web 3d 的发展过程和相关介绍

虚拟现实系统分为沉浸式虚拟现实系统和非沉浸式虚拟现实系统,Web 3D是一种非沉浸式网络虚拟现实系统.Web 3D技术的主要实现原理和标准有VRML(Virtual Reality Modeling Language)、XML(eXtensible Markup Language)技术、JAVA技术、动画脚本语言、媒体技术.笔者对这些实现原理和标准进行了研究,并指出了其发展趋势.然后结合家具CAD(Computer Aided Design)系统,提出了一个基于Web 3D的产品仿真系统.该系统首先读出CAD系统中的数据,然后将这些数据转换为Web 3D标准,最后将数据发布于Internet上.这一系统可以使企业在互联网上实时展示产品,开展电子商务活动.
Wed3D技术发展前景
虽然，Wed3D技术将有好的发展前景，但仍然不可乐观，它面临下述问题：
网络带宽仍然是Wed3D主要瓶颈：当前处理器的速度与网络的带宽只能初步满足Wed3D图形联机操作的要求，随着 Cable modems 和 DSL 连接的应用，网络带宽将有更大的改进，当一个10MB左右的Wed3D模型文件只需要几秒钟下载时，Wed3D图形的质量将有很大的改善，而现在的带宽还不能满足要求。
Flash作为2D动画在互联网上的成功的关键是只有唯一的技术和标准。现在的Wed3D图形是有几十种可供选择的技术和解决方案，多种文件格式和渲染引擎的存在是Wed3D图形在互联网上应用的最大障碍，而这种局面在今后若干年还将存在。
从现在的发展态势来看，有几种技术可能在未来有一定的优势：
X3D：由Web 3D Consortium制定，得到大学，政府机构及一些Wed3D图形公司的支持，由于它是VRML97下一代新的国际标准，有比较广泛的社会基础。
Pulse3D：在游戏娱乐领域内领先，使用它的技术的游戏网站有100多个，它得到Discreet 和Entertaindom公司的资金支持，现在它正在把游戏领域的技术优势应用到e-commerce。它的插件支持QuickTime 5 and RealPlayer。
Viewpoint：前身是MetaCreations（3D图形应用软件开发商），它卖掉了所有的其他软件产品，改名为Viewpoint，专们从事Wed3D图形技术。其渲染引擎的模块化结构极易扩充，并且能与QTVR-, iPix-, and XML-等标准集成。它的目标是e-commerce。它的技术的最大特色是与XML集成。
Cult3D：开发了e-commerce的全套解决方案，已经有450 e-commerce网站使用了 Cult3D技术，近10000个商业模型，它也在向娱乐领域扩充，提供全面解决方案，提供最稳定可靠的渲染引擎
Shockwave3D： 这是Macromedia公司Flash插件，有着极为广大的用户群（据说世界上有1亿3千万人安装），更引人注目的是Intel把它的Wed3D 图形集成到Shockwave。IntelWed3D图形极具特色：动态调节3D内容的分辨率，曲面光滑技术，照片级逼真材质及各种特色效应。
在今年的SIGGRAPH 2002世界计算机图形会议上,Intel宣布建立Wed3D/CAD工作组, 其主要目标是：建立一个统一的，开放的文件格式，用于在Web上显示实时的3D图形。与此同时Wed3D Consortium在SIGGRAPH 2002会议上了发布X3D最终工作草案。X3D是一个成熟的标准,是VRML的下一代标准，但是Intel完全没有提到它，如果Intel重新制定另外一个新标准，X3D的将面临尴尬，就Intel公司的实力和威望，X3D很难成为真正的国际标准。Intel公司很可能将左右新标准的制定与推行。
预测未来谁是最后的胜利者是困难的，也许很长一段时间内将是多种技术同时共存而又相互竞争。而Intel和微软都具有左右Wed3D发展前景的实力。
现在我们应该思考一下，我们国内应该如何发展我们自己的Wed3D图形技术?
