（信号与信息处理专业论文）基于X3D的儿童髁上骨折网络辅助诊断系统.pdf

四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 7 7 9 3 1 e 基于x 3 d 的儿童髁上骨折网络辅助诊断系统 信号与信息处理专业 研究生张正波指导教师黄华 网络技术和虚拟现实技术的不断发展 特别是计算机运算速度的提升 网 络带宽的改善 以及电子商务 网络游戏等应用的逐步升温 w e b 3 d 技术也随 之孕育而生 使3 d 在w e b 中的应用成为可能 2 0 0 4 年8 月 x 3 d e x t e n s i b l e 3 d 规范已经被国际标准化组织 i s o 定为国际标准i s o i e c1 9 7 7 5 成为 w e b 3 d 技术新一代的公共标准 国内外对这种技术的文章和研究还比较少 本 文比较深入的研究了x 3 d 技术 是这种新一代的w e b 3 d 技术在医学中的一个 具体应用 肱骨髁上骨折是指肱骨干与肱骨髁交界处发生的骨折 多发于1 0 岁以下儿 童 这种骨折最常见的后遗症为肘内翻畸形 为了矫正这种骨折的旋转移位 必须对患者骨折处的旋转移位情况进行准确的判断 但是只有少数资深的放射 科大夫能通过肱骨髁上部位的正位和侧位x 光片来做出以上的判断 而作此设 计的目的便是使普通或实习医生通过这个辅助诊断系统也能做到这点 从而不 需要c t 成像等费用高昂的检测 大大降低医疗的费用 本设计构建了基于l i n u x 操作系统 a p a c h ew e b 服务器 m y s q l 网络数 据库和p h p 脚本语言的服务器平台 用户只要通过浏览器便可以访问查询数据 库 了解儿童髁上骨折远端和近端的旋转情况和相关的x 光片的特点 并且可 以通过x 3 d 建立的三维骨骼模型和动画 从任意角度直观地观察骨折的模拟情 况 有助于普通医生形成较为形象生动的感性认识 整个系统主要采用b r o w s e r s e r v e r 体系结构 无须开发客户端软件 维护 和升级方便 可跨平台操作 任何一台机器只要装有w w w 浏览器软件 均可 作为客户机来访问系统 具有良好的开放性和可扩充性 b r o w s e r s e r v e r 体系结 构紧密结合了i n t e m e t i n t r a n e t 技术 是未来发展的趋势 虽然目前看来在技术 方面还存在一些问题 但毫无疑问 b r o w s e r s e r v e r 模式将以其良好的可扩展性 超越地理位置限制等优势 成为应用系统发展的必由之路 在数据库维护方面 四川大学硕士学位l 论文 2 0 0 5 采用c l i e n t s e r v e r 结构 使存取数据更为安全可靠 由于整个系统选取的构件都是跨平台的 所以在开发的过程中 充分运用 了这个优势 利用w i n d o w s 平台支持的应用软件多的特点 在w i n d o w s 环境完 成了这个系统的设计工作 再将它移植到l i n u x 系统上 利用l i n u x 平台作为 网络服务器的优势 使系统更为安全和稳定 在系统设计过程中 利用3 d sm a x 的e d i t a b l ep o l y 建模方法 建立了比 较精细的手臂模型 导出为 w r m l 文件 再通过x 3 d e d i t 将其导入和编 程 形成基于x m l 编码的三维动画模型 从而便于三维信息在网络中传输 并 通过浏览器便可以轻松浏览观察模型和动画 而p h p 脚本编程只需要一个自己 用的较为顺手的纯文本编辑软件即可 如e d i t p l u s 网页设计使用简单易学的 d r e a m w e a v e r 数据库的建立用m y s q l 的客户端程序m y s q l 数据库的移植则 通过m y s q l d u m p 和m y s q l 联合实现 该系统既可以作为临床医学中儿童髁上骨折辅助诊断的工具 也可以作为 x 光片诊断学较为形象生动的教学手段 具有较大的实用价值和现实意义 关键词 w e b 3 dx 3 dl i n u x a p a c h em y s q l p h p 儿童髁上骨折 i i 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 c o m p u t e ra i d e dd i a g n o s t i cs y s t e mf o rc h ii d r e n s s u p r a c o n d y ia rf r a c t u r eo fh u m e r u sb a s e do nx 3 d m a j o r s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g g r a d u a t e z h a n gz h e n g b oa d v i s o r h u a n gh u a n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yi sc o n t i n u o u s l yd e v e l o p i n g e s p e c i a l l yc o m p u t e rc o m p u t i