交通運輸行業三維閱覽平臺和書籍資源庫建設*

李 鋒，蔡 臻，卓勝達

(廣東交通職業技術學院，廣東 廣州 510650)

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交通運輸行業三維閱覽平臺和書籍資源庫建設*

李 鋒，蔡 臻，卓勝達

(廣東交通職業技術學院，廣東 廣州 510650)

著眼于交通運輸行業三維虛擬圖書館和配套電子圖書資源庫建設，利用3DMAX和VRML虛擬立體藏書環境，基于Flash3D開發三維虛擬書籍，采用校正圖像分割方法實現對書籍文字識別，融合動畫效果和多點漫游實現360度全景展示，改變文化信息保存、管理、傳播、使用的傳統方式和手段。

虛擬現實；虛擬圖書館；VRML；3DMAX；交通運輸

0 引言

“十二五”期間，我國交通類職業院校歷經國家骨干院校建設和課程改革，沉淀積累了大量圖書文獻資源，但由于缺少發布平臺和共享機制，院校之間的分散性、孤立性和不規范性直接影響到圖書資源的使用效益。另一方面，信息時代交通運輸行業學生對圖書資源需求越來越大，專業性也越來越強，因此，建設能反映高校學科重點和專業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、交互性和易擴展性等優點[1-2]。本文利用VRML構建虛擬藏書環境，通過網絡打包傳輸經客戶瀏覽器解釋生成三維場景。學生不僅可以在圖書館三維場景中感受虛擬圖書館的藏書環境，感受真實氛圍，還可以通過音源位置、傳播方向等圖書館內空間屬性感受虛擬圖書館的高低有別、遠近有序的虛擬三維立體音效。

1 虛擬圖書館場景模型設計

論文利用3DMAX和VRML仿真立體藏書環境，讀者在虛擬空間中通過鼠標和鍵盤選擇學科領域，控制移動方向，融合視頻、動畫效果，實現多點漫游和360度全景展示，宛如沉浸在真實世界。

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，再對模型各個面進行渲染到與現實比較相近的三維模型，導入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。在建模時采用幾何面造型法和節點造型法，將節點造型厚度設置為略小于書架厚度，然后將其放入單個的書架內，無需使用rotation進行坐標旋轉，即可得到雙面效果，同時也可以避免使用幾何面造型法計算坐標的復雜度。

1.3 人物建模

為增加真實性，圖書館場景設立圖書管理員和借閱學生。人物建模較為復雜，面部是人物建模的重點，面部模型越精細逼真感越強。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，使長寬和高度一致，然后導入3DMAX。在建模時，全程采用拖拉并點方式，將分開的點焊接，逐步勾勒面部各個器官形態，如圖1。

1.4 座椅建模

座椅建模屬于不規則四面體建模,書桌和椅子木制造型是由節點制作，然后使用復用機制，以達到減少重復工作量的目的，使用了幾何面IndexFaceSet節點完成建模工作，如圖2所示。

圖2 座椅建模圖

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建藏書環境。將上述場景元件，如桌椅、書架、人物造型等，生成*.wrl文件。VRML通過定義節點類型，如顏色、光照、視點、動畫定時器、朝向等屬性[4-5]，繪制好后再經文本編輯器實時調整模型，達到與真實藏書環境相似的效果，經瀏覽器解析生成仿真場景，如圖3所示。

圖3 虛擬場景圖

2 虛擬場景漫游機制與原理

虛擬場景空間基本組成單元是計算機幾何模型，所生成的場景可以根據觀察點、觀察方向等參數合成得到，以此方便直觀地實現漫游效果。本文中漫游拓撲結構設定間距為100×40網格，漫游相機設定節點高度為1.6 m，接近成年人行走視距高度。虛擬圖書館場景建立需把得到的每個全景圖都作為一個節點，再根據空間相應視點位置關系組織虛擬圖書館場景。在這個環節中，每個節點還可以與其他節點建立連接關系，能使用戶漫游時進行前進、后退、環視和轉彎等動作，達到真實漫游效果。漫游行走相機如圖4所示。

圖4 漫游行走相機圖

3 三維書籍實現

本文目的是利用Flash3D開發交通運輸行業三維書籍，根據中圖分類號對書架進行規劃，涉及道路工程、交通安全控制、交通運輸等領域。仿真書籍利用鼠標移動模擬三維翻頁效果，讀者可以在線做標記、畫重點，并能實現快速定位、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，將建模文件通過客戶端場景瀏覽器解釋實現三維模擬和立體仿真[6-7]。首先對三維書籍的封皮、封尾、書脊和頁面建模，利用 Transform節點Translation域保證每頁圖書兩面貼圖都置于Box節點兩面上；并綁定接觸傳感器TouchSensor節點，通過位置插補器和時間傳感器完成翻頁動作效果。如圖5所示。

