文化遗产游览系统的建构综述

ASP由于安全性、稳定性较差、只能运行于Windows平台等缺点，目前面临被淘汰的境地。.NET构架（这里主要指），较ASP在安全性和稳定性上都有大幅提高，且数据库连接功能更强大，可以使用.NET框架中的多种语言开发，但是其运行平台单一，而且与数据库的连接较为复杂。PHP是目前兴起且备受推崇的一种网络编程语言，开发效率高、成本低，开源并能够实现跨平台，但是如果使用数据库函数连接数据库会影响其可移植性，缺少正规的商业支持，不适于开发大型网站。Java（这里主要指JSP）与平台无关，可以做到“一次编写，随处运行”，运行效率和安全性也非常高，虽然其环境配置较复杂且入门较难，但是非常适用于开发大规模应用服务网站，因此本文采用JSP作为开发工具，结合MySQL数据库，构建文化遗产虚拟浏览系统。系统设计及结构文化遗产虚拟浏览系统的设计目标是建立一套满足全景图和大幅面图像浏览需求，具备开放性和可扩展性构架的系统。系统的建立是基于Java体系中的J2EE构架，一般分为四层结构：客户层、Web层、业务逻辑层、企业信息系统层。J2EE的多层分布式应用模型，按照应用逻辑功能划分为组件，各个应用组件根据它们所在的层可以采用分布式和集中式两种服务器部署方式。这种层次化结构正是文化遗产虚拟浏览系统的设计基础，同时针对虚拟浏览系统的特点和需求，本文对层次结构进行了简化和进一步的修改，提出了如图1所示的的设计结构：本文所建的文化遗产虚拟浏览系统包括页面表现层、业务逻辑层和数据访问层三个层次。在页面表现层，用户可以通过Web浏览器搜索、控制浏览和上传图像并获得显示结果。Web服务器能够接收用户传递的信息，进行相应处理，并生成结果页面显示给用户。系统管理员可以通过后台管理系统管理用户信息、浏览界面、维护数据库及页面。业务逻辑层用于验证数据的有效性，如完成数据库数据添加、修改和查询等业务，验证数据正确性和用户权限等。数据访问层主要负责数据库的访问，对数据库进行SQL语句的操作。

系统的功能及模块文化遗产虚拟浏览系统的主要功能是实现对文化遗产景观数字全景图像和大幅面图像的存储和交互式浏览，同时包含图像处理插件，能够实现图像入库前的全景图拼接和大幅面图像拼接功能。用户通过虚拟浏览页面上的游览路径对文化遗产景观进行交互式自由浏览，增加用户游览的真实感。图像处理及录入模块、数据库管理模块和虚拟游览页面生成模块。图像处理及录入模块主要完成图像的前期处理及图像上传工作。图像的前期处理主要由图像拼接插件完成，实现对多幅互有重叠图像的自动拼接，形成一幅全景图像或大幅面图像。图像拼接算法为自主开发完成，能够获得较好的拼接效果[4,5]。图像的上传工作由系统管理员和经授权的用户完成，按照不同的图像类型，把图像存储在相应的数据库内。数据库管理模块主要分为三类数据库：标示图像标题及对文化遗产图像内容进行介绍及解释的文本库、存储全景图像的全景图库和存储普通图像、游览路线图及高清图像的图像库。系统管理员使用数据库管理模块对数据库进行管理，可以为图像添加文本标注，对文本库、全景图像库及图像库进行查找、删除、更改和添加等操作。虚拟游览页面生成模块主要由系统管理员根据文化遗产游览路线和数据库内的图像设定虚拟游览路径和热点。用户通过点击热点进入图像浏览页面，交互浏览此处文化遗产大幅图像和全景图像，并且能够通过鼠标或键盘控制浏览的视角、方向及图像的缩放等。使用户能够较为自由的虚拟游览文化遗产的景观，对文化遗产有较为全面的认识和体验。

系统的实现本系统的实现主要分为两部分：系统后台管理部分和虚拟游览页面部分，而拼接插件及算法不是本系统重点，因此不作介绍。系统后台管理的使用者是整个系统的管理员，负责整个系统的维护，包括：向图像库和文本库中录入、编辑、删除图像和文本，设计游览路径等。管理员往图像库中录入新图像时一般有两种情况：一种是新建图像库时，需要批量录入多张图像，系统根据提供的图像存储路径，将此路径下的所有图像自动录入图像库中。另一种是在已有的图像库中逐张加入图像库，图像的录入要验证提供的图像文件名，如果符合规定的格式，这直接录入，如果不符合，则要提供录入图像路径和文本注释信息（景观名称和景观类别等）。虚拟游览页面部分浏览窗口的实现采用JavaApplet无插件技术开发，用户不必下载任何插件即可实现交互浏览功能，而且与系统兼容性好，能够达到较好的浏览效果。虚拟浏览功能是通过在图像浏览窗口调整视角、缩放等，从而模拟摄像机镜头的运动和缩放，达到虚拟游览的效果。具体使用的方法以展示全景图为例：首先要调取数据库中的全景图像，并调整图像的大小以适应窗口的高度（图像宽度远大于图像窗口的宽度），然后模拟柱面全景图的浏方式使全景图首尾相接在窗口内滚动显示，达到镜头旋转浏览的效果。图像的放大功能，如果在原图像分辨率内，则生成浏览区域相应的图像显示，如果超出原图像分辨率，则使用二项插值的方法对窗口内的图像进行放大，以减少图像放大时产生的锯齿现象，并且放大倍数在4倍以内，防止放大倍数过大产生失真。虚拟浏览功能可以用鼠标和键盘进行控制。

近几年，随着计算机及信息技术的发展，文化遗产的数字化保护及其虚拟漫游技术逐渐成为文化遗产保护的重要方法之一，能够长期保存文化遗产资料，并且向世界展示、宣传文化遗产信息。本文通过对比目前流行的几种网络开发语言，最终确定以最具优势和发展前景的J2EE构架为基础，提出了一套构建基于B/S结构的文化遗产虚拟游览系统，并给出了系统的设计结构、功能模块和技术方案，实现了使用JavaApplet进行全景图及大幅面图像的虚拟浏览各项功能，让用户能够使用键盘和鼠标自由控制浏览的视角，达到互动游览、身临其境的效果。当然，本系统中一些环节还有待完善，但本系统具有Java易扩展的特性，能够按照要求对系统功能进行优化和进一步扩展。

作者：高冠东 单位：中央司法警官学院