n gr a t ea n dn e t w o r kb a n d w i d t hi si n c r e a s i n g a n d e b u s i n e s sa n dn e t w o r kg a m e sa n ds oo nb e c o m ev e r yp o p u l a r w e b 3 dt e c h n o l o g y c o m e si n t ob e i n gw i t l lt h o s et h i n g s t h i sm a k e s3 da p p l i c a t i o nf o rw e bp o s s i b l e i n a u g u s t2 0 0 4 t h ex 3 ds p e c i f i c a t i o nh a sb e e na p p r o v e db yt h ei n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s o r g a n i z a t i o no s o 鹤i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r di s o i e c1 9 7 7 5 t h e r ea r cf e wp a p e r s a n dr e s e a r c hw o r k so ni t t h i sp a p e rt e l l sas p e c i f i ca p p l i c a t i o no fx 3 di nm e d i c a l f i e l d w h i c hi so n eo f m o s tp o p u l a rw e b 3 dt e c h n o l o g y s u p r a c o n d y t a rf r a c t u r eo fh u m e r u si s af r a c t u r eh a p p e n e db e t w e e nh u m e r a l c a d r ea n dh a m e r a lc o n d y l e t h i sf r a c t u r eh a p p e n sal o to nc h i l d r e nu n d e r1 0y e a r s o l d f r e q u e n t l yh a p p e n e ds e q u e l ao f t h i sk i n do ff r a c t u r ei se l b o wv a r u s t or e m e d y i t w em u s tt e l lt h ee x a c tc i r c u m s t a n c e so ft h er o t a t i o na n dt r a n s l a t i o no ft h ef r a c t u r e o fp a t i e n t s b u to n l yf e we x p e r i e n c e dr a d i a t i o ns e c t i o nd o c t o r se a r ld r a wt h e c o n c l u s i o nb yf r o n t a la n ds i d ex r a ys l i c e t h ep u r p o s eo fd o i n gt h i sd e s i g ni st o m a k eo r d i n a r yd o c t o ra n dh o u s e m a nc a l ld ot h es a n l ej o bb yu s i n gt h i sc o m p u t e r a i d e dd i a g n o s t i cs y s t e m i nt h i sw a y w ed on o tn e e dc ti m a g e s s ow ec a ng r e a t l y r e d u c ef e e f o r s e r v i c e i nt h i sd e s i g n w ec r e a t eas e r v i c ep l a t f o r mb a s e do nl i n u xo p e r a t i o ns y s t e m a p a c h ew e bs c i v c r m y s q ln e t w o r kd a t a b a s ea n dp h ps c r i p tl a n g u a g e c l i e n t sc a n v i s i to u rd a t a b a s ea n dq u e r yw h a tt h e yw a n tt h r o u g hw e bb r o w s e r t h e yc a ng e t c i r c u m s t a n c e so ft h er o t a t i o na n dt r a n s l a t i o no ft h ef r a c t u r eo fc h i l d r e na n df e a t u r e