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科技创新计划项目申报书项目名称：申请人：项目领域：所在院校:联系电话：年月2二、研究内容研究内容和意义简介(400字):一、研究内容本论文研究主要内容是虚拟现实技术的泰安博物馆交互性展示设计与实现。论文通过实际项目为案例，研究并完成了基于虚拟现实技术的虚拟博物馆交互性展示设计内容及方法。将博物馆与虚拟现实相结合已经成为国内外必然趋势，本项目将利用虚拟现实技术创建一个仿真的博物馆环境，实现交互式信息查询仿真的博物馆系统，使用户足不出户即可了解博物馆丰富的馆藏文物和地理特征，并可对博物馆的全景进行全方位的展示，打破了以往依靠视频或者静态网页的表达方式，使得观众、学者以及教育工作者能够沉浸于所营造的虚拟现实环境中。本文的具体研究内容分为四个阶段进行，具体如下（1）研究基础阶段：研究基于虚拟现实技术的博物馆系统需要的关键技术及开发工具，包括实体对象的几何建模、纹理映射技术、细节度的表现技术等在泰安博物馆虚拟现实系统中的引用进行了深入探讨。（2）需求分析阶段：通过对博物馆馆藏物品的现状调研，完成泰安博物馆虚拟现实系统的需求分析。并获取各种馆藏物品的信息，并将其整理成数据库，从而实现状信息的获取、分析及查询，并为三维模型的建立收集纹理、贴图资料。（3）系统设计阶段：完成泰安博物馆的设计工作，对场馆虚拟场景、馆藏文物虚拟展品进行二维、三维设计；完成场馆漫游系统的功能确定及系统设计；完成虚拟场景所需的各种库、表、模型的设计；对客户端的系统平台进行规划设计。（4）系统开发阶段：使用虚拟现实制作工具绘制建筑物及展品的三维模型；完成对平面导航地图的绘制；对各种小景观，如：树木、街道景观灯进行具体制作，对场景、展品进行贴图和纹理设置；将制作好的场景导入客户端；并对漫游系统进行开发及设置；完成系统集成，并对整个系统进行压力测试与功能测试。二、意义虚拟博物馆漫游系统的研究对今后虚拟城市的建设具有重要的实际意义：1.虚拟现实技术能够突破博物馆服务能力的时空限制虚拟现实技术能够达到或接近去实地博物馆的参观效果。这样一来，博物馆就不再受到场馆和接待能力的限制，只要参观群众拥有相关设备，就可以通过网络参观博物馆。这将大大扩充博物馆的接待能力，理论上没有上限。其次，参观者不需要专门抽出时间和精力去博物馆。不论人在哪里，只要想参观，都可以随时通过网络来参观，获得不逊3于实地参观的效果。最重要的是可以反复浏览自己最感兴趣的展品，不再受到场馆工作时间的限制2.虚拟技术可以更好地对博物馆的文物进行展示、保护虚拟现实技术与网络技术的结合可以使博物馆文物的保护与展示登上更高的台阶。出于文物保护的目的，博物馆内的展品大都在展柜中收藏，而展柜的空间往往有限，因此，展品细节以及被展柜遮挡的部分无法为观众清晰所见。虚拟现实技术为这一难题提供了解决方法，它利用计算机实现文物信息的数据化展示，更可外接感应终端，模拟文物形态、重量等外部特征。观众可操作感应终端，旋转、放大和缩小虚拟文物，从而形成了新颖的交互式参观模式。总之，将博物馆中的展品用虚拟仿真实现，既可以为博物馆树立良好的形象，提高博物馆的知名度，宣传博物馆文化，让游客足不出户就可以体验身临其境的感觉浏览关于博物馆藏品信息：也可作为一种博物馆辅助规划工具，提高博物馆的管理现代化水准。将相关信息和实物展品的结合，可以为游客提供一个三维可视化，以及有声有色的信息和查询环境。同时，该系统还可以作为计算机网络教育教材，为数字的远程教学系统建设的一个很好的平台三、立项依据41、本项目研究的科学依据和意义1.1项目基本内容近年来,多种开发工具用于虚拟场景的建设进行研究探索,使得该类系统各具特色。