【摘要】本文通過對(duì)數(shù)字化動(dòng)物園的闡述，介紹了數(shù)字化動(dòng)物園的基本建設(shè)體系，并詳細(xì)總結(jié)出其基本構(gòu)架和基礎(chǔ)，及所應(yīng)探索和研究的內(nèi)容及方向，并以北京動(dòng)物園的研究和技術(shù)集成為示范，強(qiáng)調(diào)數(shù)字化動(dòng)物園建設(shè)的緊迫性和重要性。
　　【關(guān)鍵詞】數(shù)字化動(dòng)物園，建設(shè)體系
　　
　　1前言
　　動(dòng)物園是通過人工模擬區(qū)域自然環(huán)境和種群結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)生物多樣性的保育、科普教育、資源儲(chǔ)存和開發(fā)利用的基地，它主要以動(dòng)物學(xué)、生態(tài)學(xué)和園林園藝學(xué)支撐。隨著時(shí)代的發(fā)展，這些傳統(tǒng)學(xué)科將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用，而新興的科學(xué)和技術(shù)，特別是信息科學(xué)將為動(dòng)物園的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及ＩＴ技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，世界各大單位也紛紛加強(qiáng)了信息化進(jìn)程。發(fā)達(dá)國(guó)家著名的動(dòng)物園均積極采用最新信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物記錄與監(jiān)測(cè)管理計(jì)算機(jī)化；采用環(huán)境調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)展館環(huán)境自動(dòng)化控制，滿足模擬多種生態(tài)環(huán)境的要求；采用動(dòng)物學(xué)、生態(tài)學(xué)和園林園藝學(xué)等多種手段，研究、保護(hù)和利用動(dòng)物遺傳多樣性。
　　
　　2數(shù)字化動(dòng)物園的含義
　　數(shù)字化動(dòng)物園作為一個(gè)新的概念，尚無明確的定義，參照國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)字地球、數(shù)字農(nóng)業(yè)等相關(guān)定義，并考慮到動(dòng)物園的特點(diǎn)，數(shù)字化動(dòng)物園應(yīng)包括以下幾個(gè)內(nèi)容：對(duì)動(dòng)物園的各個(gè)方面的各種要素與過程全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；在動(dòng)物園的各個(gè)部門全面地實(shí)施數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化管理。
　　數(shù)字化動(dòng)物園的主要特征包括：信息資源得到充分的應(yīng)用；基礎(chǔ)設(shè)施裝備高度智能化；動(dòng)物保育操作技術(shù)自動(dòng)化；動(dòng)物園經(jīng)營(yíng)管理信息網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)字、信息和知識(shí)鏈條化；資源環(huán)境的信息監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和決策系統(tǒng)化；動(dòng)物生長(zhǎng)過程的數(shù)字化；動(dòng)物展覽設(shè)計(jì)智能化。動(dòng)物數(shù)字化表達(dá)與虛擬、生物信息學(xué)、精確農(nóng)業(yè)技術(shù)、智能化專家系統(tǒng)、智能機(jī)械和設(shè)備等為基本手段，從不同層次、不同方面和不同技術(shù)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物園全過程的數(shù)字化表達(dá)、控制和管理。
　　
　　3數(shù)字化動(dòng)物園的建設(shè)體系結(jié)構(gòu)
　　3.1數(shù)字化動(dòng)物園的建設(shè)體系結(jié)構(gòu)
　　建設(shè)數(shù)字化動(dòng)物園是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要由基礎(chǔ)層、技術(shù)層、數(shù)據(jù)層和系統(tǒng)層4個(gè)部分組成。基礎(chǔ)層是基礎(chǔ)和前提，包括建設(shè)數(shù)字化動(dòng)物園的各種標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、軟硬件條件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施等，尤其是信息采集、處理與監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)；技術(shù)層是支撐條件，包括3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)和可視化技術(shù)等，其中3S技術(shù)是核心技術(shù)；數(shù)據(jù)層是核心內(nèi)容，主要是相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)存、多維空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)的無縫連接等內(nèi)容；應(yīng)用層主要面向不同用戶群的需求提供業(yè)務(wù)服務(wù)，例如虛擬環(huán)境以及輔助決策支持系統(tǒng)和物種保護(hù)過程機(jī)械智能化等。
