文化特色街区网络多导系统三维数据库建设研究

万华明，顾邦军，黄 鹿，孙芳芳

（苏州科技大学 传媒与视觉艺术学院，江苏 苏州215011；苏州科技大学 传媒文化产业研究所，江苏 苏州 215011）

基于网络多导三维实景化多媒体专业化的高新技术，为文化产业特色街区提供网络多导三维实景化系统，为特色文化产业街区内企业提供网络多媒体虚拟街区的新产品展示，文化特色人才，特色项目等的导航、导览、导政、导游、导购、导赏等提供创新网络服务平台与商业增值模式，适时扩展为多领域数字信息化提供全面解决方案。镇湖刺绣作为华夏民族特色的手工艺品典范，以其独特的艺术影响力越来越受到人们的关注，其市场前景更加广阔。与此同时，国内旅游经济的日渐繁荣，增进了民族工艺品交易市场的活跃和强盛，更加推动了苏绣的广阔市场。国内现建有众多的文化特色街区，但网络多导三维实景化尚未见报道，以镇湖刺绣文化特色街区为例拟构建网络多导系统，以期实现相关的突破。充分应用多媒体网络多用途导航系统，展现数字镇湖刺绣文化特色街区，并对多导系统构建与开发进行深入研究。目的是打造苏州特色、中国独特以及国际知名网络多导三维实景化平台，将中国传统刺绣文化弘扬出去，走向世界[1-2]。

1 网络多导三维实景化系统概述

特色街区网络多导三维实景化系统的开发过程是紧紧围绕着“六导功能”来进行的，“六导”即导航、导览、导政、导游、导购和导赏。这“六导功能”是镇湖特色街区的核心内容，也是系统区分于其他电子商务网站的一个特色[3-5]。

导航是指通过地理信息系统的定位功能[6]使虚拟游客进入界面之后，能够根据目录有选择地寻找定位自己的目标物；导览主要使游客置身于虚拟街区之后通过鼠标自由操作游览自己想去的店铺；导游为用户提供在线服务包括提供产品信息、街区店铺的介绍，使用户在游览网站的同时更加了解网站的界面及服务；导政主要包括一些时事政策及新闻要务的介绍与后台数据管理；导赏是为进入店铺后的客户鉴赏工艺品，提供在线虚拟专家的评估；而导购是六大系统的核心部分，为客户提供专业的服务与引导销售，包括营销、支付、物流等信息，使客户感受到网上购物的便利）。这六大系统之间相互联系，缺一不可，并与文化街区实体完全一致，同时又有远超实体丰富真实的多媒体的信息量。

2 网络多导系统三维场景数据库的构建

2.1 网络多导系统三维实景化设计理念及设计结构

2.1.1 设计理念

三维实景化系统场景是以镇湖当地特色建筑物为原型，模型中的一砖一瓦包括材质方面都尽最大可能地还原，再现镇湖特色街区，既强调了画质的美感，又保证了用户在虚拟的空间中体会堪比现实的逛街乐趣，享受独特体验，如图1所示。

2.1.2 设计结构

三维实景化系统将数据库的信息转换为三维场景，用于显示三维实景、三维信息服务等，结构如图2所示，主要分为基础层、服务层和应用层3层。

图1 多导系统三维界面

图2 系统设计结构

基础层处于整个系统的最底层，为服务层和应用层提供基本的数据支持，通过空间数据引擎连接数据库，实现三维空间数据的快速存取和统一管理。服务层包含了大量的组件，封装了对数据库进行操作的功能，通过对服务层传递命令，在基础层提供的数据的基础上，为系统提供三维实景服务、三维信息服务等，在应用层中进行显示。应用层是系统与外界交换信息的接口，当用户在应用层发出请求后，系统会根据请求将服务层获取的信息通过应用层反馈给用户，满足用户的需求。

