網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)WebVRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（可編輯）

1、網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)WebVRGIS+的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 分類號(hào) 密級(jí) UDC 研 究 生 學(xué) 位 論 文 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng) Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 研究生姓名 趙強(qiáng) 指導(dǎo)教師姓名 陳戈 教授 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩 士 專業(yè)名稱 地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng) 論文答辯日期 2012 年 5 月29 日 學(xué)位授予日期 2012 年 6 月 中 國(guó) 海 洋 大 學(xué) 謹(jǐn)以此論文獻(xiàn)給我為之奮斗了三年并正在蓬勃發(fā) 展的中國(guó)海洋大學(xué)海洋信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，在社會(huì)生活生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了重要 的作用，其具有較強(qiáng)

2、的沉浸感、交互性等特點(diǎn)?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及使人與人之間的距 離更近。隨著互聯(lián)網(wǎng)與三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的日益成熟，人們已經(jīng)不能滿足網(wǎng)頁(yè)上 二維界面的交互方法，網(wǎng)絡(luò)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用人群從 專業(yè)人員走向了所有能上網(wǎng)的人們，這大大擴(kuò)展了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展空間，提 升了其發(fā)展?jié)摿Α?VRGIS仿真平臺(tái)是中國(guó)海洋大學(xué)海洋信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的一款成熟 的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，已經(jīng)成功應(yīng)用于多個(gè)科研、教育、商業(yè)項(xiàng)目中，其具有仿 真效果好、可操作性強(qiáng)、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。但是，VRGIS仿真平臺(tái)是一款單機(jī)版 的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，受用戶人群、三維數(shù)據(jù)、軟件維護(hù)等方面的制約，其發(fā)展 空間逐漸減小，網(wǎng)絡(luò)虛擬

3、現(xiàn)實(shí)將成為VRGIS 的發(fā)展方向。 本文以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)總體架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)模型數(shù)據(jù)的組 織與管理、網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)布等為研究對(duì)象；以構(gòu)建快速、高效、 實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)為目標(biāo)，以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)渲染引擎架構(gòu)設(shè) 計(jì)、三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)度傳輸為主要研究?jī)?nèi)容；對(duì)Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛 擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。論文的主要工作及所取得的研究成果如下： （1）Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 本文針對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)，客戶端渲染引擎采用插件式軟件體系架 構(gòu)，使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)插件掛接，構(gòu)建結(jié)合C/S與B/S兩種網(wǎng)絡(luò)連接模式的

4、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的三維渲染與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ艿募軜?gòu)設(shè)計(jì)。 （2 ）網(wǎng)絡(luò)三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)度傳輸 使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸、關(guān)系型數(shù) 據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等特點(diǎn)，利用LOD細(xì)節(jié)分級(jí)技術(shù)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)合AOI 興趣域、網(wǎng)格索引、空間相交測(cè)試等技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于視點(diǎn)空間位置的VSPLA 模型數(shù)據(jù)索引算法，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與高速索引傳輸。 （3 ）Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與發(fā)布 基于VRGIS系統(tǒng)平臺(tái)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的三維場(chǎng)景模型渲染，使用 I 第三方開源庫(kù)CEGUI在系統(tǒng)渲染引擎中添加圖形用戶界面，利用微軟COM接口

5、技術(shù)編寫ActiveX控件，將渲染引擎進(jìn)行封裝。通過(guò)INF文件、數(shù)字簽名、CAB 包嵌入網(wǎng)頁(yè)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)客戶端，最終利用Apache建立Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā) 布。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)；架構(gòu)設(shè)計(jì)；VSPLA 算法；ActiveX ；空間數(shù)據(jù)庫(kù)； II Architecture design and implementation to the virtual reality prototype system Web-VRGIS Abstract Virtual reality techniques are applied widely, it plays an important role

6、in all areas of social life and production, and it has strong immersive, interactivity etc. The spread of the Internet makes the distance between person and person closer. As the Internet and techniques of 3D virtual reality become more mature, people don't content with the two-dimensional inter

7、face interaction on the page, combining Internet with virtual reality technique makes the users of virtual reality technique from professional personnel expansion to all the people who can connect to the Internet, which greatly expanded development space and enhance the development potential of the

8、virtual reality technology. VRGIS simulation platform is a mature virtual reality system software of the ocean university of China marine information technology laboratory independent research and development. it has been successfully applied to the many scientific research, education, business proj

9、ects, it has good effect, the maneuverability is strong, powerful characteristics etc. But, VRGIS simulation platform is a local version virtual reality system software, it restricted by users crowd, 3D data, software maintenance etc., its development space decrease gradually, network virtual realit

