故宫信息管理系统设计研究

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摘要：针对当下故宫网页管理信息系统仿真性差、可交互性弱、数据二维等不足，本文提出一种基于Direct3D的信息管理系统，具体介绍了该信息管理系统设计与实现。该系统应用到三维平台中，能够实现三维场景交互，多种方式查询属性信息，真实、快速的展现故宫场景。

关键词：信息管理系统；Direct3D；拾取

1概述

故宫网页管理信息系统展示了故宫的基本属性信息，能够满足故宫游客基本的信息需求，以及相关工作人员工作协调。但其量测数据真实性差，交互性弱，且没有模型数据。随着信息技术的飞速发展，三维可视化已成为未来信息产业发展的必然方向。作为中国最具代表性的古建，更需要用现代技术的手段保存信息。本文提出一种基于Direct3D的信息管理系统，存储三维激光扫描数据、精细化建模模型，以及高像素影像数据，实现故宫场景的真实化虚拟。通过交互操作的方式入库数据，查询属性信息，并对数据进行有权限的维护，实现对故宫现有条件下高精度数据存储与管理。

2信息管理系统原理构建

信息管理系统，需要实现数据的录入，数据的交互查询，以及数据信息的维护。在本文中信息数据主要包含最原始数据：三维激光点云，高像素影像，建筑属性描述文档；中间处理后的数据有：精简、配准等处理完善的点云，贴图完成后的真彩色点云，点云构建三角网，以点云为基础利用应用软件构建精细模型数据。系统实现功能主要包括：数据的录入与有权限维护，数据处理；主要体现在数据的显示以及交互操作查询上。

2.1信息录入。三维激光扫描仪获取的故宫建筑精细点云、高像素相机获取的高清影像数据是故宫信息管理系统信息的最原始来源。点云构建点云模型，高清影像贴图点云模型构建真彩色点云模型和以点云模型为基础，用应用软件建造故宫建筑精细模型是该信息系统主要的信息来源。系统运行后，以界面响应的方式，通过OBJ网格数据读取模型，录入属性信息的字段以及导入图片信息。当原有的信息出现错误以及建筑信息更新的情形，则只需要重新录入数据，覆盖原有的数据就可实现数据更新。数据是通过表格存储，在提示既有权限验证的条件下，只保存一份数据，并能达到保护数据的目的。

2.2信息查询

2.2.1拾取原理。拾取是用户通过鼠标在屏幕上的单击行为来选中三维场景的某个对象的过程。在实现拾取过程中，需要完成以下工作：根据屏幕上鼠标点击的一点S，找到其对应的投影空间中的点Q，再将点Q变换到取景空间（viewspace）中为P点；计算出Eye经过点P发射出的一条射线的方程。把射线、物体变换到同一空间中。最后进行相交测试。如果相交，那么取与摄像机最近的相交点。射线-三角形相交判断主要包括：计算射线和三角形所在平面的交点；判断交点是否在三角形内部。常用判断方法有：面积法、内角和法、重心坐标法。

2.2.2查询方式。系统基于Direct3D，应用Windows窗口程序搭建框架实现。在数据库中建立对应表格。建筑属性表格包含名字、建筑等级、建筑所在区域、建筑构件使用彩色样式、该建筑中存放珍品字段，用以描述该建筑特性。而建筑隔间表格则包含面积大小、区域功能、特殊注释字段，用以描述建筑隔间特性。同时，在拾取中，通过利用新建弹出框，显示建筑的特色摄影照片，以及当下建筑的详细信息。本文中实现三种方式查询，一是通过建立数据库树节点，点击数据库节点拾取；二是通过屏幕点击，利用射线相交法拾取。三是通过输入建筑名字，以文字做关键字查询。在建筑结构中ID为链接关键点。（1）新建数据库以单个建筑为独立单元。点击数据库节点，获取对应建筑的ID，从数据库中读取数据，进行绘制，从而显示。（2）通过界面拾取，交互获取到建筑数据结构，通过ID读取数据，进行绘制。（3）建筑物数据结构中，名字同样是独一无二的。输入名字，查询到对应建筑物数据结构，获取正确ID，从而获取数据。

3结论

本文提出基于Direct3D的信息管理系统，融合与故宫精细建模平台上，实现了对故宫现有精细化数据的存储、管理，以及可视化交互展现。实现快速、虚拟现实程度高、可靠性好。

3.1系统基于Direct3D图形绘制API，应用GPU可编程管线技术，实现对故宫精细建模模型、大数据点云实时绘制，实现高程度真实化渲染。

3.2系统设计多种方式查询属性信息，便于交互操作。

3.3以此为基础，可以应用于其他古建，进行数据管理。在古建信息存储管理、在旅游开发上，可以开发更多交互应用，实现现代模式的旅游。且以此原理为基础，构建虚拟现实的场景，开发游戏以及锻炼人的脑力等三维真实化项目具有很好的着力点。

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作者：1冉俊勇 2朱光 3黄明 单位：1北京建筑大学 2测绘与城市空间信息学院 3代表性建筑与古建数据库教育部工程中心