三维网络

三维网络（精选十篇）

三维网络 篇1

网络社会关系结构复杂化与传播关系的趋利化

互联网在中国的应用屈指算来已经15年了 (以下未标明的数据均来源自本次调查) , (3) 如果从人的存在来看, 已然迈入少年时期, 这正是互联网生产的储备期和扩张期, 具体表现为:第一, 网络使用者在总人口中的比重已经超过三成。 (4) 第二, 上网途径已经多元化, 除了拨号接入外, 宽带的接入、无线网络接入和手机的互联网接入增长很快。第三, 网络从精英人群走向社会大众。最初上网的人口基本上都是大学以上学历, 1998年这一数据高达98%, (5) 而现在大学生在网络中所占比重已下降至23.3%。

从神坛上下来的网络, 正是其第三个特点使得网络中社会关系重构。这一点是可以透过互联网研究报告发现的。通过阅读历年的《中国互联网络发展状况统计报告》, 我们可以看到, 网络使用者 (以下简称网民) 从其结构来看, 是典型的草根聚合体。如“农村网民规模达到11508万, 占整体网民的27.4%……网民年龄结构继续向成熟化发展”, 但是, 与此同时出现的情况是, “网民学历结构呈低端化变动趋势”, 初中和小学以下学历网民增速超过整体网民。虽然没有确凿的数据, 但是现代学历的含义表明, 大学以下的网民相对来说, 理性的缺失是较为明显的。

这些新型的被结构化的网络主体, 其信息传播虽然不成熟, 但决然不能被忽视, 他们通过网络的各种新形式体现自我存在。网络新的经验类型包括更为个性化的博客、维克、微博, 加上原来体验的形式, 诸如网络论坛、搜索引擎、XML、CSS等信息获取与表达场域, 增加了草根阶层的长尾效应。草根阶层的长尾效应, 是网络聚合性的典型表现, 长尾聚合的结果是, 将会有许许多多新的微中心诞生, 甚至不排除一些微中心成长为新的中心;这些中心构成传统中心的协助或挑战, 形成了网络政治的多样化表现。套用经济学的一些术语表述为, 长尾的聚合将会对传统的二八定律构成严重挑战, 基于长尾理论的互联网受众将对中国中产阶级的建构构成挑战。

持有技术乐观主义的学者们认为, 这些网民是“准中产阶级” (6) 。其言下之意是, 当前的网络使用者在经历一定的时间段后, 会成为新的中产阶层, 而这些中产阶层对社会的重要性不言而喻。然而, 这种观念过于乐观, 准中产阶级的成长道路还很漫长且充满变数。关信平指出, 中产阶级的考量标准现在最主要的是财产拥有和职业这两项, 但更重要的应该是“职业声望以及地位, 以及与职业相关的社会保障、福利等等”。另外, 扈海鹏教授也指出社会结构的失衡阻滞了当前中产阶级的增长, 扈海鹏援引清华大学教授孙立平的话说:“我们现在社会结构出现某些‘断裂’的趋向 (指的是上层与中下层间发展的极不平衡) , 这种失衡影响了中产阶级的成长。我们现在的基尼系数是0.47, 早已超过了国际公认的社会不平等警戒线。社会财富多了, 但文化认同与信任出了问题。人们害怕自己被抛入下层、被固化于下层, 由此, 社会价值取向变得越来越趋利。” (7) 随着中产阶级成长遭遇变数, 人们的趋利行为增加, 如此导致的后果是以利益关系为导向的社会价值愈来愈甚嚣尘上, 这种情形是最让人担忧的, 因为它会给社会机体带来巨大伤害。这些网民要成为中产阶级, 需要处理的问题不仅是增加个人财富和职业荣誉感, 还需要处理诸如社会保障、社会福利的问题, 可以说, 这些草根的网民与中产阶级的概念之间相去甚远。

网络主体信息生产的偏倚趋势

网络信息的生产偏向首先表现为信息生产主体的偏倚和信息生产均值化。这两个特点的存在, 使信息生产呈现出高度偏倚的趋势, 反过来强化了网络分配带来的草根后果。

第一, 就信息生产主体而言, 中国网络生产体现更多的“精英主义”倾向。在美国, 网络参与核心人群是那些性别为男性, 甚至未结婚的人, 网络潜水的人群受教育程度较社会一般水平或高或低。 (8) 这个有意思的发现, 更新了我们对网络表达的观念和看法, 原来网络表达的主体需要进一步细分研究, 他们很难代表社会一般民众的意见和看法。即便是美国的论坛, 同样也不代表美国人口的一般样本, 低收入人口的代表性明显不足。与之相类似, 在中国, 除了网络论坛的人口分布具有差异外, 其他的指标基本类似。最新的数据表明, 网络论坛已经被踢出网络应用的前十名, 这显示了论坛地位的下降。然而, 就网络论坛来看, 这些精英阶层的表现是极其不成熟的、不确定的, 这一点与中国公民社会表现极其一致。俞可平认为, 中国的公民社会在艰难的发展, 表现为不成熟性和不确定性。 (9) 与占社会总体的多数相比较, 网络讨论者受教育程度很高, 拥有的财富更多, “更年轻, 未婚, 更偏向于男性, 尤其是网络中的活跃分子” (10) 。

第二, 网络信息生产的均值化, 它表现在:信息生产的多向性、同质性分散了意见表达工具的有效性, 生产力量的群聚性扼杀了对话的平等性。首先, 网络论坛作为意见表达的空间, 虽然已经被踢出网络应用的前十名, 但是从总量上看, 仍有较大的绝对数量。网络论坛讨论的问题纷繁复杂, 从个人隐私披露到国际关系, 从人们的基本生活到社会总体发展都有所涉及。这种问题讨论的多向性弱化了信息表达的力度。全球最为有名的Listserv, 最初讨论的内容非常复杂, 往往使得专业讨论人员失去自己的讨论空间, 于是各种专业人员不得不被分解为不同类别的讨论区域, 这就为我们进行信息交流带来了问题, 网络论坛的价值是多元意见的表达, 而基于专业技术区分的意见表达无法满足公共意见的表达, 更别说分享了。这一难题在中国的网络论坛中大大放大, 基于传统主体讨论的内容很容易被论坛主题和论坛目标所掩盖, 多向意见的表达分散使得大部分论坛陷入了自我指认的社区, 即形成满足论坛设定目标的同质性话题。其次, 网络作为对话的工具, 要想使其发挥最佳效应, 就需要实践慎议民主。尼诺认为, 慎议民主理论是“最能克服”既有民主理论缺陷的新理论, 慎议民主的中心词汇是对话。然而, 在中国网民的对话中, 信息的生产者掌握着意见表达的方向, 他们通过信息主题的设定, 影响着后来者的参与方向, 在网络论坛中跟帖者的表达往往是一元化的, 不是新型社会意见的表达场域。倘若出现不同的声音, 很快就会出现结论, 因为中国的网民很容易“跳入网络空间去扮演法官和陪审团的双重角色” (11) 。

虚拟空间调节机制断层

出现上述问题, 是因为虚拟空间的调节机制是断裂的。现行的虚拟空间调节机制归纳起来主要有:采用行政法律干预;传统媒介的介入。这些调节机制均对网络空间构成伤害, 行政法律干预是有效的手段, 但是法规往往滞后于网络媒介的发展, 当然, 法律本身不可能超前预测, 由此导致了滞后性的信息管制现象, 行政机构在介入网络时, 纵然有良好的社会意图, 但是其行动往往造成了严重的压制性危机, 迫使网络调节机制无法发挥。另外, 传统媒介介入同样断裂了人们的行动, 传统媒介和中国的网民个体的表现有些类似, 当它们介入的时候, 就形成对新媒体的审判。网络调节机制的断层和缺乏, 让信息的表达行动受到了伤害, 阿伦特指出, 信息表达在政治活动中至关重要。 (12)

建设虚拟空间调节机制, 面临艰巨任务, 这是网络的全球性造成的。由于大部分根服务器都在美国, 传统的机制是非正式性的, (13) 最初不存在合法性垄断, 但是随着商业机构和一些政府机构的介入, 从网络信息调节方面来说, 任何一个行动都会产生连锁反应。在没有有效的网络调节机制的空间里, 就会出现我们上面所发现的——信息生产者与追随者目标离散化, 信息生产者设定的讨论主题被其他噪音所消减;从宏观上讲, 信息分配外力的压抑造成信息解释的片面化, 加强了信息的再度离散。互联网的管理分配实际上将网民这个主体使用者排除在外, 比如互联网名称与数字地址分配机构在遭受到选举方面的失败, 加上大多数董事会成员的持续批评, 导致该机构2002年新出炉了这样的规定:“从董事会中剔除网民代表, 这意味着先驱们的民主试验已成为历史。” (14) 此外, 网络的分配, 从政策的设计和制定都很难看到网民的身影, 这些因素的存在, 对互联网调节机制的建立带来了隐患和风险。

结语

风险社会的到来, 加剧了互联网分配的问题, 这些问题的影响将会“随着互联网的迅速普及不断地增强” (15) 。当我们分享互联网带来的巨大利益时, 我们也需要关注互联网传播资源与社会期望的关系:新型生产主体的介入丰富了传统关系, 却加剧了网络媒介的草根特性, 草根性的网络表达, 缺乏的是理性的意义建构, 加上虚拟空间的调节机制的断裂, “社会生产的财富分配以及与之相联系的冲突就占据着历史的前台” (16) 。

三维网络 篇2

【摘要】

本研究从网络环境、阅读教学等视角入手，以辩证唯物主义为理论基础，运用哲学、教育学、心理学、文化学等知识，以系统论、控制论、《语文课程标准》和《国家中长期教育改革和发展实施纲要》为指导，参考借鉴已有研究成果，总结经验教训，通过对网络环境下信息传递特征的研究，探索网络资源与阅读教学整合的方法和途径，探讨网络环境下中学语文阅读教学的理论与模式，指出中学语文教学中应正确处理网络环境与阅读教学的关系，借助网络化管理采取新的教学模式，为解决新形势下教学中出现的问题提供理论依据和实践参考；为促进学生思维的发展、提高学生的学习质量，对培养学生自主学习、创造性学习、终身学习的能力有一定的借鉴价值。【关键词】

中学语文、阅读网络化、三维教学模式、探究 【正文】

随着信息技术的日新月异，网络、多媒体技术在语文阅读教学领域广泛应用,网络信息技术与语文课程整合进入了新的发展阶段，网络环境下的课堂阅读教学成为语文教学改革的焦点之一，这带来了语

文教学的科技化，提供了个性化的教学环境,提高了课堂效率,赋予了语文阅读教学充实的内涵和无限的生命力。

网络环境下的中学语文阅读教学是一种在现代教育理论的指导下，依托丰富的网络资源, 运用现代信息技术, 快节奏、高效益地实施阅读训练的崭新的教学形式, 这种教学形式信息量大, 自主性强, 合作程度高, 极具挑战性和创造性。

语文是一门具有浓郁的美育特色的学科。因此语文教师的主要任务是让学生在审美感知中获得这种美，在美的熏陶中发展语文能力。同时，语文课堂教学，也是执教者智慧、激情和技巧熔铸而成的艺术，而任何艺术品都在于突破因袭的模式，创造独特的美学风范。

在语文教学活动中，教师通过媒体向学生传播知识，教学媒体作为储存和传递教学信息的载体，起到了中介作用。在网络环境下，通过多媒体信息技术，依托海量的网络教学资源，运用文字、声音、图片、影片等多种形式，设计课件，达到声光同步，视听结合的效果。多渠道的信息传递方式，对旧有的语文教学模式提出了挑战，使学生耳目一新，更利于获得知识，掌握方法，提高能力，因而受到广大师生的青睐，为现代语文教学带来了无限生机。

应用网络信息技术辅助语文阅读课堂教学是一种高效率的现代化教学手段，它让学生在学习中始终保持兴奋、愉悦、渴求上进的心理状态，它对学生主体性的发挥，创新意识和探索精神的培养有着事

半功倍之效。网络信息技术的出现为我们教学手段的改进提供了新的发展机遇，网络信息技术与语文学科教学的整合，产生了优化的教学效果。

一、网络环境下中学语文教学的新要求

网络环境，指的是构成国际互联网（Internet）及与国际互联网相连的局域网络物理空间的各种硬件设备，以及由此形成的网络正常运行空间的各类软件环境的集合。这一新的信息流通媒介使得信息交流越来越即时化、快速化和简易化，网络信息成为这一新的媒体运作过程的主要载体。由此，新的教育资源成为可能，网络教育信息资源成为经过人们选取、组织、序化后的有用信息的集合。

目前网络环境下的中学语文阅读教学存在的主要问题有：（1）教师的网络和电脑操作水平是限制网络环境下的中学语文阅读课堂教学的瓶颈。

（2）没有完全摆脱传统语文阅读教学模式的思维定势。（3）缺乏多层次、多样化的整合模式。

（4）网络和多媒体在语文阅读教学中出现早用、误用或滥用的情况。

基于网络环境下的语文教学，已经展现出更广阔的天空。课题组负责人张英超老师和杜前锋老师对网络环境下中学语文教师的任务与对策进行研究、分析，指出中学语文教师必须正视网络环境下的新的阅读教与学方式，提高自身网络和电脑操作水平，尽快认识网络，熟悉网络环境，积极探索新型教学模式，摆脱传统语文阅读教学模式的思维定势，不断探索多层次、多样化的网络资源整合模式，以阅读教学为突破口，通过提高学生语文能力和信息素养等途径，积极调动新的教学资源，实现高效教学。语文作为一门基础学科，其根本的教学目的就是要训练学习者的理解能力、合作探究能力和表达能力。

