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田野考古中虚拟现实技术应用研究(完)

2.三维演示系统

    演示程序(Simulator.exe)

    这个程序是整个工作成果展现的平台。它读取由EditConfig.exe制定的演示项目文件。将目录一层层的动态生成。组成图文并茂的且可以身临其境操作的演示平台。

    程序的下方有操作菜单帮助说明,便于用户进行各项操作,该程序应用目标是触摸屏,所以只进行鼠标操作便可漫游演示系统。

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(十)

⑸ 三维展示脚本编辑器(DataExploer.exe)

    用来编辑一个考古课题,如何带读者进入这个虚拟世界的脚本,一个考古课题中的介绍可以按层次章节来展现给读者,对于每个章节所展示的信息,包括三维虚拟,说明信息,音频信息,视频信息等,添加到章节中,在演示引擎中展现给读者丰富的信息。

图:章节构造程序

    (图:章节构造程序)

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(九)

⑷ 场景构造编辑器(GenerateSEC.exe)

    构建三维模型虚拟现实的场景,包括:自然环境(天空,大地、植被等)、考古遗址、出土文物等。

    通过添加模型数据库中的各种真实物体(包括考古遗址、出土文物等)到场景中,构建出虚拟场景,其中模型数据库中的真实物体对应现实考古中的现实物体,包括物体在场景中相对于测量点的摆放坐标,摆放时物体的摆放角度,物体的实际测量值等属性。


 图:场景构造程序
    (图:场景构造程序)

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(八)

⑶ 地层地形地貌编辑器:(GenerateTerrain.exe)

    我们认为地貌地层的制作有很多手段,在本课题的研究中,我们先实现一种,用网格的坐标方法输入,即先在遗址上打上网格,形成此区域的平面坐标,指定共有多少个时期的地层,然后测量每个地层在各个坐标的上表面的深度,还要指定这个地层的图片,将这些数据导入本模块,生成地貌地层。下面,将详细介绍地形数据的测量,系统数据录入,模拟测量地形的过程。

    测量数据采集方法介绍:
    在遗址上划定待测量的土地的范围,并确定测量点:在测量土地表面上打上正方形网格,网格上的每一个点对应的土地表面表示为一个测量点。
 
    测量数据包括:
    ① 测量区域地形的长度,
    ② 测量区域地形的基准点,
    ③ 测量区域地形的测量点的测量值(该点相对于基准点的深度或高度值)。

    测量数据录入与模拟地形流程介绍:
    ① 测量数据录入:

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(七)

五、系统使用说明

    虚拟现实技术在考古大遗址保护中的应用预研究课题共分为两大功能模块,分别是:三维数据构造和三维演示系统,下面分别对这两个系统进行详细介绍。

1.三维数据构造系统

    ⑴ 三维模型建立(Generate3D.exe应用程序)
    利用常用的一些关于文物、考古中的实物、物件,建立考古资料符号库,整合统一文物资源,提供快速建立虚拟展示环境。演示系统根据考古发现、挖掘已知的一些通用的物件、元件建立一个标准的模型符号数据库,可根据考古人员的需求可直接调用和提取加工,该素材数据库也可由用户自行定义和扩展,根据考古的需求和分析,根据考古的不同功能、时代分别归类,建立素材数据库供考古人员在处理虚拟演示过程中调用。

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(六)

B篇  软件使用说明

一、前言
    “大遗址保护中虚拟现实技术应用系统研究”课题的内容是根据考古发现、发掘的资料,对出土的遗迹遗物进行地层学与类型学研究,寻求它们的内在联系和发展演变规律,以此复原当时的历史面貌,通过多媒体计算机虚拟现实技术处理考古发现、发掘的结果、展示考古发现、发掘过程的虚拟多媒体演示系统。系统可以根据考古发掘的过程,以及考古发现的结果,虚拟再现考古发掘全过程、考古发现的内容及考古资料的虚拟现实模拟演示系统。

    该课题是建立一个与传统的考古方式相比而言,具有良好的交互性和友善的用户操作界面,成为一个新型的、多维化(包含时空)的人机和谐的考古现场复原和重新研判田野考古方法的教室。系统充分利用计算机交互性强的特点,应用三维虚拟技术。使人利用计算机等设备就可以“身临其境”地在虚拟的考古现场中进行田野考古工作“复盘”,并可以学习并演示考古过程中涉及的现象、知识等。
 
    该课题实现的考古大遗址虚拟现实演示系统是一套通用的三维及多媒体演示系统,其中不但各种多媒体资源可以由用户自己制作,而且三维图像也可以由用户根据一定的原则使用一定的仪器或工具自己生成,再由这些数据构成三维虚拟环境,整个系统操作、处理简单易用。

二、系统开发平台和运行环境
 系统采用VC++6.0、OpenGL开发环境,运行在WINDOWS98版本以上操作系统。
 硬件要求:
 CPUPIII  450MHz以上
 内存     128MB以上
 硬盘空间 10GB以上
 硬件系统需支持OpenGL显示环境。

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(五)

7. 引擎设计详解

 

 

 

三维引擎完成功能

 

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(四)

6.Simulator.exe----三维场景浏览器程序

p.画面

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q.功能
画面有三部分组成:
场景区:
用来显示三维场景或场景介绍
在显示三维场景时将弹出漫游菜单:

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(三)

