Web3d技术总结

3 技术方案技术方案 3 1 软件架构软件架构 目前 软件开发架构主要包括 C S 和 B S 两种基本架构 对于 虚拟场馆软件的开发 它们各有其优缺点 1 C S 架构 C S 也可以称之为桌面软件 软件的大部分资源部署在客户端 每个客户端需要安装桌面软件 对于虚拟现实的应用 由于 C S 架构不受带宽的影响 其模型 纹理 图片等资源存储于客户端 大量的计算也由客户端完成 因 此 软件运行更为流畅 能支持大型的复杂场景 能实现复杂的特 殊效果 但 C S 部署维护困难 制约了用户的使用数量 一旦软件 更新 所有的客户端都需要升级 另外 由于所有数据在客户端存 储 存在较大的安全隐患 2 B S 架构 B S 是随着互联网技术发展 逐渐发展的一种软件架构 软件 的所有资源部署在服务器 客户端通过浏览器直接访问 无需安装 任何软件 对于虚拟现实的应用 带宽对 B S 架构的影响较大 由于客户 端受浏览器等资源的制约 对用户的体验性 如场景精细程度 光 照等特效等等 有一定的影响 但随着 Web 3D 技术和富客户端技术 的发展 客户端浏览器对计算资源的制约已经越来越小 用户体验 效果也基本上可以与 C S 架构的的桌面的软件媲美 基于 B S 架构的软件可以非常方便的挂接到办公自动化或门户 网站 从而非常方便用户的使用和访问 提高用户访问量 加大软 件的使用效率 其次 由于 B S 架构的软件集中部署在服务器 客 户端无需安装任何软件 直接使用 IE 浏览器 第一次访问可能自动 安装相关插件 即可使用 方便用户使用的同时 也是得软件的升 级时 只需更新服务器的相关资源 更为灵活方便 另外 由于软 件的资源部署在服务器 使得软件所使用数据的安全性更高 综上所述 建议采用 WEB 3D 技术 使用 B S 架构构建本软件 下面就系统所采用的核心技术 WEB 3D 技术进行分析论证 3 2WEB 3D 技术技术 目前 3D 技术也在飞速发展 从 VRML 到 Web3D 技术 虚拟现实 技术正一步步走进生活 成为现实 网络三维技术的出现最早可追溯到 VRML VRML 虚拟现实建模 语言 是互联网 3D 图形的开放标准 是 3D 图形和多媒体技术通用 交换的文件格式 它基于建模技术 描述交互式的 3D 对象和场景 不仅应用在互联网上 也可以用在本地客户系统中 应用范围极广 由于网上传输的是模型文件 故其传输量大大小于视频图像 1998 年 VRML 组织把自己改名为 Web3D 组织 同时制订了一个 新的标准 Extensible 3D X3D 到了 2000 年春天 Web3D 组织 完成了 VRML 到 X3D 的转换 X3D 整合正在发展的 XML JAVA 流技 术等先进技术 包括了更强大 更高效的 3D 计算能力 渲染质量和 传输速度 Web3D 技术是实现网页中虚拟现实的一种最新技术 很多公司 开发了 Web3D 引擎 从而加速的 Web3D 的制作与开发 下面主要介 绍目前一些比较主流的 Web3D 引擎及相关技术 3 2 1WebMax WebMax 由上海创图网络科技发展有限公司研发 是国内第一款 Web3D 发明专利软件 也是 2010 年上海世博会在国内唯一指定的 Web3D 技术 它的最大特点在于它的压缩比 可以达到 120 1 因 此成品的文件量较小 网络发布上有天生的优势 画面方面也比较 细腻 互动方面需要配合一些代码编写能力 扩展性也较强 而且 对客户端机器的配置要求很低 不用过多担心浏览群的流失 目前 软件更新到 3 0 版 在视觉效果 操作面板 互动功能 设计开发 方面做了非常大的提高 WebMax 的核心为 Sun3D 引擎 Sun3D 是一套 Web3D 软件开发包 它可以用于开发各种三维网页应用项目 如在网页上运行的三维游 戏 在网页上运行的虚拟店铺 以及在网页上运行的仿真培训系统 等等 开发一个三维网页 Web3D 应用包含三维建模 数据压缩 网络 传输 实时渲染 