10、y will be VRGIS development direction. This paper with the virtual reality under the network environment, a prototype system framework, network virtual reality model of the data organization and management, network virtual reality system realization as the research object; as the goal of construct t

11、he rapid, efficient and practical network virtual reality system ,with virtual reality system under the network environment rendering engine architecture design, 3D model data structure design and scheduling transmission as the main research contents, design and realize Web-VRGIS network virtual rea

12、lity prototype system. The mainly work and achievements of this paper are as follows: （1 ）The architecture design to the virtual reality prototype system Web-VRGIS In this paper, according to the characteristics of the virtual reality system, client rendering engine uses the Plug-in type software sy

13、stem to structure, uses dynamic link library technology to achieve the plugin articulated, combined with C/S and B/S two network connection modes architects as the network structure, realize the architecture design to the overall system of 3D rendering and network transmission. （2 ）Structure design

14、and scheduling transmission of the network 3D model data This paper uses a relational database to manage and store 3D model data, in view of characteristics of the network transmission, relational database storage, optimizes 3D model data structure by using LOD detail level technology. Combining tec

15、hnologies such as AOI interest area, the grid index, space intersection test and so III on, design VSPLA model data index algorithm which is based on view space position , and finally achieve network 3D model data structure design and high-speed index transmission. （3 ）Realization and release networ

16、k virtual reality system Web-VRGIS Realize the system 3D scene model rendering based on the virtual reality technology of the VRGIS platform , add the graphical user interface to rendering engine by using a third party open source library CEGUI, write ActiveX control by using the technology of Micro

17、soft COM interface, and encapsulate the render engine. Realize the system client through technologies such as INF files, digital signature, CAB bag embedded webpage, and finally establish Web server by Apache to realize the Web publishing. Key words: the network virtual reality; architecture design;

18、 VSPLA algorithm; ActiveX; spatial database IV 目 錄 1 緒論.1 1.1 概述. 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.2 1.2.1 國(guó)外網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀.2 1.2.2 國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀.4 1.3 課題研究?jī)?nèi)容與意義.6 1.3.1 課題研究?jī)?nèi)容.6 1.3.2 課題研究意義.6 1.4 論文組織結(jié)構(gòu).7 2 Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì).9 2.1 Web-VRGIS 系統(tǒng)渲染引擎架構(gòu).9 2.1.1 插件式軟件體系架構(gòu).9 2.1.2 主要模塊介紹. 10 2.1.3 主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法. 12 2.2 Web-V

19、RGIS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型架構(gòu). 14 2.2.1 基于C/S 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式. 14 2.2.2 基于B/S 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式. 15 2.2.3 結(jié)合B/S 與C/S 的Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì). 16 2.3 本章小結(jié). 17 3 網(wǎng)絡(luò)三維空間數(shù)據(jù)組織與管理.19 3.1 Web-VRGIS 虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 19 3.1.1 三維模型數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)概述. 19 3.1.2 LOD 紋理貼圖.20 3.1.3 模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).21 3.2 VSPLA 模型數(shù)據(jù)索引算法.22 3.2.1 VSPLA 算法概述.23 3.2.2 網(wǎng)格索引的構(gòu)建.24 3.2.3

20、參照視點(diǎn)空間位置的興趣域.25 3.2.4 網(wǎng)格相交測(cè)試算法.25 3.2.5 漫游基本操作與網(wǎng)格索引更新.26 I 3.2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.29 3.3 三維模型數(shù)據(jù)生成.30 3.4 三維模型數(shù)據(jù)組織管理.34 3.4.1 基于MySQL 的空間數(shù)據(jù)服務(wù)器.34 3.4.2 三維空間數(shù)據(jù)安全性.35 3.5 本章小結(jié).36 4 Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與發(fā)布.37 4.1 基于VRGIS 的Web-VRGIS 渲染引擎實(shí)現(xiàn).37 4.1.1 VRGIS 仿真平臺(tái)渲染引擎簡(jiǎn)介.37 4.1.2 基于ActiveX 控件的渲染引擎實(shí)現(xiàn).38 4.2 基于CEGUI 的圖