二、网络环境下中学阅读教学的新特征

网络环境下，中学语文阅读教学应如何应对新的要求呢？

张科老师和申文红老师对这一问题进行探讨，他们采用快速阅读、主题阅读、比较阅读三个概念，指出教师应充分利用网络，针对学生行为的多种角度和不同特征进行教学，教材文本与网络资源相整合，以丰富课程资源，扩大学生的阅读量，提高阅读教学效率，实现语文教学的活化。张华梅老师将学生的自主阅读能力视为网络环境下的主要突破点，指出应从激发兴趣、加深感悟和拓宽知识等三个角度引导学生自主学习，积极主动地利用网络环境提供的资源平台。

可见，无论从教师角度还是学生角度，网络环境下的阅读教学已经成为新的阅读教学模式下所面临的核心环节，必须采取主动积极的

态度去面对这一新的环境。因此，杨云老师通过探讨认为，网络为语文阅读教学带来新的发展趋势，新的多彩的阅读活动、丰富的学习资源、平等的交流机会和自动化的评价系统的出现，使得语文教学出现逐步由“以教师为中心”转向“以学生为主体”的新趋势。

中学语文的阅读教学根据其教学目标的不同，可以划分为五种类型：一是为大体了解读物内容的浏览性阅读，二是为透彻理解读物内容的理解性阅读，三是为获得审美愉悦的鉴赏性阅读，四是为提高写作能力而进行的借鉴性阅读，五是为研讨特定问题的探究性阅读。从当前的语文教学现状看，浏览性阅读（博览）和探究性阅读（精读）应是网络环境下阅读模式与训练突破的核心环节，但当前对于这二者的重视还普遍不足。而事实上，无论现实社会的各类实践工作还是应试测验下的即时需求，博览和精读已经成为现代社会成员信息处理能力的重要指标，已经开始要求学习者采取现代化、开放性的阅读心态，适应网络信息全方位、高密度的资源特征和呈现方式，适应信息社会的新要求、适应现代信息表达能力的要求。

作为结果，网络环境下的阅读教学需要实现多个方面的转型：

第一、从教学媒体单一化向多样化转型。在语文教学活动中，教师通过媒体向学生传播知识，教学媒体作为储存和传递教学信息的载体，起到了中介作用。国外研究表明，人们通过语言形式从听觉获得的知识能记忆15%，从视觉获得的知识能记忆25%，利用声光同步，把视觉和听觉结合起来，能够记忆的内容可达65%。可见，以声光结

合的教学手段进行教学，对于知识的获取、巩固，起着十分重要的作用。传统的阅读教学教师主要通过语言与学生传递和交流信息，在网络环境下，通过多媒体信息技术，运用声音、文字、图片、影片等多种形式，设计课件，达到声光同步，视听结合的效果，多渠道的信息传递方式，实现了媒体形式的转型。

第二、从个体分析向群体交往转型。古人读书是为了修身、养性、齐家、治国、平天下，在读书的方法上强调熟读精思，而网络环境下阅读教学更强调感悟、合作探究功能。古人曾把“秀才不出门，能知天下事”视为一种理想的境界，而在信息时代这已不是少数人的才思，而是一般人的技能。在虚拟世界中交往者的姓名、身份等因素可能是虚拟的，消除了心理障碍，摈弃了利益关系，心灵之间的交流更加纯洁而透明，更接近于心灵对话。

第三、从被动吸收向探究拓展转型。传统阅读教学强调的是接受已知，接受人类社会积累下来的知识和技能。网络环境下的阅读教学强调的是探究新知，探究解决现实问题以推动社会进步的知识和技能，包括探究前人创造知识和技能的过程和方法。在教学过程中，探究前人创造知识和技能的过程和方法以资借鉴，占有很大的比重。称作探究性学习，就是通过探究前人创造知识和技能的过程和方法，培养学生解决现实问题的探究意识、探究观念和探究方法，把教师向学生奉送真理变为引导学生自己去发现真理。

第四，从强调积累向突出创新转型。传统阅读教学强调的是“读万卷书，行万里路”，通过读万卷书来积累知识，通过行万里路来增长见闻。现代社会网络环境下的阅读教学强调的是培养创新意识、创新观念和创新能力。因此网络环境下的阅读教学需要培养学生的创新能力，强调对知识的消化与重构。

三、网络环境下中学语文阅读教学的高效化

那么，在新的教学环境下，如何进行语文阅读的高效教学呢？

通过对网络环境下的中学语文阅读教学定位、模式和特性进行分析，网络资源的功能在于辅助性、协助性，在于整合教学重点，为已有教学模式服务，可以将网络环境下的中学语文教学方式分为以下四个方面：

1、教师创设情景，学生明确内容；

2、教师启发思考，学生自主探索；

3、教师指导求新，学生协作学习；

4、教师激励创新，学生展示观点。

对网络环境下的学习流程进行设计，我们提出四步骤的教学方式：第一、明确方向，提出建议；第二、主题搜索，制作卡片；第三、归纳整理，分析理解；第四、展示观点，深入认识。

在新的教学方式下，学生的学习主动性、积极性、参与意识能够被充分调动，能加深对阅读材料的感悟，知识面自然拓宽，并在学习过程中掌握科学的学习方法和技巧，全面提升语文听说读写能力，在潜移默化之中，语文素养也得到了提高。

在分析研究语文阅读课堂教学的同时，根据现阶段教学实际，我们对网络环境下特定语文材料的阅读教学也进行了分析。课题组成员通过在漯河市、安阳市和周口市中学生中的调查了解发现，多数学生在阅读“名著”方面，还没有达到“多读”的程度。在这种情况下，网络影视资源以其直观化、形象化等独特优势，可以为名著阅读提供较好的支持，激发学生的阅读兴趣，让他们想读、爱读。

四、网络环境下中学语文阅读教学的有效模式

综合以上分析，我们认为，网络环境下的阅读课堂教学教学以教师为间接主导, 以学生为直接主体, 以网络为信息媒介, 三位一体, 立体直观, 操作性强, 可取名为网络阅读教学三维教学模式。主要体现在：

1、教学内容问题化，诱发学生思考；

3、教学过程探究化，引导学生探索；

3、教学活动网络化，拓宽学生视野；

4、教学结果创新化，鼓励课堂生成。

基于三维教学模式的特点和操作流程, 网络阅读教学的常规课型有:

1、精读型。精读课型注重对课文的整体把握和深入思考, 追求阅读的“质”。

2、专题型。在自行确定论题后, 学生围绕一定的

主题, 广泛搜集、阅读相关文章, 进行专题研究和讨论,从而形成有独到见解、有一定价值的结论。

3、泛读型。泛读是一种休闲式、快餐式的阅读方式, 这种由“面”及“点”的阅读追求的是阅读的“量”, 有利于学生开阔视野, 积累写作素材。

可见，对于网络环境下的高效语文阅读教学，需在处理已有教学模式关系的基础上大胆创新、理清步骤、把握重点，不断推进。

五、网络环境下中学语文阅读教学应注意的问题

网络环境下中学语文阅读教学，是将丰富的网络资源引入语文阅读教学课堂，并不意味着语文阅读课变成了“信息技术课”、“材料课”，语文课的主体地位没有变，语文课的主要任务也没变。在“网络资源”与“阅读教学”的整合中，必须把握适当、适时、适度原则，将语文学科的特色更充分地展现出来。结论

网络环境对于中学语文阅读教育提出新的要求。研究表明，网络环境下的阅读教学模式正处于新的转型背景下，原有教学模式正从被动吸收向探究拓展转型、教学内容正从强调积累向突出创新转型、教学素材正从经典为主向经典与大众并重转型，这使得教学进度正从慢速品味向快速选择转型、而教学面对的主体从个体分析向群体交往转型。

在此背景下，中学语文阅读教学中应正确处理网络资源与文本的关系，以培养学生的信息辨别能力为新目标，采取新的教学模式，为解决网络环境下中学语文阅读教学中出现的问题提供理论依据和实践参考。通过实践与探索，我们深深感受到网络资源与中学语文阅读课的整合优势，在于使学生由依赖课本学习转向利用资源学习，由依赖老师学习学会自主学习，将网络资源与中学语文阅读教学有效整合，促使语文教学健康、愉悦地向前发展；为促进学生思维的发展、提高学生的学习质量，对培养学生自主学习、创造性学习、终身学习的能力有一定的借鉴价值。

【参考文献】

[1] 全日制义务教育语文课程标准（实验稿）[S]． 语文建设，2001（11）增刊.[2]语文课程标准研制组编写.全日制义务教育语文课程标准（实验稿）解读[M].湖北教育出版社,2002.[3] 教育部制订.国家中长期教育改革和发展实施纲要

[4]郭华，蔡晓东．信息技术背景下的研究性学习[M]．上海：华东师范大学出版社，2004．

[5]武法提编译． 国外网络教育的研究与发展[M]． 北京：北京师范大学出版社，2003．

[6]吴疆．现代教育技术与文科课程整合方法与实践[M]．北京：人民邮电出版社，2007．

三维网络 篇3

摘要：采用多媒体展示创作成果，是这个时代发展的趋势，利用网络连接传递信息，是当今社会对传统展示方式的时代超越。本课题主要针对平面而单一的网络展示作品在三维模型中将文字、声音、动画与每一幅作品进行构建，并以求达到人在现实展厅中欣赏作品时的真实性，在欣赏时像玩游戏般的趣味性，增强欣赏者的互动性。

关键词：多媒体；人机交互；作品展示；画廊建设

1引言

随着计算机技术和信息技术的飞速发展，多媒体艺术在近几年里迅速发展，正在积极的推广与应用。无论企业推广产品、设计作品、书画作品等都会进行现场展示，给欣赏者与作品零距离的接触，感受现场展示的艺术效果，促进欣赏者互动交流、增强艺术欣赏水平。然而，它有一定的时间与空间的限制，每次展示都会花费大量的人力、财力、精力以及时间。如果用网络媒体方式进行模拟真实场景的方式展示，就可以超越空间与时间的限制，并收到事半功倍的效果。目前网络艺术作品展示较多，但这些都是在一个页面上由上而下地拉动，看起来较方便，也起到了欣赏的目的，这样的传统平面式的网络展览已普遍运用，版面形式单一、平淡、人机交互不够深入，人性化不足。因此，我们认为利用现有的网络技术，将艺术作品与动态画面、视频演示、声音播放等数字资源通过编程方法整合在一个交互式的整体中，以图文并茂、生动活泼的动态形式呈现出来，给人以很强的视觉冲击力。

2利用多媒体技术来构建现代化网络展览

信息化、数字化高度发展的网络时代，是一个展示个性，提倡个性发展的创新时代。遨游在无际的网络海洋，望不到边，看不到底，可以让人摆脱现实生活中的束缚，只要我们能够想到的都可以展示在电脑的屏幕上，网络让世界变得更具像、更一目了然，并为个性化的艺术作品的展示创造了有利条件，共享科技发展与思想闪耀的成果，拓展了人际交流的空间。信息图像的出现提高了大众的审美素质和鉴赏水平，艺术的发展也为建设和谐社会增添活力，同时也给作者相互学习、相互交流，提供了广阔自由的空间。比如：艺术设计类专业，在完成相关课程学习后会举办一次优秀作品展，这不仅为学生提供了展示自我的机会，也为校园增添了学习气氛，这种现场展览方式有很多优点，也存在着许多不足。在实际场景中由于时间与空间上的有限无法把人们引入集视觉和听觉于一体展示平台，这样一来设计作品所表达的思想和传递都在一定程度上感觉不到轻松、便捷，也无法保证让所有人在规定的时间内去欣赏作品。通过三维多媒体画廊建设，来取代现实展厅，让观赏者足不出户，在网络面前就能够欣赏到真实场景中的感觉，同时把欣赏者以一种崭新的感觉来体现观赏时的快感。既可以丰富艺术设计专业课内外教学的内容，拓展专业教学的时空，又能提升师生对艺术设计专业的积极性，使之成为教学的平台，成为展示的平台，成为沟通交流和提升专业素养的平台，使之成为学生职业生涯成长的摇篮。

3展示平台建设技术框架及实现流程

整个多媒体三维艺术画廊风貌构建是三维立体效果，进入虚拟式的三维画廊中心享受艺术带来的真实效果。在欣赏作品时古典音乐随之而入，为观看整个画廊时营造艺术气氛，增加情感意识，给欣赏者一个我行我秀感觉。当欣赏者进入多媒体画廊时一个全屏三维动态展示空间呈现在欣赏者眼前。我们将利用科学技术和艺术设计为手段，充分利用传统或网络媒体对画廊展示空间进行系统的深化改良，赋予了全新的内涵，让人能身临其境，增强现实空间体悟趣味场景，提升整个展览层次，给欣赏者以心灵的感悟，并提升学生的学习兴趣和专业教学的整体效果。在课题中选用本校近几届学生相关专业课程的优秀作品进行初探尝试，为图形图像专业学生提供一个网络式交互平台，在第一时间内传递出作者的内心真实情感意识，给欣赏者赋予了无穷无尽的艺术涵养，不仅能给予欣赏者视觉上的冲击和心情上的感化引导，更提高了展示效率，提升文化品位。多媒体画廊展示平台设计，由三个模块组成即：主页面、第二页面、三维展馆和页尾四个部分组成。

