Flash 3D虚拟科技馆设计（Flash+Away3D引擎）

摘 要

　　Flash 3D 技术以多媒体技术为基础，结合全景图技术、立体显示技术、脚本编辑技术以及交互技术等高新技术，构建逼真的虚拟环境。用户借助于鼠标、键盘等电脑外部终端设备，亲身体验虚拟环境的交互漫游功能以及虚拟环境中的物体的动态交互功能。通过对以上功能的实现，给用户一种身临其境的真实感。

　　近几年来，随着 Flash 3D 技术的迅速发展，其应用领域越来越广。其中，Flash 3D 技术在虚拟展示系统中的应用逐渐成为一个热门的研究领域。虚拟科技馆作为虚拟展示系统的一个重要组成部分，位置不可或缺。当前部分高校已经开始虚拟科技馆的设计与实现方面的研究，虚拟科技馆作为虚拟化的科技馆环境，便于公众科普知识的迅速普及，公众可以打破时间、空间等外在条件的限制，通过在虚拟科技馆的交互漫游，营造一种身临其境的真实感。

　　本研究以山东省科技馆为实体场馆，以配置了 Adobe Flash Professional CS6软件环境的 Away3D 引擎为开发平台，构建基于山东省科技馆的虚拟科技馆系统，实现科技馆系统各展厅以及其中展品的交互展示，用户借助于客户端外部设备实现展厅环境虚拟漫游功能以及其中展品的交互展示功能，通过按钮、鼠标、键盘等设备的操作了解展品的详细信息以及展厅中展品的排列布局。本研究的内容主要包括如下几个方面：

　　1.阐述基于 Flash 3D 技术的虚拟科技馆的研究背景及意义，概括介绍了国内外科技馆以及 Flash 3D 技术的研究现状，对 Flash 3D 技术和虚拟科技馆进行了概括性介绍；阐述了虚拟科技馆系统开发所需平台，并分析了相关的平台优势以及涉及到的关键技术。

　　2.虚拟科技馆的需求分析是建立整个虚拟科技馆漫游系统的基础，是建立虚拟科技馆系统必不可少的一个环节。本研究在详细阐述虚拟科技馆系统的开发环境及原则的基础上，进行了虚拟科技馆的系统需求分析，并以此为依据，详细阐述了虚拟科技馆的系统开发方案。

　　3.虚拟科技馆的真实程度的高低取决于虚拟科技馆中模型选择的合适与否以及贴图图片合成的质量的好坏。本研究采用不同的拍摄方法对场景以及展品进行图像拍摄。在场景展示部分，以场景拍摄方法为基础，选择相对应的图片合成方法进行全景图片的合成，进而选择适合于此全景图的投影模型，保证虚拟科技馆的高度仿真。在展品展示部分，注意展品拍摄的灯光、背景以及中心点等方面，保证展品在不同角度进行呈现时色调、位置等方面的一致性。

　　4.虚拟科技馆的沉浸感的强烈与否取决于虚拟科技馆交互性的强弱。为加强虚拟科技馆的真实感以及系统用户的参与性，本研究以 Away3D 为开发平台，重点研究了虚拟科技馆系统中的交互设置，其中包括鼠标、键盘交互、摄像头控制器的创建等，给出了具体的技术实现方法。同时阐述了虚拟科技馆系统的运行效果以及试运行过程中需要检验的方面。

　　本研究详细介绍了虚拟科技馆的整体结构和技术实现方法，提供了一个可满足基本要求的具有教育性的虚拟科技馆系统的开发方案，对构成虚拟科技馆系统的若干技术进行了深入研究和探索，完成了虚拟科技馆场景应具备的自动漫游、自主浏览等基本功能和场景中展品的详细信息的呈现功能，使用户可以在虚拟科技馆中进行自由的漫游，并可以体验一系列具有真实感的交互操作。

　　【关键词】Flash 3D；虚拟科技馆；三维建模

ABSTRACT

　　Flash3D technology based on multimedia technology, combined the technology of panorama, stereo display technology, the script editor and interactive technology and other high and new technology, building a realistic virtual environment。Users with the aid of the mouse, keyboard and other computer external terminal equipment, personally experience interactive roaming virtual functions of virtual environment and the dynamic interaction function of the object in virtual environment. Based on the implementation of the above functions, giving users an immersive sense of reality。

　　In recent years, with the rapid development of Flash3D technology, its application field is more and more wide. Among them, the Flash3D technology in the application of the virtual display system gradually has become a hot research field. As an important part of virtual display system, virtual science museum ,s location is indispensable. Nowadays, some universities have begun to research the design and implementation of virtual science museum. In order to facilitate the rapid spread of popular science knowledge of the public, as the virtualization environment of the science museum, science museum create an immersive sense of reality. Through the interactive roaming in the virtual science museum, the public can break the limitation external conditions.

