三维数字技术在数字地震科普馆网站中的应用＊

孙春仙 梁凯利 周小潭

1）江苏省地震局，江苏南京210014

2）山东省地震局，山东济南250021

三维数字技术在数字地震科普馆网站中的应用＊

孙春仙1）梁凯利2）周小潭1）

1）江苏省地震局，江苏南京210014

2）山东省地震局，山东济南250021

随着信息技术的发展，特别是三维及网络技术的发展，用网络虚拟现实手段对各地的地震科普馆进行数字化改造，建成基于网络的数字化科普馆系统，对于加强防震减灾科普宣传、普及防震减灾理念、共享防震减灾资源，具有极其重要的意义。

虚拟现实技术；三维；数字技术；科普；网站

引言

2011年9月1日，江苏省数字地震科普馆正式发布（http：∥218.94.123.110／web／index.jsp）。该数字场馆一上线，就得到国内及江苏省各级政府、公众的普遍关注。作为全国为数不多的数字地震科普场馆，江苏省数字地震科普馆以三维数字技术为依托，整合江苏省地震局和南京市地震科普馆多年积累的信息资源，把地震场馆中的仪器、设备等进行了3D建模，三维仿真，应用计算机对图形、图像或相关过程进行模拟，结合地理学、计算机技术及心理学等方面的特点，利用虚拟现实技术来实现场景的真实再现。在场景中浏览者可以随意参观、浏览和体验数字化地震科普馆内的虚拟模型、地震灾难发生等动态模拟过程，同时也可以通过游戏来学习和掌握防震和地震应急的措施。该系统通过设计科学的虚拟场馆结构与相关信息点文字、图片和多媒体信息相链接，实现了地震科普知识的科学性和趣味性。

三维虚拟仿真通过计算机技术，渲染出精良的三维立体空间，避免了图片的平面单一性，表达的效果更加震撼。浏览者可以在三维立体的空间场景进行任意角度的观看、探索和体验，使人马上下意识地投入和沉浸在场景的观察和探索之中。

1 地震科普馆现状及三维数字技术简介

1.1 实体地震科普馆的现状

随着社会文化和科学技术的发展，全国各地都建成了大量的科普场馆。江苏省共有157个科普示范学校，43个省级科普基地，其中，国家级科普基地7个。在防震减灾意识深入人心的今天，地震科普馆的数量也越来越多，它们的作用像学校一样不可或缺，为公众提供学习的场所。但目前大多数地震科普馆存在展馆面积有限、展品更新慢，除了科普展板和一些老旧的不能展示的仪器设备外新东西不多，以及交通不便、宣传力度不强等问题。

1.2 数字地震科普馆的现状

目前，网络上存在很多形式的数字化地震科普知识，其宣传手段，还停留在文字、图片或宣传短片的形式上，缺乏对青少年及浏览者的吸引，从而降低了大众对科普知识的理解力。资源分散，没有统一的防震减灾宣传口径，缺乏有效的更新维护，生动性、有趣性、互动性都有待改善。

1.3 虚拟现实技术及网络三维技术简介

虚拟现实（virtual reality，VR）又称临境技术，是一种利用计算机系统来创建和体验虚拟世界（virtual world）的技术。虚拟现实技术是综合应用各种技术来制造逼真的人工模拟环境，并能有效地模拟人在自然环境中的各种感知系统行为的高级人机交互技术，使用户身临其境地感知虚拟环境中的物体，通过虚拟现实的三维设备与物体接触，从而真正地实现人机交互。简单地说，虚拟现实技术就是利用计算机来模拟创造现实世界，三维环境下的实时性和可交互性是其主要特征[1]。

因此，三维数字技术将会引起新一轮的产业革命，使生产、服务、教育、生活等领域发生全面深刻的变革。网络的出现使虚拟现实技术更加引起人们普遍的关注，人们对它寄予厚望，希望利用这个技术可以使世界各地的人们在三维环境下交流。网络三维虚拟技术是将图文、音视频、Flash动画、全景、数据库和虚拟现实完美地结合起来，在网络上搭建一个虚拟的三维环境，可以不受时间和空间的限制，将一个真实而生动的小世界展示在浏览者面前，让用户体验到丰富有趣的场景漫游和逼真的互动操作，将抽象的事物以生动、直观、互动的形式展现出来，再配以动听的三维声效，让网络浏览者仿佛经历一次真正的现实之旅。概括地说，三维数字互联网上流转的已不仅仅是单纯的信息，而是可以在“3D网页”中开展人与人、人与物的深层次交互活动，具有了深刻的过程特性[2]。