s o fr e l a t e dx r a ys l i c e s a n df u r t h e rm o r e t h e yc a l lw a t c ht h r e e d i m e n s i o nx 3 d i i 玫川大学硕士学位论文 2 0 0 5 m o d e l sa n da n i m a t i o n sa tw i l l s ot h a tt h e yc a ng e tav i v i dv i e wa n du n d e r s t a n dw h a t i sh a p p e n i n gt h e r e w e p r i m a r i l yu s eb r o w s e r s e r v e ra r c h i t e c t u r et oc o n s t r u c t t h i ss y s t e m s ot h a tw e d o n tn e e dt od e v e l o pc l i e n te n ds o r w a r e a n di tm a k e sm a i n t e n a n c ea n du p d a t e m o r ec o n v e n i e n t i ti sc r o s s p l a t f o r m w h i c hm e a n st h a tw h a t e v e rab r o w s e ro f w h a t e v e rac o m p u t e rc a nb eac l i e n tt ov i s i to u rs y s t e m i ti sv e r yo p e na n de x t e n s i b l e b r o w e r s e r v e r t e c h n o l o g y c o m b i n e dw i t hi n t e r n e f f i n t r a n e t t e c h n o l o g y i s d e v e l o p m e n tt r e n do ff u t u r e a l t h o u g hc u r r e n t l y t h i st e c h n o l o g ys t i l lh a sal i t t l e p r o b l e m u n d o u b t e d l y b r o w s e r s e r v e rm o d ew i l lb e c o m et h eo n l yw a y o fa p p l i c a t i o n s y s t e md e v e l o p m e n t o nd a t a b a s em a i n t e n a n c e w ed e p l o yc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r e b e c a u s eo fs e c u r i t yc o n c e r n b e c a u s ea l lo fc o m p o n e n t so ft h i ss y s t e ma r ec r o s s p l a t f o r m i nt h ep r o c e s so f d e v e l o p m e n t w ed e s i g na l lt h es y s t e mo nw i n d o w se n v k o n m e n t b e c a u s eo fm o r e s u p p o r t e ds o f t w a r ea v a i l a b l e a n dt h e ns h i f ti t t ol i n u xe n v i r o n m e n t b e c a u s eo fi t s s e c u r i t ya n ds t a b i l i t y i nt h ep r o c e s so ft h i sd e s i g n w ed e p l o y e d i t a b l ep o l y m o d e l i n gm e t h o do f 3 d sm a xt oc o n s t r u c ta r mm o d e l s a n de x p o r tt h e ma sv r m lf o r m a tf i l e s t h e n r e p o r tt h e mt ox 3 d e d i ta n dp r o g r a m i nt h i sw a y w e c o n s t r u c tt h r e e d i m e n s i o n x m l c o d e dm o d e i sa n da n i m a t i o n s s ot h r e e d i m e n s i o ni n f o r m a t i o nc a nb e t r a n s f e r r e dt h r o u g hn e t w o r k a n dc a nb ed i s p l a y e db yw e bb r