从Blender和Web 3D技术的应用展开消防队伍装备器材管理中三维数字化应用的探讨.pdf

信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第 7 期46作者简介：刘勇，男，本科，助理工程师，研究方向为消防工作。从Blender和Web 3D技术的应用展开消防队伍装备器材管理中三维数字化应用的探讨刘 勇（上海市黄浦区消防救援支队，上海 200010）摘要：随着物联网、云计算、人工智能的出现及应用，数字化已经广泛应用于各个领域。同时网络知识共享的趋势及疫情三年的影响下，我们接触到更多的网络知识、网络教育，感受数字化带来便利性，接受对我们未来工作生活的影响，也认识到 1 个新的词汇“元宇宙”。消防队伍的发展也紧跟时代步伐，在社会面防火、指挥调度、灭火救援处置、战评和火灾调研分析中不断尝试并获得认可。笔者以网页 3 维（Web3D）化为起点，探讨如何从网页 3 维化、数字化开始搭建基础数据，借着“数字化和元宇宙”的东风，推进消防队伍装备器材管理工作并服务于消防调度指挥和灭火救援处置及未来服务于消防的“元宇宙”工程。关键词：网页 3 维化；布兰德；图形树；超级编辑器；三维数字化0 引言3 维网页，也被称为 Web3D。它是一种立体的 3 维（three-dimension，3D）展示技术，是以计算机绘图技术，在万维网（worldwideweb，Web）浏览器上展现 3 维的对象，是通过在浏览器中内嵌 3D 虚拟场景的手段，在保证3D 立体效果的同时，有效地降低对网络和硬件的要求，让互联网用户能够快速地体验 3D 带来的真实感受，并可让使用者直接操控。同时满足 Web3D 需求，而制作的基础数据“模型”，也可以提供动画、端游等互动客户端。消防队伍装备器材的 3 维数字化，不是当前装备管理的必选项，但可以更好地服务于消防调度指挥、灭火救援和案例复盘。相较于消防 3 维预案、案例复盘、数字安保、灭火救援现场 3 维标绘和火调工作，后勤装备 3 维工作起步稍迟，尚未展现锋芒。以下从装备器材管理网页 3 维化的需求谈起如何实现 Web3D和实现途径的建议。1 消防队伍装备器材管理对 3 维数字化、可视化和互动的需求当前消防装备器材管理正处在数字化转型的阶段，也在不断尝试虚拟现实（virtualreality，VR）装备器材库、数字化仓储物流等工作。同时装备器材数字化管理不仅仅是为了更科学的做好后勤管理工作，而应立足于更好地服务于日常训练、执勤战备、调度指挥和灭火救援工作。1.1 更直观展示装备器材的需求科学技术推动消防装备器材的发展，装备器材的操作向专业化、精细化发展。如何更好地让消防员使用、维护保养装备器材，发挥其应用的作用。一份随厂的说明书很难起到教学的作用，对大多数消防指战员都是“太长不看”。消防指战员需要有一个更简单、直观、有趣和互动的渠道来认知、熟悉、掌握装备器材。2 维网页通过电脑端、手机应用程序（application，APP）、微信小程序展现出的知识更便捷是现在主流选择。但随着时代的发展，特别是 3 维可视化和网页 3 维化的发展，3维数字化和动画展示已广泛地用于商品展示、教学和产品管理中。消防队伍也已经将此类技术服务于防火、灭火工作，当然装备器材管理工作也可以。1.2 数字化管理与人机互动的需求随着装备器材仓库数字化的发展和管理水平的上升，装备器材的管理需要更丰富、更真实的底层数据支撑。装备器材的展示、教学和管理使用也需要更真实、更详细并能互动的“网络镜像”。消防队伍内部已信 息 与 网 络Maritime Safety 水上安全47成熟地将三维技术应用于案例复盘、灾情推演和数字预案中。装备器材管理工作也可以通过数字化和人机互动来更好地开展工作，让装备器材的管理和教学中存在更多的趣味性、互动性和知识性。同时 3 维模型的制作也提供了数字化管理底层数据的真实性。2 Web 3D 的概述与特点2.1 什么是 Web 3D 交互技术Web3D 又称为网络 3 维技术，是实现网页中虚拟现实的一种技术。Web3D 引擎是一个基于 Web 开发的用于创建和渲染 3D 视觉效果的应用程序。它们提供了用于创建和控制 3D 场景的核心应用程序接口（applicationprogramminginterface，API）。它们大多采用开放标准，使开发者能够构建高性能的 3D 应用程序，而无需任何浏览器插件或其他软件。Web3D 具有跨平台、无需安装即开即用等特点。在元宇宙、数字孪生、创意广告等行业广泛应用。基于 Web3D 交互技术，任何产品在网页上更直观地被感受和操控。