　　Based on Shandong province science and technology museum, this study builds a system of virtual vagile science and technology museum on the Away3D platform configured with Adobe Flash Professional CS6 software environment. Virtual science museum implement the interactive display of each exhibition hall and the exhibits of science and technology museum system. Users understand detailed information of exhibits and arrangement and layout of exhibits by the operation of the external device. The content of this research mainly includes the following several aspects:

　　1. This research expounds research significance of the virtual science museum and introduces the research status of Flash3D technology and science museums at home and abroad and the knowledge of Flash3D technology and virtual science museum. This research expounds the development platform and the key technology used by virtual science museum.

　　2. Based on detailed exposition of the development of virtual museum system environment and principle of virtual science museum system, the study analyses requirements and education function of the system. On this basis, the paper expounds development plan of the virtual science museum system.

　　3. The truth extent of virtual science museum depends on selections of models in virtual science museum and the quality of the image synthesis. This study used different methods of Shooting of scenes and exhibits. In the display part of the scenes, in order to ensure Altitude simulation of the virtual science museum, the paper based on the method of scene construction, choose the appropriate image synthesis method and projection model. In the exhibition part of the exhibits, In order to ensure consistency of location and tonality of the exhibits from different angles, the paper should pay attention to the aspects of the lighting, the background and the center of location, etc.

　　4. The sense of immersion of virtual science museum depends on the interactivity of virtual science museum. To strengthen the sense of reality of virtual science museum and the participation of system users, this study based on Away3D platform focuses on the settings of interaction, including the mouse interaction, keyboard interaction, the creating of a camera controller, etc. At the same time, the paper expounds the running effect of the virtual museum system and the aspects needing to test in the process of running.

　　This study introduces the overall structure of the virtual science museum and the technical realization methods, providing a development plan which can satisfy the basic requirement of science and technology museum of educational virtual museum system. The paper deeply Research and explore several techniques of constructing virtual museum system, completing functions which a virtual museum scene should have such as automatic navigation, autonomous browsing and functions that presenting detailed information of the exhibits. Users can independently roaming in the virtual science museum, and can experience a series of realistic interactive operations.

　　[Key words] Flash 3D; Virtual Science Museum; Three-dimensional Moding [Category Code] G434

　　科技馆作为国家实施科教兴国战略，普及强化科学文化知识，提高全民族科学文化素养的重要的全民科技教育设施场所，它不仅反映了科学原理以及应用，而且以知识性、趣味性、科学性相结合的展览设计理念进行新型社会公众教育，鼓励社会公众身体力行，亲自动手进行探索与实验。科技馆不仅传播科学文化知识，而且注重弘扬科学精神，传播科学方法和科学思想。然后，由于空间、时间等各方面客观条件的限制，一大部分人无法亲临科技馆，感受科技馆强大的影响力。基于 Flash 3D 技术的虚拟科技馆为此提供了一种解决的途径。基于 Flash 3D技术的的虚拟科技馆能够精确地仿真真实科技馆的室内场景及其中展品。在虚拟科技馆系统中，基于 Actionsript3.0 脚本的交互操作设置不仅能够使公众体验在科技馆中自主漫游的神奇功能，也可以使公众从感官上体会科技馆中展品的独特魅力，感受虚拟科技馆的强大感染力。

　　伴随着科技馆的不断发展，科技馆担负的使命越来越多，展品的展览不再是科技馆的唯一职责。科技馆建设者的关注点逐渐转向如何实现参展者与展品之间的交互、如何将现代技术应用于现代科技馆。科技馆建设的重点不再仅仅是简单的展品罗列，而是逐渐侧重于参展者的交互体验以及如何实现展馆的多元展示效果。国内外科技馆专家断言，未来科技馆展览应该打破传统展览模式的单一性，创新多媒体技术在科技馆展览中的应用。专家表示，随着多媒体技术中声音、图像、交互技术的迅速发展，越来越多的科技馆把这种技术作为显示体验的手段。

