基于UE4的Web三维可视化研究

来源:用户上传      作者:陈根土 钟娟娟 沈巍

　　摘 要：三维可视化广泛应用于游戏、影视、动画、建筑、工业制造、医疗等领域。而基于Web的三维可视化更因有着简便快捷等优点受到人们的喜爱。UE4引擎应用到Web三维可视化领域，给传统三维可视化带来了变革。借助UE4引擎的能力，构建一个逼真、快捷、轻便的三维可视化场景。文章通过对UE4引擎的各种能力的研究，并结合Web三维可视化的业务特点，设计了基于UE4的Web三维可视化系统的结构，并且给出了每个结构的具体技术实现。
　　关键词：UE4引擎;Web;三维可视化
　　中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）23-0017-04
　　Research on Web 3D Visualization Based on UE4
　　CHEN Gentu， ZHONG Juanjuan， SHEN Wei
　　（Zhejiang University Insigma System Engineering Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China）
　　Abstract： 3D visualization is widely used in games， film and television， animation， architecture， industrial manufacturing， medical and other fields. The 3D visualization based on Web is loved by people because of its simplicity and quickness. The application of UE4 engine in the field of Web 3D visualization has brought changes to the traditional 3D visualization. With the ability of UE4 engine， we can build a realistic， fast and portable 3D visualization scene. In this paper， through the research of various capabilities of UE4 engine， combined with the business characteristics of Web 3D visualization， the structure of Web 3D visualization system based on UE4 is designed， and the specific technical implementation of each structure is also given.
　　Keywords： UE4 engine; Web; 3D visualization
　　0 引 言
　　随着浏览器技术的发展，主要是HTML5和WebGL技术逐步在主流浏览器中的普及，基于Web的三维可视化应用越来越多。行业内也出现了不少优秀的引擎来帮助大家快速构建三维可视化，比如开源的Cesium.js、Three.js，国内也涌现出不少知名厂家如超图、ThingJS等。但这些引擎普遍存在一些难点：
　　（1）体大模型的加载难。如文件大小大于1 GB的单个rvt文件，三角面片大于2 000万的时候，加载就会变得非常缓慢，对网络带宽压力也非常大。
　　（2）大量模型的加载难。如一个城市的所有简模，建筑数量在百万级，面片数千万以上。前端内存会被消耗光，即便调整浏览器分配的内存也无济于事。
　　（3）模型的渲染效果差，渲染出来的真实感比较差，只能简单的示意一下。
　　但是这些痛点在本地渲染的游戏引擎中通常都不是问题。本论文主要围绕Web三维可视化的上述痛点问题，研究了如何结合UE4的能力来解决并设计了基于UE4的三维可视化系统。
　　1 课题研究的意义和创新点
　　Web三维可视化对大场景、大模型以及真实感的需求越来越多，用户打开浏览器往往希望可以快速地基于三维场景进行业务的操作。而这些在通常的Web三维引擎中通常很难做到。课题主要研究UE4的PBR材质系统、lod技术，WebRTC技术等，并通过对这些技术的整合实现在网络带宽只有2～8 Mbps，仅使用普通的PC电脑就能实现海量模型的三维可视化，并且用户可以在秒加d场景的情况下进行各种三维可视化的业务操作。
　　UE4（Unreal Engine 4）是目前世界上最知名、最顶尖的3D游戏引擎。UE4的画质效果完全达到3A游戏大作的水准。本课题创造性地将UE4应用于Web三维可视化，提升了Web三维可视化的视觉效果，并通过WebRTC技术实现了在普通用户电脑也可以享受3A游戏大作的三维可视化效果。
　　2 UE4像素流技术
　　Web可视化主要依靠UE4的像素流能力，他是整个Web可视化的基石。像素流技术在远端先将图像渲染好，再通过WebRTC协议发送给浏览器。用户端仅需较少的带宽即可在低性能的设备上还原逼真的画质。架构图如图1所示。
　　2.1 UE4材质系统
　　Web可视化的逼真设计效果可以基于UE4的材质系统，UE4简化了材质的制作流程，用户只需要简单的连线即可设计出逼真的效果，其基于PBR的材质系统可以更加准确和自然的还原真实的外观。UE4材质编辑器截图如图2所示。

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