o w s e r w ec a l lu s ea n y o fp u r et e x te d i t o rt od e v e l o pp h ps c r i p t s s u c ha se d i t p h i s a n du s ed r e a m w e a v e r t od e s i g nw e bp a g e s a n dd e p l o ym y s q l w h i c hi so n eo fm y s q lc l i e n te n d a p p l i c a t i o n t od e v e l o po u rd a t a b a s e s d a t a b a s e sa r es h i f t e dt ol i n u xb ym y s q l d u m p a n dm y s q l t h i ss y s t e mc a nb eu s e da sat o o l f o rc h i l d r e n s s u p r a c o n d y l a rf r a c t u r eo f h u m e r u s i ta l s oc a nb eu s e da sat e a c h i n gm e a n so fx r a yi m a g er e a d i n g s ot h i s s y s t e mi so f v a l u e k e y w o r d s w e b 3 dx 3 dl i n u x a p a c h em y s q l p h p c h i l d r e n ss u p r a c o n d y l a rf r a c t u r eo f h u m e r u s i v 四川大学硬士学位论文 2 0 0 5 1 引言 1 1w e b 3 d 技术的发展及现状 网络技术的迅速发展 各种网络硬件 软件 协议层出不穷 真可谓日新 月异 最具有代表性的互联网已经深刻影响人们的学习 生活 工作以及休闲 娱乐的观念和方式 每天在我们这个世界中传输和处理的信息不计其数 且复 杂多变 其内容从刚开始的纯文本形式 发展到图片 声音 视频等多媒体形 式 现在 三维信息以其直观易懂 生动形象和可视性强等诸多自身独有的特 点 越来越得到人们的关注 基于网络的三维可视化技术 w e b 3 d 集计算机技术 通信技术 网络 技术和三维图形技术于一体 不仅可以传递三维信息和各种各样的多媒体信息 而且以其方便快捷的动态交互性使得一些新兴的网络应用成为现实 we b 3 d 可以简单地把它看成是w e b 技术和3 d 技术相结合的产物 实际上也就是本机 的3 d 图形技术向互联网的扩展 其本质特征即网络性 三维性和互动性 它与 本机的3 d 图形技术的主要差别在于 1 实时渲染 它是由渲染引擎进行实时 渲染从而实时显示的 本机的3 d 图形是预渲染 2 具有无限的交互性 因为 是实时渲染这就为交互性提供了基础 3 优化和压缩 由于网络带宽的限制 文件必须经过优化和压缩以保证用户端快速下载 通过应用w e b 3 d 技术 用户 可在网上浏览以三维形式表现出来的物体 并对其进行交互性操作以体验身临 其境的奇妙感受 w e b 3 d 技术可广泛应用于教育业和电子商务 娱乐游戏业 企业和虚拟现实展示等领埘 w e b 3 d 这个名词源自w e b 3 d 联盟 w e b 3 dc o n s o r t i u m w 3 d c 其前 身为v r m l 联盟 它是一个致力于研究和发展i m e m e t 上虚拟现实技术的国际 性的非赢利组织 主要任务是制定互联网3 d 图形的标准与规范 该组织先后提 出了v r m l l 0 v r m l 2 0 和v r m l 9 7 规范 v r m l 规范支持纹理映射 全景 背景 雾 视频 音频 对象运动和碰撞检测等特性 但还存在很多缺陷 属 性过多难于实现 与其它应用集成困难 稳定性和一致性不能满足用户要求 复杂的v r m l 的嵌套结构 解释执行的特点使得绘制速度比较慢 因此对大规 模复杂虚拟场景来说 很难在普通微机平台上达到实时漫游的效果 v r m l 是 1 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 几乎没有得到压缩的脚本代码 加上庞大的纹理贴图等数据 在实现三维场景 的时候 计算机运算和产生的数据量对于当时的互联网来讲实在是太大了 特 别是那些高品质的三维场景或物体根本无法在窄带互联网中实现 由于网络带 宽瓶颈 用户需求以及本身技术等原因 v r m l 技术的进展远没有达到预期目 的 1 9 9 8 年v r m l 联盟改名为w e b 3 d 联盟 年底提出新的标准x 3 d e x t e n s i b l e 3 d 又称为v r m l 2 0 0 x 规范 2 0 0 0 年舂 w 曲3 d 联盟完成了v r m l 到x 3 d 的转换 x 3 d 整合正在发展的可扩展标记语言 e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 简称x m l j a v a 流技术等先进技术 包括了更强大 更高效的3 d 计算能 力 渲染质量和传输速度 