国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告
一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍
VRML技术
虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下：
VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。
1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph‘96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在 VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比 VRML1.0增加了近 30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。
1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。
1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。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。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。
2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。
Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下： Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。
其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件， Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：www.blaxxun.com ,www.parallelgraphics.com
应用的画面：慕尼黑机场（电子商务）
应用的画面：房地产的应用
以上是以虚拟现实工业标准为代表的主流技术，随着技术的不断完善，与其它技术的相互融合，宽带互联网时代的到来，它应用的广泛性、重要性会日益体现出来。由于现在技术的局限性，如带宽不够，需要下栽插件浏览，文件量大，真实感、交互性需要进一步加强等原因，有一些公司以其它技术为基础，开发了目前比较实用的VR技术。
Flash技术
严格意义说是是基于二维的应用。由于它文件量小，形式新颖动人，在互联网上颇受青睐。
1．模拟物体的三维展示
分别拍摄展示物体在某个二维平面里的各个角度照片，一般拍摄十几幅即可，当然拍的越多越精细。然后把这些序列照片处理好以后导入到FLASH中作成一个MC，然后在场景中，通过按扭和ACTIONs cript控制MC的播放，达到使物体前后旋转的效果，还可以加上放缩和鼠标交互功能。
2．模拟场景的三维展示
分别拍摄展示场景在环视360度里的各个角度照片，一般拍摄十几幅即可，然后把这些序列照片处理成一张前后连续的图片，导入到FLASH中作成一个MC，然后在场景中，通过按扭和ACTIONs cript控制MC的位置，达到使场景前后旋转的效果，还可以加上放缩和鼠标交互功能。
3．点线面的三维模拟
在FLASH中通过精确控制点的位移来达到模拟三维空间的真实效果，还可以加上贴图显得更加真实，较为复杂。
视频的播放在网络上播放专业视频，一直让人头痛，FLASH支持*.MOV视频的导入，再配上声音，也能以假乱真。
相关网址：www.macromedia.com
FLASH中虚拟现实的应用：
Viewpoint技术
Viewpoint技术是由真正的3D模型建立的，它具有完全的互动功能，可以真实地还原现实中的物体功能。可以创建照片级真实的3D影象，并且可以和其它高端媒体(rich media)综合使用。对于窄带应用上，Viewpoint所提供的技术也是最好的解决方案之一。它使用独有的压缩技术，把复杂的3D信息压缩成很小的数字格式，同时也保证我们的浏览器插件可以很快的将这些压缩的信息重新解释出来。在3D贴图上，我们使用JPEG的压缩格式，保证文件的贴图不会使3D文件加大。并且它传送给用户的方式像Flash、Quicktime、Realmedia等流行媒体一样，使用了流式播放方式，这就使用户不用下载完所有的文件即可看到。
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国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告
作者：佚名 来源：互联网 总浏览：739 更新时间：2007年06月30日
Cult3D技术
Cult3D 是一种崭新 3D 网络技术，并不在新的语言上有所创新，而是利用现有的技术。Cult 3D由两部分组成，一部分编写3D 素材，另一部分用于解读3D素材, 将最终结果无缝地嵌入到Html中。它让你把图象质量高和速度快并有实时交互的物体送到所有的因特网用户手上。是全新的Web3D技術，一个跨平台的3D引擎，其目的是在网页上建立互动的3D物件。利用Cult3D技術可以制作出3D立体的产品，利用Cult3D可以以视觉的方式呈現不同的事件和功能的互动性，交互能力强，采用流的形式，文件较小，效果较好。可以旋转，放大，縮小，体现真实的物体属性。对于窄带网的应用，Cult3D展示产品最好的解决方案之一，Cult3D的文件量非常小(20K-200K)，却有近乎完美的三维质感表现。对于一般的浏览器只需安装一个插件，即可即时浏览。