3.1主页面设计

结合真实的美术馆或博物馆，建筑整体都有不同的风貌，展示出整体形象。作為虚拟性的多媒体展览馆也同样需要一个与众不同的展馆风貌，我们将首页面以红点的状态呈现在主屏幕中间，这是欣赏着去往三维艺术画廊之要道。红色代表豪放、激情、向上，红色点在主屏幕中间又显得较为醒目，点在视觉设计中可以派生出线、线又可以派生出面、面又可以派生出体等视觉元素，我们想到这里的点同样能够带给欣赏者许多乐趣或是揭开谜底的钥匙。

打开主页面后就会看到主屏幕中间一条粗实线，这粗实条线表示地平线，地平线的下方有一行文字“多媒体三维艺术画廊展示中心”；地平线背面会缓缓升起一个红色的小圆点，10秒之后红色圆点在主屏幕中滚动起来，逐渐地扩大至整个空白区域，进入到第二页面。

3.2第二页面设计

最上端为本届展示作品标题栏，如：“欢迎参观某某作品展”。中端为主办、承办、协办单位，以及真实场地展览时间、展览地址、出席开幕嘉宾或领导等事项说明。左端为历史档案馆，就好比有了资源储存库，将每次展览后的作品保存，为后来欣赏者提供了学习与交流的机会。本展示平台建设可以为个人、艺术院校、企业等使用，因此也增加了古今中外的文学、艺术等作品的展示。历史档案馆分为两个区域，一为古今中外优秀艺术作品区；二为各届展览的作品区。只要用鼠标点击任一作品区，就可以进入到三维画廊展示区域，这两个展区门口都站着一位讲解师，只要你用鼠标点击下，就会进入期待已久的展馆。右端为本届展馆区，当欣赏者想要进入本届展区观看作品，用鼠标点击门口站着讲解师，她向欣赏者鞠躬地说：“欢迎参观某某作品成果展，请您在欣赏时用心体会，并提出宝贵意见，谢谢！”。

3.3三维展馆设计

三维展馆平台建设类似于CS游戏场景，整个展馆内部由前沿、作品展示、页尾三大内容组成，以下进行分析：

3.3.1前沿设计

当欣赏者点击本届展馆后，马上呈现出一个三维动态的展示空间，首先欣赏者见到的是一段关于这次展览的前沿，让欣赏者对整个展览大致上的了解，在时间轴设置上需要1分钟左右（或者欣赏者迫不及待地观看作品，可以直接点击下方的文字阅读完毕）。前言将自动消失在整个展区里，暗淡的背景将渐渐地、清晰地呈现在欣赏者面前。同时欣赏者也会清晰地看到从远处走来一个人，她将陪同欣赏者观看整个展览，也是参观本次展览的讲解师，欣赏者以鼠标进行导航，这位讲解师就会陪同欣赏者欣赏每幅作品。

3.3.2作品展示

当前沿消失后，讲解师马上出现在欣赏者面前，欣赏者用鼠标点击展览墙就会呈现在欣赏者面前。当欣赏者看到一幅喜欢的作品，用鼠标点击该作品，就会放大呈现在欣赏者面前，作品配有镜框，提高作品视觉效果。镜框左边有一竖按钮，分别为播放音效按钮、背景音乐按钮、作品修改按钮、作品点评栏。

1）播放音效按钮：欣赏者想要详细了解该作品艺术风格、创作意义、作品尺寸、创作时间和创作背景等，请点击音效按钮或点击讲解师，她将详细地为你介绍。当欣赏者不想听讲解，请再次点击音效按钮或点击讲解师，当讲解完毕后讲解师就会有礼退出，或者过了十秒后欣赏者没有邀请她，也会主动退出屏幕，欣赏者就可以自主欣赏该幅作品。2）背景音乐按钮：没有音乐的多媒体展示，显得单调、乏味。我们在这里设计了背景音乐按钮，当欣赏者在欣赏作品时，上端有背景音乐的按钮，选择喜欢的古典音乐，来烘托观看时的艺术氛围。音乐的设置需要在曲目中寻找适合作品风格的音乐，碰到特殊的作品进行原作录制，由于本次课题研究经费有限，无法实施，因此，找到风格接近的音乐作品来匹配。背景音乐服务于主题，能够更好地体现作品，方便欣赏，如：作品创作风格雄壮激昂，音乐也需要一些活跃激烈的进行相匹配，作品创作风格平静、安稳，背景音乐需要古典安详的曲目。3）画面修改按钮：当欣赏者看完整个展览之后有自己的内心感受，建议请用我们提供的一整画笔工具，修改其不同意见的作品以续完美，或者选择空白板在上面自由发挥，这为欣赏者内心情感给予表现空间。欣赏者的作品就会呈现在“艺术大擂台”的栏目上，等待下一位欣赏者的点评。4）灯光按钮：展出的作品在空旷的展厅里显得格外平静，需要灯光来烘托出主题。每幅作品在灯光的照射下给欣赏者带来强烈的视觉冲击力，也展现出强烈的艺术氛围。我们利用三维空间的特点在作品展示前安排射灯来突显作品。5）作品点评栏：欣赏者看完作品后有自己的内心想法可以在作品的右下方留言板上写上评论，评论会在右边以滚动形式出现。

3.3.3页尾设计

在整个作品观看结束后笔者设计了以下几个内容：

1）观后感言设计：讲解师会一直带你欣赏到最后一幅作品，随之就会出现结束语和观后感言栏目，这个时候告诉欣赏者观看结束。请欣赏者在结束语下方的留言栏目写上观看整个展览的观看感言，上方窗口以滚动形式出现观看感言。2）艺术大擂台设计：这个专门为欣赏者设计的展现自我平台，让欣赏者观看作品后，将内心的感触也同样在作品上得到体现。这个在欣赏者观看整个展览后，在结束语的右边出现欣赏者在观看作品时所创作或修改的作品在这里展现出来。3）画面转换设计：当欣赏者参观整个展览后需要退出本展馆，请在结束语下方点击退出，随即会说“欢迎再次参观”，或着点击历史档案馆“欢迎参观历史档案馆”。

4结论与展望

随着数字技术的不断发展，多媒体技术也在不断地向前迈进。本课题就是利用多媒体技术与艺术的结合，将艺术作品利用多媒体三维艺術画廊展示平台来展现，这是我们的一次创举。不仅为举办作品展带来了方便，减少了许多人力和财力，而且能给第一作者展示机会。同时也给观赏者评论、绘画的机会，促进相互交流、相互学习、相互提高。因此，这样的展示空间会迎来众多观赏者，增强了人机交互，提高了整个展示平台趣味性。

参考文献：

［1］陈有刚.基于虚拟交互的产品多媒体展示平台研究与实现［D］.硕士学位论文图库，208（3）.

［2］徐素宁，韦中亚，杨景春.虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用［J］.地理学与国土研究，2001（8）.

三维网络 篇4

针对目前矿井通风网络计算的应用软件所存在的软件不系统、功能不够全面、可维护性和可扩展性差等问题, 开发了一套集矿井通风系统立体图绘制、风网解算、结果数据标注一体化的矿井通风仿真系统, 用以解决矿井通风信息管理、矿井通风系统三维立体图的自动生成、矿井通风网络自动解算、风网参数的自动标注等, 直观地反映矿井通风网络的实际面貌和通风状态, 为矿山通风管理者监控井下的通风状况提供了有效的方法, 为矿井通风系统调节提供了技术依据。该系统界面友好、操作简单、可视性强, 具有非常好的通用性和实用性。

1 系统结构设计

系统采用C/S体系结构设计开发, 以可视化编程语言VB6.0开发用户界面, 结合SQL Server 2000建立数据库管理巷道和风路数据, 采用ODBC技术进行数据库访问;选用SolidWorks 2006为软件平台进行矿井通风网络仿真, 以三维实体图形绘制巷道图形;采用FROTRAN语言编写风网解算程序;以水晶报表9.0, 实现各种数据报表的打印输出。各个部分有机结合, 形成一个有机整体, 实现仿真与优化的一体化[1]。系统总体功能如图1所示。

2 三维仿真模块开发

2.1 仿真程序设计

以往的矿井通风仿真大多以AutoCAD为平台, 鉴于AutoCAD在三维功能方面的不足, 该系统选用SolidWorks为软件平台进行三维仿真, 主要因为:① SolidWorks具有卓越的三维和曲面造型能力, 而AutoCAD在二维造型方面优点突出, 在三维造型上则显得薄弱;② SolidWorks有强大的参数化特征造型能力, 其二次开发方便快捷;③ SolidWorks有大型装配处理的功能, 有丰富的图形文件类型;④ SolidWorks有丰富的图形显示及视图方式;⑤ SolidWorks对AutoCAD有良好的兼容性。

系统采用VB设计用户界面, 通过API 接口调用SolidWorks进行二次开发, 绘制井下通风巷道的三维实体图形。矿井通风巷道有竖井、斜井、中段分支巷道等类型, 为了建模方便, 根据中段巷道走向的不同, 又将其分为平行x轴巷道、平行y轴巷道和任意走向巷道。针对不同的类型, 分别采用SolidWorks的拉伸、扫描、旋转、放样等特征工具绘制巷道三维实体图。绘图基本步骤:创建 (选择) 草图平面→绘制截面草图→选择特征工具→创建特征[2]。巷道建模流程如图2所示, 采用空间三维到二维图形转换算法, 计算巷道截面坐标。其中S, E表示巷道始、末节点, (Xs, Ys, Zs) 、 (Xe, Ye, Ze) 为始、末节点的三维空间坐标, H, V, W分别表示三坐标面体系中的水平、正面和侧面投影面。

2.2 仿真功能实现

通风网络仿真功能的实现主要有如下4个方面:

1) 节点/巷道数据输入:

节点编号和坐标, 巷道编号、名称、始末节点、属性 (如默认、新增、未掘、废弃, 不同类型巷道有不同显示颜色) 等基本数据, 均在此输入、编辑及查询。

2) 网络图的绘制:

系统采用零件的形式绘制各个中段的网络图, 然后将所有中段零件以合理的位置和约束关系装配成通风网络装配体。这种自底向上的构图模式, 既利于图形的修改又利于用户浏览。此外, 系统还提供了多种巷道截面类型供选用。

3) 网络图的编辑修改:

在中段巷道图中增加、删除巷道或修改巷道属性, 也可删除某个中段的图形文件。中段巷道图更改后, 整体通风网络图会自动更新。

4) 网络图的浏览打印:

通风网络可以线框图或上色等不同模式显示, 也可以RGB256的任意色彩显示, 用户可以任意比例和任意视角浏览网络图。无论是中段或整体的通风网络图都可以转化为DWG形式的工程图, 在AutoCAD平台下打开[3]。

3 通风网络解算

3.1 通风网络解算程序设计

通风网络解算方法较多, 但目前国内外应用计算机对通风网络解算的方法主要有斯考德—恒斯雷 (D.Scott—F.Hinslye) 法、牛顿—拉夫森 (Newton—Raphson) 法、节点法等。每一种算法各具特点, 各有优势与不足。笔者采用的是节点风压法结合Hardy—Cross迭代算法。

主要分为三大部分:数据输入、风网解算、数据输出。风网和风机原始数据为全局变量, 其他计算变量则由参数在各模块之间传递, 从而避免了一些不必要的参数传递, 提高了运行速度。程序运行之前须建造一个原始数据文件, 其数据结构为分支始点和终点、分支摩擦阻力、分支自然风压、分支初设风量、固定风量分支、风机原始数据、风机位置及风机编号等, 该原始数据在程序运行开始读入内存。风网解算是该程序的主体部分, 其中包括风阻解算、基本关联矩阵解算、风网解算等过程。由于采用节点风压法, 程序编制结构简单、思路清晰, 采用全选主元素法子程序解算节点压力方程组, 迭代速度较快, 对于具有500个节点、550条分支的算例, 只需2 s迭代40次即可解算出结果, 其结果自动生成文件输出。程序的运行速度与初设风量有一定的关系, 如果初设风量不合适, 其结果很可能发散;初设风量合适, 迭代收敛的速度很快。因此, 在程序运行之前一定要对初风量进行比较精确地设置[4]。通风网络解算程序流程如图3所示, 解算程序以FORTRAN语言开发, 可分析2 500条边、2 500个节点、1 200个独立网孔、350个恒压源、5种不同类型的16台风机同时运行的网络, 并可随意扩展。

3.2 功能实现

1) 原始数据输入:

系统可以进行多种通风方案的设计。通过用户界面输入各种方案的风路参数和风机特性曲线参数, 生成各方案的网络解算初始数据文件。

2) 网络解算:

利用VBA接口, 通过SHELL函数调用风网解算程序对不同通风方案进行解算, 生成该方案的解算结果文件, 并将解算结果数据导入后台数据库。

3) 工作面风量诊断:

根据设定的不同类型作业面风量标准, 诊断解算结果数据, 判断各作业面风量是否达到通风要求。若不符合要求, 则重新进行解算, 直到得出符合要求的通风方案。

4) 解算结果标注:

把最优的风网解算结果数据, 以箭头和文字的形式, 标注到通风网络三维仿真图上对应的巷道上, 包括风流方向、风量大小、风阻大小等, 实现仿真与优化的有机结合, 方便用户直观地了解整个矿井的通风效果。

5) 解算结果查询与打印:

查询不同方案的解算结果数据, 优选最佳方案, 生成结果报表。报表有多种格式, 如以水晶报表开发的固定格式“内部数据报表”、Excel、PDF、文本文件格式等, 用户可以脱离仿真系统另外编辑和打印。

4 数据管理

1) 数据库备份与恢复:

系统的后台以SQL Server为数据库支撑。用户可以在用户界面上方便地对数据库进行备份和恢复, 以防止数据由于意外原因丢失, 不需要到后台服务器上操作。

2) 图库备份与恢复:

图库更新后, 为防止图形文件的丢失或损坏, 可以将其备份出来, 在必要的时候使用恢复功能恢复图库。

5 应用示例

某大型金属矿山井下11个中段同时作业, 41个作业面同时用风。矿井通风网络的分支风路为442条, 风路节点数298个, 网孔数145, 5种不同类型风机同时运行。拟定的3个通风系统方案在技术经济方面均可行, 为确定最佳方案, 用通风仿真系统对其进行进一步优化, 结果见表1, 其中实际节点风量和实际网孔风量的最大误差均小于1.0×10-5, 实际网孔阻力的最大误差均小于8.0×10-6。方案一通风网络三维仿真效果图见图4。

从表1可以看出, 3个通风系统方案的供风量均能满足设计要求, 但方案一的通风效果最优, 且从根本上解决了工作面风量不足、分风困难、通风构筑物的位置设置等实际问题。

6 结语

以VB为开发工具, 以SolidWorks为图形平台, 以FORTRAN程序为支持, 以SQL Server为后台数据库, 开发了一套矿井通用的通风系统仿真与优化软件, 实现了矿井通风网络的信息管理、通风系统方案优化、通风网络三维仿真等功能。系统界面友好, 操作方便, 已在国内多个金属矿山应用, 为矿山企业提供了安全技术支撑和现代化通风管理手段。该系统对提高矿山的通风管理水平和生产效率, 促进矿井的安全生产等具有重要的意义, 有良好的实用价值和推广应用前景。

参考文献

[1]林建广, 赵恩平, 蒋仲安, 等.矿井通风网络图绘制与解算一体化系统的研制[J].矿业工程, 2006 (6) :56-58.

[2]沈, 王海宁, 黄国平.基于SolidWorks的矿井通风系统三维仿真模型[J].矿业安全与环保, 2007 (6) :40-42.

[3] (美) SolidWorks公司.SolidWorks API二次开发[M].生信实维公司, 编译.北京:机械工业出版社, 2005.

三维动画技术与三维虚拟技术探讨 篇5

关键词：三维动画技术；三维虚拟技术；对比研究

随着计算机技术和软件技术的不断发展和应用，三维图形技术也得到了很快的发展。相比于平面图形，三维图形更加立体、直观，能够更好的阐述相关内容，因此得到了人们的广泛重视。当前的三维图形技术主要包括三维动画技术和三维虚拟技术两种，这两种技术都是对想象的世界进行真实的模拟。其中，三维动画技术主要应用于广告、电影等预先设计好的演示，而三维虚拟技术则多用于仿真，需要对用户输入做出实时反应。

一、三维图形技术的应用原理

（一）三维动画技术的应用原理

1.造型

造型就是在计算机中利用三维造型软件进行三维物体的绘制。在造型之前，需要对三维物体在场景中的位置、以及它们的形状进行设计和确定。在进行造型的过程中，首先对基本的几何形状进行绘制，然后根据所需要的具体形状对其进行改变。再利用不同的方法，将这些形状进行组合，完成负责几何形体的建立。在三维物体制作完毕之后，在具体场景中，根据其适当的位置，将完成造型的三维物体放置其中，从而形成完整的场景[1]。

2.动画

动画的目的是使各个三维物体进行运动。对此，首先需要对关键帧进行定义，制作人员需要在计算机当中一幅一幅的进行画面的绘制。因此，要求动画制作人员的绘画水平必须达到较高的水平，才能够将动画画面设计的生动、逼真。然后，按照一定得顺序，将这些画面进行排列和组合，使其达到连贯和连续。此外，可以在动画当中插入一些中间帧的画面，可以利用计算机进行中间帧的制作。通过以上步骤，就可以制作出十分真实的动画。

3.绘图

在动画的制作当中，良好的视觉效果和非交互的美学体验是十分重要的。因此在动画绘图的过程中，需要对光纤、贴图、色彩等方面进行严格的控制，从而使动画效果能够更加的逼真、贴近现实[2]。

4.着色输出

在当前应用的动画制作软件当中，通常都对动画生成功能进行了提供。它可以将动画绘图过程中制作的画面进行连接，从而形成类似于电影的形式，这就是动画视频。动画视频是以视频文件的形式进行输出和保存，如果需要观看，只需要播放该文件，就能够进行观看。

（二）三维虚拟技术的应用原理

1.实时显示技术

目前，三维图形的显示技术已经较为成熟，但是最关键的问题就是显示的实时性。为了能够迅速的生成三维几何图形，对于图形的刷新频率要求就比较高，最低速率也要达到每秒15帧的图像刷新。要达到这一要求，与图形的复杂度、画面的纹理、阴影、照明度等因素都有着一定的关系。因此，三维图形实时显示技术的关键，在于对合理的技术措施进行利用，从而使可是场景的复杂度得到降低。

2.交互技术

在三维虚拟技术的研究当中，其一个重要的目标就是将人们所处的实际环境与计算机系统之间的界限进行消除。也就是说，在计算机系统提供的虚拟空间当中，人们可以通过语言、头、皮肤、眼睛、手势等感觉器官与行为动作，与其直接发生面对面的交互。目前三维虚拟技术的交互技术主要包括虚拟环境基本交互、虚拟环境交互、碰撞检测等方面。

3.三维虚拟仿真系统的建立

三维虚拟仿真系统的建立，是一个较为系统的工程，主要可以分为两个方面。其一是对三维视景数据库进行建立，在建立过程中，应当采用三维视景数据库建模和优化工具平台等进行模型的构建，而不宜采用3DS MAX等普通的建模工具。这样，才能够有效的提高反应速度，保证交互性和三维性之间的逻辑关系。其二是进行三维视景管理系统的开发，通过对良好的现实途径进行利用，使该系统能够调用各种数据库、优化硬件资源、显示系统最终的效果，实现各种操作[3]。

有两种途径能够实现系统的开发。第一种是对底层三维图形开发库进行利用。其中，DirectX、OpenGL等三维图形开发库较为常用。对该方法进行应用，要求先关的开发人员必须对视点、光照、三维变换、三维坐标的进行熟悉的掌握和应用，同时能够自行进行编码的设计，保证相关功能的实现。这种方式灵活性较大，同时由于是免费提供的，因此也不涉及到版权的问题。不过，对此种方式进行利用，需要进行大量的工作。如果需要进行一般规模系统的完整制作，至少需要一年以上的积累才能够完成。同时，系统内部很多的处理，都是由软件开发人员自行考虑的。因此，很容易发生考虑不周全的情况，导致制作出来的系统性能十分不理想。

第二种方式是对高层开发平台工具进行利用，例如OpenInventor、WorldToolKit、Worldup、X-IG、Vtree、VEGA、OpenGVS等工具平台。这样写开发平台都是以OpenGL图形标准为基础的高级三维可视化函数库，提供了高级的API软件的开发。通过对这些开发平台进行利用，能够有有效的减少代码量，从而降低工作量。在三维图形应用系统当中，这些开发平台具有周期短、性能好等优点，不过需要出资购买，因此成本较高[4]。

二、三维图形技术应用系统的开发方法

（一）三维动画技术应用系统的开发方法

在当前主要应用于三维动画应用系统开发的平台工具当中，3D Studio Max是一种应用比较广泛的工具。在实际应用当中，需要现在3D Studio Max中对三维场景内各个物体的立体模型进行绘制。如图1所示，是一个真空断路器的模型，它的构成主要是多个几何体。在3D Studio Max当中，对每一个几何体进行绘制，然后对其进行组合。在利用3D Studio Max制作动画的过程中，对真空断路器从当前位置向右进行90°水平旋转的动画，进行的方式为关键点的设定。然后加入特定的灯光、材质等效果，取得更加生动、逼真的显示效果。最后，利用渲染按钮，对一些相关参数进行设定，然后进行动画的生成[5]。假设设定的关键帧参数为5个，则这5个关键帧所对应的图片如图1中所示。

图 1 真空断路器动画的关键帧

将以上五个图片，按照一定的顺序进行连接，就能够生成相应的动画视频文件，并在需要的时候对该文件进行播放。在播放动画的过程中，上面五个图片通过连续的效果进行显示，就能够产生该断路器以90°向右旋转的视觉效果。如果需要达到垂直旋转的效果，需要重新对动画进行制作，将上述步骤中水平方向上的旋转改变为垂直方向上的旋转，然后以此进行后续工作，最终得到新的图片序列。在实际应用当中，有时为了取得相应的动画视频效果，需要成千上百张这样的图片进行组合，才能够最终实现。

（二）三维虚拟技术应用系统的开发方法

在三维虚拟技术应用系统的的开发当中，MultiGen+ OpenGVS是一个十分常用，也是十分有效的开发工具平台。在应用过程当中，三维视景数据库是通过MultiGen来建立的，如图2所示，是一个封隔器的模型。在以三维模型的形式进行显示的同时，在三维视景数据库当中，还通过各种参数的方式进行存储，以备后续工作中进行调用[6]。

图 2 封隔器模型

对三维视景进行相应的操作所利用的三维视景管理系统，是利用VC++的OpenGVS进行开发的。利用这个管理系统，能够对三维视景数据库当中的各个参数进行直接的读取，在显示器中显示三维模型，在适当的位置进行放置。同时对三维几何变换进行利用，对封隔器进行各种不同的操作，例如拾取、移动、斜向、垂直、水平等各个方面的旋转等。通过相应的编程就能够实现这项功能，而不需要进行关键帧、关键点的方面的制作。如果先要进行操作的增加，也不需要进行重新的建模和动画制作的过程，只需要添加能够实现增加操作的代码在原有的模型基础之上，就能够实现操作功能的增加，具有极大的灵活性和便利性[7]。

三、三维动画技术与三维虚拟技术的对比

（一）三维动画技术的固定性

在三维动画技术当中，三维动画的过程、时间都是无法改变的，是固定存在的。在三维动画播放的过程中，其动画画面的顺序不会按照用户的想法来实时的进行变化。而三维虚拟技术则不然，它没有时间上的限制，可以使展示过程更加的详细、真实。在三维虚拟技术系统当中，用户可以进行任意的操作，同时还会对用户进行的操作进行相应的反应。

（二）三维虚拟技术的实时性

三维虚拟技术的实时性，是其与三维动画技术之间最大的区别。由于具有良好的实时性，三维虚拟技术能够在虚拟场景当中，实现人机之间的交互。在三维动画技术当中，动画的制作是沿着某种固定路线进行制作的固定动画，一旦制作完成，就无法进行改变。如果需要改变演示的路径和方式，仅仅几分钟的动画还需要进行几天时间的制作和渲染。而三维虚拟技术则不然，它所制作的场景具有良好的可变形，用户可以利用键盘、鼠标、甚至数据手套等相关的交互设备，对虚拟三维空间进行亲身的体验，感受步移景异、身临其境的体验，其双向互动的功能十分良好。

（三）三维建模

在三维建模的过程当中，三维动画对模型的视觉效果、光照、美观等方面的要求比较高，因此在模型建立过程中，需要仔细的刻画更多的细节之处。而三维虚拟技术注重的是操纵和控制场景或场景中的物体。相比于三维动画，三维虚拟建立的模型细节之处通常比较少，这样能够使绘制速度得到提升，同时一能够降低滞后时间的影响。因此，对于需要根据用户的具体输入，对物体的状态和场景的改变进行实时的控制的应用来说，三维虚拟技术建模是最为合适的。例如，用户可以根据输入相应的命令，实现在街道、校园、旅游景點等地的游览。或是对事故现场进行模拟，通过人们的实际行为和动态，对事故发生的过程进行显示。还可以对油田油水井的井下作业过程进行模拟，根据给定的相关参数，对作业过程进行实施。如果给出不同的参数，那么具体的方案也会不同，作业的过程就会发生相应的变化。

结论

三维动画技术和三维虚拟技术是当前三维图形技术当中最为重要的两个部分，在很多领域中都具有十分广泛的应用。但是，在实际应用中，这两项技术都拥有各自不同的优缺点。在不同领域当中，能够发挥不同的作用。因此，应当根据两种技术的特点，结合实际应用的需要，选择最为适当的技术进行应用。

参考文献：

[1]刘贤梅，黄静，刘晓明. 三维动画技术与三维虚拟技术的研究[J]. 计算机仿真，2014，09：127-130.

[2]胡西伟. 基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究[D].武汉大学，2012.

[3]张竑. 数字媒体时代的三维动画变革研究[D].哈尔滨师范大学，2011.

[4]陈晓群. 虚拟现实技术与三维动画技术探析[J]. 艺术评论，2013，02：67-68.

[5]陈征. 二维动画与三维动画的融合研究[D].河北师范大学，2014.

[6]邱晓岩，孙慧. 影视动画二维技术与三维技术的探讨[J]. 深圳信息职业技术学院学报，2011，02：84-88.

[7]黄菁. 影视广告创作中三维动画运用之探析[D].浙江工商大学，2012.

