故宮信息管理系統設計研究

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摘要：針對當下故宮網頁管理信息系統仿真性差、可交互性弱、數據二維等不足，本文提出一種基于Direct3D的信息管理系統，具體介紹了該信息管理系統設計與實現。該系統應用到三維平臺中，能夠實現三維場景交互，多種方式查詢屬性信息，真實、快速的展現故宮場景。

關鍵詞：信息管理系統；Direct3D；拾取

1概述

故宮網頁管理信息系統展示了故宮的基本屬性信息，能夠滿足故宮游客基本的信息需求，以及相關工作人員工作協調。但其量測數據真實性差，交互性弱，且沒有模型數據。隨著信息技術的飛速發展，三維可視化已成為未來信息產業發展的必然方向。作為中國最具代表性的古建，更需要用現代技術的手段保存信息。本文提出一種基于Direct3D的信息管理系統，存儲三維激光掃描數據、精細化建模模型，以及高像素影像數據，實現故宮場景的真實化虛擬。通過交互操作的方式入庫數據，查詢屬性信息，并對數據進行有權限的維護，實現對故宮現有條件下高精度數據存儲與管理。

2信息管理系統原理構建

信息管理系統，需要實現數據的錄入，數據的交互查詢，以及數據信息的維護。在本文中信息數據主要包含最原始數據：三維激光點云，高像素影像，建筑屬性描述文檔；中間處理后的數據有：精簡、配準等處理完善的點云，貼圖完成后的真彩色點云，點云構建三角網，以點云為基礎利用應用軟件構建精細模型數據。系統實現功能主要包括：數據的錄入與有權限維護，數據處理；主要體現在數據的顯示以及交互操作查詢上。

2.1信息錄入。三維激光掃描儀獲取的故宮建筑精細點云、高像素相機獲取的高清影像數據是故宮信息管理系統信息的最原始來源。點云構建點云模型，高清影像貼圖點云模型構建真彩色點云模型和以點云模型為基礎，用應用軟件建造故宮建筑精細模型是該信息系統主要的信息來源。系統運行后，以界面響應的方式，通過OBJ網格數據讀取模型，錄入屬性信息的字段以及導入圖片信息。當原有的信息出現錯誤以及建筑信息更新的情形，則只需要重新錄入數據，覆蓋原有的數據就可實現數據更新。數據是通過表格存儲，在提示既有權限驗證的條件下，只保存一份數據，并能達到保護數據的目的。

2.2信息查詢

2.2.1拾取原理。拾取是用戶通過鼠標在屏幕上的單擊行為來選中三維場景的某個對象的過程。在實現拾取過程中，需要完成以下工作：根據屏幕上鼠標點擊的一點S，找到其對應的投影空間中的點Q，再將點Q變換到取景空間（viewspace）中為P點；計算出Eye經過點P發射出的一條射線的方程。把射線、物體變換到同一空間中。最后進行相交測試。如果相交，那么取與攝像機最近的相交點。射線-三角形相交判斷主要包括：計算射線和三角形所在平面的交點；判斷交點是否在三角形內部。常用判斷方法有：面積法、內角和法、重心坐標法。

2.2.2查詢方式。系統基于Direct3D，應用Windows窗口程序搭建框架實現。在數據庫中建立對應表格。建筑屬性表格包含名字、建筑等級、建筑所在區域、建筑構件使用彩色樣式、該建筑中存放珍品字段，用以描述該建筑特性。而建筑隔間表格則包含面積大小、區域功能、特殊注釋字段，用以描述建筑隔間特性。同時，在拾取中，通過利用新建彈出框，顯示建筑的特色攝影照片，以及當下建筑的詳細信息。本文中實現三種方式查詢，一是通過建立數據庫樹節點，點擊數據庫節點拾取；二是通過屏幕點擊，利用射線相交法拾取。三是通過輸入建筑名字，以文字做關鍵字查詢。在建筑結構中ID為鏈接關鍵點。（1）新建數據庫以單個建筑為獨立單元。點擊數據庫節點，獲取對應建筑的ID，從數據庫中讀取數據，進行繪制，從而顯示。（2）通過界面拾取，交互獲取到建筑數據結構，通過ID讀取數據，進行繪制。（3）建筑物數據結構中，名字同樣是獨一無二的。輸入名字，查詢到對應建筑物數據結構，獲取正確ID，從而獲取數據。

3結論

本文提出基于Direct3D的信息管理系統，融合與故宮精細建模平臺上，實現了對故宮現有精細化數據的存儲、管理，以及可視化交互展現。實現快速、虛擬現實程度高、可靠性好。

3.1系統基于Direct3D圖形繪制API，應用GPU可編程管線技術，實現對故宮精細建模模型、大數據點云實時繪制，實現高程度真實化渲染。

3.2系統設計多種方式查詢屬性信息，便于交互操作。

3.3以此為基礎，可以應用于其他古建，進行數據管理。在古建信息存儲管理、在旅游開發上，可以開發更多交互應用，實現現代模式的旅游。且以此原理為基礎，構建虛擬現實的場景，開發游戲以及鍛煉人的腦力等三維真實化項目具有很好的著力點。

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作者：1冉俊勇 2朱光 3黃明 單位：1北京建筑大學 2測繪與城市空間信息學院 3代表性建筑與古建數據庫教育部工程中心