1.4 三维数字技术在网络地震科普馆中的应用

数字化地震科普馆的建立，加强了江苏省防震减灾的信息化建设，畅通了交流渠道。另外，通过网站为用户提供地震科普知识，加强防震减灾意识，是人们为防止、减轻、避免和抗御地震灾害而采取的社会行为，是人类在自然灾害面前所建立起来的以预防为主的长远战略手段。

1.5 三维数字地震科普馆的优势及与实体馆的关系

（1）范围广、时效长。互联网是面向全球的，无论何时何地，只要登录相关网站，都可以进行浏览。

（2）传播多元化。浏览者在网上数字地震科普馆的漫游，可以按照各自不同的出发点，主动地参与到场馆中，而不再是被动地接受内容，形成良好的互动关系。

（3）与实体馆互为补充。三维数字网上科普馆不只是现实世界中实体科普馆的简单复制，而是实体科普馆的补充和延伸，是实体科普馆在互联网上的一扇“窗口”。没有到过实体科普馆的人可以借助三维数字网上科普馆了解相关的地震信息，增加去实体科普馆的兴趣；而到过实体科普馆的人们可以增加二次浏览的机会；同时，三维数字网上科普馆可以实现实体馆中不可触摸的互动，借助虚拟方式得到有效的补充。

2 江苏省数字地震科普馆中虚拟三维技术的应用

2.1 3D建模

3D建模通俗来讲就是利用三维制作软件，通过虚拟三维空间，构建出具有三维数据的模型。

本馆中我们用到了3Ds MAX以及Maya两款强大的3D软件。3D Studio Max，常简称为3Ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。而Maya则集成了Alias／Wavefront最先进的动画及数字效果技术，它不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。Maya可在Windows NI与SGI IRIX操作系统上运行，是目前市场上用来进行数字和三维制作工具中的首选解决方案。

江苏省数字地震科普馆中的仪器设备就是采用了3D建模的方式来演示的（图1）。一方面360°全景展示逼真形象的仪器设备，摆脱了实体场馆老旧仪器残破的形象；另一方面，也保证了操作的有效性，不再有仪器维修的后顾之忧。

图1 江苏省数字地震科普馆的仪器三维模型

2.2 3D动画

3D动画也叫三维动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现对象的形状尺寸建立模型及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其他动画参数，最后按要求为模型赋上特定材质，并打上灯光。当这一切完成后，就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。江苏省数字地震科普馆不仅在网站整体中应用三维动画（图2），还创造出了一些动画的原型，例如视频《皮皮历震记》中的皮皮及相关的小朋友们，为今后科普作品的延展奠定了基础。

2.3 Flash动画

Flash是一种交互式动画设计工具，用它可以将音乐、声效、动画以及富有新意的界面融合在一起，以制作出高品质的网页动态效果。由于HTML语言的功能十分有限，无法达到人们的预期设计，以实现令人耳目一新的动态效果。在这种情况下，各种脚本语言应运而生，使得网页设计更加多样化。Flash具有跨平台的特性，所以无论你处于何种平台，只要可以安装运行Flash Player，就能保证它们的最终显示效果都一致。而不必像在以前的网页设计中那样为IE和Mozilla或Netscape各设计一个版本，同Java一样，Flash的可移植性很强。

图2 江苏省数字地震科普馆的3D场景

在江苏省数字地震科普馆中，Flash动画的应用较为普遍，大部分的页面采用Flash效果（图3），以期达到吸引网民的作用，在潜移默化中实现防震减灾科普知识的宣传。

图3 江苏省数字地震科普馆中的Flash页面表现

2.4 Flash游戏

目前Flash Player占据了90%互联网用户的浏览器，所以受众面很广。通过三维仿真演示技术和三维互动游戏，可以模拟真实场景和各种真实的物理运动过程，让浏览者更真实地体验地震的产生原因和所带来的灾害性损失；同时也可以通过模拟地震现场，让浏览者通过互动操作，加强地震的前兆观察能力和抗御地震的应急能力。