三维互联网下的网络展示新形式浅析 篇6

1 三维互联网兴起

无论是在Web1.0时代还是Web2.0时代, 互联网内容都是以二维平面的形式呈现。但是, 随着网络技术的发展和用户需求的提高, 更多的网络用户发出这样的呼唤:“不要平面, 要立体;不要虚幻, 要真实;不要被动, 要参与。一切都要便捷, 要人性化, 要对接现实。”我们渐渐地走入互联网发展历史的又一个重要转折点——三维互联网时代 (3D Internet) 。

“三维互联网最初只是一个使用三维技术充分展示现有内容的想法, 通过进一步扩展, 现在的三维互联网指的是嵌入了可交互三维模型、能够通过浏览器浏览的各种网络应用”[1]。三维互联网是一个用三维仿真技术建造的在线虚拟环境, 它是当前互联网的延伸。用户沉浸在这个虚拟环境中, 并通过各自的化身来以更加自然和有效的方式与其他用户交互。三维互联网的理念充分考虑了用户的自我创造意识。用户可以在虚拟社区里非常轻松地操控自己的3D虚拟形象, 在3D虚拟环境中进行社交、创造、买卖、娱乐等活动, 这样就进一步缩小了网络世界和真实世界的差异。如今IBM等一批全球500强企业也纷纷入驻3D虚拟社区, 逐渐形成虚拟社区与真实世界的商业、文化、教育、娱乐等领域全面交互。

三维互联网与传统二维互联网在交互方式上主要有以下区别。

1) 在浏览方面, 二维互联网主要以文字、图片、声音、视频等二维平面媒体进行展示, 而三维互联网展示的是立体场景;

2) 在交流方面, 二维互联网以电子邮件、文本即时通讯为主, 而三维互联网能用三维虚拟形象的语音以及3D虚拟社区中动态而富有表情的进行交谈;

3) 在共享方面, 二维互联网主要对文档、音频、视频进行共享, 而三维互联网能够提供交互式白板和三维多媒体;

4) 在购物方面, 二维互联网用联机目录形式进行商品展示和交易, 而三维互联网以虚拟商场 (实景式) 方式进行商品展示和交易, 给用户非常真实的感受;

5) 在游戏方面, 二维互联网以二维多媒体互动方式提供游戏, 而三维互联网用3D的方式使游戏逼真呈现。

网络技术、多媒体技术与虚拟现实技术并称为当前信息技术中的最重要的三大技术。曾有美国一家杂志社评选出人类发展的未来十大科技, 其中, Internet排第一, 虚拟现实技术排第二, 无论这个排名是否准确, 这都足以体现植根于其中的三维互联网是互联网未来重要的发展方向。作为新一代的互联网, 三维互联网将影响着人类生活的发展。

下面展现当今三维互联网技术在虚拟世界、电子商务、教育、游戏、数据可视化等领域的一些典型应用。

2 虚拟社区

互联网上出现的最具代表性的虚拟社区是SNS和微博, 它们一般采用二维的Web交互方式, 如基于文字聊天、博客、日志、二维网页互动游戏以及邮件等方式进行交流, 交互的界面比较呆板。

使用Web3D实现网络上的三维虚拟社区, 只须构建一个三维场景, 用户就可以第一视角在其中穿行。场景和控制者之间能产生交互, 加之高质量的生成画面使人产生身临其境的感觉, 这对于虚拟展厅、建筑房地产虚拟漫游展示的需求提供了解决方案。如果是建立一个多用户而且可以互相传递信息的环境, 也就形成了所谓的虚拟社区。

国外对于三维虚拟现实技术在虚拟社区中的应用已有了较为成熟的研究和发展, 如国外的Second Life等。目前, 国内也出现了商业化的三维虚拟社区产品, 如虚拟紫禁城、网上世博、Hipihi、ChianQ等。

Second Life[2]是总部位于旧金山的Linden Lab于2003年推出的一款以“合作、交融和开放”为特色的大型3D模拟现实网络游戏, 是目前全球最大的虚拟世界游戏, 注册用户超过六百万。Second Life所创立的虚拟世界中有完整的虚拟货币体系、虚拟土地体系, 虚拟货币“林登币”能够与现实世界中的货币互相置换, 并由此催生出特有的经济产业链, 在此基础上产生的商业体系正实实在在创造着真实的价值。

在这个游戏中, 每个人可以建立自己的虚拟“第二人生”, 与其他“人”共同生活在这个世界中, 实现自己在“第一人生”中没能实现的梦想。甚至与现实世界中的朋友见面会谈、创办与现实世界对接的公司企业。例如, 一家美国衬衫企业在Second Life中开设店铺销售虚拟衬衫, 并将上面的设计拿到现实世界中销售, 结果濒临倒闭的公司复活了;德国华裔女子AnsheChung更是依靠在Second Life中从事地产开发, 拥有了价值相当于现实货币100万美元的虚拟财产, 成为虚拟世界中名副其实的“地产大亨”。2006年《商业周刊》将AnsheChung所制作的虚拟人物作为封面人物, Second Life高速的经济增长还吸引了像阿迪达斯、丰田、IBM等知名公司入驻其中, 这表明国外已经完全接受了Second Life所带来的新的商业模式。

因为与现实世界互联, 现在的Second Life已不仅仅是一个虚拟现实的游戏平台了, 而是真实世界经济的一部分。

3 电子商务

随着网络技术的不断发展, 商品的交易形式从现实走向网络虚拟, 商务网站的建设显得尤为重要。当前, 大部分电子商务网站主要用文字与图片来描述, 缺乏一定的互动性和真实感, 而有些电子商务引入了虚拟现实技术, 构建成一个虚拟商城, 具有三维立体效果, 在展示效果、真实性、互动性、信息丰富程度等方面具有一般商务网站无可取代的优点。

随着网络的发展, 尤其是淘宝网和拍拍网的开通, 让更多的人喜欢上网上开店和网上购物。但对于纯文字和平面图像的物品展示, 没有办法让顾客在网上也能感受真实的世界。当顾客进行网上购物时, 他们需要找到在现实购物经历中所培养出来的那种“感觉”:关注某件商品时, 他会从各个角度观察商品等, 然后再购买。若能让顾客通过体验触摸感觉, 自由地、动态地从各个角度观察商品, 使他们了解商品各部位的形状与功能, 甚至还可以让他们对产品进行交互操作, 如打开和关闭、组装和拆卸, 使他们更精确地了解产品的特性和使用方法, 才会使消费者更为自信地做出购买决定, 提高消费者的购买欲望, 如图2所以。在以前, 由于网络速度问题以及3D图形显示需要昂贵的硬件来支持, 在网上进行3D展示不太现实。但随着网络技术的发展, 网络速度已经明显提高, 再加上支持3D的低价格、高速度的个人计算机的普及, 三维图形的载入速度已经不再是个难题。因此, 当前在网上应用三维交互式商品展示是可行的。

三维的表现形式, 能够全方位的展现一个物体, 具有二维平面图象不可比拟的优势。企业将他们的产品发布成网上三维的形式, 能够展现出产品外形的方方面面, 加上互动操作, 演示产品的功能和使用操作, 充分利用互联网高速迅捷的传播优势来推广公司的产品。对于网上电子商务, 将销售产品展示做成在线三维的形式, 顾客通过对之进行观察和操作能够对产品有更加全面的认识了解, 决定购买的几率必将大幅增加, 为销售者带来更多的利润。

许多Web3D图形技术的软件厂商就是瞄准电子商务的, 如Cult3D和Viewpoint, 其图形技术主要是用于商品的3D展示, 顾客甚至可以在网上操作或使用要购买的商品。然而, Web3D图形的商业利益究竟有多大现在还未充分体现出来, 一般来说, 网上的商品销售商只有在能增加销售额的情况下, 才肯出资制作Web3D图形。

4 教育领域

现今的教学方式, 不再是单纯的依靠书本、教师授课的形式。计算机辅助教学 (CAI) 的引入, 弥补了传统教学所不能达到的许多方面。在表现一些空间立体化的知识, 如原子、分子的结构、分子的结合过程、机械的运动, 三维的展现形式必然使学习过程形象化, 学生更容易接受和掌握, 如图3所示。

许多实际经验告诉我们, 做比听和说更能接受更多的信息。使用具有交互功能的3D课件, 学生可以在实际的动手操作中得到更深的体会。对计算机远程教育系统而言, 引入Web3D内容必将达到很好的在线教育效果。

所谓虚拟讲堂我们可以理解为虚拟世界中模仿现实世界的露天会议场而构建的虚拟场景。在虚拟讲堂中, 每个用户都可以申请成为讲堂上的演讲者, 演讲者可以利用虚拟场景中的视频播放系统和PPT播放器、以及文本输入等方式更好的分享自己的演讲主题和思想。而讲台下面听众可以随意或坐到椅子上或站着观看演讲者播放的视频、PPT, 并与演讲者或其他听众以文字对话或语音的形式进行互动、分享和交流。这种虚拟世界的交流与分享方式打破了用户地域空间上的限制, 使得用户能够完全沉浸到虚拟场景中, 从而实现与不同物理位置的学习者充分的、深层次的互动, 如组织在线会议、主题讲座、在线班会和在线实时课堂等。图4是i3DVLE中的一个无地域空间限制的多人在线的三维虚拟讲堂[3]。

三维虚拟学习平台i3DVLE成功地为学习者营造了一个逼真的三维立体学习环境, 以“身临其境”的方式突破以往学科教学中部分重难点知识。试验结果表明, 学习者通过观察、交互、参与、实验等操作, 可以使以往被动灌输的学习方式成为主动式和兴趣式的学习探索, 提升自己学习能力的同时也加深了对部分抽象知识的理解。基于三维虚拟环境技术平台, 很多研究机构和公司开发了各种形式多样的三维虚拟学习环境的教育案例。表1列举了当前国内外教育领域比较有影响力的三维虚拟学习环境实例。

5 文物展览及保护领域

基于网络的数字展陈技术不仅可以让观众足不出户、不受时间限制地观看展柜中的展品, 更重要的是使博物馆库房中那些不宜展出、难得一见的珍贵藏品走到寻常人中间。而且借助三维、全景摄影、摄像、3D图形等现代化手段, 观众还可随心所欲地从不同角度欣赏观察展品, 仿佛展品就在眼前。数字展陈还增加了观众的选择性, 变“给你看什么就看什么”为“我想看什么就看什么”, 从而最大限度地满足个性需求。数字展陈采用数字模拟物品及真实场景的三维模型展示历史画面, 是传统展示方法与先进计算机虚拟技术的结合。由于虚拟物展品和场景全部存在于计算机中, 因此, 对其尺寸的大小没有任何限制, 物体的三维模型可以无限期展示, 没有物品被毁坏、被偷窃的危险。在数字展陈系统里, 人们不仅可以看到单个物品的三维模型, 而且可以在三维虚拟环境中进行观赏。

文物遗迹在长期的保存过程中, 无法避免地要自然消亡。同时考古遗址中很多重要的遗迹, 会因考古发掘工作的需要, 在发掘过程中被逐步有计划地去除, 如秦俑坑棚木遗迹。秦兵马俑的三座陪葬坑都覆盖着棚木遗迹, 随着发掘工作的进行, 部分棚木已经消失。秦俑二号坑作为目前正在发掘的大型遗址, 它所拥有的完整棚木遗迹有着珍贵的科研价值。针对这种情况, 博物馆经研究决定采用安全、精确、无损的三维扫描技术对秦俑二号棚木遗迹进行保护, 并取得了巨大的成功, 真实地再现了秦俑二号的情况。三维数字建模项目就是利用激光扫描系统平台, 通过发射和接收脉冲式激光的原理, 真实再现所测物体的三维立体景观。激光扫描系统不仅速度快、精度高、分辨率高、建模快而且所获取的真三维景观数字模型可派生出任何需要的数据和模型, 如图5所示。2005年, 秦俑博物馆与西安四维航测遥感中心合作, 共同开展秦俑二号坑遗址三维数字建模项目研究。课题组采用国际最先进的技术和设备, 建立了误差仅为2毫米的二号坑三维立体数据模型。

数字展陈技术给文物展览注入了新鲜的血液, 越来越多的实体博物馆开始筹建其三维虚拟展馆, 为用户提供“足不出户, 看遍文物”的全新体验。虚拟博物馆 (Virtual Museum) 或数字博物馆 (Digital Museum) 就是以博物馆为主题, 结合数字展陈技术的展示平台。虚拟博物馆的主要特点有:

1) 数字化, 即将展品、图片、视频等资料, 数字化为电脑可识别的电子文档;

2) 网络化, 即通过互联网络供处于世界不同地域的参观者自由浏览, 也可用于本地的展览;

3) 2D技术与3D展示形式相结合, 展示形式多样, 并具有3D化的趋势;

4) 具有展品展示、收藏、教研等多种功能;

5) 商业化, 具有展览信息发布、展品售卖及相关商业信息的发布等功能。

总的来说, 对文物实现虚拟展览的意义有以下几点:

1) 提高文物的展出率与展出效果。我国当前收藏于各类博物馆中的文物达1200万件, 但受硬件的限制, 能展出的仅占极少部分, 导致展品的更换率极低, 对观众的吸引力大为削弱。

2) 提高文物保护技术手段。利用三维互联网大量而完好地多角度展示易损文物, 从而使文物实体保存在更加严密的环境中, 有利于文物寿命的延长。

3) 突破时空限制充分发挥文物的价值。运用三维互联网能根据考古研究数据和文献记载, 模拟地展示尚未挖掘或已经湮灭了的遗址、遗存。

4) 整合并共享文物资源。利用三维互联网更加全面、生动、逼真地展示不可移动的文物, 从而使文物脱离地域限制, 实现资源共享, 真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。