所谓x 3 d 标准就是x m l 标准与3 d 标准的有机结 合 x 3 d 被定义为可交互操作 可扩展 跨平台的网络3 d 信息标准 在2 0 0 2 年3 月份x 3 d 第一版发布以来 已经有基于j a v a 的源码开放的 网络3 d 软件问世 因此 w e b 3 d 联盟在制定标准时成立了j a v a 语言翻译工作 小组 以便允许j a v a 程序能够与新的3 d 标准程序相协调 这也最终结束与s u n 的网络3 d 技术j a v a 3 dt e c h n o l o g y 之间的冲突 2 0 0 4 年3 月 x 3 d 的交互规则被运动图像专家组 m p e g 采纳 把富有 艺术水平的 基于x 3 d 的交互式三维图形引入到m p e g 4 的多媒体标准中 此 x 3 d 的交互规则已经是i s o i e c1 4 4 9 6 标准的一部分 并将在2 0 0 5 年1 月成为国 际标准 2 0 0 4 年8 月 x 3 d 规范已经被国际标准化组织 i s o 定为国际标准i s o i e c 1 9 7 7 5 这个规范定义了x 3 d 运行时核心技术兼容性和三维信息以及网络上运 行的三维应用程序的传输机制 并且使x 3 d 支持多种文件格式编码和程序设计 语言 提供非常卓越的三维数据互操作性 操作的灵活性 以及传输和显示场 景的实时性 1 2w e b 3 d 标准之争 尽管x 3 d 规范已经被国际标准化组织 i s o 定为国际标准 由于历史原 因 在互联网高速发展的环境下 v r m l 9 7 已经不能满足人们的需要 但v r m l 联盟迟迟没有发布下一个公共标准 导致众多公司和用户只得另辟蹊径 有不 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 少的计算机公司推出了各种不同的w e b 3 d 实现方案 如e y e m a t i c 公司的 s h o u t 3 d c y c o r e 公司的c u l t 3 d 等 s h o u t 3 d 采用类似v r m l 的文件格式描述 三维场景 而c u l t 3 d 则采用单独定义的文件格式 不能与其它w e b 3 d 应用兼 容 s u n 公司公布的j a v a 3 d 则为w e b 3 d 提供了语言级的支持 j a v a 3 d 是j a v a 用于三维程序编程的一组a p i j a v a 语言面向对象和跨平台特性 使得j a v a 3 d 特别适合网络环境上的应用 1 3 目前具有代表性的几种w e b 3 0 技术 由于历史的原因 除了x 3 d 外 还有很多w e b 3 d 技术 在激烈的竞争中 大部分已经被淘汰 比如著名a d o b e 公司的a t m o s p h e r e a d o b e 已经放弃了此 软件的出售和更新 目前还有以下几种较具代表性 并且应用比较广泛的w e b 3 d 技术 1 3 1 p u l s e 3 1 d p u s l e 建立于1 9 9 4 最早由视频制作 计算机游戏和交互式多媒体工具包起 家 其交互式多媒体工具包主要为企业组织的网页设计师提供一种交互的多媒 体解决方案 在过去的三年中 其用户迅速增长 包括消费类产品 汽车工业 i t 娱乐 电影 电视和金融部门 在早期 凭着在游戏方面的开发经验把3 d 带到了网上 它瞄准的目标市场 是娱乐业 p u s l e 提供了一个多媒体平台 囊括2 d 3 d 图形 声音 文本和动 画 其平台分为三个组件 p u s l ep l a y e r p u s l ep r o d u c e r 和p u s l ec r e a t o r 其中 p u s l ep l a y e r 即播放器插件 除了为i e 和n e t s c a p e 提供的浏览器插件外 p u s l e 还得到了a p p l e 和r e a ln e t w o r k 的支持 在q u i c k t i m e 和r e a l p l a y e r 中已经包含 了p u l s e 播放器 p u l s ep r o d u c e r 是用来在三维动画工具中输出p u l s e 所需数据的 插件 目前支持的有3 d sm a x 和m a y a 的插件 能够输出到p u l s e 中的数据包 括 几何体网格 纹理 骨骼变形系统 支持c h a r a c t e rs t u d i o m o r p h 网格变 形动画 关键帧动画 音轨信息和摄像机信息 p u l s e 还支持从v r m l 和b i o v i s i o n 的输入 p u l s ec r e a t o r 是p u l s e 总的组装平台 导入p u l s ep r o d u c e r 生成的数据 后 p u l s ec r e a t o r 进行以下的功能操作 为媒体设置交互性 设置实时的灯光 定义媒体的压缩 流传输和缓存 即区分哪些数据是流式的 哪些要留在用户 四j f f 丈学硕士学位论文 2 0 0 5 的缓存中 现在 p u l s e 以其v e e p e r s 技术1 2 7 1 主要为在线行销 商业 用户服务 支持 和在线学习 培训 提供 种基于虚拟角色的解决方案 可见 