　　由于受人力、物力、财力、时间以及精力等外在条件的限制，公众未能参观实体场馆。因此，科技馆的利用率较低，这将导致科技馆传播科学文化知识、提高全民科学素养的职能未能得到充分发挥。在社会飞速发展的大背景下，科学技术作为第一生产力，是影响国家经济、政治、文化发展的重要因素。因此，提高全民科学文化水平、提升全民科学素养成为重中之重，这就对科技馆提出了更高的要求。近年来，受世界政治、经济环境变化的影响，科技馆参观人数增长迅速。参观者的兴趣逐渐趋向于多样化、个性化。因此，科技馆必须以有限的资源和经费来满足各种参观者的不同需求。与此同时，科技馆还要面对电视、报纸、电子图书、网络等各种媒体的竞争。科技馆界必须反思科技馆在社会生活中的作用，重新定位科技馆的功能和任务，以迎接所面对的各种挑战。

　　Flash技术自其诞生之日起，因较为简单的动画编辑方法、生成文件较小以及矢量流式动画播放等优点，在动画、视频展示、交互应用等方面应用广泛，具有强大的市场占有率，在计算机终端的使用率高达90%。由于用户体验要求的越来越高，传统的二维Flash技术已经不能满足用户需求。与此同时，网络的高普及度为Web3D技术的发展提供了良好的条件。因此，Web3D技术与Flash技术的结合为Flash技术的进一步发展提供了一线生机。由此，Flash 3D技术应运而生。

　　随着Flash 3D技术的不断发展，其应用领域也越来越广，尤其是在增强现实、Web页面3D游戏、电子商务展示以及富媒体应用等方面较为突出。其中，Flash 3D技术在富多媒体方面的应用为科技馆当前现状的改善带来了一线生机，那就是构建基于Flash 3D技术的虚拟科技馆。

　　近些年，公众对虚拟科技馆、数字科技馆的关注度越来越高。中国自然科学博物馆协会、中国图像图形学会虚拟现实专业委员会、中国系统仿真学会虚拟技术及应用专业委员会等2007年5月在杭州召开了全国首届数字（虚拟）科技馆技术及应用学术研讨会。其中有多篇关于虚拟科技馆的展示方式、虚拟科技馆中的交互技术论文，如文献[4]对虚拟科技馆和数字科技馆的展品展示方式和功能进行了分析，文献[5]介绍了利用J2EE 与AJAX 实现具有实时交互功能的虚拟科技馆体系架构的方法，文献[6]介绍了构建虚拟博物馆三维场景及交互漫游实现过程中的若干技术，文献[7][8][9]分别介绍了利用VRML、X-VRML、X3D 技术构建网络虚拟场景、虚拟科技馆的模型与漫游、交互实现方法。但是其中未见关于利用Flash 3D技术创建虚拟科技馆的文献资料。本文作者从美国EBSCO、英国Taylor & Francis、德国Springer等电子期刊全文数据库中以digital sciencemuseum 和virtual science museum为题名也未检索到关于基于Flash3 D技术的虚拟科技馆建设的研究报道。

　　由此可见，国内外对于此领域研究相对匮乏，鉴于Flash 3D技术在虚拟展示领域中应用的不断拓展、科技馆参展者的交互体验与科技馆的多元展示效果需求的不断增加，基于Flash 3D技术的虚拟科技馆系统应运而生。

　　本研究以山东省科技馆的为实体场馆构建基于 Flash 3D 技术的虚拟科技馆。在进行系统需求分析的基础上，本研究对虚拟科技馆系统进行整体布局，阐述该系统需要实现的具体功能，详细介绍系统功能实现所需技术—全景图技术、脚本编辑技术、立体显示技术、交互技术等。本研究以配置了 Adobe Flash ProfessionalCS6 软件环境的 Away3D 引擎为系统开发平台，在此平台上进行场景展示、展品展示以及交互设置，确保虚拟科技馆系统全景展示和交互漫游等功能的实现。

