交通运输行业三维阅览平台和书籍资源库建设*

李 锋，蔡 臻，卓胜达

(广东交通职业技术学院，广东 广州 510650)



交通运输行业三维阅览平台和书籍资源库建设*

李 锋，蔡 臻，卓胜达

(广东交通职业技术学院，广东 广州 510650)

着眼于交通运输行业三维虚拟图书馆和配套电子图书资源库建设，利用3DMAX和VRML虚拟立体藏书环境，基于Flash3D开发三维虚拟书籍，采用校正图像分割方法实现对书籍文字识别，融合动画效果和多点漫游实现360度全景展示，改变文化信息保存、管理、传播、使用的传统方式和手段。

虚拟现实；虚拟图书馆；VRML；3DMAX；交通运输

0 引言

“十二五”期间，我国交通类职业院校历经国家骨干院校建设和课程改革，沉淀积累了大量图书文献资源，但由于缺少发布平台和共享机制，院校之间的分散性、孤立性和不规范性直接影响到图书资源的使用效益。另一方面，信息时代交通运输行业学生对图书资源需求越来越大，专业性也越来越强，因此，建设能反映高校学科重点和专业特色的电子图书资源库变得十分迫切。

VRML属于三维建模描述语言，具有通用性、分布性、交互性和易扩展性等优点[1-2]。本文利用VRML构建虚拟藏书环境，通过网络打包传输经客户浏览器解释生成三维场景。学生不仅可以在图书馆三维场景中感受虚拟图书馆的藏书环境，感受真实氛围，还可以通过音源位置、传播方向等图书馆内空间属性感受虚拟图书馆的高低有别、远近有序的虚拟三维立体音效。

1 虚拟图书馆场景模型设计

论文利用3DMAX和VRML仿真立体藏书环境，读者在虚拟空间中通过鼠标和键盘选择学科领域，控制移动方向，融合视频、动画效果，实现多点漫游和360度全景展示，宛如沉浸在真实世界。

1.1 阅览室建模

阅览室是图书馆的基本部分，包含大门、地板、天花板、墙壁、落地窗户等。首先根据阅览室布局，利用3DMAX 选择要建立模型建筑的几张图片用于分块拼合，再对模型各个面进行渲染到与现实比较相近的三维模型，导入VRML编辑器。

1.2 书架建模

本文书架建模采用图像纹理映射方法,将图书封面贴图做在书架上。在建模时采用几何面造型法和节点造型法，将节点造型厚度设置为略小于书架厚度，然后将其放入单个的书架内，无需使用rotation进行坐标旋转，即可得到双面效果，同时也可以避免使用几何面造型法计算坐标的复杂度。

1.3 人物建模

为增加真实性，图书馆场景设立图书管理员和借阅学生。人物建模较为复杂，面部是人物建模的重点，面部模型越精细逼真感越强。面部建模包括了颧骨、鼻骨、眉骨、下额骨等大致走向[3]。首先在PS草图中绘出人物大致形态，使长宽和高度一致，然后导入3DMAX。在建模时，全程采用拖拉并点方式，将分开的点焊接，逐步勾勒面部各个器官形态，如图1。

1.4 座椅建模

座椅建模属于不规则四面体建模,书桌和椅子木制造型是由节点制作，然后使用复用机制，以达到减少重复工作量的目的，使用了几何面IndexFaceSet节点完成建模工作，如图2所示。

图2 座椅建模图

1.5 模型组合

虚拟图书馆通过几何建模和行为建模两种方式构建藏书环境。将上述场景元件，如桌椅、书架、人物造型等，生成*.wrl文件。VRML通过定义节点类型，如颜色、光照、视点、动画定时器、朝向等属性[4-5]，绘制好后再经文本编辑器实时调整模型，达到与真实藏书环境相似的效果，经浏览器解析生成仿真场景，如图3所示。