6 游戏领域

1→10design公司的3D在线格斗游戏充分利用了Flash在高清视频播放上的优势, 在游戏的开始呈现了一个电影级的开场动画。该游戏秉承了人本漫画的线条张力和文字“爆破”的效果, 如图6所示。游戏中的模型设计较简单, 游戏运行速度快。360的全方位的格斗视角, 让Web游戏玩家能体验在PS上战斗的游戏过程。

训练营地 (BootCamp) 是Unity公司推出的一个第三人称视角的游戏原型, 如图7所示。它广泛应用了光照贴图和迟延渲染, 并能使用第三方的网络引擎进行扩展, 比如增加多人功能等。

7 其它领域

7.1 三维虚拟会议

自1999年ACM国际多媒体技术大会 (Associationfor Computing Machinery International Conference onMultimedia) 上虚拟空间会议 (VST) 概念正式提出, 许多组织都对这一技术进行了研究。瑞士日内瓦大学Mi-raLab实验室和瑞士联邦技术学院 (EPLF) 计算机图形实验室研制出以“虚拟人控制”为主要特征的VLNet (Virtu-al Life Network) 系统。日本京都大学研制出以“3D虚拟社区和随时接触仿真”为主要特征的FreeWalk系统。在国内, 孙茂军等人提出“三投影拼接半沉浸”式HVS系统;孙立峰等人研究了“多视点”的虚拟会议现实与合成技术;吕朝辉等人研究了“中间视”合成方法;杭波等人提出了“基于空间对象”的虚拟会议音频重建技术;王瑞刚提出“虚拟圆桌高清视频会议技术”。

虚拟会议系统概念的提出, 是为了研究实现一种能够支持不同领域的人们通过交互与协作解决复杂问题的协作环境。一方面, 在虚拟会议空间中, 建立了统一的空间坐标系, 定义了会议进行的空间范围, 对虚拟会场中的场景进行描述, 构造出具有真实感的虚拟会场;另一方面, 通过为与会者赋予空间属性, 根据与会者在虚拟会议空间中的位置与观察方向合成本地虚拟会场, 与会者以“人在回路”的方式加入到虚拟会议应用中, 通过身体语言、眼神接触等自然、直观的交互行为进行交互, 如图8所示。

7.2 市政建设行业

E都市的三维电子地图类似于谷歌地球, 但又有所不同, 其细节呈现程度比谷歌地球多, 但又没有像谷歌地球那样全景3D化。该实例作为城市交通道路查询工具已经绰绰有余。人们通过街道旁的标志性建筑就能找到对应的街道。如图9所示为三维电子地图中的国家奥运村全景。

7.3 山势地形展示

“3D ski resort map”主要展示了某滑雪胜地的山势地形图, 由于是全3D展示, 所以网页浏览用户可以方便、准确的找到该地形上的建筑标志及行走路线, 如图10左所示。右图为单击左边的按钮切换到“Mountain Top”的俯瞰效果图[5]。

8 结束语

随着互联网技术的发展、用户的增多, 三维互联网在虚拟社区、电子商务、文物展览、教育培训、游戏等领域将会快速发展, 出现各种丰富的应用, 为我们生活提供更多服务。

摘要：该文在对传统二维互联网与三维互联网进行对比的基础上, 对目前三维互联网展示出现的一些新形式进行了分析。

关键词：三维互联网,虚拟社区,电子商务,文物展览

参考文献

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[3]Cai Su, Yao Yue-chun.i3DVLE:A Case for 3D Virtual Learning Environment[C].2011 International Conference on Electricaland Control Engineering, ICECE 2011–Proceedings, 2001:6607-6611.

[4]蔡苏, 余胜泉.从Sloodle看三维虚拟学习环境的发展趋势[J].开放教育研究, 2010, 16 (2) :98-104.

三维网络 篇7

虚拟现实技术发展迅速,种类繁多。目前实际应用当中大致分为两类,一类是基于几何模型商品三维虚拟展示技术,另一类基于照片的商品三维虚拟展示技术。

1 基于几何模型的商品三维虚拟展示技术

1.1 建模技术

目前基于Internet的虚拟现实技术包括Director、Viewpoint、Cult3D、VRML、Flash、Java 3D等,且支持建模开发工具3DS MAX,Maya,pro E,Autocad等。它们都是从各个角度实现在网页上或各种文档格式中建立互动的三维模型,用以表现完美的三维实体。它能嵌入3D互动效果的编辑及播放功能,并可以把图像、文本、声音、动画等这些多媒体元素非常方便而有机的结合起来,创造出快速、互动的三维场景[3]。

1.2 技术实现

这种技术设计思路是:首先收集数据信息(尺寸、材质、位置等),利用3DS MAX、Maya或Pro E等建模工具构建3D模型,并对该模型进行纹理、材质、贴图、颜色、灯光等处理,再利用Cult 3D、Java 3D及Director等集成控制软件定制交互演示界面,最终在浏览器中显示具有交互性的三维图形及动画效果。

1.3 技术应用

Cult 3D是一种崭新的Web 3D技术,是一个面向电子商务的交互三维软件。作为窗口式虚拟现实工具开发平台,其主要目的是在网页上建立互动的三维模型,仅通过使用鼠标,用户就可以旋转和缩放产品的Cult3D模型并可从任意角度观察;通过点击模型的功能按钮就可以开启产品的部件,移动部件。然而,目前虚拟展示的三维模型并不是在Cult3D构建,而是通过三维建模开发工具中比著名的是3DS MAX来完成。因此,该设计案例通过3D max和Cult3D技术的综合应用来说明制作网上虚拟商品展示的原理和过程。制作流程如图1所示。

1)获取照片,设置建模参考图;

2)利用3DS max根据参考图和测量的相关数据进行建模。选对车身进行粗模,再完成车头、车尾、侧面、车轮、车顶、车灯及车门等各细节的建模;

3)添加材质,灯光等效果,使得渲染效果逼真;

4)将建好的模型导出为*.C3D格式;

5)在Cult3D环境中编辑交互动作。设置移动鼠标时汽车上、下、左、右旋转的动作;鼠标单击时开启车门、车前盖、车后盖的动作;

6)保存为.co格式的文件,再将其嵌入到网页中发布。

2 基于照片的商品三维虚拟展示技术

2.1 全景技术

全景技术也称为全景摄影或虚拟实景技术,是目前全球范围内迅速发展并逐步流行的一种视觉新技术,是基于系列静态图像的虚拟现实技术[4]。它是用相机环360度拍摄的一组照片拼接成一个全景图像,通过一段程序代码或专用的播放软件在互联网上显示,浏览者可通过鼠标控制环视的方向,可左可右、可近可远观看物体或场景。或通过鱼眼镜头拍摄两张图像,它可以拍摄出水平视角和垂直视角都达到180度的特殊图像[5]。利用这种技术,不但可以前后左右360度环视景观,还可以上下浏览,真正实现全方位的三维互动效果。

2.2 技术应用

全景技术实现非常简单,它不需要复杂的建模过程,只要利用相机拍摄出合适的照片,再通过编写程序或相关软件将照片进行拼接,将二维的平面图模拟成真实的三维空间,并提供各种操纵图像的交互功能。目前用于实现该技术的软件很多,如:Quiktime、Java、Flash、Ulead Cool360、Hot Media、VR Toolbox、上海杰图的造景师、杰图漫游大师等。由于全景制作的软硬件设备价格昂贵,在此选用普通相机及常用软件制作,具体设计步骤如图3所示。

1)获取照片。对于宾馆酒店、建筑房地产、虚拟旅游业、城市漫游等环景三维全景可采用转动相机角度前后左右上下全视角拍摄多张照片。另外电子商务中一些商品与风景、建筑物不同,如服装、鞋帽、电器、汽车、工艺品等,在拍摄时瞄准对象,相机不动,转动对象,每转动一个角度拍摄一张照片。在拍摄过程中为了减少抖动,最好借助专业三脚架配合拍摄。使用专门拍摄物品的360度带刻度的转台,保持被拍物品的中心位置不变,以便拍出完整有序的实景商品照片。

2)利用图像处理软件对照片进行加工处理,调整照片的亮度、对比度及色相饱和度等。

3)在VR Toolbox中进行全景制作。将处理好的图片导入VR Toolbox中,进行相关的设置及调整,设置完成后输出应用。

3 二者比较

前者是计算机视觉,计算机图形学,计算机辅助设计的

核心。利用该技术生成的效果图立体感、空间感强。这类技术较成熟它能准确地反映设计意图,可操控性高。但开发时间长,对设计人员的技术能力要求较高。在对已知物体(如建筑物)建模时缺乏精度,需要额外的测量工作。

而后者制作周期短,制作成本低;真实感强,是基于真实图片拍摄制作生成的,相比建模生成的对象更真实可信;交互性能好,可任意控制旋转对象;沉浸感强烈,给观赏者带来身临其境的感觉;文件小,便于网上传播。担对仅保留了一张照片的历史资料,或对未开发出的新产品不能采用该技术完成。

4 结束语

随着网络及Web技术应用的日渐增多,电子商务作为其中最大的市场,己成为目前IT行业发展的热点。由于虚拟现实的技术优势对电子商务交易的成功有着重要意义。针对虚拟现实在电子商务中应用现状,实现将3DS Max与Cult3D技术相结合,全景技术与VR Toolbox相结合,将虚拟现实技术应用到网络商品展示中。并从具体实例设计出发,分析了这两种技术在具体实现中的优缺点。

参考文献

[1]朱志超.艺术品展[D].西安:西安理工大学,2007(5).

[2]周志鹏.基于网络的虚拟服饰博物馆设计研究[D].上海:东华大学,2006(26).

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[4]朱志刚.徐光.由现场图像序列建立自然环境三维全景模型[J].北京:清华大学学报:自然科学版,1998(38):84-88.

三维网络 篇8

1.1 三维全景概述

三维全景, 是指将摄像机拍摄的水平方向360度, 垂直方向180度的多张照片拼接成一张全景图像, 然后利用得到的全景图像, 改善用户视图, 可以使用不同的观看方向, 利用计算机图形技术构造全景空间, 看起来可以是全面立体的场景。相对于传统的3D建模, 3D全景同时使用全景三维图像的实际场景, 利用三维建模技术来构建一个更逼真的场景, 使用简单的数据, 生产系统要求低。由于这个原因, 近年来基于三维全景上述优点的虚拟显示, 已经成为一种流行的网络展览系统技术, 在地图导航, 数字城市的领域中, 具有非常广泛的应用。

1.2 三维全景漫游技术

三维全景漫游是指在由全景图像构建的全景空间里进行切换, 达到浏览各个不同场景的目的。目前, 实现三维全景漫游的技术有两种:一是在三维全景或地图中添加其他三维全景的链接, 链接可以是箭头或者脚印等形式, 浏览者在点击其他三维全景的链接时, 就会切换到其他三维全景进行浏览, 该方法虽然可以实现在不同场景中的切换, 但是局限性比较大。第二种方法是采用计算机视觉技术和计算机图形图像技术, 获取全景图像对应的环境模型, 实现全景空间与真实环境的一一映射。在全景空间中实现自主漫游, 想去哪里就去哪里。支持全屏模式与HDR图像合成。主机的滚动实现可方便360度虚拟导览, 可用于各种类型的三维全景 (球面, 圆柱, 立方体) , 单个鱼眼图像, 图形图像, 地图或单位地图, 音乐和场景, 文本信息和其他多媒体元素组合以创建与地图, 热点, 雷达, 声音, 视频, 动态文本和其他效果的专业360度虚拟展示。完善的三维网络展览系统解决方案可以为房地产出售, 旅游景点, 酒店, 校园景观等场景的三维在线虚拟全景显示漫游。采用这种漫游技术的优点是浏览者可以单击或者双击三维全景中的地面来实现场景切换, 大大简化了漫游的操作。同时该方法一般在场景中采集尽可能多的视点, 所以浏览者想去哪里, 只要点击该处的地面就可以实现, 能够浏览到该场景中的任意细节, 增强了漫游的真实感与沉浸感。

2 网络展览系统建设分析

2.1 网络展览系统的发展

网络展览系统被首次被提出已经过去了四五年, 在起初, 网络展览系统应用于国防军事飞行模拟器, 军事演习, 武器操控, 空间探索, 仅限于产业, 高端的部分。经过很长一段时间的网络展览系统发展, 产生了3DMAX, Maya和其他软件, 随着几何造型数码影像技术的发展, 三维全景取得重大突破并变得普及, 基于图像的网络展览系统技术得以逐渐脱颖而出, 其功能强大。快速, 实用的功能全景生成功能得到了越来越多的关注, 逼真的三维全景图体现着一个国家的三维全景展示技术, 通过三维全景, 产品车的渗透于社会生产的每一个角落, 一个完整的产业体系正在产生, 关系到人民群众的三维全景生活将要形成。买车买房与选择旅游景点, 这些将通过三维全景展示给人们。

2.2 基于三维全景漫游技术的网络展览系统应用

鱼眼镜头技术, 这是一种超广角镜头, 可以产生强烈的视觉失真, 旨在创造宽阔的全景或半球形图像。鱼眼镜头通过产生具有直线透视 (直线图像) 的图像而取代非常特殊的映射, 从而获得非常宽的视角, 这给出图像具有特征的凸非直线外观。鱼眼是由美国物理学家和发明家罗伯特·伍德在1906年创造的, 基于鱼如何看到从水下的超大半球视图。大量生产鱼眼镜头的摄影第一次出现在20世纪60年代初, 通常用于他们独特的, 扭曲的外观。对于流行的35mm胶片格式, 鱼眼透镜的典型焦距对于圆形图像在8mm和10mm之间, 对于全帧图像为15-16mm。对于使用较小电子成像器的数码相机, “微型”鱼眼镜头的焦距可以短至1至2mm。将通过鱼眼镜头拍摄的图像重新投影到半球形屏幕上或者通过计算机生成的图形创建。鱼眼镜头也用于科学摄影, 如极光和流星的记录, 以及研究植物冠层几何和计算近地太阳辐射, 它们还用作窥视孔门观察器, 以给用户提供宽视场。图像拼接或照片拼接是将多个摄影图像与重叠视场组合以产生分段全景图像或高分辨率图像的过程, 通常通过使用计算机软件执行图像拼接的大多数方法需要图像之间几乎完全重叠和相同曝光以产生无缝结果, 虽然一些拼接算法实际上受益于不同曝光的图像通过做HDR (高动态范围) 成像在重叠区域。一些数码相机可以在内部缝合他们的照片。图像拼接广泛应用于当今世界的应用中, 使用帧速率图像对齐的摄像机中的“图像稳定”功能。

3 总结与展望

互联网在近几年的快速发展, 电子商务模式的普及与其在三维全景展示技术的应用快速发展, 腾讯、百度都推出了地图服务街景, 下一阶段国内互联网巨头产业将凭借这一技术的应用而加速增长, 三维全景显示技术已逐步应用于生活。我们以更方便和丰富多彩的姿态要在三维全景展示中生活, 今后我们有信心, 三维全景漫游技术将有着更为广阔的发展前景。

参考文献

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[4]陈立伟, 李晓燕.基于VEGA的数字漫游系统[J].计算机工程, 2013, 11 (05) .

