【精品】java3d的网络三维技术的设计与实现(源代码+论文+说明)
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【精品】java3d的网络三维技术的设计与实现(源代码+论文+说明),精品,java3d,网络,三维,技术,设计,实现,源代码,论文,说明
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中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 于 摘要 :互联网的出现及飞速发展使 的各个领域发生了深刻的变化，它必然引发一些新技术的出现。 3D 图形技术并不是一个新话题，在图形工作站以至于 上早已日臻成熟，并已应用到各个领域。然而互联网的出现，却使 3D 图形技术发生了和正在发生着微妙而深刻的变化。 身是 先使用 语，这一术语的出现反映了这种变化的全貌，没有人能严格定义 这里我们把 解为：互联网上的 3D 图形技术，互联网代表了未来的新技术，很明显，3D 图形和动画将在互联网上占有重要的地位。 使用 重要理由之一是它的平台无关性。 供了基于 上层接口。 些底层技术包装在 口中。这种全新的设计使 32些特性保证了 术强大的扩展性 本文以 开发平台，利用 言强大的网络功能，实现了在网页上对 3D 动画进行显示和操作。 关键字 :维 T it D is a in to C or to D to is is is of in we do On D is D on PI is un in D is on of D to no 22EE 国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 on on to D D 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 录 基于 .要 :.一章 绪论 .言 . 5 联网 3. 5 . 6 第二章 .述 . 7 介 . 其他三维技术的比较 .场景图结构 . 9 虚拟宇宙（ . 10 坐标系统 . 10 场景（ . 12 现三维世界 . 13 观察模式 . 13 用来定义观察的对象 . 14 在三维世界中建立、移动观察点 . 16 网络基础 . 17 第三章 实现 . 18 体设计 . 18 本形体的生成 . 18 板的生成 . 18 方体的生成 . 18 锥的生成 . 19 体的生成 . 19 . 19 、线、面的生成 . 20 的生成 . 20 线的生成 . 21 的生成 . 21 部复杂形体的调用 . 21 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 . 22 光 . 22 理贴图 . 23 . 24 画的生成 . 24 第四章 . 24 . 24 建模 . 25 成场景： . 25 圆柱体的构建 . 26 构建 . 27 画的实现 . 29 用 . 29 体转动 . 29 景的移动 . 30 景变换 . 31 建灯光 . 31 建背景图片 . 34 数雾 . 35 景音乐 . 36 网页上显示 3. 37 第五章 实践和展望 . 39 术发展前景 . 39 文总结 . 40 参考文献 . 40 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 一章 绪论 言 互联网的出现及飞速发展使 的各个领域发生了深刻的变化，它必然引发一些新技术的出现。 3D 图形技术并不是一个新话题，在图形工作站以至于 上早已日臻成熟，并已应用到各个领域。然而互联网的出现，却使 3D 图形技术发生了和正在发生着 微妙而深刻的变化。 身是 先使用 语，这一术语的出现反映了这种变化的全貌，没有人能严格定义 这里我们把 解为：互联网上的 3D 图形技术，互联网代表了未来的新技术，很明显，3D 图形和动画将在互联网上占有重要的地位。 联网 3当前，互联网上的图形仍以 2D 图像为主流。