摘要：传统展馆业由于受到天气、交通、费用的原因正在逐步走向衰落，然而随着计算机技术、网络技术以及虚拟现实技术的出现和发展，为展品的展出提供了新的平台——网络虚拟展馆应运而生。本文通过对比研究法探讨了网络虚拟展馆与传统展馆的异同，进而提出了构建网络虚拟展馆的关键技术及实现方式，经过几何建模、碰撞检测与交互设计实现完整的虚拟展馆设计系统，最后从注意力传播的角度探讨了未来网络虚拟展馆的发展趋势。
关键词：网络虚拟展馆； 虚拟现实； 交互设计； 碰撞检测； 注意力传播
引言：
传统的实体展馆需要参展商将展品带到展会现场，花费大量的财力、物力来吸引观众。但是，由于天气恶劣、交通不便、时间紧迫等因素的影响，许多观众只能“忘展兴叹”了。伴随着网络的普及，网络虚拟展馆消除了这些，观众可以自由的选择合适的时间，在线观看不同的展览，网络虚拟展馆打破了时间和空间的，是对传统展馆的创新与补充。虚拟现实技术通过计算机产生逼真的三维虚拟世界，利用该技术构建三维虚拟展馆和立体的虚拟展品，通过网络将一个更加真实的展品呈现到网友面前，网友可以随意漫游整个展馆,并且从不同的角度观察展品的外观，还可以通过虚拟现实的交互技术，使观众与虚拟场景产生交互，从而测试展品的特有功能，使观众有身临其境的感觉。
1. 网络虚拟展馆的特点与分类
随着网络的普及和展馆业的日渐成熟，网络虚拟展馆脱颖而出。以其不受地域和时间的优势，协助传统展馆更好更快的传递信息，开拓市场，实现展馆信息化，成为展馆行业中不可或缺的重要环节。自2010年上海世博会网络展馆的开展，虚拟展馆便开始进入人们的视线，出现了例如虚拟博物馆、中国非物质文化遗产网络博物馆等大大小小无数的虚拟展馆，使用户足不出户就可以享受身临其境的展馆体验。
1.1 网络虚拟展馆的特点
网络虚拟展馆不单单是实体展馆的简单复制，更是实体展馆的补充和扩展，与实体馆相比，虚拟展馆更具自主性、便利性、互动性等特征，如图一所示。从自主性来看，观众可以通过互联网随时随地浏览各种展馆；从便利性来看，由于天气、交通、费用等而未能参观实体展馆的观众可以通过互联网足不出户漫游展馆；从互动性来看，观众可以通过文字、图片、视频等了解展会、展品信息，还可以与展品实现一些与真实展品无法实现的互动，体验网络虚拟展馆，增加观众对展品的兴趣。
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图一：网络虚拟展馆与实体展馆的特点比较
1.2 网络虚拟展馆的分类
国内外的虚拟展馆数目众多，技术发展也比较成熟。从表现形式上，虚拟展馆可以分为二维图文式三维仿真形式。二维图文式主要由二维图片与说明性文字来传达信息，辅以简单的二维游戏式互动来与参观者进行交流，具有开发成本低信息量大的优点。例如，中国科学院计算机网络信息中心(CNIC)旗下的中国科普博览网站中就收录了70多个中文虚拟展馆，是中国最早建设的网络虚拟展馆群。二维图文式的虚拟展馆的缺点是视觉效果相对平淡，趣味性不高不够吸引人。而三维仿真式因为自身优势正逐渐成为当前虚拟展馆发展的主流。
三维仿真式虚拟展馆以三维图像的形式构建虚拟空间，并利用虚拟现实技术实现互动，虽然开发成本较高，但能给参观者身临其境的视觉感受与冲击。例如，作为中国第一个在互联网上展现重要历史文化景点的虚拟世界，“虚拟紫禁城”自2008年正式运营以来广受游览者好评，用户利用虚拟紫禁城就可以足不出户地游览故宫博物院。同时，可以借助网络平台进行交流互动。
随着网上虚拟展馆技术的日益成熟，其商业价值也将会得到进一歩的利用和开发。届时，各种大型展会将会在网上陆续召开，人们可以足不出户挑选自己感兴趣的商品。毋庸置疑，网络虚拟展馆将成为未来最具价值的展示方式。
2. 构建网络虚拟展馆的关键技术