21、形用戶交互界面.40 4.2.1 CEGUI 概述.40 4.2.2 基于CEGUI 的界面開發(fā).40 4.3 基于ActiveX 控件的Web-VRGIS 系統(tǒng)發(fā)布.41 4.3.1 基于Apache 的Web 服務(wù)器構(gòu)建.41 4.3.2 INF 文件的編寫.42 4.3.3 Web-VRGIS 系統(tǒng)文件打包.44 4.3.4 數(shù)字證書簽名.45 4.3.5 嵌入網(wǎng)頁(yè)發(fā)布.45 4.4 本章總結(jié)與系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試.46 5 總結(jié)與展望.49 5.1 總結(jié).49 5.2 展望.50 參考文獻(xiàn).51 致謝.55 II 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1 緒論 1.1 概述

22、 虛擬現(xiàn)實(shí) Virtual Reality, 簡(jiǎn)稱VR 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué) 技術(shù)，利用電腦三維圖形學(xué)原理，生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方 面非常相似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備產(chǎn)生如同身歷其境一般的感受, 1 是人類在探索認(rèn)識(shí)自然過(guò)程中逐步形成的一種用于模擬自然的科學(xué)技術(shù) 。隨著 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其已廣泛應(yīng)用于科學(xué)教育、城市規(guī)劃、軍事仿真、航 空航天、建筑設(shè)計(jì)、地理環(huán)境等領(lǐng)域。VRGIS仿真平臺(tái)是中國(guó)海洋大學(xué)海洋信息 技術(shù)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的一款較成熟的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)軟件，具有支持海量數(shù)據(jù)繪 制、三維渲染效果逼真、用戶交互操作性好、可利用腳本二次開發(fā)、界面友好等

23、 優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成功應(yīng)用于多個(gè)科研、教育、商業(yè)項(xiàng)目中。 互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，使人們可以很方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，人們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)這 一平臺(tái)上分享數(shù)據(jù)、查詢信息、通訊交流，人們的生活已經(jīng)離不開互聯(lián)網(wǎng)。在網(wǎng) 絡(luò)普及大環(huán)境下，基于網(wǎng)絡(luò)的軟件也快速發(fā)展起來(lái)。支持網(wǎng)絡(luò)的軟件不論是應(yīng)用 領(lǐng)域還是用戶數(shù)量都比不支持網(wǎng)絡(luò)的軟件更具有優(yōu)勢(shì)。軟件產(chǎn)業(yè)正在朝著網(wǎng)絡(luò) 化、全球化、開放化等方面轉(zhuǎn)型，不支持網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)單機(jī)軟件將會(huì)逐漸退出歷史 2 的舞臺(tái) 。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也面臨同樣的問(wèn)題，人們已經(jīng)不能滿足于單一固定的本 地虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景瀏覽需求，所以網(wǎng)絡(luò)與虛擬現(xiàn)實(shí)的結(jié)合就成為必然。產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò) 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有

24、機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，是一項(xiàng)極具 發(fā)展前景的新技術(shù)。 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí) 又稱分布式虛擬現(xiàn)實(shí)或共享虛擬現(xiàn)實(shí) 是虛擬現(xiàn)實(shí)和網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是可供多人同時(shí)在不同地域參與的分 布式虛擬環(huán)境，人們可以在這樣一個(gè)虛擬的環(huán)境中互相交流，甚至協(xié)同完成一項(xiàng) 3 任務(wù) 。網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，在功能方面基本含蓋了所有單機(jī) 版虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，因?yàn)橛芯W(wǎng)絡(luò)這一大平臺(tái)的支持，所以其具備分布式協(xié)同操作的 特性，其應(yīng)用范圍將會(huì)比單機(jī)版的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)大大增加。 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在發(fā)展與應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。三維虛擬現(xiàn)實(shí)模型 數(shù)據(jù)的組織與網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及渲染引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等方面是

25、該領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容。在現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，數(shù)據(jù)傳輸嚴(yán)重限制網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn) 1 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)的發(fā)展；客戶端/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)、對(duì)等網(wǎng)等架構(gòu)都各有優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，如何在 不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之間尋找到平衡點(diǎn)；為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景瀏覽的流暢 度而犧牲渲染效果等等，都是網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域發(fā)展中遇到的亟待解決的問(wèn)題。 本文針對(duì)以上網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)存在的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況以及已掌握的 技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì) Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于 VRGIS 仿真平臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景渲染；在不影響渲染效果的前提下，優(yōu)化三 維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)一種