图3 虚拟场景图

2 虚拟场景漫游机制与原理

虚拟场景空间基本组成单元是计算机几何模型，所生成的场景可以根据观察点、观察方向等参数合成得到，以此方便直观地实现漫游效果。本文中漫游拓扑结构设定间距为100×40网格，漫游相机设定节点高度为1.6 m，接近成年人行走视距高度。虚拟图书馆场景建立需把得到的每个全景图都作为一个节点，再根据空间相应视点位置关系组织虚拟图书馆场景。在这个环节中，每个节点还可以与其他节点建立连接关系，能使用户漫游时进行前进、后退、环视和转弯等动作，达到真实漫游效果。漫游行走相机如图4所示。

图4 漫游行走相机图

3 三维书籍实现

本文目的是利用Flash3D开发交通运输行业三维书籍，根据中图分类号对书架进行规划，涉及道路工程、交通安全控制、交通运输等领域。仿真书籍利用鼠标移动模拟三维翻页效果，读者可以在线做标记、画重点，并能实现快速定位、电子书签等功能。

3.1 三维书籍仿真

Flash 3D在保留原Flash交互功能的同时，将建模文件通过客户端场景浏览器解释实现三维模拟和立体仿真[6-7]。首先对三维书籍的封皮、封尾、书脊和页面建模，利用 Transform节点Translation域保证每页图书两面贴图都置于Box节点两面上；并绑定接触传感器TouchSensor节点，通过位置插补器和时间传感器完成翻页动作效果。如图5所示。

图5 三维仿真书籍效果图

三维图书阅读功能实现关键代码如下：

DEF fengpi Transform{……}

DEF:F shutouch TouchSensor

DEF:F shuclock TimeSensor{··…}

DEF shu0rientationInterpolator OrientationInterpolator{……}

DEF shucontrol Script{

field SFBool isOpen FALSE

eventIn SFTime bookClicked

eveut0ut SFTime bookOpening

eveut0ut SFTime bookClosing

url“javascript:function bookClicked(value,timeStamp){

if(i sOpen){isOpen = FALSE;bookClosing=value;}

else{isOpen=TRUE;bookOpening=value;}}

3.2 文字识别

为方便学生对仿真书籍作标签和划重点，实现文字的复制粘贴操作，本文采用校正图像分割方法实现对书籍的文字识别。在识别前，先对倾斜三维书籍页面图像进行旋转以便图像分割。根据正常书籍图像和当前文字倾斜位置计算出旋转角β。设将倾斜三维书籍图像f(x,y)绕坐标原点O(0,0)旋转角度为β，则图像旋转后的坐标为f(x′,y′)，有式(1)：

(1)

本文使用投影法来取得三维书籍在水平和垂直方向的点位标记块和交叉点的位置。三维书籍图像纠正方基于数学模型模拟纠正前后三维书籍图像，从而能得到对应三维书籍像素之间变换关系。设f(u,v)为原三维书籍图像，f(x，Y)为畸变三维书籍图像，两者之间的变换关系为θ，即：

f(x′,y′)=θ(u,v)

(2)

为解决书籍拉伸、压缩、旋转误差导致文字识别偏差，使用线性变换提高识别的准确度。线性变换模型为：

(3)

最后，结合线性变换模型生成上述多项式系数，利用三维书籍像素点和畸变点间对应关系完成对三维书籍图像的矫正。识别算法代码如下:

douhle KK,GG;

//KK,GG为原始图像高度和宽度

KK=(mymax-mymin) *m_Hpix/(0.0254*m_scale);

GG=(mxmax-mxmin)*m_Vpix/(0.0254*m_scale);

switch(m_Resample.m_RSflag)

[case 1:hNewDIB=(HDIB)Nearest(int(KK),

int(GG),1pDIB,kuan,gao); break;

case 2:hNewDIB=(HDIB)Bilinear_Resample

(int(KK),int(GG),1pDIB,kuan,gao);break;

case 3:hNewDIB=(HDIB)Cubic一esarreple

(kuan,gao,lpDIB,kuan,gao);break;