图4 江苏省数字地震科普馆的Flash游戏

在江苏省数字地震科普馆中，开发了两个场景，一个是地铁中，一个是大学生宿舍楼里（图4）。在不同的场景中，设置了不同的应急处理方式，全部回答正确才能通关，否则，将重新开始游戏。这样一种寓教于乐的方式，把枯燥的防震减灾知识融汇贯通，使网民可以切实掌握真实场景中的应急处理办法。

2.5 三维数字技术在地震科普知识传播方面的特点

（1）想象性与细节的展现。虚拟现实技术营造的虚拟环境既可以是宏观上的大型建筑，甚至是宇宙中的行星系，又可以是微观的分子、细胞。因此，人们可以任意想象所需要展现的细节，通过虚拟环境来得以实现。以地震科普教育为例，从宏观上来讲，可以通过实时模拟地球的变化来展示地震的过程；从微观上的应用来讲，可以通过模拟人们生活中的地震情景，让人们得到更真实的感受，并从中学到相关的地震科普知识。在江苏省地震局数字地震科普馆中，仪器知识馆就充分体现了这一特点。

（2）与虚拟环境的交互性。虚拟现实技术可以通过各种交互设备，使用户与虚拟环境发生互动。这与传统三维动画的静态播放有着本质的不同。其次，虚拟环境通过模拟真实物理世界的情况，使得人与它的互动更具真实性。在地震科普教育中，虚拟现实技术可以让人们亲身参与了解地震发生的过程，在实际的虚拟中，学会避震逃生常识，了解灾后的救援工作。用户还可以通过实际操作一些简单的地震仪器，来深入了解地震的基础知识，更具趣味性与参与感。在江苏省地震局数字地震科普馆中，地震体验馆就可以充分地展示虚拟的地震环境。

（3）亲身体验的感觉。虚拟现实技术通过三维显示技术，及各种设备展示，为人们营造出置身于其中的感观体验。使受众可以更直观地感受到虚拟环境及虚拟环境中的物品。在地震科普教育中，虚拟现实技术可以让人们从多维的视角去了解地震的一些基本知识。

（4）具有可重复使用性和可传播性。在传统的教学活动中，由于教具的限制和地震活动本身的特点，许多演示活动将具有很大的局限性和带来一定的资源消耗。而通过使用虚拟现实技术，地震科普教育可以使教学过程和场景具有可重复多次使用的特点。此外，将虚拟现实技术构建于互联网上，使得科普知识的传播更具有传播面积广、影响力大的效果。

3 结束语

中国互联网络信息中心（CNNIC）发布的统计报告显示，截至2010年12月底，中国网民规模已达到4.57亿，互联网普及率攀升至34.3%，手机网民规模为3.03亿。对于越来越多的年轻网民来说，到真实场馆中体验防震减灾科普知识的时间越来越少。而现在的防震减灾科普网站也必将被更形象生动、互动性更强的三维数字网站所取代，无时间无空间限制地畅游3D互联网络世界，使得三维数字地震科普馆真正体现出其最有价值的一面，也将延伸到防震减灾宣传的更多领域！

[1] 黄建萍.三维数字技术在博物馆网站中的应用.数字技术与应用，2011（9）：44－45，47

[2] 高川.由网上世博会展望虚拟现实的未来发展.今日科苑，2010（8）：75

Application of three－dimensional digital technology in the website of digital earthquake museum

Sun Chunxian1），Liang Kaili2），Zhou Xiaotan1）
1）Earthquake Administration of Jiangsu Province，Nanjing 210014，China
2）Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250021，China

With the development of information technology，especially the three－dimensional and network technology，digital transformation of the traditional earthquake museum using the network technology of virtual reality is becoming popular.It is significant to build the digital museum system for strengthening the popular science propaganda of earthquake prevention and disaster mitigation，popularizing the awareness and sharing related resources of earthquake prevention and disaster mitigation.

virtual reality technology；3D；digital technology；popular science；website

P315.9；

A；

10.3969／j.issn.0235－4975.2012.11.010

2012－02－09；

2012－03－26。

江苏省经信委、财政厅项目，江苏防震减灾公共服务系统项目（2008预0025号）资助。

（作者电子信箱，孙春仙：scxcat＠gmail.com）