3. GenerateTerrain.exe----地层地形地貌编辑器

 

g.画面

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(二)

技术详细设计

一、系统概况

    考古大遗址保护的虚拟现实技术系统研究的主要成果——“考古三维虚拟现实系统”是用于辅助考古工作人员进行模拟或重现考古过程的工具。它从三维建模开始通过3D模型制作工具或其它3D输入设备取得物体的3D模型,并在计算机中显示出来,使用户可以直接看到模拟真实物体3D模型。然后需要对模型的各项属性进行设置,包括:物体形状、材质属性、摆放位置、观察位置、光线照射等。主要是为了在场景的搭建中是物体可以自动处在合理的位置。经过用户创建后的3D模型将被存放在对象模型库中以备多次使用。可以使得资源有效的被复用。节约演示剧本制作的时间。在场景搭建的环节中用户需要把之前取得三维模型对象资源整合到一起。比如:天空、大地、树木、考古遗址、文物等等。并将这些对象摆放在合理的位置上。保存为SCE后就成为一个场景单元。场景单元也可以放在场景数据库中,并多次使用。最后编辑场景脚本,就像为书撰写目录一样。分章论节,树形状态一层层展开。
 
    详细的制作流程如图:

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田野考古中虚拟现实技术应用研究(一)

以下将连载的是七年前由国家科技部和国家文物局立项、五年前我完成的国家“十五”科技攻关课题研究报告的摘录。该课题主要探索了这样一条路:用简单的取点测量方法,生成被测量对象的三维模型,并实时反映出各个模型间的空间关系,允许使用者通过鼠标移动、旋转、拆分、去除、放大、缩小、平移、俯视、仰视模型,可以通过鼠标操作,在三维模型场景中漫游。这样就可以在考古现场快速生成遗址的三维模型,重新复原文化层的堆积状况,使得研究者可以在日后重新审视发掘的过程、判读遗迹间的关系。通过这套工具,考古工作者无需再依赖于专业的计算机图形专业人士,而拥有可以自己快速掌握的考古专业三维模型生成工具。

       全部软件软件早已开发完成,是用C++程序设计语言在OpenGL环境下实现的。共分为三维模型编辑器、出土物三维编辑器、地层地形地貌编辑器、场景构造编辑器、三维展示脚本编辑器和三维展示浏览器六大部分。其核心是构建了三维引擎。

       现在我正在设计、组织田野考古辅助软件的开发,想把这套程序整合到其中,因此,将研究报告的主要部分分几次摘录出来,以就教于大家。下面就是第一部分的内容。

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南水北调东线考古地理信息系统(概略)

一、意义
南水北调东线工程江苏省文物保护工程在2004年间经过考古调查,共发现有文物点142处,主要集中分布在三阳河、潼河工程穿越范围、里运河、中运河的两岸及其行洪区圩堰之内和洪泽湖抬高水位淹没和影响区内。其中地面文物点36处,包括桥梁、船闸、涵洞、码头、船坞、河堤、古建筑群、石刻、纪念性建筑等;古脊椎动物与古人类化石地点10处;地下文物点96处,包括古遗址和古墓葬。142处文物点中有各级各类文物保护单位共21处,其中包括全国重点文物保护单位1处、省级文物保护单位4处、市县级文物保护单位16处。时代从几十万年的远古到五六千年的新石器,从夏商周秦汉到唐宋元明清乃至近现代。

这些古代遗址、建筑等涉及到了各种的空间信息,包括地点、范围、时代、现状、道路、工作状态、周边人口数量、经费使用、规划等,传统的地图存在信息滞后、类型单一、不便查询等缺点,因此有必要基于地理信息系统技术,把这些数据组合起来,建设一个能满足南水北调工程考古调查、发掘、保护和后续规划发展、工程建设、管理、实施监控、决策分析应用的综合考古地理信息系统。

二、目标
1、地形地貌图
按照一定比例的地形地貌真实地反映南水北调东线工程沿线文物保护点的地形地貌的情况,以便管理者全面、真实地了解基础地理信息,为实现保护点的发掘、保护工作提供依据。

2、保护点工作履历图
根据保护点的考古工作履历数据库生成相应的履历图,并可分幅打印。

3、保护点平面图
真实地再现保护点的平面图的相对地理位置及其各自的自然与人文属性。

4、南水北调东线工程
嵌入南水北调东线工程的基础规划数据,便于文物工作者调整考古与文物保护工作。

5、图查属性和属性查图
实现对系统中各要素图形和属性的双向查询,利用空间对象之间的相互关系进行空间分析、查询统计,将图形和数据管理结合起来。

6、快速定位
只要输入保护点名称和南水北调东线工程分段名称,就可以快速定位到相对应的地理位置,并结合相关的地理信息和保护点的人文信息。

7、数据库转换
可以接受田野考古过程中其他软件形成的数据库(如Access、MS SQL、Oracle等)中的相关数据,自动转换成本系统的数据格式,既便于系统数据的维护,又便于保持考古工作系统数据的一致性。

8、保护点的更新
通过对数据的维护来实现对地形地貌图中保护点的维护,即通过对属性数据的维护来实现对空间数据的更新。

9、实景影视
可以根据东线工程里程内任意一个保护点的名称来播放实景照片、录像,并且该影视的里程和保护点工作履历图、地形地貌的里程进行配准。

(2007年8月)

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