代码逻辑五个环节 Sun3D 实现了后面四个环节 并为第一个环节提供了通用的数据接口 让用户可以方便的使用 3DSMax 和 Maya 等建模工具导出三维数据 其架构如下图所示 Sun3D 具有如下特征 集三维数字内容压缩与解压 多通道流式网络传输 逼真三 维图形渲染 高性能人机交互于一身 实现了在三维技术在 网页上的应用 对用户终端电脑的硬件配置要求较低 三维数字内容压缩技术压缩比可以达到 120 倍以上 进行实 时的码流转换 兼容各种带宽向 IP 网络进行实时传输 可以流畅的同屏渲染 100 万个三角面 在最普通性能的兼容 PC 机环境下 可以流畅运行大规模的三维数据 支持三维动画技术 包括关键帧动画 骨骼动画 顶点动画 支持设备字体 图片 视频 音频等多媒体素材的导入和显 示播放 提供了与 Flash 的双向通信接口 在保留 Flash 交互功能的 同时 将 Flash 文件通过 GPU 渲染 不仅保证了 Flash 图形 的矢量特性 而且实现了比 Flash 播放器更高的渲染效率 提供了各种高级材质的 Shader 库 包括实时的动态光影 真实水面 法线贴图 动态贴图等 还提供了各种高级后期 特效 Shader 库 包括 HDR 镜头光斑等 Sun3D 还允许用户 对 Shader 进行自定义编辑 提供了 JavaScript 和 Lua 脚本编辑器 并可以进行断点调 试 极大的方便了用户实现程序逻辑 排查程序 Bug 提供文件动态下载和场景动态加载的功能 让用户可以根据 需要从服务器端获取文件 提供 3DSMax 和 Maya 数据输出插件 让用户可以简单方便的 导出 3DSMax 和 Maya 建立的场景和角色 网页播放器最小可以控制在 300K 以内 并可自动升级 安 装过程非常简单快捷 下面是使用 WebMax3 0 在虚拟场馆方面开发的相关软件图片 3 2 2VRPIE VRP 是中视典公司研发的一款虚拟现实引擎 其包括的产品如 下图所示 VRP 系列产品及其用途如下表所示 产品名称产品名称软件用途软件用途 VRPIE 3D 互联网平台 将 VRP BUILDER 的编辑成果发布到互联网 并且可让客户通过互 联网进行对三维场景的浏览与互动 VRP BUILDER 虚拟现实编辑器 三维场景的模型导入 后期编辑 交互制作 特效制作 界面设 计 打包发布的工具 VRP PHYSICS 物理系统 可逼真的模拟各种物理学运动 实现如碰撞 重力 摩擦 阻尼 陀螺 粒子等自然现象 在算法过程中严格符合牛顿定律 动量 守恒 动能守恒等物理原理 VRP DIGICITY 数字城市平台 具备建筑设计和城市规划方面的专业功能 如数据库查询 实时 测量 通视分析 高度调整 分层显示 动态导航 日照分析等 VRP INDUSIM 工业仿真平台 模型化 角色化 事件化的虚拟模拟 使演练更接近真实情况 降低演练和培训成本 降低演练风险 VRP TRAVEL 虚拟旅游平台 激发学生学习兴趣 培养导游职业意识 培养学生创新思维 积 累讲解专项知识 架起学生与社会联系的桥梁 全方位提升学生讲 解能力 让单纯的考试变成互动教学与考核双模式 VRP MUSEUM 网络三维虚拟展馆 是针对各类科博馆 体验中心 大型展会等行业 将其展馆 陈 列品以及临时展品移植到互联网上进行展示 宣传与教育的三维 互动体验解决方案 它将传统展馆与互联网和三维虚拟技术相结 合 打破了时间与空间的限制 最大化地提升了现实展馆及展品 的宣传效果与社会价值 使得公众通过互联网即能真实感受展馆 及展品 并能在线参与各种互动体验 网络三维虚拟展馆将成为 未来最具价值的展示手段 VRP SDK 三维仿真系统开发包 提供 C 源码级的开发函数库 用户可在此基础之上开发出自己 所需要的高效仿真软件 下面是使用 VRP 在虚拟场馆方面开发的相关软件图片 3 2 3Converse3D Converse3D 北京中天灏景网络科技有限公司开发的一款 Web 3D 引擎 