角度或全方位展示、多個作品同場組合展示，組合展示時能對場景內每個展示對象均可被單獨識別和操作，并可實現實物與描述信息的關聯。

2.2機構博物類資源數字化建設存在的困境

實物作品表現形式多樣，難以采用統一的方式進行批量數字化。而且出于對作品保護考慮，往往難以批量集中給外部機構統一進行數字化處理。不同作品在表現形上的差異決定了其數字化對象的展示方式和要求也有所不同，如字、畫等平面類的作品，可以用拍照或掃描的方式即可實現較好的展示效果，雕刻類作品需要對作品的不同角度作全位的展示，機械模型類的作品可能還要對內部結構展示等。

雖然有些作品在設計過程中是用軟件工具設計，其數字化對象在作品實物產生之前已產生，但不同作者不同類型作品可能采用不同的數字化對象格式，制作的規范不盡相同，使得資源的整合與管理存在一定的困難。

目前網上數字博物館建設中，由于制作成本、制作技術、管理方式等原因，通常只對少數有代表性的作品/藏品制作包含各種互動內容、可全方位展示的模型或場景，作為特色展示服務，而對大多數作品的展示采用文字描述和二維照片的統一條目方式展示。而機構成員制作各種博物類作品都有其特色，有其不同的學術和研究價值，這種單一的條目展示不能充分體現每件博物作品的特點，達不到應有的作用。

3　目前網上數字博物館采用的展示技術

3.1目前博物展示的主流技術

根據展示對象的不同，目前博物展示技術主要采用二維圖像、視頻、動畫、網絡三維等展示技術。網絡三維展示始于20世紀90年代未，經過十多年的發展，網絡三維展示技術逐步走向成熟，WebGL技術的出現及其應用的普及，使得三維網絡展示技術的應用出現新的高峰。WebGL完美地解決了現有的Web交互式三維動畫的兩個問題：第一，作為一種新興的Web技術，WebGL向瀏覽器添加了基于硬件加速的3D圖形功能，且用戶無須安裝附加軟件；第二，它利用底層的圖形硬件加速功能進行圖形渲染，并通過統一的、標準的、跨平臺的OpenGL接口加以實現[5]。從實現的技術特點分，網絡三維展示技術主要分為兩個大方向：二維圖像三維視覺模擬技術和真實三維模型展示技術[6]。二維圖像三維視覺模擬技術一般應用于對細節和內部結構表達要求不高的外觀或整體效果的展示場合。如：360度全景圖、實景三維地圖、Flash三維動畫等。真實三維模型展示技術可實現任意角度展示、場景漫游等豐富的交互。如：VRML、Java3D、Cult3D、TutnTool、Unity3D、ViewPoint、Adobe Atmosphere、WebGL等。

3.2兩種網絡三維展示技術比較

表1　兩種網絡三維展示技術比較

4　系統的設計

4.1目標與技術路線

利用HTML5＋CSS3＋WwbGL＋JavaScript＋JSP技術，建設一個開放式的博物數字化系統，系統采用場景集中展示與單個展品詳細展示相結合的方式，以充分體現實物作品展示的特點，又能方便實現信息的搜索發現與關聯。提供友好的用戶操作界面，機構成員通過簡單的制作步驟即可實現對其創作作品的數字化，并通過系統進行提交、展示與共享。通過系統的建設與應用，促進機構博物類作品資源的收集、分享傳播與永久保存。

4.2總體框架

圖1　系統總體框架

作為機構資源庫子庫的建設與展示交互系統，在信息描述上與總庫采用一致的數據結構和數據標準，通過元數據接口實現子系統與機構總庫之間的數據同步與關聯。如圖1所示，系統分為3個層次：基礎數據層、業務邏輯層、用戶交互層。

在基礎數據層的設計上，作品屬性數據信息與作品實物數字對象分離，單獨組織與存放。作品實物數字對象以實物媒體對象屬性進行標識，通作品對象惟一標識號實現屬性信息與媒體對象的雙向關聯。