　　
　　3.2數(shù)字化動(dòng)物園的信息技術(shù)體系
　　數(shù)字化動(dòng)物園的信息技術(shù)體系包括動(dòng)物園信息管理、地理信息監(jiān)測(cè)、動(dòng)物管理、智能動(dòng)物保育和動(dòng)物園信息服務(wù)。
　　信息的采集、處理、存儲(chǔ)和管理是信息化的基礎(chǔ)，動(dòng)物園會(huì)積累大量種群譜系資源數(shù)據(jù)庫(kù)、科學(xué)研究數(shù)據(jù)庫(kù)、科普教育數(shù)據(jù)庫(kù)、資源利用數(shù)據(jù)庫(kù)和日常管理數(shù)據(jù)庫(kù)等，要求建立一個(gè)專門的、共享式的動(dòng)物園信息管理平臺(tái)。
　　
　　3.3數(shù)字化動(dòng)物園的基礎(chǔ)——虛擬動(dòng)物標(biāo)本館
　　自20世紀(jì)60年代就有基于動(dòng)物生理生態(tài)過程的模擬動(dòng)物生長(zhǎng)研究，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，可視化仿真為動(dòng)物生長(zhǎng)研究提供了一種直觀、迅速的科學(xué)研究方法，它可通過圖形方式更有效地觀察與分析動(dòng)物生長(zhǎng)中的結(jié)構(gòu)與功能、生長(zhǎng)發(fā)育、進(jìn)化和分布等規(guī)律。因此，虛擬動(dòng)物開始用于數(shù)字化動(dòng)物園研究中。虛擬動(dòng)物就是以當(dāng)物體為研究對(duì)象，通過構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單但是能夠反映物理世界中真實(shí)動(dòng)物的數(shù)學(xué)抽象描述模型，模擬被研究對(duì)象的發(fā)生、發(fā)展過程，為解釋現(xiàn)象、揭示機(jī)理、發(fā)現(xiàn)規(guī)律和預(yù)測(cè)結(jié)果提供有用工具。
　　按建模方法和目的不同可將虛擬動(dòng)物模型分為兩類：靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)模型是應(yīng)用三維數(shù)字化方法等測(cè)定動(dòng)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)后，直接應(yīng)用這些數(shù)據(jù)建立虛擬動(dòng)物模型。動(dòng)態(tài)模型是基于對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)過程中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變和幾何形態(tài)變化規(guī)律的研究，提取動(dòng)物的生長(zhǎng)規(guī)則而建立的模型。
　　虛擬動(dòng)物的研究方法包括：對(duì)不同生長(zhǎng)條件、不同發(fā)育階段的動(dòng)物進(jìn)行定性觀察，判別其生長(zhǎng)模式，確定描述其形態(tài)結(jié)構(gòu)的總體框架；定量化測(cè)定動(dòng)物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、幾何特性和機(jī)械性質(zhì)等，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和模式識(shí)別等方法，由測(cè)定數(shù)據(jù)提取動(dòng)物身理生化規(guī)律；模型依據(jù)生長(zhǎng)規(guī)律模擬植物生長(zhǎng)，應(yīng)用可視化技術(shù)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)虛擬動(dòng)物。
　　
　　3.4數(shù)字化動(dòng)物園的重要內(nèi)容——虛擬動(dòng)物園
　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是用計(jì)算機(jī)技術(shù)來生成一個(gè)逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點(diǎn)出發(fā)，利用自然的技能和某些設(shè)備對(duì)這一生成的虛擬世界客體進(jìn)行瀏覽和交互考察。目前主要用分布式虛擬環(huán)境建立虛擬動(dòng)物園，即基于因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，形成具有三維圖形空間，讓參與者從世界各地上網(wǎng)連接到該三維空間，并以化身表示各自在該共享環(huán)境中的身份，進(jìn)行相互交流。虛擬動(dòng)物園目前主要用于網(wǎng)上發(fā)布信息、動(dòng)物園管理和規(guī)劃、公眾參與和決策、生態(tài)保育和旅游發(fā)展等，是作為一個(gè)分布式虛擬環(huán)境存在的。