本系统的设计目的是采用目前使用较为广泛的3DMAX建模工具、Unity3D渲染引擎和OculusRift头戴式VR头盔,以泰安博物馆为原型,设计一个三维虚拟现实漫游系统,创建一个逼真的三维虚拟博物馆环境,用户可通过网络对博物馆进行虚拟漫游,获取博物馆相关信息。在系统开发过程中,使用了基于虚拟现实技术的软件开发方案,采用计算机图形学的方法,以虚拟场景中的三维模型为整个漫游系统的核心,基于Unity3D构建的系统需要采用3DMAX作为建模的主要工具,为了保证系统的运行速度、场景的逼真感以及交互的实时性,还对系统场景中的模型进行一定程度的优化处理方法研究。该虚拟现实系统,在包括三维空间数据的获取、三维数据模型、数字地面模型和数字高程模型以及三维数据的层次细节模型的表示和三维数据可视化的表达等理论研究的基础上,结合高级开发语言C#,实现虚拟场景的放大、缩小、旋转、漫游、查询等交互操作。利用WebGL技术实现在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型，创建复杂的导航和数据视觉化。1.2重点和难点1.虚拟场景在网络上的传输速率和用户加载时间缓慢的问题,是虚拟博物馆实现的一个技术难点.为此,将在本项目设计过程中,为实现场景的规划、调度以及交互功能,提出了多种场景优化机制,打破了虚拟场景在发布时速度缓慢的局限性2.虚拟现实设备比较昂贵。一个高质量虚拟现实系统的构建，首先需要高质量的外部设备作为物质支撑，普通用户面对这种情况可能会望而生畏3.对于博物馆来说，虚拟现实中的场景和展品需要复杂的三维建模。目前，大部分的模型仍要依靠人工来绘制，而且由专业技术人员完成，因其花费不可低估4.三维模型构建中最大的困难在于虚拟建筑场景的逼真度和实时性能建模的矛盾。由于要达到沉浸效果，不能限制场景中用户视角的切换，需要一个非常逼真的渲染。因此，如果建模都是非常精细的，它会大量的提高系统的复杂度。同时，随着计算机性能的限制，构建的模型更加复杂，渲染，达到实时效果更加困难，其等待时间是参观者无法接受的51.3国内外研究现状随着全球化和流行的虚拟博物馆的科学博物馆的发展，博物馆有了越来越多的公共教育的功能，它不仅是一个三维图像的技术堆砌。博物馆作为人类精神与艺术的载体，为社会服务和社会的发展做出了巨大贡献，世界上大多数博物馆都是免费对公众开放的，为人类和人类环境的研究收集证据，保存，传播，尤其是为教育的研究目的和公众的访问。国内虚拟现实技术虽然发展较晚，但增势迅猛，已经有了不少的商业应用。最近十几年来，旅游逐渐发达起来，国内一些基于景区场景的虚拟现实系统应运而生，例如景观系统《美丽中国》又称第三星球，是由新闻办下属单位五洲传播中心所牵头的项目，项目的开发和制作是由犀牛数码负责，前后经历了长达半年的时间，倾注了犀牛数码很多心血，一期共有10个景区（天坛、黄鹤楼、碉楼、宏村、漓江、天门山等）。1.4发展趋势虚拟现实技术是一种可以体验和创建虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟现实技术能够突破博物馆服务能力的时空限制，还可以更好地对博物馆的文物进行展示、保护。尽管虚拟现实技术还处在初始的阶段，但是它代表了博物馆未来的发展方向。博物馆的发展不能只看眼前，还要放眼未来，必须重视虚拟现实技术对博物馆服务能力时空限制的重大突破作用，时机一旦成熟，虚拟现实技术必将给博物馆事业的发展带来更大辉煌。2、本项目拟采取的研究方法和技术路线：采用技术：1.