2.2 市面上主流的 Web 前端 3D 技术1）Web 图形库（graphiclibrary，GL）。WebGL 是一种贾瓦斯克里普特（JavaScript）API，允许在 Web浏览器中呈现 3D 图形。它使用图形处理单元（graphicsprocessingunit，GPU）加速图形渲染并支持多种 3D 格式。2）图形树（Three.js）。Three.js 是一个跨浏览器的JavaScript 库和应用程序编程接口，用于使用 WebGL在 Web 浏览器中创建和显示动画 3D 计算机图形。它通过提供用于在 Web 浏览器中创建和操作 3D 场景的高级 API 来简化 WebGL 的使用，使得开发者可以轻松地创建和展示 3D 场景。3）开源框架（A-Frame）。A-Frame 是基于 Three.js 和 WebGL 的一个开源 VR 框架，能够在 Web 上创建 VR 和 AR 场景，使用简单，提供了丰富的组件和工具库。它使用超文本链接置标语言（hypertextmarkuplanguage，HTML）和 JavaScript 创建可在网络浏览器或VR 设备中查看的交互式 3D 场景。4）超级编辑器（UltraEdit，UE）与优利特 3 维（Unity3D）。UE 和 Unity3D 是一个跨平台的游戏引擎，支持多种平台和渲染方式，是端游开发和使用的主要工具，如家喻户晓的元神、和平精英。2.3 使用 Web 3D 服务于消防装备器材管理的优缺点分析Web3D 能很好地服务于使用者，让其不需要具有太多的 3 维相关知识技能就可以操作使用，同时 Web3D 更便捷地服务于装备基础数据的分享。从产品展示的角度来看，也可以更直观展示出装备器材的优点和使用场景。缺点是相对于传统网页，Web3D 需要的经费投入是偏高的，对其数据支撑的模型、动画和交互技术也需要掌握扎实的 3 维建模、动画制作和游戏制作技能人才。3 如何让 Web 3D 服务于消防装备管理以及软件选择的建议实现 Web3D 的方式很多，笔者仅仅是对 UE、布兰德（blender）有一点接触。知识的局限性，暂时只能从这 2 个角度出发谈谈自己的想法。以下所有软件和操作，皆可通过 B 站免费学习。3.1 WebGL 框架选择 Three.jsThree.js 是一款免费开源的 WebGL 三维引擎。在所有 WebGL 引擎中，Three.js 是国内文献资料最多、使用最广泛的 3 维引擎。网络上有活跃的社区和大量的学习案例。免费开源让制作者可以免于很多困扰。添加Three.js 显示三要素场景（scene）、相机（camera）和渲染器（renderer），上传模型和动画（glf/glb 模型），加载环境光高动态范围（high-dynamicrange，HDR），再加入人机互动，即可实现我们所需要的 Web3D 功能。3.2 建模工具选择 blenderblender 同样是一款免费开源 3 维图形图像软件，提供从建模、动画、材质、渲染、到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案。相比其他的建模工具更小巧更轻量，上手更容易，在 B 站和油管上都可以找到免费的视频教程。通过 blender 建模和动画制作，完成 Three.js 所需的基础数据，展现出所需展现的场景和动画。Three.js+blender 确实是最佳集合点（consolidationpoint，CP）。3.3 通过 UE5 展示 Web 3D借助 blender 制作的交互模型和场景，通过虚幻引擎 5（unrealengine，UE5）中的蓝图和用户界面（userinterface，UI）添加交互功能，打包导出到 HTML5 格式。在创建网页在网页开发软件中，创建一个新网页并将导出的UE5项目导入其中。部署网页最后，将创建的网页部署到服务器上即可实现UE5交互内容在网页上的展示。如果是需要别人通过超文本传送协议（hypertexttransferprotocol，HTTP）地址访问，就需要首先购买域名，再在备案平台进行备案，备案的同时可以购买服务器，可以部署静态资源的服务器。Unity3D 和 UE 部署相似，各有长处。4 消防队伍装备器材管理 3 维可视化和互动实现的办法建议4.1 实现装备器材管理 3 维可视化和互动必须面临的问题3 维数字化技术要服务消防装备器材管理工作，就必须面临几个问题：1）不可能每个用户都会使用三维服务客户端，也信 息 与 网 络水上安全 2023 年 第 7 期48不会有太多人为了看一个互动去装一个大型的互动软件，如 UE、Unity 等客户端软件。