2.1 虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality，简称 VR）技术是二十世纪末出现的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，生成逼真的视觉、听觉、触觉等多感官的三维虚拟世界,人们可以借助必要的设备与虚拟世界中的物体进行交互,从而产生身临其境的体验。
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图二：虚拟现实系统的工作流程
作为一门交叉学科,为了区别相邻技术虚拟现实技术具有3个基本特征:沉浸性、交互性、构想性,即3“I”特征。
(1) 沉浸性,沉浸性是虚拟现实技术的核心,是指用户沉浸在计算机生成的虚拟场景中，它所看到的、听到的和触摸到的，与在真实世界中的感受一样，使用户在虚拟场景中有身临其境的感觉。
(2) 交互性，交互性是人机和谐的关键因素，是指用户与虚拟场景中的物体之间相互作用的能力，如当用户进入虚拟环境，面前有一扇关闭的门，当用鼠标去推这扇门时，门做出响应动作，随着用户的鼠标移动。
(3) 构想性，构想性是指虚拟场景并不是真实世界的反应，而是用户构想的一个虚拟场景，因此可以采用虚拟现实系统来进行仿真或设计，非常直观形象。
与过去的只能在计算机前等待计算机的处理结果相比，虚拟现实技术提供了一个十分理想的人机交互界面。
2.2 VRML 概述
VRML(Virtual Reality Medeling Language，虚拟现实建模语言)用于对三维场景的建模，并可以将建好三维模型通过Internet浏览器展示出来，是一门与多媒体通信、Internet、虚拟现实技术领域紧密相关的新的建模语言。VRML将三维带入了网络，是Internet上三维文件交换描述的标准。访问者通过网络可以很容易的访问三维现实，并与之交互,达到身临其境的感觉。VRML作为Internet上的3D文件的交换、描述标准，为基于Internet的虚拟现实环境的实现提供了一个可行的解决方案。VRML与其他计算机技术结合,在Web环境中可以创建虚拟城市、虚拟展馆、虚拟校园等虚拟世界,用户进入虚拟场景中有身临其境的感觉,这正是VRML的魅力所在。
VRML的解析和展示一般都是在浏览器端完成的。为了能让虚拟现实技术得到充分的体现，VRML具有以下特点:
(1)VRML具有创建三维造型和场景的功能,虽然其视觉效果不能与专业的三维软件相比,但其文件容量小，适合网络传输，这是非常具有竞争优势的特点，也是应用于网络环境所必须具备的条件；
(2)提供灵活有效的方式，将二维、三维图形和动画、声音、视频等多种多媒体技术揉和在一起，从而形成一个综合的虚拟环境，使之具有空间感和实时感；
(3)VRML文件可以在任何平台上运行,只要提供VRML浏览器便可提供可重用的节点和原型，以及对于同一对象，分层次表示细节的手段，便于建模，减少了文件的大小，加快了演示速度；
(4)VRML具有良好的交互功能，并且有支持Java、Javascript等语言的接口，使得它具有更强大的编程设计能力，也使图形、动画的控制更加灵活、方便；
(5)可扩展性，VRML提供了外部编辑接口(EAl)，从而可以在外部直接操作、控制、修
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改虚拟世界中的场景。
一个虚拟场景的构建是由VRML浏览器解析VRML文件产生的,VRML文件是由VRML语言编写的。
3. 网络虚拟展馆的设计与实现
建立一个完整的网络虚拟展馆首先要做的就是进行系统整体架构的搭建，将系统功能细分，然后通过人机交互搭建实现游览者在虚拟展馆中的漫游。
3.1 创建几何模型
在虚拟漫游系统设计中，三维模型是整个实时漫游系统的基础，模型的好坏直接影响运行的效果和场景的逼真度模型的构建可以使用OpenGL和DirectX图形函数库从底层建立但高效的方法是使用专业的建模工具。一般采用3DSMAX进行建模，用它建立的模型有很强的仿真立体效果。
