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基于WEBVR和RIA技术的三维虚拟社区研究与应用

  摘要:该文从VR和WEB技术的发展入手,对基于WEBVR技术的三维虚拟社区的特点以及发展前景进行了分析,同时介绍了RIA技术体系特点。并据此提出了基于WEBVR和RIA技术的三维虚拟社区的技术架构,详细介绍了基于WEBVR技术和RIA技术的三维虚拟社区的信息组织、存储以及交互等关键技术问题。最后介绍了WEBVR和RIA技术在未来网络交互中具有的广泛应用前景。
  关键词:WEBVR;RIA;三维虚拟社区
  中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2011)20-4988-03
  Research and Application of the 3D Virtual Community Based on WEBVR and RIA
  TIAN Yan1, ZHANG Meng2
  (1.School of Information Engineering, Shandong Vocational College of Industry, Zibo 256414, China; 2.Network Management Centre, Zibo National New&Hi-tech Industrial Park, Zibo 255086, China)
  Abstract: Starting from the development of VR and WEB technologies, this article analyzes the characteristics of the 3D virtual community, which is based on WEBVR (Web Virtual Reality) technology, and its foregrounds. It also introduces the characteristics of the RIA (Rich Internet Application) technology system. Based on WEBVR and RIA, this article puts forward the technical frame of the 3D virtual community and presents its key technical concerns including information organization, storage, interaction, etc. Taking the “Real-time Interactive 3D Simulation Web Community Platform” as the example, the last part of this article proves the extensive application prospect of WEBVR and RIA in web interaction.
  Key words: WEBVR; RIA; 3D virtual community
  虚拟现实(Virtual Reality),简称VR或称灵境技术,实际上是一种可创建和体验虚拟世界(Virtual World)的计算机系统。它是以仿真的方式给用户创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界,并通过头盔显示器(HMD)、数据手套等辅助传感设备,提供用户一个观测与该虚拟世界交互的三维界面,使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化,产生沉浸感。
  随着VR相关领域的发展,仅仅是对现实景观的模拟和仿真已不能完全满足用户的高层次需要,而基于网络的实时、动态的获取景观数字信息并进行有效的管理、传输和分析计算作为一种新的需求被激发出来。在这一背景下,WEB3D技术与VR的结合成为技术发展的必然趋势。
  WEBVR是指基于Internet的、依靠软件技术实现的网络虚拟现实技术。1994年Mark Pesce和Tony Parisi创建了称为Labyrinth(迷宫)的浏览器,这是万维网上3D浏览器的早期原形。美国Linden Lab 所运营的一款游戏Second Life,将VR技术与WEB3D技术完美的结合在一起,构建虚拟的线上世界,将人类生活的各种场景、细节和体验完全复制到互联网上。Google公司在推出基于卫星影像图的采用的3D地图定位技术Google Earth后,又推了一款以Google Earth为平台的战争在线游戏GEWar。美国微软公司发布的新版地图服务:虚拟3D地球“Virtual Earth 3D”,提供现实世界的逼真模拟,通过照片构建真实、有质感的建筑模型,可以让用户在浏览器内“飞翔”欣赏城市的立体模型。基于WEBVR的网络虚拟现实的实现,是对“社会性媒体”(social media)和用户创造内容模式(user―generated content) 进行有效整合的结果。