布展參數庫保以參數方式保存用戶布展的結果，展示模塊通過布展參數可實現展覽場景的重現與交互。

用戶通過用戶交互層的界面提交用戶請求，業務邏輯層負責接收并解釋來自用戶層的業務請求，調用相應的業務邏輯功能模塊。業務邏輯模塊接收到請求后，根據需要調度基礎數據層的數據，并對數進行計算、過濾、邏輯組合等處理，把處理結果返回到回用戶交互層，用戶層根據返回的結果對用戶界面和各信息域做出相應的更改，從而實現數據提交、布展、場景交互、后臺管理等各種交互和業務請求。

5　關鍵問題及解決方案

5.1獨立提交的作品在場景中組合展示

博物類作品展示的一大特點是在場景中組合展示，目前很多線下主題數字博物館充分利用虛擬現實的各種新技術實現娛樂性、沉浸性和互動性相結合，提高用戶體驗，加深用戶對展品的印象。但這些展示制作規模大，周期長，成本高，且場景展示系統封閉，一次過成型，難以修改和擴展，作品對象在不同場景中不可重用。

機構中成員作品不斷產出和更新，制作經費有限，很難做到像線下主題數字博物館中的虛擬現實大場景交互展示。而且大場景經封裝后，文件往往較大，不適合在互聯網環境下應用。

本系統采用對象動態加載技術，實現作品對象與展館場景的動態組合，從而實現獨立提交的單個作品對象與展館場景及其它作品對象的組合同場展示與交互。只要符合本系統制作規范的對象都可以應用到不同的展示場景中。作品制作展示流程，如圖2所示。

為了實現統一展示，場景采用多角度的二維圖像模擬三維視覺的技術，單個對象詳細展示以WebGl三維對象技術為主，支持多種媒體技術并存。

提交到系統的每個作品包含以下幾個方面的信息：作品的描述信息、作品的屬性信息、作品各個側面的外形圖像、表現作品外形和結構等信息的各種媒體文件。

作品的描述信息主要對作品進行總體介紹和描述。

圖2　作品制作展示流程

作品的屬性信息包括作品的作者、制作日期、所屬分類、主題、材質、規格等，在交互過程中可通過這些信息進一步關聯到更多的外部信息。

作品各個側面的外形圖像用于場景組合展示及作品詳細信息展示，每個作品可提交1～8個不同側面的圖像，提交的圖像越齊全，在展示時就越靈活、豐富。在系統處理規范中這些文件的格式幾須為PNG或Gif，以便系統在場景整體展示中的統一處理。

表現作品外形和結構等信息的各種媒體文件可以根據需要選擇是否提交，主要用于作品詳細信息時對該對象的深度交互展示，可以為主流瀏覽器支持的各種媒體格式，如二維圖像、三維圖像、視頻、動畫等。若作品記錄中未提交這些媒體文件，則系統在詳細信息展示中對象媒體展示區域默認輪換展示作品各個側面的圖像。

5.2場景交互過程對象與外部信息的實時關聯

系統對學術成果的知識傳播與交流的功能，還體現在場景交互過程中可根據不同需要及上下文關系，關聯多種來源、多種類別的知識[7]。場景中對象可識別以及對象ID在各個信息域中的有效傳遞，是實現場景交互過程對象與外部信息的實時關聯的關鍵。

場景交互設計中設置兩個層次：場景容器層和交互窗口層，如圖3所示。其中場景內展館對象、作品對象均加載在場景容器中，容器大小設置為場館的大小，每個展品對象為容器的子節點，并由惟一的對象ID標識。交互窗口層為邏輯虛擬層，該層次并不包含任何展品對象，而是浮于場景容器上方。容器內與交互窗口層重疊位置上的對象被映射到交互窗口中，被映射到交互窗口層的對象對用戶可見，否則不可見。某一時刻對象是否可見取決于兩個層次的相對位置。

圖3　場景層次示意圖

在交互過程中處于交互窗口范圍內的對象只要未完合被遮擋，均可被用戶選中。系統根據用戶鼠標點按的位置及交互窗口與場景容器的相對位置計算出是否有對象被選中。若有，則取得該對象的ID，并將該ID傳送至當前用戶的公共數據域中，并向發出信息變更通知。各個信息域的監控程序接收到信息變更通知后，做出相應的響應，驅動相應動作獲取數據并更新各信息域，從而實現信息的實時同步。