2）模型、动画和互动是数字产品，产品能否共享，能否用于其他场景和单位，以及产品使用的性价比如何，必须考虑。3）三维数字化模型数据的真实性和实用性如何选择。模型越真实反馈产品的信息其占存储数据量就越大，在网页上运行压力也就更大，实用性会受到影响，而我们所需求的数字模型、场景并非需要过分真实。4）制造商的知识产权能否得到保护。产品的信息会通过模型传递，越真实传递的也越多。哪些信息可以传递，哪些信息的泄露会对制造商带来损失，必须筛选。4.2 如何合理、合法地获取打造装备器材数字化的底层数据从采购平台开始，获取装备器材数字化的底层数据是笔者暂时能想到的最优解，分析如下：1）从模型基础数据获取的角度，借助于采购平台效率最高。借助采购平台可以最便捷的方式联系到供应商和制造商。通过采购合同的附加要求，让其提供模型和底层数据。在合同相关附件中可以根据本单位的服务器和网站建设情况，提出模型、动画的总体大小、精细程度和模型格式具体要求，放开部分录入权限让供应方录入，减少后期人力成本的投入。2）从知识产权的角度，供应方提供的模型和动画可以避免不必要的法律纠纷。消防队伍所需要的模型和动画并非需要完全真实地反馈每一处细节、材料等可能涉及企业利益的数据。制作商或供应商，在模型和动画的制作中可以避免自身利益受损。相较于消防委托第三方单位制做模型来说，这个模型或动画可以使用得更放心。3）从模型和动画实用性角度，供应方提供的模型和动画更真实。所有单位在尝试 3D 数字化的过程中，都有“隔行如隔山”的共识。消防队伍作为使用部门，虽然投入大量的人物和时间熟悉器材装备，但想培养并拥有一定基数的既了解器材的内部构造和工作流程又会建模和动画高知识技术人员，显然很不符合实际情况。如由消防单位委托第三方建模服务，其制作人员对消防装备器材的产品了解程度不足，真实性和实用性不高，成本却不低。而生产商有装备器材的底层数据，其提供的模型和动画数据真实度会更高。4）从经济投入和时间投入的角度，供应方提供的模型和动画成本更经济。模型和动画的成本是固定的，越优质的模型和动画成本越高。制造商和供应商相较于消防队伍委托第三方制作，模型的成本均摊在产品上，更经济。获得使用许可后，也更便于全国消防队伍共享模型和动画数据。4.3 合理共享信息，让装备器材网页三维化更好地服务于消防工作后勤装备工作出发点和落脚点都是为了更好地服务执勤战备，提升队伍打赢能力。从装备器材网页管理的角度出发，模型和动画信息的共享更方便管理。通过供应方提供的模型、动画和底层数据的，可以更规范地服务于装备器材管理软件信息的录入和信息的采集。通过采购平台获取最基础的模型和动画后，各单位可以充分发挥自主能动性打造三维数字化装备器材管理平台。如用借助 Web3D+blender+Three.js，可以更方便用户的浏览和使用，受众范围更大更便捷。借助Web3D+blender+UE，可以在渲染和互动上又更自由，效果更突出。单独借助 UE、Unity3D 电脑客户端，操作和使用者感受会更优质。或者通过其他的软件和途径，在适应使用场景、实用性和经济性上选择最适合自身单位的。模型、动画的数据可以服务于其他灭火救援工作。如在消防桌面推演、案例复盘、预案的数字化制作中，提供现场使用的装备器材模型，导入相应的软件，制作相应的互动游戏或渲染相应的场景视频。如某消防单位需委托第三方完成、数字战评或 3D 预案定制，可授权其共享使用采购平台内的模型、动画数据，节约大量的工作时间。同样有了基础数据后。5 结束语从大数据到一体化再到元宇宙，时代的发展推动消防工作的进步。将建模、动画和网页 3D 技术应用与消防队伍装备器材的管理，不仅仅是提高装备管理的服务质量，更多的是为消防一体化和正在积极尝试的消防城市管理元宇宙提供基础的数字素材。相信随着数字化技术的不断进步，装备器材管理三维数字化应用会发挥其阶梯的基础作用，真正的，更好地服务于消防工作。6 参考文献1 Eersan.谈一谈 Web3DEB/OL.(2023-03-12)2023-06-18.https:/ PHP 代码.三维引擎基础概述（Direct3D、OpenGL、UE、U3D、threejs等）EB/OL.(2023-02-01)2023-06-18.https:/ 特快仓鼠.WebGL，OpenGL和OpenGLES三者的关系EB/OL.(2020-08-28)2023-06-18.https:/ 徐小夕 趣谈前端.Web3D 从入门到跑路 EB/OL.(2022-10-08)2023-06-18.https:/