首先，确定模型的层次。通过对场景的分析和现场需求，确定需建模型的层次，将场景分割为区块，这样有助于对模型的管理与组织，然后根据漫游系统的侧重点将场景划分为粗建模次精细建模和精细建模。
其次，建立几何模型。遵循由下到上的原则，利用建模软件3DSMAX提供的点线面体创建和修改工具，进行几何模型的创建。对于需要精细建模的模型尽量使用精确的几何形体创建模型细节，对于要粗建模的模型要尽量使用面数较少的几何体构建，这时创建的模型还只是一个未加任何修饰的模型，这个过程完成了几何建模的工作，但是并没有层次感和立体感。
第三，去除冗余多边形。建好的模型中一般都存在不必要的多边形，冗余的多边形使模型的面数大量增加，使得数据量加大。应该说模型构建中如果能够利用最少的多边形获得相同的真实感是最理想的效果。因此在建好的模型中大量去处多余的多边形。
3.2 网络虚拟展馆交互技术的实现
虚拟现实技术的魅力在于凭借强大的交互功能，使游览者在虚拟现实世界中有身临其境的感觉。当游览者漫游一个虚拟展馆系统时，首先在虚拟展馆的外部，游览者可以通过鼠标或方向键逐歩漫游整个系统，也可以通过切换视点实现来快速达到想要浏览的位置，要实现第二种就要用到视点绑定交互技术。当游览者要进入展馆内部进行参观时，游览者要通过入口进入展馆内部，模拟现实场景就会有开关门动作，这是虚拟现实中的造型动画交互技术。游览者通过正门顺利进入展馆内部进行参观，展馆内分布着各个展位，游览者在浏览过程中可以顺利绕过各个展台，这就要对视点适时跟踪，这用到了虚拟现实中的视点跟踪技术。当游览者参观展品时，不仅可以观摩展品，还要测试展品的功能，如打开电脑播放音乐等，这用到了虚拟现实中的信息交互技术。
3.2.1 视点绑定交互技术
当用浏览器打开某个虚拟场景时，用户视点被定位在文件定义的第一个视点上，在一个虚拟展馆系统中为了能够准确的定位到某个场景或造型，需要在场景中的特殊位置或某个特定造型出设置视点(Viewpoint)，在浏览器中通过切换视点的按钮可以顺序切换到理想的视点,但是如果视点很多，切换视点会给浏览者带来不便，为了能够快速定位到某个造型，需要采用一种视点控制机制来实现当浏览者通过单击鼠标等方式与己设置视点的场景中的特殊位置或造型接触时，视点就被切换到当前位置。VRML提供了一种实现这种机制的技术就
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是视点绑定技术。
3.2.2 视点跟踪交互技术
漫游展馆系统时，如果场景比较大时，可以为浏览者预先规定好浏览路线。通常有两种方法:第一种方法是利用VRML插值器创建一条导游路线，通过单击路标，使用户在预先定义好的路线上漫游；另一种方法是视点跟踪技术，通过VRML的接近传感器(ProximitySensor)来获取用户的位置，感知用户进入、退出设定长方体区域的动作，来更新用户的视点。下面通过视点跟踪技术来实现浏览者在展馆外景的漫游:当浏览者使用Cortona浏览器控制面板提供的plan按钮，按下鼠标左键拖动，当进入感知区域时视点切换到感知区域外的所设置的新视点的位置，流程图如图三所示。
图三：视点跟踪流程图
3.2.3 造型动画交互技术
造型动画交互技术，即浏览器感知用户的各种操作后，场景中的造型对用户的各中操作做出相应的反应，比如开门动作等。在VRML中主要有两种方法来实现造型与用户之间的交互:第一种是通过检测器来检测用户的动作，用插值器来改变造型动画对用户做出反应。第二种是通过检测器和Script节点来实现造型与用户之间的交互。
3.2.4 信息交互技术
用户在漫游虚拟展馆系统时，可以从虚拟展品中获取隐合的信息。比如:用户参观一个展示的笔记本电脑，不仅可以360度旋转观着笔记本的外观，还可以通过操作功能键获取声音信息和浏览图片信息等。在VRML场景中，利用Sound节点设置声源的位置及声音播放的方式，AudioClip和MovieTexture节点是作为Sound节点source域的域值，用于创建声源，引入声音文件。