其商业重心已经 转移了 1 3 2 c u l t 3 d c y c o r ec u l t 3 d 是一种三维软件渲染应用程序 能为主流的平台和应用 程序带来交互三维 它是一套构建 发布和演示交互三维物体的软件应用程序 和格式 其设计焦点着重通过网络或电子文档的产品演示 其组件包括c u l t 3 d e x p o r t e r c u l t 3 dd e s i g n e r 和c u l t 3 dv i e w e r c u l t 3 d 支持事件和物体中的j a v a 方法或者嵌入在h t m l 网页中的j a v a s c f i p t 方法的双向通信 并且最终模型被发 布后 其文件是被锁定的文件格式 将不能被篡改 2 6 1 因此具有较高的保密性 现在 c u k 3 d 技术在电子商务领域已经得到了广泛的推广运用 和v i e w p o i n t 相比 c u r 3 d 的内核是基于j a v a 它甚至可以嵌入j a v a 类 利用j a a 来增 强交互和扩展 但是相对于v i e w p o i n t 它的x m l 构架能够与浏览器或数据库 方便通信 其开发环境比v i e w p o i n t 人性化和条理化 开发效率也要高得多 1 3 3v i e w p o i n t v i e w p o i n te x p e r i e n c et e c h n o l o g y 简称v e t 的前身是由m e t a c r e a t i o n 和 i n t e l 联合开发的m e t a s t r e a m 技术 提到m e m e m a t i o n 相信不少人曾对这家有传 奇色彩的公司感兴趣过 它出品的软件虽算不上什么大手笔 却个个功能极具 特色 像有名的b r y c e p o s e r k p t 滤镜等 奇怪的是为了全面发展m e t a s t r e a m 技术 m a t a e r e a t i o n 卖光了他所有的产品 并把自己名字改为m e t a s t r e a m 在2 0 0 0 年夏 m e t a s t r e a m 购买了v i e w p o i n t 公司并继承了v i e w p o i n t 的名字 v i e w p o i n td a t al a b 是一家专业提供各种三维数字模型出售的厂商 m e t a s t r e a m 收购v i e w p o i n t 的目的是利用v i e w p o i n t 的三维模型库和客户群来推广发展 m e t a s t r e a m 技术 在m r s 2 0 m e t a s t r e a m 时代m e t a s t r e a m 的技术优势就已经表现出来 它生成 的文件格式非常小 三维多边形网格结构具有s c a l e a b l e 可伸缩 和s t e a m i n g 流传输 特性 使得它非常适合于在网络上的传输 你可以在三维数据下载 的过程中看到一个由低精度的粗糙模型逐步转化为完整的高精度模型过程 v e t 即r o t s 3 o 继承m e t a s t r e a m 以上特点 并实现了许多新的功能和突破 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 在结构上它分为两个部分 一个是储存三维数据和贴图数据的m r s 文件 一个 是对场景参数和交互进行描述的基于x m l 的m t x 文件 它具有一个纯软件的 高质量实时渲染引擎 渲染效果接近真实丽不需要任何硬件加速设备 v e t 可以和用户发生交互操作 通过鼠标或浏览器事件引发一段动画或是 一个状态的改变 从而动态地演示一个交互过程 v e t 除了展示三维对象外还犹如一个能容纳各种技术的包容器 它可以把 全景图像作为场景的背景 f l a s h 动画作为贴图使用 v i e w p o i n t 的主要运用市场是作为物品展示的产品宣传和电子商务领域 许 多著名的公司与电子商务网站使用了此技术作为产品展示 1 3 4b 3 d b r i l l i a n td i g i t a l 娱乐公司是一个坐落与洛杉矶并涉足澳大利亚电脑游戏业的 公司 b r i l l i a n t 于s i g g r a p h 2 0 0 0 大会上发布了他们给3 d sm a x 提供的b 3 d 技 术 b r i l l i a n t 的程序员开发了一个用于数据压缩和发布的技术 使得在窄带下也 能够实现3 d 数据流的传输 它引入了以对象为基础的数据库 将数据流和所存 贮的数据连接起来 然后角色按情节指令进行动画 艺术家和动画师可以直接从3 d s m a x 中直接输出动画到b 3 d 授权环境下 在那里文件被压缩并使用b r i l l i a n t 的数字播放技术发布到w e b 上 b 3 d 独特之处是可制作具有宽频效果的立体动画 并透过互联网传送至窄 频用户 这些档案占用空间小 下载时间短 是能全屏幕显示的互联网立体动 画内容 凭着这项崭新的立体动画技术 客户可将既具互动性 又富创意的内 容传送给目标观众 b r i l l i a n td i g i t a l 播放器提供对实时灯光和实时阴影的直接控 制 