但是， 3D 图形必将在互联网上占有重要地位。互联网上的交互式 3D 图形技术 在取得新的进展，正在脱离本地主机的 3D 图形，而形成自己独立的框架。互联网 的需求是它发展的动力。互联网的内容提供商和商业网站不断使用新的工具与技术使网站更具吸引力， 形是最新的和最具魅力的技术。 形将在互联网上有广泛应用，从目前的趋势来看主要有： 用 3D 图形展示商品，更能吸引客户。虚拟商场是人们热中的话题。客户可以在虚拟商场中漫游，挑选商品。许多 形技术的软件厂商是瞄准了电子商务的，如 图形技术主要是用于商品的 3D 展示，您甚至于可以在网上操作或使用要购买的商品。然而，形的商业利益究竟有多大 ，网上的商品销售商只有在能增加销售额的情况下，才肯出资制作 形。 2. 联机娱乐休闲与游戏： 多用户联机 3D 游戏将搬上互联网，现在您已经可以在网上经历简单的赛车或空中射击游戏，下载文件不超过 2M。当然，如果您想运行大的联机游戏仍然需要 支持。娱乐休闲网站对 形有更多的需求，如：城市景观或风景点的虚拟旅游，虚拟博物馆，展览会，艺术画廊等等。 3. 医学： 医疗培训，医疗商业的 2，许多医学图像的处理将使用 形技术。 4. 地理信息系统的数据可视化： 将 合起来，可以在互联网上建立许多应用系统，如地图，导游，城市建设，交通运输等等。 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 . 多用户虚拟社区（ 虚拟社区是建立一个大型的虚拟场景，每个虚拟场景的访问者都可以指定一个 替身 ， 替身 在场景中可以漫游。当几个远程访问者同时访问虚拟社区时，它们可以用语音或文字通讯。虚拟社区可以是一个会场，教室，俱乐部，展览会，画廊等。它真正实现了虚拟现实，在互联网上仿真虚拟社会的各种活动，分布在世界各地的人可以借助互联网开展各种文化科技，娱乐活动。而此时虚拟场景就是他 们的三维环境。虚拟社区很可能是 形在互联网上的一种主要应用形式。 现在，已有几家公司推出了自己虚拟社区及全套的解决方案，如 。它们除了提供虚拟场景制作以外，还提供：服务器管理，通讯管理，用户管理等功能。 务器已经有许多网站用它建立 虚拟社区。 互联网上几乎随处可见，而它在 3D 图形上正在显示出更大的威力。使用 重要理由之一是它的平台无关性。它的平台无关性来自于 需部分编译，负责编译 序的叫做 不同的平台有它自己 理与平台相关的功能。因此，只要支持 能运行 程序。两种最有名的浏览器 都支持 ）。因此用 作的 3D 图形几乎都可以在互 联网的浏览器上显示。令人遗憾的是 :微软在它的未来极具发展前景的 P 中不再预装 此引起的麻烦是巨大的 :要运行基于 应用，就必须安装 显然比安装一个插件更麻烦。 由于全世界有 90%的人上网使用微软不要钱的浏览器 E 上。面对 术未来的发展潜力，软件巨人微软作何打算我们不得而知。 术开发了实时渲染引擎（大小只有 50K），这个小小的 程序， 不仅在网上自动下载，而且可以在客户端实时渲染 3D 场景，逐帧显示动态的 3D 图像。 用户扩充自己的 3个公司并没有抛弃 司可以接受 把它变成自己的文件格式，然， 小巧灵活并不是没有代价的：它简化了 0K 的 实现。可以说这两个公司最先在它们的产品中实现了核心的 术。 使用这种 无插件技术 （ 司为 s 看者用菜单可以选择：展示的服装，模特的肤色，发型，步型，甚至于灯光都可中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 用菜单即刻更换。观看者可以用鼠标变换视角，远近，从各个角度观看动态展示。而所有的展示文件只有 1需下载插件。图像的质量较好，人物动画的动作流畅自然。 第二章 术的简介 其自己定义的场景图和观察模式等技术构造了 3D 的上层结构 ，实现了在 台使用三维技术。 本章将介绍 有的两个重要概念：场景图（ 观察模式（ 在接口使用上的介绍分为两部分：说明如何使用 口；说明如何将 术与 有的 术（ 结合，在网页上实现三维显示。 介 D 显示的接口。 3D 技术是底层的显示技术， 供了基于 上层接口。 