4 后台管理设计与实现

在虚拟图书馆系统中，管理员通过后台管理系统实现对虚拟图书馆书籍和用户账号的管理与控制。例如对图书信息、图书类别、用户信息、用户留言等操作，系统功能流程图如图6所示。

图6 系统功能流程图

(1)图书管理

可对书名、作者、出版社、ISBN号等属性进行详细录入，并按照用户漫游时的图书分类号分类添加，通过后台上传书籍封面从而实现对书架中书籍的添加和更新。

(2)用户管理

在查找用户个人信息时，需在用户user表中的用户名与输入的关键字通过LIKE运算模糊匹配，从而筛选到需要查找的具体用户。

5 结论

本文开发交通运输行业三维虚拟图书馆和配套书籍资源，读者可以在三维仿真空间移动，足不出户便可像在真实图书馆中阅览书籍，具有基础性、公益性、普惠性和战略性特征[8]，是交通类职业院校专业建设的成果，是交通运输行业文化积累的成效，为增强学校科技服务能力，改善行业创新环境提供了强有力支撑。

[1] 许爱军.虚拟现实技术在轨道交通类专业教学中的应用[J].长江大学学报(社会科学版),2011，34(4):134-135.

[2] 张海鹏，王毅刚.基于VRML场景的虚拟配画环境设计[J].杭州电子科技大学学报,2006，26(2):35-38.

[3] 赵金龙,胡小丽,王硕，等.利用Web3D技术建设数字图书馆平台的研究[J].大学图书馆学报，2011，29(1)：51-53.

[4] 许爱军,张文金,易丹.基于VRML的虚拟现实技术及应用[J].计算机与数字工程,2009，37(4):186-189.

[5] CAHILL K.Building a virtual branch at vancouver public library using Web2.0 tools[J].Program Electronic Library and Information Systems,2011,43(2):140-155.

[6] KOPENA J,REGLI W C.DAMLJessKB: A tool for reasoning with the semantic Web[J].IEEE Intelligent System,2003,18(3):74-77.

[7] BAUER,KATHLEEN.Resources for library assessment[J].College and Research Libraries News ,2001(2):154-159.

[8] SARACEVIC T.Digital library evaluation toward an evolution of evolution of concepts[J].Library Trends,2013(7):326-330.

Virtual library platform and library construction of the transportation industry

Li Feng ，Cai Zhen，Zhuo Shengda

(Guangdong Communication Polytechnic,Guangzhou 510650,China)

Focusing on the construction of 3D virtual library and matching electronic books repository of transportation industry,using 3DMAX and VRML virtual stereo library environment， and based on Flash 3D to todevelop the 3D virtual books.Using the correction image segmentation method to achieve the book text recognition,the integration of animation and roaming to achieve a 360 degree panoramic display.It has changed the traditional ways and means of cultural information storage,management,transmission,use and so on.

virtual reality; virtual library; VRML; 3DMAX; transportation

全国交通运输职业教育教学指导委员会2015年交通运输职业教育科研项目(2015B21)；广东省大学生科技创新培育专项资金项目(pdjh2016b0605)；中国交通教育研究会教育科学研究课题(1402-136)；广东省高等职业技术教育研究会重点课题(GDGZ15Z007);广东省职教学会第三届理事会科研规划项目(201503Y52)

TP393

A DOI：10.19358/j.issn.1674-7720.2016.19.011

李锋，蔡臻，卓胜达.交通运输行业三维阅览平台和书籍资源库建设[J].微型机与应用，2016,35(19)：38-40.

2016-05-11)

李锋(1981-)，男，硕士，讲师，主要研究方向：网络工程。

蔡臻(1981-)，男，硕士，讲师，主要研究方向：网络工程。

卓胜达(1996-)，男，本科生，主要研究方向：网络工程。