基于网页的虚拟现实及其关键技术.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第 二 章,基于网页虚拟现实,(,WebVR),及其关键技术,主讲教师：贾金原,助 教：杨寒冰,联络方式：,13816142387,QQ:605360422,email,:tongjissevr,同济大学软件学院 图形图像研究中心,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第1页,2.1,基于网页虚拟现实（,WebVR,）介绍,2.2,现有,WebVR,技术现实状况,2.3 WebVR,关键技术,2.4 VRML/X3D,技术介绍,2.5 WebVR轻量化建模技术,2.6 WebVR,光影效果增强,2.7 WebVR,轻量化脚本编程技术,2.8 WebVR,场景渐进式下载机制,2.9 WebVR,前景展望与机遇,提 纲,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第2页,2.1,WebVR,系统开发,VRML,篇,VRML,是第二代,Web,语言基础,以网页为中心模式转换到一个令人激动三维世界,1997,年，,VRML,被,ISO,和国际电子工业协会,IEC,定为国际标准，简称,VRML97,特点,文本格式编码，文件小，压缩比高,Vrmlscript,脚本语言简单、易用,最直观面向对象编程思想,开源、良性可连续发展、资源丰富,开发效率高、周期短、开发成本低,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第3页,2.1 WebVR,系统开发,X3D,篇,X3D(Extensible 3D Specification),基于XMLVRML有机扩展，ISO又制订了X3D作为新Web3D国际标准,特点,基于XML编码格式,更易于网页集成，更易于与下一代Web Services技术有机融合,基于组件结构,使之含有更加好兼容性与可扩展性,轻量化内核,硬件上，适合用于图形工作站、PC机、PDA、数字机顶盒、手机等,软件上，美国著名海军研究院（Navy Postgraduate School,NPS）拟将X3D技术应用与NPSNET-V中,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第4页,2.2 WebVR,若干关键技术,轻量化虚拟场景建模技术,轻量化,WebVR,互动程序设计技术,轻量化,WebVR,引擎,大规模,WebVR,虚拟场景快速下载机制,高效,WebVR,体系支撑架构,面向,WebVR,软件工程,方法,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第5页,2.3,当前主流,WebVR,浏览器,(,引擎,),比较：,VRML,VRP,PV3D,Unity3D,Quest3D,Virtools,效果,性能,可交互性,场景压缩比,引擎轻量性,可编程性,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第6页,2.4 WebVR,引擎初步分析,对于,小,规模,WebVR,场景，要求,较强网页级互动性,，,即时响应浏览速度,，提议采取免插件安装,P(aperVision),3D,技术最适当。,对于,中,规模,WebVR,场景，要求,较强网页级互动性,，,较频繁场景更新,，,较高文件压缩比,，提议采取,VRML/X3D,技术较为适当。,对于,大,规模虚拟场景，要求,较强网页级互动性,，重复访问频率低（往往是,一次性访问,），对于,文件压缩比和引擎大小,要求较高，提议采取,U3D,技术较为适当。,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第7页,2.4,当前,VRML,应用中存在误区,过分依赖压缩比，不考虑模型数据量与制作方法联络,轻量化模型制作主要性,光影效果表现差强人意,对,VRML,了解不深入，缺乏面向对象编程思绪,对许多扩展节点缺乏了解与深入认研究,VRML,效率低，缺乏面向,VRML,高效图形算法,表现手法单一，缺乏与多媒体有机结合,仅重视单纯浏览漫游，缺乏软件工程体系思想，无后台，无数据库，无通讯,漫游模式单调，几乎完全依赖浏览器所提供几个漫游模式,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第8页,我们对策以及,开发,WebVR,技术路线,WebVR,轻量化建模,静态虚拟场景轻量化建模,动态虚拟场景轻量化建模,WebVR,轻量化虚拟互动程序设计,尽可能减小,VRML/X3D,程序代码量,提升,VRML/X3D,代码运行效率,WebVR,后台体系架构,数据库、,J2EE,、,AjaxSOA,等集成,面向,WebVR,软件工程,参考游戏与,GIS,软件工程思想与模式,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第9页,2.5 WebVR,轻量化建模技术,标准,尽可能地降低模型三角网格面片数量,尽可能地缩小贴图尺寸,大小,尽可能地重复使用纹理,材质,贴图,单体模型重用,尽可能确保几何精度与光影效果,影响建模精度几个原因,画面表现度,重用度,交互度,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第10页,2.5 WebVR,轻量化建模实例,静态轻量化建模实例,虚拟校园,虚拟商城外景,前景与背景友好融合,动态轻量化建模实例,瀑布,河流,树木与森林,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第11页,例,1,：瀑布轻量化动态建模,非轻量化建模粒子系统,传输效率较高,运行效率太低,基于位置插播器建模,传输效率较高,运行效率更高,效果甚佳,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第12页,虚拟树木轻量化建模方法,（一）,基于几何树木建模方法,制作方法：,3Dmax,直接生成,面数：,9758,显示效果：很好,显示效率：差,未经压缩代码量：,1.10M,经压缩后代码量：,320KB,贴图容量：,9.6KB,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第13页,虚拟树木轻量化建模方法（二）,基于,Billboard,树木建模方法,制作方法：广告牌,Billboard,面数：,1,显示效果：差,显示效率：高,未经压缩代码量：,227,字节,经压缩后代码量：,176,字节,贴图容量：,206KB,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第14页,虚拟树木轻量化建模方法,（三）,基于模型与,Billboard,混合方法,制作方法：模型,+,广告牌相结合,面数：,157,显示效果：动态效果,好,显示效率：高,未经压缩代码量：,25.4KB,经压缩后代码量：,7.39KB,贴图容量：,106KB,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第15页,虚拟树木轻量化建模方,法（四）,基于规则树木轻量化建模方法,制作方法：基于,L-System,规则,面数：,1,个圆台面,显示效果：动态生长过程,极好,显示效率：高,未经压缩代码量：,1.6KB,经压缩后代码量：,0.69KB,贴图容量：,10KB,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第16页,虚拟森林生成系统,快速地生成虚拟森林,效果比,Billboard,愈加动态逼真,树木数量庞大，但渲染速度快,文件小，便于网络传输,基于,VRML,虚拟森林编辑器,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第17页,WebVR,中光影效果轻量化实现,烘焙技术应用,采取,VRay,渲染器对场景物体进行光影烘焙,用多重纹理贴图表现光影,影视级虚拟现实效果表现,防止了光源计算带来显示复杂度，加紧了实时浏览速度,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第18页,2.6,WebVR,轻量化互动脚本程序设计,基于,OOP,UI,扩展节点库,基于探针轻量化碰撞检测算法,WebVR,轻量化虚拟导航算法,基于,Cohen-Sutherland,编码飞行物轻量化交互操纵算法,基于,VRML,全景漫游功效实现,VRML,中视频在线播放系统,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第19页,基于,OOP,VRML,UI,扩展节点库开发,PROTO,扩展机制带来良性、自增加软件理念。,自主研发大量,PROTO,扩展节点库,为,WebVR,系统开发提供了工具集,PROTOTYPE,作用,UIMenu,快速生成随界面尺寸改变菜单栏,UIDialog,快速设置生成完整功效对话框,button,按钮,map2D,快速生成二维导航地图,其它,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第20页,基于,H-Anim,VRML,角色互动设计,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第21页,基于探针轻量化,VRML,碰撞检测算法（,1,）,前进障碍物检测,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第22页,基于探针轻量化,VRML,碰撞检测算法（,2,）,前进地形检测：,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第23页,基于探针轻量化,VRML,碰撞检测算法（,3,）,高度障碍物检测,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第24页,基于探针轻量化,VRML,碰撞检测算法（,4,）,前进行为条件成立,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第25页,VRML,虚拟世界轻量化导航算法（一）,大规模VRML,环境浏览问题,面积规模广大，布局结构复杂,缺乏有效导航信息,用户将会迷失方向,在虚拟世界中毫无意义地徘徊,无法找到预期目标,从而失去继续浏览、观看信心和兴趣,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第26页,VRML,虚拟世界轻量化导航算法（二）,高效大规模,VRML,世界虚拟导航算法,优化道路导航算法,可回溯盲人爬山算法,近似最优，精度到达了,95,以上,其准确度也能到达虚拟漫游需要,伴随节点数增加，精度也随之增加，并最终收敛至,100,用,VRMLscript,实现,直接与,VRML,耦合在一起,高效并易于实现,没有采取,Java EAI,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第27页,VRML,中在线视频播放技术,虚拟家居装修与科普影院,在虚拟空间中在线观看科普视频,基于,RSTP,流媒体协议传输,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第28页,2.7,WebVR,体系支撑架构,过去,VRML,系统,无后台,无数据库,而今,基于,J2EE,后台管理系统,数据库,基于,AJAX,高效通讯模式,大规模,WebVR,场景渐进下载模式,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第29页,WebVR,体系支撑架构,Web,通讯模式新应用（,1,）,传统,Web,应用通讯模式,请求等候响应再请求循环,用户体验是割裂,Browser,User interface,Web Server,JSP/ASP/,DB/File System,Response,Request,Client,Server,Time,User activity,Server processing,Data,Data,Data,Data,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第30页,WebVR,体系支撑架构,Web,通讯模式新应用（,2,）,Ajax,异步通讯模式,无需忙等候,采取局部刷新,连贯用户体验,Browser,User interface,Server,Web/XML,DB/File System,Response,Request,Client,Server,Time,User activity,Server processing,Ajax engine,JavaScript call,DOM/CSS,Ajax