些底层技术包装在 口中。这种全新的设计使 32些特性保证了 术强大的扩展性 。 立在 础之上， 言的简单性使 实现了以下三维显示能够用到的功能： 1. 生成简单或复杂的形体（也可以调用现有的三维形体） 2. 使形体具有颜色、透明效果、贴图 3. 在三维环境中生成灯光、移动灯光 4. 具有行为的处理判断能力（键盘、鼠标、 定时等） 5. 生成雾、背景、声音 6. 使形体变形、移动、生成三维动画 7. 编写非常复杂的应用程序，用于各种领域如 拟现实） 其他三维技术的比较 应用在三维动画、三维游戏、机械 多个领域。但作为三维显示实现技术，它并不是唯一选择而且是一个新面孔。在 前已经存在很多三维技术，这些三维技术在实现的技术、使用的语言中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 及适用的情况上各有不同，我主要介绍与 密切关系的三种技术： 界最为流行也是支持最广泛的一个底层 3D 技术，几乎所有的显卡厂商都在底层实现了对 是这些接口使用 C（ C+）语言实现并且很复杂。掌握针对 司推出的三维图形编程 主要应用于三维游戏的编程。众多优秀的三维游戏都是由这个接口实现。与 样， 实现主要使用 C+语言 。 自 1997年 12月正式成为国际标准之后，在网络上得到了广泛的应用，这是一种比 本化的语句可以编写三维动画片、三维游戏、计算机三维辅助教学。它最大的优势在于可以嵌在网页中显示，但这种简单的语言功能较弱（如目前没有形体之间的碰撞检查功能），与 言等其它高级语言的连接较难掌握，因而逐渐被淹没在竞争激烈的网络三维技术中。 表 1 是 其它三维技术的比较图，可以从中直观的看出他们相互间的区别： 技术 实现层次 开发技术（难 度） 扩展性 最适合应 用领域 层（ 易） ） 网上三维显示实现 层（显卡） CC+（难） 各大厂商支持（较好） 三维设计软件 层（操作系统） C+（较难） 台（差） 三维游戏 层（网页） 标记语言（容易） 安装插件支持（一般） 网上虚拟现实 表 1： 3D 技术对招表 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 际上是 言在三维图形领域的扩展，与 样， 纯粹的 面向对象结构。 数据结构采用的是 景图），就是一些具有方向性的不对称图形组成的树状结构（图 1）。 实际由 义的一系列的对象，这些对象不是杂乱无序，对象之间也不是毫无关系。如果想让三维图像正常显示，必须在这两点上遵循景图的规定。观察图 1， 景图的树结构由各种各样的对象组成： 在图中出现的这些对象都实现了 有重要的意义的类，从逻辑上我将它们分为三类： 根节点（ 节点（ 叶子节点（ 图 1：在应用中的 景图 场景图中线和线的交汇点称为节点（ 这些节点都是 节点之间的线表示各个实例之间的关系。 根节点，每一个场景图的 唯一的。 在 面是 点，每个程序可以有一个或多个 同时只能有一个 于显示状态，就 好像 一个三维世界非常大，有很多个景点，但我同时只能在一个景点进行观察。 许从一个 到另一个 过绝大多数程序只有一个 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 每一个 以拥有多个 点。所有三维形体的其位置信息（ 建立在 点之上。 来设定 的位置。 三维图形节点，这个节点的实体放映在最后的显示画面中，就是三维世界中的每个形体。包括正方体、球体以及任何形状和外观的三维形体。 位于场景图最下层 的是两个叶子节点：三维体的外观（ 几何信息（ 这两个节点定义了一个三维体的显示效果。 于图 1 的另一个分枝上，与前面所有描述三维体的性质的概念不同， 是用来定义观察者的信息。对于建立一个简单的 序，我至少需要了解三个概念：虚拟宇宙（ 场景（ 坐标系统。 虚拟宇宙（ 在 ，虚拟宇宙被定 义为结合一系列对象的三维空间。虚拟宇宙被用作最大的聚集体表现单位，同时也可被看作一个数据库。不管是在物理空间还是逻辑内容，虚拟宇宙都可以很大。实际上在大多数情况下，一个虚拟宇宙就可以满足一个应用程序所有的需求。 