基于Unity3D 開發平臺的Web3D 技術的數字科技館展示系統設計制作

徐鵬

（濰坊市科技館，山東 濰坊261000）

1 概述

建立基于Web3D 的網上數字科技館平臺，借助三維虛擬現實及仿真技術、動漫技術、多媒體技術、數據壓縮技術及傳輸技術，將科技館全貌、各主題展廳及主要展品的真實場景按1∶1 進行制作。虛擬科技館及展品以三維互動的形式呈現出精彩逼真、內容豐富的展示效果，給人以身臨其境的感覺。其展示內容源于真實展項而又大于真實展項，使科技館在展示形式和展示內容上得到加強和擴充，在更長時間內宣傳、推介科普知識以及科技創新的理念。科技性、趣味性、互動性是其建設的基本原則。提倡在實物展品基礎上，在符合科學原理前提下，運用先進科技手段，進行無限創意。

2 設計的先進性

建立適用于局域網的Web3D 網上數字科技館平臺，但為了方便以后擴展到廣域網，在更大范圍、更長時間內宣傳、推介濰坊科技館。借鑒網上世博會山東館、網上信博會、網上孔子像博物館等成功經驗并不斷優化虛擬展示系統，使之在虛擬仿真、數據壓縮、傳輸技術等方面達到國際先進水平，支持流式加載、支持多線程下載、支持flash 文件的嵌入展示效果，更加真實流暢，能很好地支持網絡發布功能。

筆者們的解決方案不依賴于特定的操作系統，具有很好的跨平臺功能，不僅能在PC 機的常用系統上運行，還能在智能手機、Ipad 等移動終端上運行，有利于軟件的后續升級。

3 設計與制作

主要開發語言及應用軟件：Java、C++、Flash、3ds Max、Photoshop、Unity3D、Premiere、AE 等。

3.1 任務制作分配

模型組：實體展廳模型、拓展內容模型。

動畫組：實體展廳的模型動畫、拓展內容的模型動畫。

策劃組：拓展內容創意策劃、腳本編寫。

平面組：交互界面、flash 動畫、圖文內容排版。

視頻組：視頻的剪輯、格式、輸出。

角色組：實體展廳的角色動畫、拓展內容的角色動畫。

數字化教學組：整體軟件結構的搭建、動畫的制作、效果的調試、內容的嵌入、文件的發布等。文件分單機版和網絡版兩個版本，以單機版制作為先，內容制作完整充分；以單機版為基礎，網絡版可以根據網絡運行情況，適當刪減內容。項目實施技術路線如圖1 所示。

圖1 項目實施技術路線總圖

3.2 三維建模

現場采集圖片、視頻等素材，利用3DMax 進行三維建模。借助3ds Max 強大的功能和超強的靈活性，可以滿足本項目中室內外效果圖制作方面基本建模、材質賦予、貼圖使用和燈光創建等多方面功能需求。通過三維仿真場景及動畫視頻演繹，直觀生動地傳播科學知識。在知識點的選擇方面體現熱點，并有針對知識點精心設計的動漫小游戲，互動性、趣味性強，能夠真正做到在玩中學、寓教于樂。

3.3 三維展示平臺制作

3.3.1 展示平臺搭建

針對濰坊市科技館的現實需要，在服務器的選擇上，比較了IIS 與Apache 兩種服務器的優勢。Apache 服務器具有穩定性高、擴展性強、安全性高等優點，并且Apache 能夠很好支持ASP、PHP、JSP 等語言，應用在windows、unix、linux 以及freebsd 等多種操作系統，可移植性高。而IIS 雖然在安全性能方面也比較強，但是在運行過程中很容易出現假死現象，而且僅支持windows 操作系統，在擴展性、開放性以及對語言的支持方面遠不如Apache。因此，考慮到濰坊市數字科技館訪問并發量大、運行穩定性要求高等特點，選用Apache＋tomcat 作為數字科技館的Web 服務器；基于集群硬件，利用OS 相關的功能及虛擬化軟件，全面解決了并發訪問的負載均衡問題。特別是通過系統級的冗余，提供固有的可靠性和可用性，以及快速響應用戶需求等。

由于數字科技館Web 服務業務數據以系統運行的基礎數據、授權用戶數據等為主，因此選擇了MySql 數據庫作為Web 服務的業務數據庫服務器。同時MySql 是開源的，且對windows 和Linux 兩種操作系統均支持，能夠完全滿足數字科技館項目的需求。

操作系統：RedHat Linux9.0、FreeBSD9.0、Fedoral8。

數據庫：My SQL5.5。

Web 服務：Apache2.0.55、Apache-tomcat6.0、Mod_jkapache-2.0.55.so。

3.3.2 內容制作及展示的總體思路

借助三維虛擬現實技術、動漫技術、多媒體技術、數據壓縮技術及傳輸技術，將科技館全貌按照1∶1 的比例制作。界面設計以象征科技的藍色為背景，以科技館的外觀效果圖為前景，配以象征濰坊的風箏圖案，整體效果美觀、大氣、科學、合理。

支持網絡發布功能；支持Internet Explore 6.0 及以上版本瀏覽器，或其他使用IE 核心的瀏覽器，或Mozilla Firefox 2.0 及以上版本瀏覽器。體驗型展示程序應能自動識別瀏覽器版本并進行顯示。

3.3.3 大場景優化

技術：LOD 技術（Levels of Detail，多細節層次）。

自動簡化網格體（Windows+Unity Pro only）：根據用戶的設定自動減面。

Level-of-detail 編輯器：方便快捷創建LOD 組件來切換不同的品質級別或通過設定距離數值來顯示或隱藏物體；創建LOD 場景，方便快捷地用LOD 組件來替換現有組件，將現有的場景轉換為擁有LOD 管理的場景；將單個的mesh和貼圖打成組來降低draw calls；將場景存儲為標準assets或者asset 包。

4 結束語

濰坊市科技館數字科技館是全國第一家通過三維建模的方式對實體展品進行數字化展示的網絡數字科技館，主要包括143 件展品的三維動態演示、10 個科普互動體驗展項、10 個虛擬展項以及3D 展館。將實體展項數字化展示不僅方式新穎，而且更能夠激發社會公眾的科學探究熱情，虛擬展項的設計和制作，將濰坊市科技館實體展品所涉及和涵蓋的學科知識進行了拓展，增加了科技知識容量，使廣大科技愛好者能夠在指尖感受科技發展的魅力，激發科學探究興趣。