圖5 三維仿真書籍效果圖

三維圖書閱讀功能實現關鍵代碼如下：

DEF fengpi Transform{……}

DEF:F shutouch TouchSensor

DEF:F shuclock TimeSensor{··…}

DEF shu0rientationInterpolator OrientationInterpolator{……}

DEF shucontrol Script{

field SFBool isOpen FALSE

eventIn SFTime bookClicked

eveut0ut SFTime bookOpening

eveut0ut SFTime bookClosing

url“javascript:function bookClicked(value,timeStamp){

if(i sOpen){isOpen = FALSE;bookClosing=value;}

else{isOpen=TRUE;bookOpening=value;}}

3.2 文字識別

為方便學生對仿真書籍作標簽和劃重點，實現文字的復制粘貼操作，本文采用校正圖像分割方法實現對書籍的文字識別。在識別前，先對傾斜三維書籍頁面圖像進行旋轉以便圖像分割。根據正常書籍圖像和當前文字傾斜位置計算出旋轉角β。設將傾斜三維書籍圖像f(x,y)繞坐標原點O(0,0)旋轉角度為β，則圖像旋轉后的坐標為f(x′,y′)，有式(1)：

(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位標記塊和交叉點的位置。三維書籍圖像糾正方基于數學模型模擬糾正前后三維書籍圖像，從而能得到對應三維書籍像素之間變換關系。設f(u,v)為原三維書籍圖像，f(x，Y)為畸變三維書籍圖像，兩者之間的變換關系為θ，即：

f(x′,y′)=θ(u,v)

(2)

為解決書籍拉伸、壓縮、旋轉誤差導致文字識別偏差，使用線性變換提高識別的準確度。線性變換模型為：

(3)

最后，結合線性變換模型生成上述多項式系數，利用三維書籍像素點和畸變點間對應關系完成對三維書籍圖像的矯正。識別算法代碼如下:

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)

[case 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 后臺管理設計與實現

在虛擬圖書館系統中，管理員通過后臺管理系統實現對虛擬圖書館書籍和用戶賬號的管理與控制。例如對圖書信息、圖書類別、用戶信息、用戶留言等操作，系統功能流程圖如圖6所示。

圖6 系統功能流程圖

(1)圖書管理

可對書名、作者、出版社、ISBN號等屬性進行詳細錄入，并按照用戶漫游時的圖書分類號分類添加，通過后臺上傳書籍封面從而實現對書架中書籍的添加和更新。

(2)用戶管理

在查找用戶個人信息時，需在用戶user表中的用戶名與輸入的關鍵字通過LIKE運算模糊匹配，從而篩選到需要查找的具體用戶。

5 結論

本文開發交通運輸行業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，足不出戶便可像在真實圖書館中閱覽書籍，具有基礎性、公益性、普惠性和戰略性特征[8]，是交通類職業院校專業建設的成果，是交通運輸行業文化積累的成效，為增強學校科技服務能力，改善行業創新環境提供了強有力支撐。

[1] 許愛軍.虛擬現實技術在軌道交通類專業教學中的應用[J].長江大學學報(社會科學版),2011，34(4):134-135.

[2] 張海鵬，王毅剛.基于VRML場景的虛擬配畫環境設計[J].杭州電子科技大學學報,2006，26(2):35-38.

[3] 趙金龍,胡小麗,王碩，等.利用Web3D技術建設數字圖書館平臺的研究[J].大學圖書館學報，2011，29(1)：51-53.

[4] 許愛軍,張文金,易丹.基于VRML的虛擬現實技術及應用[J].計算機與數字工程,2009，37(4):186-189.

[5] CAHILL K.Building a virtual branch at vancouver public library using Web2.0 tools[J].Program Electronic Library and Information Systems,2011,43(2):140-155.

[6] KOPENA J,REGLI W C.DAMLJessKB: A tool for reasoning with the semantic Web[J].IEEE Intelligent System,2003,18(3):74-77.

[7] BAUER,KATHLEEN.Resources for library assessment[J].College and Research Libraries News ,2001(2):154-159.

[8] SARACEVIC T.Digital library evaluation toward an evolution of evolution of concepts[J].Library Trends,2013(7):326-330.

Virtual library platform and library construction of the transportation industry

Li Feng ，Cai Zhen，Zhuo Shengda

(Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 510650,China)

Focusing on the construction of 3D virtual library and matching electronic books repository of transportation industry,using 3DMAX and VRML virtual stereo library environment， and based on Flash 3D to todevelop the 3D virtual books.Using the correction image segmentation method to achieve the book text recognition,the integration of animation and roaming to achieve a 360 degree panoramic display.It has changed the traditional ways and means of cultural information storage,management,transmission,use and so on.

virtual reality; virtual library; VRML; 3DMAX; transportation

全國交通運輸職業教育教學指導委員會2015年交通運輸職業教育科研項目(2015B21)；廣東省大學生科技創新培育專項資金項目(pdjh2016b0605)；中國交通教育研究會教育科學研究課題(1402-136)；廣東省高等職業技術教育研究會重點課題(GDGZ15Z007);廣東省職教學會第三屆理事會科研規劃項目(201503Y52)

TP393

A DOI：10.19358/j.issn.1674-7720.2016.19.011

李鋒，蔡臻，卓勝達.交通運輸行業三維閱覽平臺和書籍資源庫建設[J].微型機與應用，2016,35(19)：38-40.

2016-05-11)

李鋒(1981-)，男，碩士，講師，主要研究方向：網絡工程。

蔡臻(1981-)，男，碩士，講師，主要研究方向：網絡工程。

卓勝達(1996-)，男，本科生，主要研究方向：網絡工程。