  1 基于WEBVR的虚拟社区技术特点和发展前景
  现有的WEBVR虚拟社区中,用户通过web浏览器访问门户网站后登陆进入系统用户主界面,可能需要加载播放插件,根据主控制菜单进行大类浏览,根据系统信息与社区活动产生交互,在活动中与其他虚拟人产生交互。网页发布主要依据了WEB3D技术与WEBGIS技术,整体集成部分采用了设计模式的系统构架思想,并借助XML文件进行数据传输,使用XHTML和CSS标准化呈现,使用DOM实现动态显示和交互,使用XML和XSTL进行数据交换与处理。其数据交换的体系结构见图1。
  互联网的技术日新月异,互联网不断深入人们的生活,WEB3.0将是彻底改变人们生活的互联网形式。WEB3.0跟WEB2.0一样,仍然不是技术的创新,而是思想的创新,进而指导技术的发展和应用。WEB3.0之后将催生新的虚拟社区,这个社区不再以地域和疆界进行划分,而是以兴趣、语言、主题、职业、专业进行聚集和管理的王国。你有机会打造出一个新的互联网王国而成为一个国王,也有可能会在互联网王国的民主竞选中成为总统,到时,你将拥有来自地球各个角落的网络公民。
  作为WEB2.0的替代物,WEB3.0仍然是建立在WEB2.0的基础之上,并且实现了更加“智能化的人与人和人与机器的交流”功能的互联网模式。基于对WEB3.0理念的把握,我认为未来的网络社区应该会是基于网络虚拟现实技术和以智能信息定制为代表的数字新技术,并朝着细分、专业、兼容的方向发展。
  1)网站内信息可以直接和其他网站信息进行交互,能通过第三方信息平台同时对多家网站信息进行整合使用;
  2)用户在互联网上拥有自己的数据,并能在不同的网站上使用;
  3)完全基于WEB,用浏览器即可实现复杂的系统程序才具有的功能。
  2 RIA体系结构与特点
  RIA(Rich Internet Applications),是下一代的将桌面应用程序的交互的用户体验与传统的WEB应用的部署灵活性和成本分析结合起来的网络应用程序。富互联网应用程序中的富客户技术通过提供可承载已编译客户端应用程序(以文件形式,用HTTP传递)的运行环境,客户端应用程序使用异步客户/服务器架构连接现有的后端应用服务器,这是一种安全、可升级、具有良好适应性的新的面向服务模型,简化并改进了WEB应用程序的用户交互,所开发的应用程序可以提供更丰富、更具有交互性和响应性的用户体验。同时它能够实现更加直观的、响应性的、有效的用户体验的应用服务,并可以开发出将桌面软件的强交互性和丰富内容与Web的广度结合在一起的应用程序。
  RIA 技术应用特点:
  1) 强交互性。RIA提供丰富的UI组件,增强了本地化并且允许使用布局管理组件。如标签向导、折叠栏、树型目录等已经接近AWT和SWING开发模式。
  2) 直接管理。使用RIA,用户与界面交互只需要处理所需要的部分。请求/回复模型不再是所有用户界面动作所必需的,通过客户端计算即可直接实现对用户请求的响应。
  3) 多步骤处理。RIA允许开发人员将所有内容放在一个界面中,并添加转换和效果,使用户更容易了解应用程序的上下文和工作流程。可以集中处理某个步骤,并在应用程序各步骤间轻松移动。
  4) 客户端缓存。在RIA环境下,数据能够被缓存在客户端,从而可以实现一个响应速度更快且数据往返于服务器的次数更少的用户界面,降低服务器的内存消耗,使资源分配更加合理。
  5) 文本独立性。RIA文档使用一种基于XML的开放矢量图形描述语言,其中的文本可以被网络搜索引擎搜寻或被用户浏览器查找和编辑。
  6) 平台无关性。语言风格对于所有客户端都是一致的,无需为不同应用重写代码。
  3 基于WEBVR和RIA技术的虚拟社区架构
  RIA提供一个强大的技术平台,使客户端计算能力与桌面型软件系统或传统的C/S系统中的客户机能力十分接近,它适合传统的N层开发过程。同时也能够与遗留的环境集成,以拓展现有的应用程序而无需进行大量的修改。
  在WEBVR的体系结构下,以前所谓单一数据中心的概念已不复存在,模型和地理信息可能分布在网络的任何节点,如何使用户在浩如烟海的信息海洋中发现和使用需要的数据变得十分迫切。此外,三维网络虚拟社区拥有大量不同格式的数据,如何有效管理这些数据并且帮助实现信息共享也是一个很重要的问题。面对这一现状,若在RIA环境下进行空间数据存储、传输和表现,则会获得比较令人满意的结果。由于RIA服务器文档使用一种基于XML的开放矢量图形描述语言,所以不仅可以用于数据的精确表达,而且可以为异构信息系统之间的数据交流提供有效的方法。并且,目前的浏览器大都支持FlashPlayer,这样客户端无需额外下载任何数据处理部件。对于众多的非专业用户来说,一方面可方便地通过各种通用的RIA可视化创作、编辑工具来组织并发布自己的空间信息资源,从而使WEBVR资源和其他网上资源一样被整个社会方便地共享,充分发挥其应有的价值;另一方面,基于RIA构建的WEBVR使客户端用户面前的地图更具有丰富的界面表现力,且支持复杂的图形交互,使WERVR能够成为真正的交互式系统。