三维网络 篇9

基于Web3D的网络虚拟学习环境可以给网络学习者提供一种具有良好的表现力、灵活的交互性、真实的沉浸感的场景。在虚拟学习过程中,利用网上三维技术可以帮助学习者解决一些由于实际学习条件下很难观测到特定事物、某些知识原理较抽象不易理解等原因导致的困难,在一定程度上弥补了传统教学方式的不足,提高了学习效率。但是目前以Web3D技术为基础的虚拟学习环境的建设仍存在许多本质性问题。

通过对国内十余所开展虚拟实验研究较好的高校调查表明,目前的三维虚拟学习环境研究侧重的是技术实现和模式探讨,大部分集中在以场景漫游及简单操作交互为主的虚拟实验的开发与实现上,很少以学习者的角度关注学习者与虚拟环境之间的交互、反馈、控制、评价等问题,也很少把研究重点放在虚拟学习环境与真实环境的关系论述及其教学应用效果研究上。国内网络三维虚拟学习环境的构建受理论和技术的限制尚处在设计与开发的初级阶段,有待于更深入系统地研究。

2 基于建构主义学习理论的三维虚拟学习环境设计模式

我们根据网络三维虚拟学习环境开发的需要设计出了基于建构主义学习理论的网络三维虚拟学习环境设计模式,如图1所示。

基于建构主义学习理论的网络三维虚拟学习环境设计模式图主要由四部分组成,设计中充分考虑了学习者的主体地位及教师的指导和促进作用,注重对交互、跟踪反馈和监控评价等方面的设计。

2.1 学习者模块

建构主义学习理论认为学习是以学习者为中心,是学习者在与社会环境的交流和互动中主动为自己构建知识和意义的过程。因此,我们在创建三维虚拟学习环境时应充分考虑学习者的主体地位和协作学习策略的设计。在学习者模块中,学习者通过与学习环境的交互完成新知识的意义建构。这种交互包括三个层面:操作交互、信息交互和概念交互。操作交互是指学习者与三维虚拟学习环境的交互,主要体现在学习者对虚拟学习环境的可操作性、可控制性、可试验性和可探索性上。信息交互是指学习者与资源、学习者与教师及学习者之间的交互,主要体现在学习者之间的协作学习和教师对学习者的学习过程的指导反馈上。概念交互是指在操作交互和信息交互的基础上学习者完成对新知识的意义建构的过程。

2.2 教师模块

在三维虚拟学习环境中,教师是学习活动的组织者、指导者、帮助者和促进者。教师通过对学习者的分析,帮助学习者确定学习目标和学习策略。在学习过程中,教师可以通过监控系统对学习者的学习过程进行监控,并通过实时交互系统对学习者的学习进行指导、反馈和评价,这不仅可以促进学习者的学习,亦可以消除学习者在学习过程中产生的孤独感和挫败感。

2.3 基于Web3D技术的三维虚拟学习场景模块

建构主义学习理论强调学习者通过与环境的交互来获得知识,这充分说明了学习环境建设的重要性。三维虚拟学习场景应包括基础场景和辅助场景。基础场景是虚拟学习环境系统中对真实场景的仿真再现。在这种场景中,学习者可以不受预定程式的控制,自由试验和探索。辅助场景是帮助学习者更快地将知识转化为内在知识的系统,它包括直接指示系统、帮助系统等方面,这是三维虚拟学习场景中必不可少的一部分。只有这两种场景充分结合,才能激发学习者的学习兴趣,培养学习者的创新能力,帮助学习者更高效地完成新知识的意义建构。

2.4 智能反馈评价系统模块

智能反馈评价系统是三维虚拟学习环境中一个非常重要的模块。在学习过程中,学习者可以通过反馈评价系统诊断学习的成效,确定当前学习中存在的问题,并做出适当的调整。虚拟学习环境的智能反馈评价系统主要有两方面的功能:一是通过系统自动跟踪和检测学习者在虚拟学习环境中操作的步骤或方法,来确定学习者操作交互的正确性,并及时反馈给学习者,同时虚拟学习环境根据学习者对反馈的反应作出相应的调整以适应学习者的需求;二是教师通过监控学习者对虚拟学习环境的操作过程或操作后产生的结果对学习者的行为进行反馈、评价和指导。智能反馈评价系统有助于了解学习者的学习状况,促进学习者进行反思,帮助学习者完成新知识的意义建构。

3 三维虚拟学习环境设计模式中关键问题分析及实现方式探讨

Web3D技术在教育教学中的应用使网络教学环境有了较大程度的改善,构成网络学习环境的五大基本要素中智能教学系统和网络资源库系统在三维虚拟学习环境中有了较全面的体现。其余三要素即网络交流协作系统、网络辅助工具系统与网络学习评价系统在三维虚拟学习环境创设中建设仍不完善。因此,为了创设更加有利于学习者意义建构的三维虚拟学习环境,模式图中的交互功能设计、跟踪反馈功能设计和监控评价功能设计显得尤为重要,是体现建构主义学习理论中的“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”等要素的重要实现方式,也是目前网络三维虚拟学习环境继续发展的关键问题所在。基于上面的模式,我们选择了高等工科技术基础实验中的《直线度误差测量》虚拟学习环境的设计来探讨一下这三方面的实现方式。该虚拟学习环境提供给学习者接近真实的操作体验,让学习者在这个环境中去了解实验环境,掌握实验原理,熟悉实验仪器,掌握基本的操作步骤,模拟完成在真实实验中的学习过程。

3.1 交互功能的设计

交互设计可以说是三维虚拟学习环境设计的精髓,有利于实现学习过程中的协作与会话,创设具有真实沉浸感的学习情境。模式图所涉及三种交互中,概念交互是学习的起点和终点,是发生在学习者头脑中的内隐过程,不能直接观察;操作交互和信息交互是学习的外显过程,是完成概念交互的前提。在虚拟学习环境中操作交互和信息交互的设计是至关重要的。虚拟学习环境中操作交互可以设计成直接指示、操作过程中动态提示等方式,信息交互可以通过实时交互或异步交互等方式来实现。

在《直线度误差测量》三维虚拟学习环境中,操作交互的实现方式如图2所示,(1)、(2)、(4)处的实验原理及操作步骤部分以直接指示的方式来呈现,如触动(2)处挂图则挂图突起,会在左上角(1)处的活动标牌呈现相关内容,点击(4)处的电视屏幕可以观看实验的教学录像,这种直观明了的方式可以帮助学习者快速了解学习环境,方便了学习者的操作。(3)处的虚拟教师为虚拟实验中的智能帮助系统,她在学习环境中担任学习者的秘书角色,以动态提示的方式对学习者的操作给以提示或者警示。这两种方式有效地提高了学习者操作交互的水平,保证了其它两个层面交互的顺利进行。信息交互的一个重要实现方式如图3中(1)处所示,将在线聊天室整合到虚拟学习环境中,当学习者进入到本场景时,将会在(1)处的右侧人员列表中看到目前在线的学习者及教师。学习者之间通过这种交流工具可以积极地讨论学习中遇到的问题,交流学习经验,进行协作学习,教师在此也可以实时地对学习者的学习给予指导和反馈。

3.2 跟踪反馈功能设计

学习者对虚拟学习环境的操作应该是不受限制的,他们可以根据自己的理解进行自由试验和探索,这个过程中难免会出现一些意想不到的情况,影响学习者的学习效率,甚至无法完成新知识的意义建构。为使学习者的学习顺利进行,并对学习内容达到较深刻的理解,可以应用模式图中智能反馈评价系统来解决这一问题。跟踪反馈是实现智能反馈评价系统功能的一个重要方式,主要是通过跟踪记录学习者的学习过程,系统对跟踪记录的结果进行自动判断,并给予学习者实时反馈,以帮助学习者准确高效完成新知识的意义建构。下面是《直线度误差测量》虚拟学习环境中跟踪反馈的实现方式。

学习者开始操作实验时,智能反馈评价系统便会自动记录学习者的操作步骤;当学习者记录第二测点的示值时,系统对两半像的偏移量进行判断,若偏移量不等于零,系统会自动给出反馈提示:“两半像未相合,是否继续?”(如图3中(2)处所示);学习者可以选择“确定”或“取消”,若学习者选择“确定”,系统将暂不处理这一问题,实验结束后,学习者将得不到正确的测量示值,系统会自动提示出错原因,供学习者进行反思,这种方式更加有利于学习者牢固地掌握容易出错的实验步骤和实验要领;若选择“取消”,学习者需重新调整两半像直至相合,实验将会按照正常的过程继续进行。这种跟踪反馈功能的实现可以帮助学习者充分了解自己的学习状况,积极调整学习策略,更大程度地发挥自身潜能。

3.3 监控评价功能设计

监控评价也是智能反馈评价系统的一个重要功能,主要是指教师根据系统对学习者的学习过程及其相关实验数据所监控到的内容,对学习者的学习状况进行科学、准确地评价,以进行有针对性的指导,充分发挥教师作为学习过程中的组织者、指导者、促进者的作用。例如,图4是李萍同学操作《直线度误差测量》实验的部分监控信息。如图3所示,可以将“读取刻度盘示值”这一过程及“格值:3值:24.5”这一关键实验数据进行记录,并实时反馈给指导教师(如图4中(1)处所示),教师可以根据这一记录结果判断出学习者的这一操作是否正确,并通过图3中(1)处的交流工具对学习者的学习状况给出评价,同时进行有针对性的指导。监控评价过程的实现,可以帮助学习者实现学习过程中的自我调节,高效完成新知识的意义建构。

4 结束语

基于建构主义学习理论的网络三维虚拟学习环境的设计模式不仅能够充分发挥虚拟现实技术的特性,营造具有情感化的虚拟学习环境,还可以丰富学习者的学习和情感体验、激发学习者动脑动手的热情和积极性,培养学习者高级认知能力和更高的知识迁移能力。建构主义学习理论在网络三维虚拟学习环境开发中的应用,必将推动虚拟现实技术在教育教学中更好地发展。

摘要：基于建构主义学习理论的网络三维虚拟学习环境设计,强调以学习者为中心,提出了学习者、教师、3D虚拟学习场景和智能反馈评价系统这四大模块组成的三维虚拟学习环境设计模式。结合该模式开发的三维虚拟学习环境案例有效解释了建构主义的“情景”、“协作”、“会话”和“意义建构”这四大要素在该环境设计中具体的体现过程。

关键词：建构主义,三维虚拟学习环境,模式

参考文献

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三维网络 篇10

随着“数字地球”、“数字省市”、“数字区域”建设的开展,GIS应用和集成程度的深入,Internet和高性能个人计算设备的普及,面向Internet的网络三维GIS已成为GIS平台研究的重要方向。原有GIS基础平台软件的设计思想、体系结构和数据组织已经不适应GIS应用发展的要求,尤其不能适应“数字地球”“数字城市”、“数字区域”建设中对海量多源异构数据组织和管理、数据集成、互操作、应用集成、可视化和三维可视化的需求。

Virtual Globe技术为解决以上问题,特别是空间信息的统一存取、分析、运算、表达提供了有益的启示,Virtual Globe是指通过三维可视化引擎,在用户桌面显示一个数字地球的可视化平台,用户可以通过鼠标、键盘操作在三维空间尺度对整个地球进行漫游、缩放等操作。Virtual Globe是目前“数字地球”最主要的软件实现技术,比较著名的Virtual Globe系统包括Google Earth、Microsoft Virtual Earth、NASA World Wind、Arc GIS Explorer、Skyline等。Virtual Globe已成为空间数据发布、可视化、表达、集成的一个重要途径和手段,Virtual Globe技术在空间数据表达、海量空间数据组织、应用集成等方面对GIS软件技术具有重要的参考价值:

(1)从空间数据表达和可视化角度,基于Virtual Globe的空间信息可视化方式是GIS软件二维电子地图表达方式的最好替代者,其空间表达方式可以作为基于地图表达方式的数字化天然替代,对于GIS基础平台研究具有重要借鉴意义;

(2)从空间数据组织角度,Virtual Globe技术打破了以图层为基础的空间数据组织方式,为解决全球尺度海量数据的分布式存取提供了新的思路;

(3)从应用集成和空间数据互操作角度,基于Virtual Globe的组件化GIS平台可以提供更好的与其他IT系统与应用的集成方式。

2 体系结构

基于数据服务和组件化技术,应用Virtual Globe技术,可以在用户桌面显示一个数字地球的可视化平台,用户可以通过鼠标、键盘操作在三维空间尺度对整个地球进行漫游、缩放等操作,实现全球尺度空间数据的表达、处理、分析和可视化,为面向“数字地球”、“数字城市”的网络三维GIS注入了新的活力,为空间数据应用、表达提供了新的手段和方法,已成为网络三维GIS发展的重要方向。

如图1所示为面向Virtual Globe的网络三维GIS技术的总体框架组成示意图,系统由服务器、客户端和互操作适配器(Adapter)组成。一个客户端可以连接多个服务器端,一个服务器端也可以服务多个客户端,服务器端通过互操作适配器连接多个传统的GIS、Web GIS系统,整体上形成一个多层次的分布式体系结构。

(1)服务器

服务器端主要对各类空间数据,包括数字高程模型(DEM)、遥感影像、标注、三维模型、矢量数据等进行统一的管理、存储和分析处理,通过面向全球尺度的空间索引算法和分级分块的数据组织方法,使服务器端可以快速响应客户端数据请求;

(2)客户端

客户端采用了渐进数据传输、异步多线程等技术,可以满足数据量无关的网络海量三维空间数据的可视化。客户端采用组件技术,基于Direct X构建,设计为可以嵌入任意应用系统的客户端控件,方便与任意应用系统集成。

(3)空间数据接口与适配器(Adapter)

空间数据接口与适配器(Adapter)提供了与现有空间数据库、Web GIS系统、OGC标准服务的互操作接口,实现与程序现有系统、数据库的整合集成。

如图1所示,一个客户端可以连接多个服务器端,使用不同的服务器端提供的不同数据服务或空间计算分析服务;同样,一个服务器端也可以为多个客户端服务。例如可以由多个服务器端分别提供不同的空间数据服务:基础地理数据,数字高程模型(DEM)、遥感影像数据、三维模型数据等等。

数据服务是由一个或多个数据源经过分级、融合、切割等预处理步骤处理后的金字塔结构的数据集,主要面向Virtual Globe技术的三维GIS客户端提供数据可视化功能。数据服务类似于现有Virtual Globe和网络地图的数据组织方式,但结合了GIS图层的概念,与传统GIS的图层类似,又不是简单的图层。从组成上讲,数据服务可能是多个图层融合后的产物;但从可视化角度,数据服务又表现为一个单独的图层。数据服务的概念,对空间信息产业的产业链优化,空间信息服务具有重要意义;由于应用客户端可以从不同的服务器端获取数据,则对于应用部门,在服务器端可以只存储和部署专业相关的专业数据,GIS应用需要的其他数据,包括基础地理数据、DEM、影像以及交通网络等数据可以从不同的数据服务提供商租用,从而为解决GIS应用中的“空间数据应用相关性”问题提供了新的思路。

3 框架组成

3.1 服务器端

服务器端基于标准的Web服务器构建,与客户端通过HTTP协议通信。服务器端由空间数据的高速缓存、数据服务、空间分析、空间计算功能模块、各类外部接口与适配器以及离线的数据处理程序组成。它主要负责海量数据的存储、索引、压缩等,并把被请求的数据提交给客户端。

从空间信息应用角度,空间信息服务可以划分为静态信息服务和动态信息服务,其中静态信息服务主要指用于空间数据可视化的基础地理数据、DEM、遥感影像等数据,在空间可视化、空间分析和运算过程中,静态信息服务是不发生变化的;动态信息服务则主要指在空间可视化、空间运算分析过程中会发生变化的空间信息,例如缓冲区分析的结果。一般来说,静态信息服务主要是基础地理数据,而动态信息服务主要是业务数据。

基于动态信息服务和静态信息服务的区别,将不会发生变化的空间数据存储于高速缓存中,通过离线的数据处理程序或对应的数据接口、适配器来更新,而将会发生变化的动态数据存储于专门的空间数据库中。数据服务、空间分析、空间计算模块根据数据的类别和性质,自动从不同的数据库获取客户端需要的数据,并进行相应的处理、运算。通过适配器(Adapter),系统可以将空间分析、空间运算等任务分配给本地或远程的Web GIS服务器。

采用了金字塔结构来组织数字地形(DEM)和影像数据。按照金字塔结构来处理后的数据形成一个多分辨率的层次结构,可以通过合适的空间索引,例如四叉树来索引这个结构中的不同层次中的块(Tile),从塔顶至塔底分辨率由低到高变化,相应的分块数则由少到多。这一过程主要在服务器端由离线数据处理系统或者数据适配器完成,主要包括数据分块、合并、光滑等一系列处理过程。客户端则根据当前的浏览尺度和视点位置请求相关级别和相关位置的数据。

在高速缓存中,DEM数据、影像纹理数据、矢量数据按照专门的空间索引算法,通过分级、分块方式存储于系统高速缓存,实现海量空间数据的无缝集成和关联,根据客户端需求,调用对应级别(分辨率)和位置的数据,返回给客户端。

三维模型和标注采用了和DEM等数据稍有不同的数据组织方式,除了应用专门的空间索引,将数据分级分块划分外,对于最低级别的具体数据,采用了另外的点空间索引算法。

高速缓存可以基于服务器硬盘、磁盘阵列、分布式文件系统实现。

3.2 客户端

客户端通过HTTP协议与服务器进行通信。客户端使用组件技术和Direct X技术构建,设计为三维可视化组件和功能组件两部分,前者主要负责三维空间数据的可视化,后者主要负责客户端的空间分析、量算等工作。

客户端组件采用了基于异步多线程的可视化算法,数据调度线程负责向服务器请求特定区域、一定分辨率和类型的数据。当数据位于四叉树的一个结点上时,客户端在客户端高速缓存内为数据分配空间并通过一个优先队列向服务器发送请求,相关请求的级别由场景渲染线程决定。客户端高速缓存通过类似服务器端的空间数据索引算法来控制,因此可以快速确定某个子场景数据是否已下载,存在于高速缓存。因此不会向服务器请求冗余的数据。

3.3 数据接口和适配器(Adapter)

数据接口提供了服务器端高速缓存与关系数据库、空间数据引擎之间的交互接口,根据数据类型和应用目的,应用离线数据处理模块或动态缓存技术来实现。适配器充当了服务器端高速缓存、应用模块与已有Web GIS系统,WMS服务,WFS服务之间的桥梁和纽带。

离线数据处理模块按照金字塔结构来处理DEM、影像等数据,最终形成一个多分辨率的层次结构,从塔顶至塔底分辨率由低到高变化,相应的分块数则由少到多(图2);并可以通过合适的空间索引来获取、操作数据。该过程的关键是对高分辨数据的数据概括、数据抽稀和制图综合技术,对于不同类型的数据,可采取不同方法。例如:DEM数据,应用不同的抽稀算法,由高分辨DEM数据逐渐抽稀生成;影像数据,使用不同分辨率的遥感影像,经过抽稀、切割、平滑等过程生成;矢量数据,使用不同比例尺的基础数据,然后经过制图综合等方法生成。如图2所示表示了金字塔的1-3级,数据量依次增加(2^(级数-1))。

动态缓存技术根据客户端需求来动态生成服务器高速缓存,如图3所示,服务器根据客户端请求,通过请求的数据分辨率、位置等参数应用专门的空间索引算法,构建数据对应的键值(Key),然后在当前高速缓存中查找是否存在该数据块,如果存在,则返回之,否则调用从数据接口或者数据适配器获取相应的数据,然后存储于高速缓存。

如图3所示,如果数据在高速缓存中存在,则程序的执行流程为:1,2,3,7;如果数据在高速缓存中不存在,程序的执行流程为:1,2,4,5,6,7。所以,每个数据块在空间数据库或其他系统(Web GIS、WMS)中只读取一次,极大提高了服务器的运行效率,降低了后端数据提供程序的负载。

4 关键技术

面向Virtual Globe的网络三维GIS技术必须解决以下两个方面的关键技术问题:

4.1 海量空间数据的高效空间索引技术

虽然传统GIS、空间数据库的空间索引技术可以满足数据源(来自空间数据库、GIS系统)与服务器高速缓存之间的数据请求、交换,但对于服务器端高速缓存内部,必须有合适的高效空间索引技术来满足全球尺度空间数据的高效索引、存取。目前一般应用椭球四叉树索引来对全球尺度空间数据进行组织和索引,采用“基于哈希格网的改进椭球四叉树空间索引(HEQT)”来解决全球尺度海量空间数据的空间索引问题。

4.2 面向地球椭球体的网络海量三维空间数据可视化技术

面向Virtual Globe的网络海量空间数据可视化涉及到海量空间数据与网络传输速度、计算机内存资源和计算能力有限等几方面的矛盾,这种矛盾决定了需要合适的数据调度策略、合适的三维绘图技术和场景LOD算法。基于HEQT空间索引算法,研究了面向Virtual Globe的海量空间数据可视化框架,提出了基于异步多线程的网络海量空间数据调度与可视化算法,通过基于HEQT的空间数据组织和索引,渐进数据传输技术,保证了客户端场景的显示速度与数据量大小无关,最大限度地减少网络堵塞和传输时间;通过采用异步多线程技术,客户端可视化场景的同时能在后台实时请求和处理场景数据,从而不会打断用户操作。

5 主要特点

面向Virtual Globe的网络三维GIS技术解决了三维空间数据表达、海量空间数据组织、应用集成等GIS应用中的关键技术问题,与传统GIS相比,面向Virtual Globe的网络三维GIS技术有以下几个特点:

(1)以数据服务为单位的空间数据组织

数据服务是由多个空间数据集经过数据概括、制图综合而来的金字塔结构的多分辨率数据集,类似于传统GIS中的图层,但与传统GIS中的图层又有明显的区别:

1)数据服务定义为以金字塔结构组织的多分辨空间数据集,代表某个专题数据,例如影像或者道路网络。

2)数据服务的主要功能是服务于Virtual Globe的三维空间数据可视化,对于空间运算、分析,例如网络拓扑分析会基于原始的空间数据库来进行(空间分析服务),而非基于数据服务。

3)数据服务是由多个数据源经过数据概括、制图综合来生成,例如对于影像的数据服务,那么该数据服务可能包含了多个不同分辨率的原始遥感影像数据,经过抽稀、插值、平滑以后,组织为单一金字塔结构的多分辨空间数据集(图2)。对于道路网络,可能是由100万,50万,10万,5万等不同来源的数据源通过数据概括、制图综合而来。

(2)基于Virtual Globe的全新空间数据可视化和表达方式

基于Virtual Globe的空间信息可视化方式是GIS软件二维电子地图表达方式的最好替代者,Virtual Globe技术通过在用户桌面显示一个数字地球的可视化平台,用户可以通过鼠标、键盘操作在三维空间尺度对整个地球进行漫游,缩放等操作,提供给最终用户一个更为简单、直观、友好的交互界面,改变了传统的基于二维地图的空间信息操作、交互的方式。

(3)简单、高效的系统集成

目前在GIS应用与其他应用,不同的GIS应用之间常用的集成方式主要有以下几种:

1)通过数据文件在GIS平台软件和应用系统之间建立联系,属于松散集成方式。其优势是GIS平台的开发和应用系统的开发都可以独立进行,只要遵循一致的数据交换格式就可以进行;其缺点是通过文件方式交换数据,不适合大量且频繁的数据交换的情况。

2)直接使用GIS软件提供的二次开发语言编制应用系统,例如Mapinfo,Arcinfo都有其二次开发语言。这种方式在开发一些小系统时比较合适,但由于GIS所提供的二次开发语言大都相对简单,难以开发相对复杂的大型应用;

3)基于组件技术的扩展方式。组件技术的促进了组件式地理信息系统的产生,大大简化了GIS与其他应用之间整合的难度。基于组件的接口调用方式,一方面保证了GIS系统开发和分析模型开发之间的独立性,另一方面又实现了二者的无缝集成。

6 结语

由于GIS系统纵向上的紧耦合性,不同的GIS应用,GIS与其他应用的深度集成还存在有诸多不变,基于Virtual Globe的三维GIS技术,通过数据服务的思想,在纵向上分离了数据和应用之间的紧耦合性(图1)。通过应用组件技术、数据服务,基于Virtual Globe的三维GIS客户端可以嵌入任意应用系统,而无须考虑数据存储位置、存储方式,通过基于服务的方式来应用空间服务,空间运算等功能,从而极大降低了GIS与其他IT系统集成的难度。

参考文献

[1]苗放,叶成名,刘瑞.新一代数字地球平台与“数字中国”技术体系架构探讨[J].测绘科学,2007,32(6):157-158.

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