虚拟宇宙是各自独立的个体，原因是在任何时候一个结点对象都不能在超过一个的虚拟宇宙中存在。同样的，在一个虚拟宇宙中的结点对象也不能在其他的虚拟宇宙中可见或者与其他的对象结合。 对于一个 须定义一个虚拟宇宙才可以在这个 宇宙 中显示三维图像。 坐标系统 默认情况下， 坐标系统是右旋的，用方位语义学来解释就是：正 认的单位是米。 双精度浮点、单精度浮点甚至是定点来表示的三维坐标都足够来表示和显示丰富的 3D 场景。不幸的是，场景不是真实世界，更不必说整个宇宙了。如果使用单精度坐标，有可能出现下列情景： 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 . 离原点仅有一百公里的距离，被描绘得相当量子化，所能达到的最好效果就是三分之一英寸，在实际应用中这样的精度比要求的粗糙的多。 2. 如果要缩小到一个很小的尺寸（例如表现集成电路的大小）， 甚至在离原点很近的地方就会出现同坐标问题。 为了支持一个大型的邻接虚拟宇宙， 择了有 256 位的高分辨率坐标： 分辨率坐标由三个 256 位的定点数组成，分别表示 x、 y、 z。定点被固定在第 128 位，并且值 定义为真实的 1 米。这个坐标系统足够用来描述一个超过几百万光年距离的宇宙，也可以定义小于一质子大小（小于一普朗克长度）的对象。 在 ，高分辨率坐标仅仅用于将更加传统的浮点坐标系统嵌入更高分辨率的底层系统。用这种方法，可以创造出一个具有任意大小和规模的在视觉上无缝的虚 拟宇宙，而且可以不必担心数字上的精度。（参看表 2） 一个 256 位的定点数还具有能够直接表示几乎任何的合理适当的单精度浮点值。 有符号的、两位补码的 256 位定点数字来表示高分标率坐标。尽管 持内部高分辨率坐标表示的不透明，但用户用有八个整型变量的数组来表示 256 位的坐标。 数组中从索引号由 0 到 7分别看作高分辨率坐标的从高到底位上的数。第 128 位上是二进制的小数点，也可以说在索引号为 3 和 4 的整数之间。高分辨率坐标的 是 1米。 如果是 小 的虚拟宇宙（类似于相对比例 的几百米），在虚拟宇宙对象下（ 建立一个带有高分辨率坐标的 为根节点就足够使用了；装入程序在装入过程中能自动构建结点，而在高分辨率坐标下的点不需要任何外部文件的直接描述。 大一些的虚拟宇宙期待被构建为有如同计算机文件那样的层次，这意味着一个根宇宙要包含由外部文件引用的嵌入虚拟宇宙。就这样，文件引用的对象（用户指定的 义了被读入现存虚拟宇宙的数据的位置。 D 高分辨率坐标 2n 20 100000 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 2： D 高分辨率坐标 场景 （ 为了支持大型虚拟宇宙， 出了 概念。 高分辨率坐标作为起源。把高分辨率坐标看作精确的定位，它在高分辨率坐标的影响范围之内使用精度较低的浮点坐标指定对象的位置。 一个 与它结合的高分辨率坐标一起组成了在虚拟宇宙之下的一个表现层。所有虚拟宇宙包含一个或多个高分辨率 所有其他的对象都是附加在一个 的。在整个体系中，高分辨率坐标扮演的是上层的仅供翻译的转换结点。例如，附加到一个特定 所有对象的坐标都会与这个 置的高分辨率坐标有关。（图 2） 中国地质大学（武汉）信息工程学院学士毕业设计论文 作者：陈澎 指导教师：郑坤 2：高分辨率坐标指定场景 如果一个虚拟宇宙与传统的计算机图像的概念相近，给定的虚拟宇宙可能会变得太大。所以在通常情况下最好把一个场景图看作是一个高分辨率坐标场景的子结点。构造一个三维场景，程序员必须运行一个 个 用程序必须首先创建一个虚拟宇宙对象并且至少把一个 象附加之上。然后，构建出需要的场景图像，它由一个分支组结点开始并且包括至少一个观察平台对象，而场景图就是附加于这个观察平台。当一个包含场景图的观察对象被附加于一个虚拟宇宙， 渲染循环就开始工作。这样，场景就会和它的观察对象一起被绘制在画布上。 现三维世界 观察模
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