  此外,RIA 自身的技术特点决定了它比较适合以数据为中心的大型应用程序。众所周知,WEBVR正是在VR从以系统为中心向以数据为中心转变的过程中发展起来的,天生具有以数据为中心的需求,所以无论从实践意义还是理论意义上讲,RIA对于WEBVR都具有重要意义。
  4 基于WEBVR和RIA技术的虚拟社区关键技术
  基于WEBVR和RIA技术的三维虚拟社区平台,采用WEBVR技术、RIA技术及WEBGIS技术的底层一体化架构,集成了WEB前台操作平台模块、后台三维景观地图模块、虚拟社区建设模块、综合系统集成模块,整体架构借鉴设计模式的思想,协调了时间与空间的复杂性,提高了可移植性与扩充性。具体实现技术方面,使用了自动建模技术,使得可以自动识别采集数据,提高了生产效率;构建了多维数据金字塔模型,对各类场景的多维数据进行分类并压缩存入相应数据层;对于客户端与服务器端的数据传输,通过调度算法对其进行优化,进行多线程的并行传输;运用三维全景影像技术、三维模型成像引擎技术,通过三维实景仿真的表现方式,无缝的集成并展示了多维数据。
  4.1 基于浏览器免插件的多维数据无缝结合和低延迟装载
  对于矢量数据,从底层构建了一套矢量数据实时读取、转化与渲染的系统,使得可以将矢量数据转化为浏览器支持的数据格式进行传输,服务器端直接读取矢量数据,然后将其绘制成可支持格式,再发送至客户端。然后在前台对矢量数据所产生的数据与三维数据两种数据源进行拼接。使用了精确的数学算法与VR理论,考虑了其衔接紧密性与效果表现的张力,经过多次运算,最终达到无缝衔接的效果,既与现实相吻合,又表现出其艺术性。
  打开浏览器后,系统对多维数据采用了按类分批,并行读取的预载入技术。在三维空间数据传输过程中,单任务程序执行效率低,如程序在接收数据输入时发生阻塞,只有等到程序获得数据后才能继续运行。在网络环境中,经常接收和发送数据,如果网络接收数据阻塞,程序就处于等待状态而不继续任何操作,这种网络应用程序是无法让人进行正常网络互动操作的。基于WEBVR和RIA技术的三维虚拟社区平台中能克服这些问题,它可以并发执行多个相对独立的线程,创建一个用于三维空间数据输入的线程,用于数据的输出线程以及在后台进行数据处理的线程。如果输入数据线程在接收数据时阻塞,输出数据线程和处理数据线程仍然可以运行。多线程三维空间数据网络传输的设计大大提高了三维空间数据通过网络连接多维数据服务器进行采集的执行效率和并发处理能力,特别适合网络环境和多机环境。
  4.2 服务器与客户端三维信息的实时交互
  运用异步文件传输技术进行业务层与数据层的交互,将捕捉到的三维信息与地图操作的地理数据编码封装后传递至数据层,经数据层进行查询计算后将最终结果反馈至业务层进行反编码。借助XML文件为载体进行网络传输,实时地响应用户的操作。
  4.3 网络社区与三维虚拟现实技术的结合
  使用Web3D 实现网络上的VR 展示,构建了一个三维场景,人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。在网络虚拟三维社区里每个人都可以将自己在不同的网络活动空间里的ID和行为整合起来,在虚拟空间里投射一个完整的自我,每个人都有一个自己的多维形象,用户可以任意更改化身的衣着和形体。在此基础上,在客户端的设计方面采用基于RIA技术,并尽可能提供IM、Blog、页面定制、信息定制等服务和常用软件接口,使得用户使用更方便,满足个性化的需求。
  4.4 通过对采集数据识别仿真的自动三维建模技术
  基于模式识别的理论,将自动对采集到的数据进行分类,将其分为细节纹理数据和整体布局影像数据,利用多角度、全方位采集的整体布局影像数据建立出场景中各个建筑的轮廓模型并表现出模型群的位置关系。将细节纹理数据对应到相应位置的建筑表面,进行优化处理后再进行贴附。这种新的工艺使得三维模型可以被快速的自动仿真建立。
  5 实现和展望
  未来网络虚拟社区本身的专业、细分、兼容的发展趋势决定分布式的因特网是其最佳表现形式。RIA的出现为WEBVR提供了一种信息展示、组织、共享和利用的有效机制。作为一个新生的工具,RIA还有很多没有定义清楚或不完善的地方,需要进一步地发展。我们将继续深入研究RIA技术。希望通过对RIA技术的研究指导我们的WEBVR社区开发与实践,进一步提高客户端的计算能力、满足人们越来越强烈的个性化需求。此外,功能性增强的同时也造成了诸多安全隐患,这些方面都有改进的空间,也是我们今后研究的重点。
  参考文献:
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  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文


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