26、新的模型數(shù)據(jù)索引算法，達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的目的； 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，將C/S 與B/S 兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，以網(wǎng)頁(yè)瀏覽器作為系 統(tǒng)客戶端容器，方便用戶使用。最后實(shí)現(xiàn)整個(gè)Web-VRGIS 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系 統(tǒng)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)外網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)際上,網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展比較早，相對(duì)國(guó)內(nèi)更成熟、種類也較多。國(guó) 外有許多優(yōu)秀的較成熟的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，其中大多數(shù)是針對(duì)具體應(yīng)用進(jìn)行設(shè) 計(jì)開發(fā)的。比較典型的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有 NPSNET 、DIVE 、MASSIVE-3 、 2-4 BrickNet 、RING 、NetEffect 等 。 NPSNET （Nava

27、l Postgraduate School NET ）是美國(guó)海軍研究生院開發(fā)的分布 式虛擬環(huán)境系統(tǒng)，主要應(yīng)用目的是軍事仿真。其目標(biāo)是逐步發(fā)展形成一個(gè)支持互 聯(lián)網(wǎng)上分布式虛擬環(huán)境的框架。NPSNET-V （NPSNET 系統(tǒng)第五版的簡(jiǎn)稱）是一 個(gè)支持網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境應(yīng)用的、基于組件的、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展平臺(tái)。它支持客戶端、服 5 務(wù)器端、對(duì)等及單獨(dú)應(yīng)用 。 DIVE （Distributed Interactive Virtual Environment ）是由瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究 所開發(fā)的一款異構(gòu)分布式網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境系統(tǒng)，其目標(biāo)是建立一個(gè)控制由協(xié)同虛擬 環(huán)境生成的大規(guī)模數(shù)據(jù)流的架構(gòu)。DIVE 系統(tǒng)由一系列進(jìn)程

28、組成，依賴于共享的 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，DIVE 利用對(duì)等網(wǎng)絡(luò)與組播協(xié)議，通過(guò)一個(gè)分布式鎖機(jī)制并發(fā)控 6 制數(shù)據(jù)庫(kù)的更新 。 MASSIVE-3 （Model Architecture and System for Spatial Interaction in Virtual Environments ）是由諾丁漢大學(xué)通信研究小組研發(fā)完成的協(xié)同虛擬環(huán)境系統(tǒng)。具 有支持層級(jí)結(jié)構(gòu)虛擬對(duì)象、對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致性的優(yōu)秀處理算法、支持 2 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、靈活復(fù)雜的興趣管理機(jī)制、連續(xù)的虛擬世界等特點(diǎn)。其核心是一個(gè)分 布式數(shù)據(jù)庫(kù)，允許多用戶在網(wǎng)上通過(guò)聲音

29、、圖像和文字媒體通信，是一個(gè)基于通 7 信空間模型的多用戶、多媒體、分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 。 BrickNet 是新加坡國(guó)立大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)研究所設(shè)計(jì)開發(fā)的一款虛擬現(xiàn)實(shí)工具， 其網(wǎng)絡(luò)模型是基于客戶端/服務(wù)器的多服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn) 實(shí)系統(tǒng)只能共享虛擬對(duì)象的幾何體信息，BrickNet 將共享對(duì)象擴(kuò)展到了虛擬對(duì)象 的動(dòng)態(tài)行為信息。所以 BrickNet 在對(duì)具有協(xié)同操作需求的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境支持方 8 面表現(xiàn)優(yōu)秀 。 RING 是一個(gè)基于客戶端/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的海量用戶虛擬環(huán)境系統(tǒng)，該系統(tǒng) 的主要特點(diǎn)是利用基于服務(wù)的可視化算法對(duì)代表用戶的實(shí)體之間潛在的可視交 互操作進(jìn)行處理，以減少在廣域網(wǎng)

30、中分布的工作站之間為了保持操作一致性而發(fā) 送消息的數(shù)量。當(dāng)一個(gè)實(shí)體狀態(tài)改變時(shí)，只需將更新信息發(fā)送給可以感知這一實(shí) 體改變的工作站即可，工作站服務(wù)器可以以組播的形式發(fā)送給其它工作站服務(wù) 9-10 器，這樣就可以大大增加在線用戶數(shù) 。 NetEffect 也是由新加坡國(guó)立大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)研究所開發(fā)，是一個(gè)為了支持地域 分散用戶使用個(gè)人終端使用，并且開發(fā)、支持與管理包含大量媒體信息的三維虛 擬世界的架構(gòu)。NetEffect 將整個(gè)虛擬世界劃分為若干個(gè)虛擬社區(qū)，社區(qū)之間分配 一組服務(wù)器，利用自主設(shè)計(jì)的組預(yù)測(cè)算法（Group Dead-Reckoning ）與須知更新 10-11 （Need-to-Know