2.2 网络多导系统三维实景化场景构建方法

网络多导系统三维实景化场景需要考虑到场景逼真度和精细效果，又要考虑到三维实景化场景建模工作量和数据量。在该系统场景构建过程中基于面向对象的思想进行构建模型。面向对象的思想认为世界是由各种各样具有自己的运动规律和内部状态的对象所组成的，不同对象之间的相互作用构成了完整的现实世界。因此，人们应当按照现实世界这个本来面貌来理解世界，直接通过对象及其相互关系来反映世界。因此，在三维系统中必须对场景内容（见表1）进行梳理和取舍，选取最主要的要素内容作为对象进行建模，在最大限度保证场景真实性的条件下，尽量减小建模工作量和三维实景化场景的数据量。

表1 多导系统三维场景要素内容

多导系统三维场景中的三维模型可以分为源模型和显示模型两种。源模型是采用三维建模软件制作的三维模型，可以编辑；显示模型是对源模型进行格式转换、坐标转换等操作后的数据，用于显示。源模型除了主文件外，还包括大量的纹理、材质文件，文件数量多，数据量大。显示模型包括模型的属性数据用于描述模型的名称、地址等基本信息，以及模型的坐标、旋转、偏移、俯仰、伸缩等定位参数。由于不同数据源采用的建模方法也不完全相同，因此，三维场景的构建必须采用多种方法的融合，通过不同要素的建模和整合，最终形成一个无缝衔接的多导系统三维实景化场景。

2.3 网络多导系统三维实景化场景数据库的构建

2.3.1 三维实景化空间数据库模型设计

在进行数据库系统模型设计时，如何将数据有条不紊地存储，实现一体化管理，以及高效的存储模式是解决空间数据库系统高效运作的关键。模型的建立主要包括概念模型、逻辑模型和物理模型的设计[7]。

三维空间数据库的概念模型是基于各类空间对象特征建立统一的数据模型，主要有几何层、表达层和语义层，通过底层自治、上层统一进行调度和管理。逻辑模型主要是实现三维空间数据的有序组织，如空间哪些对象按照特征进行组织的，哪些对象按照内容进行分类组织的，哪些对象按照细节进行组织的，等等。物理模型设计主要包括确定表和索引的物理存储参数、数据表的空间大小、系统的初始化参数等。

2.3.2 三维实景化场景数据库建设

三维实景化场景由于覆盖范围广、数据量极大，传统的基于文件管理方式已不能满足要求，特别在实景化场景更新时表现的尤为突出。一般的模型文件往往附带很多附属文件，容易造成文件丢失或误删除，破坏数据的完整性，因此，采用文件系统难以实现三维模型的高效管理。与文件系统相比而言，数据库系统的优点就显现出来，采用数据库对模型进行管理可以较好地维护模型数据的完整性和一致性，可以实现模型数据建库、提取、查询等功能，结合数据库系统提供的安全管理、数据备份恢复等机制，可以实现三维实景化模型的高效管理。

以数据库Oracle为例，Oracle是一款关系数据库管理系统[8-9]。它在数据库领域一直是处于领先地位的产品。可以说Oracle数据库系统是目前世界上流行的关系数据库管理系统，系统可移植性好、使用方便、功能强，适用于大、中、小、微各类环境。Oracle Spatial采用扩展结构模型，作为Oracle管理空间数据的插件，是Oracle在原有纯关系数据库基础上增加的空间数据管理层。SQL作为关系数据库的标准语言，提供二进制对象的字段类型，可以用来存储大量的二进制和文本数据的一种数据类型。其中BLOB类型可以存取如图像、视频、音频等格式的文件，因此，Oracle可将不同类型的三维模型和纹理均以二进制格式存储在BLOB字段中，实现三维模型的数据库存储。