Process,Data,Data,Data,Data,Data,Input,Input,Input,Display,Display,Display,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第31页,VRML,与,Ajax,结合（,1,）,结合方式,以,XML,为载体,经过,Ajax,技术实现,VRML,虚拟场景数据按需动态请求与下载,结合意义,减轻服务器传输大规模场景数据负载与带宽消耗,防止客户端一次性渲染大规模场景而造成漫游速度迟缓,经过把复杂算法嫁接到服务器端，实现灵活人机交互应用,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第32页,VRML,与,Ajax,结合（,2,）,VRML,与,Ajax,交互模式示意图,VRML,场景,Script,节点,Ajax,引擎,事件触发,事件响应,后台,请求数据,返回数据,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第33页,J2EE,与,Ajax,结合（,2,）,J2EE,与,Ajax,交互模式示意图,J2EE,服务器组件,客服端浏览器,Ajax,引擎,Connection Pool,JavaBeans,JSP/Servlet,发送请求,返回结果,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第34页,2.8,大规模,WebVR,网上渐进式下载机制,基于,AOI,（,Area of Interests,）,思想,渐进式,AOI,VRML,下载策略,与多线程下载策略相结合,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第35页,正在进行中研发工作,(1),光影效果方面,程序化（,Shader,）着色器在,VRML,上应用,体系支撑架构方面,采取,DWR,（,Direct Web Remoting,，,WEB,远程调用）框架,客户端无需再处理,XMLHttpRequest,对象以及服务器响应,后台无需编写,Servlet,把请求转化为对,JavaBeans,调用,更为灵活多人在线交互模式,更为高效多路组播通讯技术,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第36页,正在进行中研发工作,(2),WebVR,场景轻量化方面,虚拟场景参数化存放与生成,基于函数,VRML/X3D,扩展节点库,面向,WebVR,软件工程,WebVR,项目开发模式有很多独特征,需求分析,成本估算,项目管理,团体组建,文档管理,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第37页,正在进行中研究课题（,1,）,WebVR,轻量化建模,研究目标,高效、通用、低成本轻量化建模,基于图像轻量化,3D,模型重建,除了传统网格面片精简技术之外,怎样提取最小尺寸可重用纹理贴图,基于多张图像树木植物,L-System,重建,与,Autodesk,中国研究院合作,基于多张图片树木植物参数化建模,中科院自动化所与法国,INRIA,合作,基于,AMAP,树木植物轻量化建模,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第38页,正在进行中研究课题（,2,）,扫描性,3D,模型精简,基于数字几何特征模型精简,轻量化,WebVR,模型数据库,构建当地,3D,模型库,基于文本、草图与图像综合智能搜索,网上,3D,模型资源智能挖掘,基于视频轻量化,WebVR,行为数据库,虚拟行为仿真计算,虚拟情感分析与计算,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第39页,正在进行中研究课题（,3,）,开发轻量化,WebVR,引擎,（超）大规模虚拟场景网上实时漫游,高效,WebVR,物理引擎,大规模虚拟群体行为仿真（含实时碰撞算法）,更高端,WebVR,体系支撑架构,SOA,，,Oracle Spatial,等,对这些海量空间数据进行更为有效调度与管理,（超）大规模,WebVR,场景网上流式渐进下载机制,基于,EAOI (Extended AOI),P2P,网格计算,/,普适计算在,WebVR,上 应用,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第40页,试验室所负担,WebVR,课题,中国数字科技馆体验馆二级子课题,网上虚拟车展系统,国际合作项目,法国农业研究中心，,INRIA,数字植物试验室,崇明岛生态环境虚拟仿真系统,上海市重点科技攻关基金项目,网上大规模虚拟展示若干关键技术研究,两个虚拟旅游项目,湛江虚拟旅游与珠海虚拟旅游系统,.,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第41页,2.9 WebVR,辉煌前景与潜在机遇！,WebVR,掀起了一场互联网行业革命浪潮,由,2D,到,3D,由静态到动态,有数字到虚拟,已经悄然成为一个产业！,虚拟城市规划演示,虚拟家居漫游系统,虚拟文物遗产（文化遗产数字化保护）,虚拟城市,虚拟试验教学,虚拟博物馆,/,虚拟科技馆,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第42页,WebVR,平台架构和开发流程,素材,场景图,资源包,脚本,游戏,集成化编辑器,混合式引擎关键,素材,素材,Web,游戏,3D,模型素材库,轻量化模型,纹理,Lightmap,材质,命令脚本,音频,视频,动画,Shader,脚本,.,游戏开发流程,游戏程序运行时，按,AOI,划分渐进式地从周围服务器（,P2P,）上进行流式下载,图片,图片,图片,以图片作为输入在素材库中搜索适当模型,轻量化建模,基于图像模型搜索,基于重用机制轻量化建模,基于规则建模,轻量化,3D,模型,基于图像,3D,模型重建,注册,挖掘,搜索,分类,增加,删除,修改,.,基于草图建模,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第43页,一些粗浅科研人生思索,互动与探讨,研究方向选择与确立,执着强烈创新意识,超越大胆开拓意识,研究态度,认真求实，脚踏实地，切忌急功近利。,以处理问题为目标，而不是以发表论文为目标。,要谦卑，要友好，不迷信权威,研究精神,低调做事,厚积薄发,锲而不舍，感激失败，充满信心，充满期望！,基于网页的虚拟现实及其关键技术,第44页,