【摘要】本文通過對數字化動物園的闡述，介紹了數字化動物園的基本建設體系，并詳細總結出其基本構架和基礎，及所應探索和研究的內容及方向，并以北京動物園的研究和技術集成為示范，強調數字化動物園建設的緊迫性和重要性。
　　【關鍵詞】數字化動物園，建設體系
　　
　　1前言
　　動物園是通過人工模擬區域自然環境和種群結構，來實現生物多樣性的保育、科普教育、資源儲存和開發利用的基地，它主要以動物學、生態學和園林園藝學支撐。隨著時代的發展，這些傳統學科將繼續發揮重要的作用，而新興的科學和技術，特別是信息科學將為動物園的可持續發展發揮重要作用。隨著計算機和互聯網技術的飛速發展，以及ＩＴ技術在生命科學領域的廣泛運用，世界各大單位也紛紛加強了信息化進程。發達國家著名的動物園均積極采用最新信息技術實現動物記錄與監測管理計算機化；采用環境調控技術實現展館環境自動化控制，滿足模擬多種生態環境的要求；采用動物學、生態學和園林園藝學等多種手段，研究、保護和利用動物遺傳多樣性。
　　
　　2數字化動物園的含義
　　數字化動物園作為一個新的概念，尚無明確的定義，參照國內外對數字地球、數字農業等相關定義，并考慮到動物園的特點，數字化動物園應包括以下幾個內容：對動物園的各個方面的各種要素與過程全面實現數字化；在動物園的各個部門全面地實施數字化和網絡化管理。
　　數字化動物園的主要特征包括：信息資源得到充分的應用；基礎設施裝備高度智能化；動物保育操作技術自動化；動物園經營管理信息網絡化；數字、信息和知識鏈條化；資源環境的信息監測、評價和決策系統化；動物生長過程的數字化；動物展覽設計智能化。動物數字化表達與虛擬、生物信息學、精確農業技術、智能化專家系統、智能機械和設備等為基本手段，從不同層次、不同方面和不同技術內容實現對動物園全過程的數字化表達、控制和管理。
　　
　　3數字化動物園的建設體系結構
　　3.1數字化動物園的建設體系結構
　　建設數字化動物園是一個復雜的系統工程，主要由基礎層、技術層、數據層和系統層4個部分組成。基礎層是基礎和前提，包括建設數字化動物園的各種標準與規范、軟硬件條件、網絡環境和基礎設施等，尤其是信息采集、處理與監控標準化平臺；技術層是支撐條件，包括3S技術、計算機技術、網絡技術、智能技術和可視化技術等，其中3S技術是核心技術；數據層是核心內容，主要是相關數據庫存、多維空間數據倉庫和空間數據的無縫連接等內容；應用層主要面向不同用戶群的需求提供業務服務，例如虛擬環境以及輔助決策支持系統和物種保護過程機械智能化等。
　　
　　3.2數字化動物園的信息技術體系
　　數字化動物園的信息技術體系包括動物園信息管理、地理信息監測、動物管理、智能動物保育和動物園信息服務。
　　信息的采集、處理、存儲和管理是信息化的基礎，動物園會積累大量種群譜系資源數據庫、科學研究數據庫、科普教育數據庫、資源利用數據庫和日常管理數據庫等，要求建立一個專門的、共享式的動物園信息管理平臺。
　　
　　3.3數字化動物園的基礎——虛擬動物標本館
　　自20世紀60年代就有基于動物生理生態過程的模擬動物生長研究，隨著信息技術的發展，可視化仿真為動物生長研究提供了一種直觀、迅速的科學研究方法，它可通過圖形方式更有效地觀察與分析動物生長中的結構與功能、生長發育、進化和分布等規律。因此，虛擬動物開始用于數字化動物園研究中。虛擬動物就是以當物體為研究對象，通過構造一個簡單但是能夠反映物理世界中真實動物的數學抽象描述模型，模擬被研究對象的發生、發展過程，為解釋現象、揭示機理、發現規律和預測結果提供有用工具。
　　按建模方法和目的不同可將虛擬動物模型分為兩類：靜態模型和動態模型。靜態模型是應用三維數字化方法等測定動物的形態結構數據后，直接應用這些數據建立虛擬動物模型。動態模型是基于對動物生長過程中拓撲結構演變和幾何形態變化規律的研究，提取動物的生長規則而建立的模型。