全三维(Super3D-VＲ)模拟交互技术，是一种虚拟现实软件，模拟整个展馆面貌或虚构场馆的三维技术2.WebGL（全写WebGraphicsLibrary）是一种3D绘图协议，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGLES2.0结合在一起，通过增加OpenGLES2.0的一个JavaScript绑定完美地解决了现有的Web交互式三维动画的两个问题：第一，它通过HTML脚本本身实现Web交互式三维动画的制作，无需任何浏览器插件支持;第二，它利用底层的图形硬件加速功能进行的图形渲染，是通过统一的、标准的、跨平台的OpenGL接口实现的。3.虚拟现实技术（VR）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。实现步骤：6（1）采集博物馆基础数据（2）CAD图的绘制与整理，主要是主建筑平面图的设计及内部分区设计。（3）使用3DsMax三维建模软件进行三维模型的制作。（4）贴图的制作与后期处理：运用图像处理的技术加工处理。（5）系统整合：将三维模型导出为Unity3D可以兼容的.fbx格式。场景构建完毕后做系统交互设计，系统完成后进行性能测试，最终发布为Web版本。3.本项目的特点与创新之处“作为现代科技前沿的综合体现，VR艺术是通过人机界面对复杂数据进行可视化操作与交互的一种新的艺术语言形式，它吸引艺术家的重要之处，在于艺术思维与科技工具的密切交融和二者深层渗透所产生的全新的认知体验。与传统视窗操作下的新媒体艺术相比，交互性和扩展的人机对话，是VR艺术呈现其独特优势的关键所在。从整体意义上说，VR艺术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式，其最大优势在于建构作品与参与者的对话，通过对话揭示意义生成的过程四、现有条件已有的研究基础（包括研究水平、研究进展状况、科研手段、资料设备及时间保证等）：1.项目负责人已有多次组织小组开发的组织经验2.已有建立系统级网站的项目开发经验3.已有使用3DMax软件进行物品三维模型建立的基础能力4.本项目依托于山东农业大学大数据实验室，研究设备和研究氛围基本符合要求5.已获得山农优秀毕业设计《基于Unity3D的校园虚拟漫游系统》的作者相关指导6.已查阅大量虚拟现实漫游系统的相关论文，具备坚实的理论基础7五、与泰安市实际结合情况本项目建立在岱庙博物馆360全景图和3D文物藏品的基础上，为泰安市博物馆建立一个虚拟现实漫游系统，并插入在泰安市博物馆官方网站上，改变单一展示方式,使文化载体发挥最大价值,从而使泰安市博物馆发挥文化保存、展示传播的功能。在人们获得知识的同时,展品也得到了最大程度的保护,有助于文化的保留与传承六、预期研究成果研究阶段（起止时间）阶段成果名称成果形式现在-2018.6基础技术研究阶段2018.6-2018.9实地调研，需求分析，获取纹理材质贴图2018.9-2018.12二维、三维设计2018.9-2018.12对场景、展品建模，贴图材质处理2019.1-2019.6漫游系统的开发与设置2019.6-2019.12功能测试七、经费预算科目数额（万元）计算根据和理由1、科研业务费0.2（1）测试/计算/分析费（2）会议费/调研差旅费项目实施过程中开展调研考察产生的差旅费（3）版面费/资料费项目实施过程中所需的原材料、资料2、实验材料费0.6项目过程中所需硬件支持3、劳务费暂无预算4、其他费用合计（万元）拟申请经费（万元）1.0八、申请者承诺上述填报内容属实。如果获得资助，我将严格遵守合同有关规定，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料，按时完成研究项目。申请人签字：年月日8九、审核意见导师意见：导师(签字)：年月日院系(专业)意见:院系(专业)主任(签字):年月日项目评审委员会意见：项目评审委员会主任(签字)：年月日校科研处（科）意见：处（科）长(签字)：年月日市科技局意见：年月日