并且它不依赖点的颜色来模拟这些效果 这一切使动画师能将同样的角色 放置于不同场景和不同灯光条件下 因此具有非常大的灵活性 1 3 5s h o c k w a v e 3 d m a c r o m e d i a 和i n t e l 联合开发的s h o c k w a v e 技术 为网络带来了互动的多媒 体世界 s h o c k w a v e 在全球拥有一亿三千七百万用户 2 0 0 0 年8 月s i g g r a p h 大会 i n t e l 和m a c r o m e d i a 联合声称将把i n t e l 的网上三维图形技术带给 m a c r o m e d i as h o c k w a v e 播放器 早在m a c r o m e d i ad i r e c t o r8 5 就是加入了 s h o c k w a v e 3 d 引擎 这使在线三维游戏开发成为可能 但是 开发三维内容需 魍川大学硬士学位论文 2 0 0 5 要程序员直接用l i n g o 脚本语言操作三维属性 现在d i r e c t o rm x 2 0 0 4 已经推出 它除了由原来h a v o k 物理引擎外 还对三维功能进行了重大增强 并且加入了 j a v a s c r i p t 语法支持 i n t e l 的3 d 技术具有以下特点 对骨骼变形系统的支持 支持次细分表面 可以根据客户端机器性能自动增减模型精度 支持平滑表面 照片质量的纹理 卡通渲染模式 一些特殊效果如烟 火 水 d i r e c t o r 为 s h o c k w a v e 3 d 加入了几百条控制l i n g o 结合d i r e c t o r 本身功能 无疑在交互能 力上s h o c k w a v e 3 d 具有强大的优势 鉴于i n t e l 和m a c r o m e d i a 在业界的地位 s h o c k w a v e 3 d 自然得到了众多软硬件厂商的支持 a l i a siw a v e f r o n t d i s c r e e t s o f t i m a g e a v i d c u r i o u sl a b s 在他们的产品中加入了输出w 3 d 格式的能力 h a v o k 为s h o c k w a v e 3 d 加入了实时的模拟真实物理环境和剐体特征 a t i n v i d i a 也发布在其显示芯片中提供对s h o e k w a v e 3 d 硬件加速的支持 从画面 生成质量上看 s h o c k w a v e 3 d 还无法和v i e w p o i n t c u l t 3 d 抗衡 因此对于需要 高质量画面生成的产品展示领域 它不具备该优势 而对于需要复杂交互性控 制能力的娱乐游戏教育领域 s h o c k w a v e 3 d 一定能够大显身手 1 3 6b l a x x u n 3 da n ds h o u t 3 d b l a x x u n 3 d 和s h o u t 3 d 是 个基于j a v a a p p l e t 的渲染引擎 它渲染特定的 v r m l 结点而不需要插件的下载和安装 它们都遵循v r m l x 3 d 规范 s h o u t 3 d 支持以下的特征 3 d sm a x c h a r a c t e rs t u d i op l u g i n 使用插件直接从m a x 中输 出3 d 内容和动画 m u l t it e x t u r i n gw i t hm u l t i a p p e a r a n c e 支持直接光 凹凸 环 境 a l p h a 高光贴图模式以及之间的结合 m u l t i m e s hg e o m e t r y 支持光滑组和 多重次物体贴图 p a n o r a m i cb a c k g r o u n d s 使用六张图像作为全景背景 s k e l e t a l d e f o r m a t i o n 骨骼变形 支持c h a r a c t e rs t u d i o w e i g h t e d m o r p h i n g 支持多个目标 对象之间的变形动画 1 4 本文所作的工作 w e b 3 d 技术方兴未艾 在众多对手的激烈竞争中 x 3 d 已经成为i s o 标准 其巨大的潜力正被世人所期待 许多产品已经开始支持x 3 d 或以x 3 d 为核心 开发网络的三维应用 本文主要工作就是应用x 3 d 技术 建立通过浏览器就能 访问查询的儿童髁上骨折辅助诊断系统 具体来讲 本文主要就以下几个方面 6 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 开展研究工作 对w e b 3 d 的各种技术进行了比较详细的调查和分析 了解了这些技术的 优势和不足 较为深入地研究了x 3 d 如何具体实现的方法和途径 应用x 3 d 及相关技 术 建立了x 3 d 的儿童髁上骨折模型和动画 安装配置l i n u x 操作系统 a p a c h ew 曲服务器 m y s q l 数据库系统和p h p 脚本语言 使a p a c h e m y s q l 和p h p 能协n t 作 建立了网络中非常流 行的l a m p l