　　虛擬動物的研究方法包括：對不同生長條件、不同發育階段的動物進行定性觀察，判別其生長模式，確定描述其形態結構的總體框架；定量化測定動物的拓撲結構、幾何特性和機械性質等，通過數理統計和模式識別等方法，由測定數據提取動物身理生化規律；模型依據生長規律模擬植物生長，應用可視化技術在計算機上實現虛擬動物。
　　
　　3.4數字化動物園的重要內容——虛擬動物園
　　虛擬現實技術是用計算機技術來生成一個逼真的三維視覺、聽覺、觸覺或嗅覺等感覺世界，讓用戶可以從自己的視點出發，利用自然的技能和某些設備對這一生成的虛擬世界客體進行瀏覽和交互考察。目前主要用分布式虛擬環境建立虛擬動物園，即基于因特網和萬維網的計算機軟硬件環境，形成具有三維圖形空間，讓參與者從世界各地上網連接到該三維空間，并以化身表示各自在該共享環境中的身份，進行相互交流。虛擬動物園目前主要用于網上發布信息、動物園管理和規劃、公眾參與和決策、生態保育和旅游發展等，是作為一個分布式虛擬環境存在的。
　　虛擬動物園擬采用均衡客戶機/服務器結構，綜合應用Arc／Info、Arc／View、AutoCAD、Java和VRML97等開發工具，設計基于因特網的三維數據模型，及支持二維圖形圖像的系統用戶交互界面。用戶基于該界面可進行三維漫游探索、數據查詢分析及與其他用戶通訊合作操作等。。
　　
　　4數字化動物園—以北京動物園為例
　　北京動物園是以熱帶亞熱帶植物為對象，集動物科學研究、引種保育、科普教育和資源利用為一體的綜合性動物園。自建園以來，已在動物種群譜系系統建設與演化、引種與馴化和遷地保護等方面取得了重要的研究成果，為國民經濟的發展和基礎科學研究做出了重要貢獻。先后引種植物1萬多種，現收集保存植物約9000種，積累了大量基礎數據，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據庫，完成了“北京動物園標本館模式標本數據庫、北京動物園標本數據庫、科普旅游信息系統與空間數據庫的建設”，為數字化動物園奠定了深厚的基礎。近期北京動物園又啟動了數字化動物園建設工作，該工作將在如下方面開展研究與技術集成：
　　（1）數字動物園技術與集成:在數字動物信息獲取及計算機技術集成的基礎上拓展數字動物園，探討數字信息技術在動物園建設中的理論應用和實踐。建立基于數字化技術的動物園研究、開發和產出一體化基地。最終實現新優動物資源、優良生態模式和現代科普教育的產業化。
　　（2）數字化動物標本館:通過高分辨掃描和攝影系統建立動物活體和標本三維圖像檔案數據庫，開發動物圖像和文字識別系統，重塑現代標本館。
　　（3）動物資源保護、種質創新與利用:在動物資源研究的基礎上，建立動物資源數據庫、動物化學成分數據庫、新種群創新相關的優良性狀和基因(重點是與發育、生長和抗逆等有關的基因)數據庫、相關的性狀和基因的標記(包括形態標記和分子標記)數據庫等。
　　（4）生態環境資源監測與規劃:通過3S技術動態跟蹤調查各類生態環境資源(水分、土壤和氣象等)，構建實時環境生態環境數據庫。
　　
　　5結語
　　在一個日益城市化的社會，許多市民已經失去了與自然界和野生動植物的簡單接觸。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。虛擬動物園是以互聯網為基礎，空間數據為依托，虛擬現實技術為特征的，具有三維界面和多分辨率瀏覽器的面向公眾的開放系統，使現代動物園的信息實現數字化管理，并為公眾提供身臨其境的交互或訪問平臺。通過建設數字化動物園，我們正努力以鼓勵從事支持我們行星——地球上所有居民自然資源、棲息地和生態結構的工作的方式，將人們和自然聯系起來。
　　
　　參考資料：
　　[1]《北京動物園志》北京動物園管理處中國林業出版社
　　[2]黃玫.動物園規劃設計研究.碩士學位論文.同濟大學.2005.