　　虛擬動(dòng)物園擬采用均衡客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，綜合應(yīng)用Arc／Info、Arc／View、AutoCAD、Java和VRML97等開發(fā)工具，設(shè)計(jì)基于因特網(wǎng)的三維數(shù)據(jù)模型，及支持二維圖形圖像的系統(tǒng)用戶交互界面。用戶基于該界面可進(jìn)行三維漫游探索、數(shù)據(jù)查詢分析及與其他用戶通訊合作操作等。。
　　
　　4數(shù)字化動(dòng)物園—以北京動(dòng)物園為例
　　北京動(dòng)物園是以熱帶亞熱帶植物為對(duì)象，集動(dòng)物科學(xué)研究、引種保育、科普教育和資源利用為一體的綜合性動(dòng)物園。自建園以來，已在動(dòng)物種群譜系系統(tǒng)建設(shè)與演化、引種與馴化和遷地保護(hù)等方面取得了重要的研究成果，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和基礎(chǔ)科學(xué)研究做出了重要貢獻(xiàn)。先后引種植物1萬多種，現(xiàn)收集保存植物約9000種，積累了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，初步編制了植物定植圖，建立了重要專類園和引種繁育的數(shù)據(jù)庫(kù)，完成了“北京動(dòng)物園標(biāo)本館模式標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)、北京動(dòng)物園標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù)、科普旅游信息系統(tǒng)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)”，為數(shù)字化動(dòng)物園奠定了深厚的基礎(chǔ)。近期北京動(dòng)物園又啟動(dòng)了數(shù)字化動(dòng)物園建設(shè)工作，該工作將在如下方面開展研究與技術(shù)集成：
　�。�1）數(shù)字動(dòng)物園技術(shù)與集成:在數(shù)字動(dòng)物信息獲取及計(jì)算機(jī)技術(shù)集成的基礎(chǔ)上拓展數(shù)字動(dòng)物園，探討數(shù)字信息技術(shù)在動(dòng)物園建設(shè)中的理論應(yīng)用和實(shí)踐。建立基于數(shù)字化技術(shù)的動(dòng)物園研究、開發(fā)和產(chǎn)出一體化基地。最終實(shí)現(xiàn)新優(yōu)動(dòng)物資源、優(yōu)良生態(tài)模式和現(xiàn)代科普教育的產(chǎn)業(yè)化。
　�。�2）數(shù)字化動(dòng)物標(biāo)本館:通過高分辨掃描和攝影系統(tǒng)建立動(dòng)物活體和標(biāo)本三維圖像檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)動(dòng)物圖像和文字識(shí)別系統(tǒng)，重塑現(xiàn)代標(biāo)本館。
　　（3）動(dòng)物資源保護(hù)、種質(zhì)創(chuàng)新與利用:在動(dòng)物資源研究的基礎(chǔ)上，建立動(dòng)物資源數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)物化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、新種群創(chuàng)新相關(guān)的優(yōu)良性狀和基因(重點(diǎn)是與發(fā)育、生長(zhǎng)和抗逆等有關(guān)的基因)數(shù)據(jù)庫(kù)、相關(guān)的性狀和基因的標(biāo)記(包括形態(tài)標(biāo)記和分子標(biāo)記)數(shù)據(jù)庫(kù)等。
　�。�4）生態(tài)環(huán)境資源監(jiān)測(cè)與規(guī)劃:通過3S技術(shù)動(dòng)態(tài)跟蹤調(diào)查各類生態(tài)環(huán)境資源(水分、土壤和氣象等)，構(gòu)建實(shí)時(shí)環(huán)境生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　
　　5結(jié)語
　　在一個(gè)日益城市化的社會(huì)，許多市民已經(jīng)失去了與自然界和野生動(dòng)植物的簡(jiǎn)單接觸。人們從來沒有與我們手里管理的、賴以為生自然資源這樣遙遠(yuǎn)。虛擬動(dòng)物園是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，空間數(shù)據(jù)為依托，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為特征的，具有三維界面和多分辨率瀏覽器的面向公眾的開放系統(tǒng)，使現(xiàn)代動(dòng)物園的信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，并為公眾提供身臨其境的交互或訪問平臺(tái)。通過建設(shè)數(shù)字化動(dòng)物園，我們正努力以鼓勵(lì)從事支持我們行星——地球上所有居民自然資源、棲息地和生態(tài)結(jié)構(gòu)的工作的方式，將人們和自然聯(lián)系起來。
　　
　　參考資料：
　　[1]《北京動(dòng)物園志》北京動(dòng)物園管理處中國(guó)林業(yè)出版社
　　[2]黃玫.動(dòng)物園規(guī)劃設(shè)計(jì)研究.碩士學(xué)位論文.同濟(jì)大學(xué).2005.