PDCA循環也叫戴明循環，是一種廣泛應用于質量管理的工具，它包括P（Plan，計劃）、D（Do，執行）、C（Check，檢查）、A（Action，行動或處置）共4個階段，是一個循環的、持續向上的、永不停止的過程[1-2]。已有較多研究證實，該方法也適用于醫療行業，可用于提高臨床用藥質量、減少醫療差錯[3-5]。

6　系統的主要特點

場景與展品對象分離，采用松散耦合方式組合，實現動態布展。作品對象不需經過復雜的加工，即可提交到系統中，由系統生成該作品的數字化對象記錄，實現信息的共享，并實現在場景中與其它對象進行虛擬實物場景的組合展示。系統內作品對象與場景對象均可實現重用，有效縮短數字化對象制作的周期和成本。對象在場景中相對獨立，容易實現交互過程中與外部系統的動態信息關聯。交互場景效果示例如圖4所示，其中小圖①，用戶選擇了左邊第三個展架中的上面一幅畫，這時在詳細域中顯示該畫的大圖及文字說明。小圖②中選擇了展架中的另一幅畫，這時詳細域中的大圖及文字說明同時作出相應的變化。小圖③從小圖②中間的燈根據同類作品作替換后產生的變化。小圖④選擇的金佛像為立體對象，因此除了在詳細信息域中顯示相應的作品信息外，在交互窗品下方出現不同方向的圖案，點中任一個方向，在場景中即可作出相應變化，本示例從原來的側面變成正面。

系統場景交互功能主要表現為以下幾個方面的特點：

（1）組合展示，整體交互：系統的動態布展功能以邏輯組合的方式進行布展，松散分布的獨立對象，以參數的方式進行調度，從而實現多個作品對象的同場組合展示，用戶在同一場景中對多個作品對象實現整體交互與研究。

（2）作品對象可重用性：系統的動態組合布展技術使得作品對象和背景對象均可實現重用。同一作品可以出現在不同的展示場景中，同一背影對象出可以展示不同主題的作品集。

圖4　交互場景效果

（3）場景對象個體可識別性和可操作性：由于展示場景中的對象與場景背景之間是動態組合，對象之間有獨立的標識和屬性，因此可實現對單個對象的識別與選中，并可對選中對象實現移動、放大、方位變換、信息關聯等操作，細化場景內可深層次交互的信息粒度。

（4）資源內容可持續更新：可通過簡單的步驟加入到原有的展示場景中或替換原有場景中舊版本的對象。

（5）展示場景中實物對象與知識信息的動態關聯：場景與外部系統的開放接口，使得外部信息更新能即時體現在場景交互過程，而不需對場景本身做相應的更改。

7　小結

博物類作品是機構成員智力產品的一個重要組成部分，機構博物類資源子庫數字化系統的建立可促進對機構成員博物類作品的收集、傳播與分享。目前系統已完成原型系統的建設，實現作品提交、動態布展與發布、交互展示等功能。系統試運行中，包含50多個作品的場景在普通PC或移動設備上均可實現流暢的交互。系統的深入開展的推廣需要有專業、高效的團隊進行素材制作。著錄規范和分類規范、數據交換接口等有待進一步完善。

參考文獻

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（本文責任編輯：郭沫含）

Design and Implementation of Digital Resource Service System for Material Objects in Institutional Repositories

Lin Qiping

（Library，South China Normal University，Guangzhou 510631，China）

〔Abstract〕The paper analysed the problems in the management and dissemination of material objects created by community members，such as art works，specimen，design product，etc.An effective organizing mechanism and showing methods is proposed to improve their role in transform of scholarship.A prototype system was built，and individual object could be show separately or be shown together with other objects in any virtual scene created in the system dynamically.

〔Key words〕material object resources；institutional repository；digital system

作者簡介：林綺屏（1970-），女，副研究館員，碩士，研究方向：信息檢索，數據處理與分析，Web3D信息處理技術。

基金項目：廣東省圖書館科研課題“開放web3D技術在圖博整合建設中的應用研究”（項目編號：GDTK1215）成果之一。

收稿日期：2015-10-07

〔中圖分類號〕G250.78

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1008-0821（2015）12-0055-05

DOI：10.3969/j.issn.1008－082 1.2015.12.010