图3为三维场景数据库框架图。多导系统三维实景化场景数据采用Oracle关系数据库来存储三维模型数据，基于ArcGIS平台进行管理，通过空间数据引擎ArcSDE来实现对数据的访问和操作，这样ArcGIS通过ArcSDE可以在DBMS中轻而易举地管理一个共享、多用户空间数据库。在三维模型中，纹理图像是独立于模型之外的，因此，在数据库关系表中需要设计模型与纹理的二进制存储字段来分别存放相关数据。Oracle数据库中通过模型表、纹理表、场景信息表等，将三维场景中的每个“部件”作为单独对象，通过空间位置来对整个场景的所有要素进行统一管理。以模型库为例，可以进行模型属性表、元数据表、模型数据表的创建、删除与关联，历史模型表与现势模型表的关联，以及模型存储数据连接参数管理，模型加载服务参数管理等。三维系统可以通过ArcSDE来实现对整个数据的增加、删除和更新操作，达到对三维数据管理和维护的目的。

图3 三维场景数据库框架图

项目开发中，空间引擎ArcGIS Engine是为编程人员开发客户化应用程序的组件包，它全面包含组件式GIS的类库[8]。其中Object Libraries是一组逻辑上可编程的ArcObjects组件集合，有绘图上的几何类库，GIS数据源和空间数据库类库等。可以在Windows、UNIX和Linux等系统平台的集成开发环境中使用这些类库，能够开发出难易程序不同的应用程序。这些类库也是用来开发ArcGIS Desktop和ArcGIS Server的类库。这些ArcObjects库为开发者提供了所有的ArcGIS功能，并且能够和主流的开发环境（Visual Basic、C++、Java、.NET和C#等）很好地结合在一起。

2.3.3 数据库管理系统建设

三维实景场景数据量非常大且类型复杂，不便于日常管理和更新维护。针对三维场景的日常更新和应用的需求，需要采用相应的数据库管理系统对三维模型和属性数据进行统一管理[10]，包含数据加载、查询和交换等模块。利用该管理系统，可以实现三维场景数据的入库、提取和浏览等操作，还可对数据进行查询、检查和统计，并可对数据库中的指定对象进行更新。数据库管理系统功能模块如图4所示。

图4 多导三维实景数据库管理系统

3 结语

文章以镇湖刺绣文化特色街区为例，拟与现代信息技术结合构建网络多导系统，以期实现相关的O2O的突破。充分应用多媒体网络多用途导航系统，展现数字镇湖刺绣文化特色街区，并进行多导系统构建与深层次开发研究，通过三维系统与数据库的有机结合，进行三维实景的仿真展示。目前，网络多导三维实景化平台系统会提供多种店铺的三维展现，前期主要是以刺绣店铺为主，发展成熟之后的目标是打造成一个集艺术品多种店铺为一体的多元化网络多导三维实景化电子商务平台。

[1]万华明，孙芳芳，蒋雪明，等.刺绣文化特色街区网络多导系统构建[J].苏州科技学院学报（自然科学版），2015，32（1）：41-44.

[2]万华明，孙芳芳，蒋雪明，等.刺绣文化特色街区网络多导系统平台设计研究[J].苏州科技学院学报（自然科学版），2015，32（4）：79-82.

[3]万华明，孙芳芳，蒋雪明，等.文化特色街区网络多导系统技术架构研究[J].苏州科技学院学报（自然科学版），2016，33（4）：78-82.

[4]占平.我国3D电子商务技术研究现状[J].数字技术与运用，2011（9）：24-26.

[5]万华明，孙芳芳，蒋雪明，等.文化特色街区网络多导系统定义与价值层次模型研究[J].苏州科技大学学报（自然科学版），2017，34（4）：76-80.

[6]何全军.三维可视化技术在地理信息系统中的应用研究[D].长春：吉林大学，2004.

[7]刘刚，吴冲龙，何珍文，等.地上下一体化的三维空间数据库模型设计与应用[J].地球科学（中国地质大学学报），2011（2）：367-374.

[8]闫金路.市政管网三维可视化管理系统模型的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2008.

[9]赵中元.大城市三维地理信息系统关键技术[D].武汉：武汉大学，2011.

[10]张唯，郭容寰，冯琰，等.特大型城市三维现状场景数据库构建及三维审批应用研究[J].上海国土资源，2015（2）：66-70.