Converse3D 主要包括以下系列软件 1 Converse3D 核心引擎 核心引擎是整个虚拟现实系统的核心部分 包括场景管理 资 源管理 角色动画 Mesh 物体生成 3dmax 数据导出模块 粒子系 统 LOD 地形 UI 服务器模块等 支持 3dsmaxMesh 物体 角色动 画 相机动画 烘焙贴图等各种数据的导出与引用 支持脚本配置 粒子系统和 UI 支持顶点渲染和像素渲染 2 C3D Creator 三维场景编辑器 构建三维场景 是 C3D 虚拟现实系列产品所共同依赖的场景编 辑器 在其中创建模型 界面 调整材质 设置交互及各种特殊效 果 3 C3D SDK 二次开发工具包 用于虚拟现实项目的二次开发 可构建系统级大型项目 广泛 应用于工业 农业 石油 电力 虚拟会展 虚拟商城等行业 4 C3D Web3D 三维网络展示平台 实现三维场景的网络展示 用户通过 IE 等主流浏览器便可浏览 三维场景 广泛应用于电子产品 工业产品 数字城市等的分布式 网络展示 5 C3D Community 虚拟社区 可实现基于网页的多人在线角色扮演互动交流系统 用于多人 协同应急演练 虚拟会展 虚拟商城等 6 C3D PhycX 物理引擎 用于模拟物理现象 可模拟刚体运动 流体运动 布料等物理 效果 物体之间的相互作用精准而高效 7 Converse3D 多通道环幕立体投影系统 用于多通道环幕立体展示 软件弧形矫正 边缘融合 被动式 立体投影 高速帧同步 8 C3D Industry 工业仿真 可实现工业领域中诸如虚拟培训 虚拟装配 虚拟生产线等功 能 下面是使用 Converse3D 开发的相关软件图片 3 2 4 其他技术其他技术 1 Java 3D JAVA3D 是建立在 JAVA2 JAVA1 2 基础之上的 JAVA3D 提 供了一个非常完善的 API 主要包括 生成简单或复杂的形体 也可以直接调用现有的三维形体 使形体具有颜色 透明效果 贴图 可以在三维环境中生成灯光 移动灯光 可以具有行为 Behavior 的处理判断能力 键盘 鼠标 定时等 可以生成雾 背景 声音等 可以使形体变形 移动 生成三维动画 可以编写非常复杂的应用程序 用于各种领域如 VR 2 b bl la ax xx xu un n3 3D D 和和 S Sh ho ou ut t3 3D D blaxxun3D 和 Shout3D 是一个基于 JAVA applet 的渲染引擎 它渲染特定的 VRML 结点而不需要插件的下载安装 他们都遵循 VRML X3D 规范 Shout3D 支持的特征包括 使用插件直接从 MAX 中输出 3D 内容和动画 支持直接光 凹凸 环境 Alpha 高光贴图模式以及之间 的结合 支持光滑组和多重次物体贴图 使用六张图像作为全景背景 骨骼变形 支持 Character Studio 支持多个目标对象之间的变形动画 blaxxun3D B3D 则是 Brilliant Digital 娱乐公司的产品 Brilliant 于 Siggraph2000 大会上发布了他们给 3d studio max 提 供的 b3d 技术 Brilliant 的程序员开发了一个数据压缩和发布技 术 使得使得在窄带下也能够实现 3D 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 3d studio max 中 直接输出动画到 b3d 授权环境下 在那里文件被压缩并使用 Brilliant 的数字播放技术发布到 web 上 B3D 独特之处是可制作具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 下载时间短及全屏幕显示 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予目标观众 Brilliant Digital 播放器提供对实时灯光及实时阴影的直接控制 并且它不依赖点的