i n u x a p a c h e m y s q l 和p h p 的缩写 网络服务平台 建立了儿童髁上骨折的网络数据库 通过h t m l 和p h p 编程 实现用户与数据库的交互 即用户以浏览网页 的方式 查询想要的信息 并能在浏览器中任意角度地观看x 3 d 的三维模 型动画 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 2 总体设计和方案的选择 2 1三维信息开发方式和传递方式的选择 目前 有很多种开发和表示三维模型的方式 如o p e n g g l 和d i r e c t 3 d 这 些表示方式 太过于底层 需要开发人员要有相当的编程经验和大量开发时间 我们曾经用o p e n g l 实现过三维模型的读入 显示和通过鼠标任意旋转模型 这些功能的实现 需要对面向对象程序设计思想有较为深刻的认识才行 如果 要实现网络上的三维信息共享和动画 编程工作量将会很大 整个工程的开发 周期将会很长 所以我们选择w 曲3 d 技术 以避免底层开发的复杂 从w e b 3 d 技术的发展和现状可以看出 虽然现在没有一个统一的标准 但 是随着x 3 d 被国际标准化组织 i s o 定为国际标准i s o i e c1 9 7 7 5 势必使越 来越多的软件支持x 3 d 其次 x 3 d 是一种开放性标准 所以在开发和出版上 不存在版权等繁杂的问题 再者 x 3 d 完全兼容v r m l 9 7 标准 使得很多现成 资源唾手可得 而免去了 第二次创造世界 的痛苦 并且可以利用原来众多 支持v 蹦l 9 7 的三维软件 如著名的3 d sm a x 来建立形象逼真的三维模型 最后 x 3 d 拥有自身丰富的特性 参看3 1 节 通过它能生成高品质的三维场 景和效果 并且便于开发 保存和维护 综上所述 我们选择x 3 d 作为三维信 息的载体 2 2 体系结构的选择 c sv sb s 2 2 1 c s 与b s c s 结构 c l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r e 客户 服务器结构 简称c s 结构 是 一种典型的二层结构 它是一种软件系统体系结构 通过它可以充分利用两端 硬件环境的优势 将任务合理分配到客户端和服务器端来实现 服务器端用于 处理数据库 而客户端用于处理应用程序 请求服务和报告请求等 降低了系 统的通讯开销 目前大多数应用软件系统都是客户 服务器形式的两层结构 由 于现在的软件应用系统正在向分布式的w e b 应用发展 w e b 和c l i e n t s e r v e r 应 用都可以进行同样的业务处理 应用不同的模块共享逻辑组件 因此 内部的 四川大学硕士学位论文 2 0 0 5 和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统 通过现有应用系统中的逻辑 可以扩展出新的应用系统 这也就是目前应用系统的发展方向 传统的c s 体系结构虽然采用的是开放模式 但这只是系统开发一级的开放 性 在特定的应用中无论是客户端还是服务器端都还需要特定的软件支持 由 于没能提供用户真正期望的开放环境 c s 结构的软件需要针对不同的操作系统 系统开发不同版本的软件 加之产品的更新换代十分快 已经很难适应百台电 脑以上局域网用户同时使用 而且代价高 效率低 b s 结构 b r o w s e r s e r v e ra r c h i t e c t u r e 即浏览器 服务器结构 如图1 所示 它是随着i n t e m e t 技术的兴起 对c s 结构的一种变化或者改进的结构 在这种 结构下 用户工作界面是通过万维网测览器来实现 极少部分事务逻辑在前端 b r o w s e r 实现 但是主要事务逻辑在服务器端 s e r v e r 实现 形成所谓三 层 3 t i e r 结构 这样就大大简化了客户端电脑载荷 减轻了系统维护与升级 的成本和工作量 降低了用户的总体成本 t c o 以目前的技术来看 局域网 建立b s 结构的网络应用 并通过i n t e m e t i n t r a n e t 模式下数据库应用 相对易 于把握 成本也是较低的 它是一次性到位的开发 能实现不同的人员 从不 同的地点 以不同的接入方式 比如l n w a n i n t e m e t i n t r a n e t 等 访问和操 作共同的数据库 它能有效地保护数据平台和管理访问权限 服务器数据库也 很安全 比之c s 结构 b s 架构构架的系统更为方便 快捷和高效 l 恤 b r o w s 喜 w 幽服 铆燎务器 冬丽 图i b s 模式示意图 f i g u r e1 b sm o d es k e t c hm a p 2 2 2e s 和b s 之比较 c s 和b s 是当今世界开发模式技术架构的两大主流技术 c s 是美国 b o r l a n d 公司最早研发 而b s 是美国微软公司研发的 目前 这两项技术以被 9 四川大学硕士学位沦文 2 0 0 5 世界各国所掌握 国内公司以c s 和b s 技术开发出产品也很多 这两种技术 都有自己一定的市场份额和客户群 各家企业都说自己的管理软件架构技术功 能强大 先进 方便 都能举出各自的客户群体 都有一大群文人墨客为自己