展现公司产品的主要有以下公司：
Dior,Acer,Compaq,CNN,Boeing, NEC,Yamaha, ATI, Nikon,Jvc,Nokia, ABB等等多达60余个。
相关网址:WWW.CULT3D.COM
Compaq的mp3产品。
JAVA技术（360度环视）
利用JAVA技术，可以轻松的创建360度实景物体和场景展示，并能模拟三维空间。JAVA技术产品可在浏览器上直接浏览，不需要任何插件。主要是运用JAVA的applet的嵌入网页。主要的代表公司是APPLE(Quicktime)和Mgi公司。
相关网址:www.apple.com和www.mgi.com
360度环视的应用：
下面是两种崭新的图形格式，在不远的未来具有广泛的发展前途。
SVG
SVG是一种开放标准的矢量图形描述语言。使用SVG，可以在网页上显示出各种各样的高质量的矢量图形，支持很多您想象得出的功能：几何图形、动画、渐变色、滤镜效果等。最关键的是：它是完全是用普通文本来描述的！也就是说：这是一种专门为网络而设计的基于文本的图像格式。这种文本又是基于xml（Extensible Markup Language）的！前途的确不可限量。
今后的网络上将会有更多标准格式的图形文件存在：GIF、JPEG、PNG、SVG。SVG标准是由众多厂商和Ｗ3Ｃ（World Wide Web Consortium）共同制定的，目的就是为了要在网络上创建一种新的、大家认同的、可扩展的、开放的图形格式。这些厂商都是业内知名的企业：包括Adobe、Apple、Autodesk、BitFlash、Corel、HP、IBM、ILOG、INSO、Macromedia、Microsoft、Netscape、OASIS、Open Text、Quark、RAL (CCLRC)、Sun、Visio、Xerox等。他们也纷纷推出了自己开发的相应的浏览软件和插件。而且他们的很多主流产品也都开始支持SVG输入或者输出。
（１）基于xml标准
xml是公认的下一代网络标记语言，拥有无穷的生命力。SVG则是在最开始设计的时候就基于xml，这使得它具有一种先天的优势，并且同HTML、CSS、DOM、XSL、Javas cript、CGI一样，成为新的标准。
（２）高质量的图像
由于基于矢量，使得图像的质量得到大大的提高。放大、缩小以及各种特效都比位图的表现 要好，在打印的时候，完全可以以印刷质量输出图片。
（３）灵活易用的文件格式
SVG主要由３个部分组成：矢量图形、位图和文字。而由于文件格式是文本的，那么更改起来是非常方便的，在页面运行的过程中，我们也可以对很多部分做修改。而其中的图形描述可以被任何人重复的使用。
（４）支持交互
由于支持ＳＭＩＬ（synchronized multimedia integration language），用户可以自由的同SVG中的元素完成一些交互的动作，从而完成既定的目标，这一点是目前的图片所完成不了的。
（５）文本就是文本
现在，您将有机会查找"图片"中的字符，是不是很不可思议呢？
（６）其它
可以内嵌字体、图片；众多开发工具支持；可以轻易的同网页上的脚本做交互；文件相对来说，相当小等等。
JPEG2000
JPEG 全名为 Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态影像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态影像压缩标准：ISO 10918-1 就是我们俗称的 JPEG 了。
JPEG 2000， 正式名称为 "ISO 15444" ，同样是由JPEG 组织负责制定。
JPEG2000的原理：
JPEG 2000 与传统 JPEG 最大的不同，在于它放弃了 JPEG 所采用的以离散馀弦转换(Discrete Cosine Transform) 为主的区块编码方式，而改采以小波转换(Wavelet transform) 为主的多解析编码方式。小波转换的主要目的是要将影像的频率成分抽取出来。
JPEG2000的优点：
1、JPEG2000 作为JPEG升级版，高压缩（低比特速率）是其目标，其压缩率比 JPEG 高约 30% 左右。
2、JPEG2000 同时支持有损和无损压缩，而 JPEG 只能支持有损压缩。无损压缩对保存一些重要图片十分有用。
3、JPEG2000 能实现渐进传输，这是JPEG2000的一个极其重要的特征。也就是我们对 GIF 格式影像常说的"渐现"特性。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图象由朦胧到清晰显示，而不必是像现在的 JPEG 一样，由上到下慢慢显示。
4、JPEG2000 支持所谓的"感兴趣区域"特性，你可以任意指定影像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩。这样我们就可以很方便的突出重点了。
二. 简要综述
虚拟现实技术的发展，是在网络技术前进基础上，融合多种技术的结果。随着网络时代宽带大规模应用的到来，市场对虚拟现实技术的应用越来越迫切。大有风雨欲来，风满楼之势。X3D、CULT3D、VIEWPOINT、360度环视等技术将逐步被广泛应用。明年，虚拟现实技术在国际互联网的应用，应有重大变革。X3D将孕育而出。象AUTODESK/DISCREET、MRCROMEDIA、ADOBE等知名IT公司均保持与虚拟现实技术的紧密联系，或有接口，或发布相关产品，加大在互联网的比重。总之，我们要紧密关注，拭目以待。