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故宮信息管理系統設計研究論文
摘要：針對當下故宮網(wǎng)頁(yè)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(shí)現。該系統應用到三維平臺中，能夠實(shí)現三維場(chǎng)景交互，多種方式查詢(xún)屬性信息，真實(shí)、快速的展現故宮場(chǎng)景。
關(guān)鍵詞：信息管理系統；Direct3D；拾取
1概述
故宮網(wǎng)頁(yè)管理信息系統展示了故宮的基本屬性信息，能夠滿(mǎn)足故宮游客基本的信息需求，以及相關(guān)工作人員工作協(xié)調。但其量測數據真實(shí)性差，交互性弱，且沒(méi)有模型數據。隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維可視化已成為未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)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(shù)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(shí)現故宮場(chǎng)景的真實(shí)化虛擬。通過(guò)交互操作的方式入庫數據，查詢(xún)屬性信息，并對數據進(jìn)行有權限的維護，實(shí)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(shí)現數據的錄入，數據的交互查詢(xún)，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(diǎn)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(jiǎn)、配準等處理完善的點(diǎn)云，貼圖完成后的真彩色點(diǎn)云，點(diǎn)云構建三角網(wǎng)，以點(diǎn)云為基礎利用應用軟件構建精細模型數據。系統實(shí)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(xún)上。
2.1信息錄入。三維激光掃描儀獲取的故宮建筑精細點(diǎn)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(lái)源。點(diǎn)云構建點(diǎn)云模型，高清影像貼圖點(diǎn)云模型構建真彩色點(diǎn)云模型和以點(diǎn)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(lái)源。系統運行后，以界面響應的方式，通過(guò)OBJ網(wǎng)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(shí)現數據更新。數據是通過(guò)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(xún)
2.2.1拾取原理。拾取是用戶(hù)通過(guò)鼠標在屏幕上的單擊行為來(lái)選中三維場(chǎng)景的某個(gè)對象的過(guò)程。在實(shí)現拾取過(guò)程中，需要完成以下工作：根據屏幕上鼠標點(diǎn)擊的一點(diǎn)S，找到其對應的投影空間中的點(diǎn)Q，再將點(diǎn)Q變換到取景空間（viewspace）中為P點(diǎn)；計算出Eye經(jīng)過(guò)點(diǎn)P發(fā)射出的一條射線(xiàn)的方程。把射線(xiàn)、物體變換到同一空間中。最后進(jìn)行相交測試。如果相交，那么取與攝像機最近的相交點(diǎn)。射線(xiàn)-三角形相交判斷主要包括：計算射線(xiàn)和三角形所在平面的交點(diǎn)；判斷交點(diǎn)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(xún)方式。系統基于Direct3D，應用Windows窗口程序搭建框架實(shí)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(shí)，在拾取中，通過(guò)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(shí)現三種方式查詢(xún)，一是通過(guò)建立數據庫樹(shù)節點(diǎn)，點(diǎn)擊數據庫節點(diǎn)拾��；二是通過(guò)屏幕點(diǎn)擊，利用射線(xiàn)相交法拾取。三是通過(guò)輸入建筑名字，以文字做關(guān)鍵字查詢(xún)。在建筑結構中ID為鏈接關(guān)鍵點(diǎn)。（1）新建數據庫以單個(gè)建筑為獨立單元。點(diǎn)擊數據庫節點(diǎn)，獲取對應建筑的ID，從數據庫中讀取數據，進(jìn)行繪制，從而顯示。（2）通過(guò)界面拾取，交互獲取到建筑數據結構，通過(guò)ID讀取數據，進(jìn)行繪制。（3）建筑物數據結構中，名字同樣是獨一無(wú)二的。輸入名字，查詢(xún)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(shí)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(shí)現快速、虛擬現實(shí)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(xiàn)技術(shù)，實(shí)現對故宮精細建模模型、大數據點(diǎn)云實(shí)時(shí)繪制，實(shí)現高程度真實(shí)化渲染。
3.2系統設計多種方式查詢(xún)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(jìn)行數據管理。在古建信息存儲管理、在旅游開(kāi)發(fā)上，可以開(kāi)發(fā)更多交互應用，實(shí)現現代模式的旅游。且以此原理為基礎，構建虛擬現實(shí)的場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)游戲以及鍛煉人的腦力等三維真實(shí)化項目具有很好的著(zhù)力點(diǎn)。
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