3.3 网络虚拟展馆的碰撞检测
在虚拟环境中碰撞检测始终是值得探讨的问题，好的碰撞检测要求漫游场景中可以平滑移动，遇到一定高度的物体可以自动上去，而过高的物体则把漫游者挡住，遇到斜率较小的斜坡可以上去，斜率过大则会把漫游者挡住，在各种前进方向被挡住的情况下都要尽可能地让漫游者沿合理的方向漫游而不是被迫停下。在满足这些要求的同时还要做到足够精确和稳定，防止漫游者在特殊情况下穿墙而掉出场景。
碰撞检测问题一般分为碰撞检测和碰撞响应两种情况。碰撞检测是检测到有碰撞发生及其发生位置,碰撞响应是在碰撞发生后,根据碰撞一些参数对碰撞做出正确的反应。由于碰撞响应涉及了物力学的一些知识,在此仅对碰撞检测做研究。
碰撞检测方法主要是检测两个集合模型中的几何元素是否有相交。现在最主流的碰撞检测算法是层次包围盒法和空间分解法。这两种方法的目的都是为了尽量减少需要检测的几何元素对的数目。其中，层次包围盒法是碰撞检测算法中应用最广泛的一种，它的基本思想是利用比被测儿何对象略大而几何特性简单的几何体通过层次建模的方法将被测几何体包围起来， 用包围盒来逼近碰撞对象，通过测试包围盒与碰撞对象的相交，来快速剔除不发生碰撞的元素，而只对与包围盒相交的部分元素进行进一歩检测。从而加快了检测速度。
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图四：层次包围盒法碰撞检测
4.网络虚拟展馆的发展趋势
展馆是收藏、展出、保护展品的重要场所，虽然他并不是一项大众传播媒介，但仍然具有信息传播的功能。随着网络虚拟展馆的出现，展馆的传播模式将会由传统的信息传播模式向注意力模式转化。注意力传播模式认为：“信息源（传播者）不是设法传递信息或信念，而是对传播效果不加理会，只想抓住观众的注意力。它意味着，既没有意义的传递，也没有意义的分享，更没有在传播者与接受者之间加深联系。受众消磨在媒介上的时间，是衡量注意力的主要标准……”面对海量的信息资源，人们难以有效地获取自己所需的信息。信息的泛滥已经超过了人们注意力可以承受的负荷，导致了普遍的注意力匮乏，这种现象使注意力成为一种稀缺资源。网络虚拟展馆的出现，有效地控制了信息的灌溉，独特的交互模式，结合游览者在现实生活中可以获得的经验感受，用游戏、交互、全方位展览等游览者熟悉的模式使虚拟展馆可以轻易的捕捉他们的注意力，从而达到对展品进行展出的效果，让展品真真切切、实实在在的进入游览者的思维中。
目前，虚拟博物馆主要分为两个层面的应用模式：一种模式是传统网站的2D设计方式或360全景设计方式，绝大多数的实体博物馆的“离岸博物馆”采用了这种方式；另外一种是综合了2D与3D技术的2.5D技术，利用网站的链接功能与基于网络的虚拟现实技术的设计模式，如虚拟上海世博等。未来的虚拟博物馆将以网络技术、多媒体技术和虚拟现实技术为依托，向一个更为先进的目标发展：更加强调真实感、3D显示、实时交互、客户体验、海量数据等。通过对完全3D的虚拟展馆的建立让展品更深入的进入游览者的心中，通过游戏、交互的注意力传播模式让虚拟展馆的设计变得更有价值。那么，实现3D网络虚拟展馆设计将是虚拟展馆业发展的必由之路。
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结语
虚拟现实技术的快速发展为社会的发展、人们多通道感知世界提供了更广阔的的空间。本文介绍了基于虚拟现实技术的网络虚拟展馆的特点、关键技术与设计实现，旨在为未来3D虚拟展馆的建构提供参考依据，通过研究信息传播到注意力传播的转变过程，认为3D网络虚拟展馆的设计实现将会给未来传播模式的带来新的变革。
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