31、 Updating ）技術(shù)來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)量 。 以上介紹的是國(guó)際上比較有代表性的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境系統(tǒng)及架構(gòu)，它們都是針 對(duì)需求進(jìn)行開發(fā)的系統(tǒng)軟件，專業(yè)知識(shí)要求較高，不易普及。網(wǎng)頁(yè)具有可擴(kuò)展性、 簡(jiǎn)單易用、信息量大等特點(diǎn)，隨著網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的普及，網(wǎng)頁(yè)已經(jīng)成為人們網(wǎng)上生 活最重要的部分之一，基于網(wǎng)頁(yè)的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了巨大的發(fā)展空間， 國(guó)外出現(xiàn)了一批能代表整個(gè)行業(yè)技術(shù)水平的網(wǎng)頁(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或軟件，例如 12 VRML 、Viewpoint 、Cult3D、shout3D、Java3D 等 ： VRML （Virtual Reality Modeling Language ，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言）是

32、用來(lái)描述 三維物體、三維視景及其交互的一種場(chǎng)景建模語(yǔ)言，具有可復(fù)用性好、可擴(kuò)展性 強(qiáng)、平臺(tái)無(wú)關(guān)性、結(jié)構(gòu)明晰、編寫容易、轉(zhuǎn)換方便等特點(diǎn)。VRML 文件是一種 文本文件，所以其數(shù)據(jù)量小，非常適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，其基本構(gòu)成單位是節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn) 3 網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)原型系統(tǒng)Web-VRGIS 的架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 包括域和事件兩部分，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)路由傳遞消息。其次，VRML 文件的讀入、 解釋、執(zhí)行以及與用戶的交互均是通過(guò)瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，有專用的 VRML 瀏覽 器，普通的Internet Explorer 瀏覽器在安裝了VRML 插件之后也支持VRML 文 13 件的解釋 。 Viewpoint 是由美國(guó)Viewpo

33、int 公司推出的網(wǎng)絡(luò)三維解決方案，它生成的文件 數(shù)據(jù)量很小，其三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有可伸縮性和流傳輸特性，使得它非常適合于網(wǎng) 絡(luò)傳輸。Viewpoint 的XML 構(gòu)架更易和瀏覽器與數(shù)據(jù)庫(kù)方便通信，并且可以內(nèi) 嵌到多個(gè)軟件中使用，主要運(yùn)用市場(chǎng)是作為物品展示的產(chǎn)品宣傳與電子商務(wù)領(lǐng) 域。 Cult3D 技術(shù)由瑞典Cycore 公司推出，其內(nèi)核基于Java ，可以嵌入用戶自己 編寫的Java 類，利用Java 語(yǔ)言來(lái)增強(qiáng)交互與擴(kuò)展。其具有文件小、紋理效果逼 真等優(yōu)點(diǎn)，可以嵌入PowerPoint 或Adobe PDF 等文件中，具有很強(qiáng)的跨平臺(tái)性、 14 交互性、擴(kuò)展性 。Cult3D 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電

34、子商務(wù)領(lǐng)域。 Shout3D 是由Shout Interactive 公司使用Java 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三維渲染引擎，它 保留了類似 VRML 的場(chǎng)景圖結(jié)構(gòu)，場(chǎng)景圖中的基本元素是節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)可以描述 虛擬世界中的幾何體、紋理等一切事物。Shout3D 可以在任何具有 JVM 的瀏覽 器上展示，而不必下載額外的 VRML 播放插件，因而被認(rèn)為是無(wú)插件的，在交 互性方面 Shout3D 增加了一系統(tǒng)接口和插值節(jié)點(diǎn)，更能借助 Shout3D Java API 來(lái)自行設(shè)計(jì) Applet 類、自行定制節(jié)點(diǎn)以增強(qiáng)其交互控制能力。具有跨平臺(tái)、易 15 移植、交互性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 。 Sun 公司公布的Java3D 是基于Java 平臺(tái)的、功能強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮娜S圖 形應(yīng)用程序接口，它包含了三維幾何建模、三維轉(zhuǎn)換、三維渲染等三維技術(shù)的基 本功能，Java3D 采用場(chǎng)景圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其綜合了VRML 和Drect3D 等語(yǔ)言的 16 優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)高層的基于圖形的應(yīng)用程序接口，特別適合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上的應(yīng)用 。 國(guó)外的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、種類較多，在技術(shù)研究與軟件 開發(fā)方面占據(jù)著網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的主導(dǎo)性地位。有許多國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)需要 學(xué)習(xí)與借鑒的東西。 1.2.2 國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)虛擬