　　本研究隶属于基础研究的范畴，主要运用了文献研究法、需求分析法、系统设计法等研究方法。

　　文献研究法作为课题研究最常见的方法之一，贯穿于整个论文的始末。选定课题前通过搜集、整理、比较课题相关的文献，笔者全面了解了相关课题的研究背景、成果以及未来发展前景，确定感兴趣的、可以拓展以及存在问题不足的研究方向，进而确定研究课题。本研究在研究过程中，在中国知网、维普、Springer等数据库中以 Flash 3D、虚拟科技馆为关键词，搜索查阅了一些相关的文献资料，整理分析了与 Flash 技术、3D 技术和 Flash 3D 技术主题相关信息资源，以此为基础确定了论文的研究背景、意义内容等，设计出基于 Flash 3D 技术的虚拟科技馆系统的研究方案。

　　需求分析法是课题研究的开端，是建立可验证、可确认系统的基本依据。其目的是确定研究课题最终需求达到的东西，确认系统的功能需求，体现用户对系统的功能需求。本研究在分析 Flash 3D 技术和虚拟科技馆的基础上，通过对虚拟科技馆系统的需求分析，确定虚拟科技馆系统的整体研究方案，以系统需求分析结论为理论支撑，确立了虚拟科技馆系统的开发流程图，详细论述了虚拟科技馆系统的开发流程。

　　系统设计法是根据系统分析阶段所确定的新系统的逻辑模型、功能要求，利用计算机环境平台，设计出一个能在计算机网络环境上实施的方案的一种研究方法。本研究基于面向对象的 ActionScript3.0 脚本语言，以配置了 Adobe FlashProfessional CS6 软件环境的 Away3D 引擎为系统开发平台，在对虚拟科技馆系统需求分析的基础上，设计出虚拟科技馆系统的开发流程，确保虚拟科技馆系统自主漫游功能及全景展示功能的实现。

　　Flash 3D虚拟科技馆设计场景演示：

编辑控制点界面

交通能源展区全景图

虚拟科技馆系统的初始化界面

交通能源展厅

虚拟科技馆展品展示示意图

目 录

　　摘 要
　　ABSTRACT
　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景和意义
　　　　　　1.1.1 研究背景
　　　　　　1.1.2 研究意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　　　1.2.1 科技馆的国内外研究现状
　　　　　　1.2.2 Flash 3D 技术的国内外研究现状
　　　　1.3 论文研究方法和内容安排
　　　　　　1.3.1 论文研究方法
　　　　　　1.3.2 论文内容安排
　　第二章 虚拟科技馆建设理论与技术
　　　　2.1 虚拟科技馆概述
　　　　2.2 虚拟科技馆的相关技术
　　　　　　2.2.1 Flash 3D 技术
　　　　　　2.2.2 全景图技术
　　　　　　2.2.3 立体显示技术
　　　　　　2.2.4 脚本编辑技术
　　　　　　2.2.5 交互技术
　　　　2.3 虚拟科技馆开发平台
　　　　2.4 本章小结
　　第三章 虚拟科技馆系统设计
　　　　3.1 开发环境
　　　　3.2 系统开发原则
　　　　3.3 系统需求分析
　　　　3.4 开发流程设计
　　　　3.5 本章小结
　　第四章 虚拟科技馆的设计与实现
　　　　4.1 场景构建
　　　　　　4.1.1 场景数据收集
　　　　　　4.1.2 三维空间的创建
　　　　　　4.1.3 投影模型构建
　　　　　　4.1.4 材质设计
　　　　　　4.1.5 光效设计
　　　　　　4.1.6 渲染烘培
　　　　4.2 展品展示
　　　　　　4.2.1 展品数据收集
　　　　　　4.2.2 展品 360 度旋转展示方法
　　　　4.3 交互设置
　　　　　　4.3.1 摄像机控制器创建
　　　　　　4.3.2 背景音乐添加
　　　　　　4.3.3 项目发布
　　　　　　4.3.4 虚拟科技馆系统运行效果
　　　　　　4.3.5 虚拟科技馆试运行注意事项
　　　　4.4 本章小结.
　　第五章 总结与展望
　　　　5.1 总结
　　　　　　5.1.1 项目总结
　　　　　　5.1.2 研究不足
　　　　5.2 展望
　　注 释
　　参考文献
　　攻读硕士学位期间的学术成果
　　致 谢

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