一种基于模型组件化动态web 3d虚拟现实场景的搭建方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明的基于模型组件化动态WEB?3D虚拟现实场景的搭建方法及系统，包括模型组件服务器，按照统一标准对模型进行规范，把模型组件化后，形成组件库，为后期开发3D虚拟现实项目提供统一的素材库；场景编辑服务器；场景动态加载服务器，优化Web?3D场景的显示，分批把动态的场景模型数据传输给用户加载；客户端，通过接收场景动态加载服务器的场景解析结果，根据动态加载要求多队列下载模型资源，并按照场景模型优先级与依赖关系进行场景的渲染。模型组件化后，模型可以在虚拟现实项目中进行复用，减少在场景搭建中模型使用的冗余，并在3D引擎效率以及网络传输效率上都有提升，降低用户体验3D虚拟现实的硬件成本，提高用户体验。
【专利说明】—种基于模型组件化动态WEB 3D虚拟现实场景的搭建方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及虚拟场景的搭建方法及系统，特别涉及基于模型组件化动态WEB3D虚拟现实场景的搭建方法及系统。
【背景技术】
[0002]对于企业和电子商务来说，虚拟现实技术的应用，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。企业将他们的产品以三维的形式发布，能够在internet上展现产品外观的各个方面、内部结构，并通过三维方式形象的演示互动操作，充分利用互联网高速迅捷的优势，深入、全面的展示产品特点，这是电子商务发展的重要方向。
[0003]对于电子商务平台，将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同时，大大增加电子商务平台对用户的粘合力，增加网络交易的机会。
[0004]目前，3D技术在Web方向以及电子商务领域运用中发展缓慢，其中一个重大原因就是运行效率问题，这在促进Web3D在电子商务领域发展过程中是无法回避的。另外，在Web3D虚拟现实研发方面，由于开发Web3D虚拟现实项目时，投入大，周期长，需要成立专门的团队从事3D建模与实现等工作，中小企业一般难以承受，即使大型企业也需要综合考量项目整体工作量，以及应对项目可能引发的蝴蝶效应。因此如何尽可能的降低3D模型建立的难度以及减少开发周期？也是在发展过程中亟需解决的问题，
[0005]专利“一种基于Web3D的超大场景实时渲染装置和方法”(专利申请号CN201110256005.7)，发明了一种超大场景实时渲染装置，涉及数据传输加载装置和方法，该专利通过数据传输部分和数据渲染部分的实施，使用户访问使用Web3D应用程序时不必再经过较长的等待时间，突破三维应用程序在互联网传播受网络带宽的严重限制；部署和实施Web3D应用时，不必担心用户群体的早期硬件配置较低的终端不兼容性，提升了 Web3D应用程序的可行性和实用性。
[0006]专利“基于Flex和web3D技术的富互联网应用方法”(专利申请号CN201310043052.2)，该专利涉及一种基于Flex和web3D技术的富互联网应用方法，该方法提供Flex前台显示模块、Unity3d三维编程模块、Flex与Unity3d通信模块、数据传输模块、数据处理模块、用户注册模块、上传与下载模块和数据保存与检索模块，采用基于上下文感知的富互联网数据传输策略，系统会自动预测用户的下一步行为，利用网络空闲时间传递数据，很好的降低了页面响应时间，提高了用户体验。
[0007]因为实际运用过程中，用户下载模型与实际查看使用模型存在很大的冗余，上述2个专利所提供的方法都是通过对模型数据的优化以及网络传输的优化，来提高Web3D的性能以及用户的体验，没有从业务实际出发，从按需索取模型资源的角度来解决虚拟大场景加载的问题，对于如何通过Web3D虚拟现实的资源复用来提高运行效率，以及提升开发速度上没有涉及。[0008]随着组件化技术的普及和深化，把虚拟3D场景中的模型以及功能部件进行拆分，构建多样的可复用的模型与功能组件库，每个组件都自己独立的版本，组件独立编译，独立打包和部署，通过可视化的搭建工具，把模型与功能组件搭建虚拟现实场景，实现一次设计开发，多次复用。这不仅有利于提高电子商务平台中产品在三维展示方面的质量，通过动态传输与加载的方法提高虚拟3D场景在Web应用上的运行效率，而且减低开发成本，提高开发效率，减少冗余。
【发明内容】
[0009]在本发明中，引入组件化技术、场景编辑器、大场景动态加载技术等，以解决Web虚拟现实项目中Web大场景执行效率低下等问题，同时改善了重复开发模型、场景搭建繁琐的不足，有利于控制3D运行损耗从而降低Web3D对硬件的要求，提升3D模型的执行效率，减少人工开发，提高虚拟现实开发效率。
[0010]本发明采用的技术方案为:一种基于模型组件化动态WEB3D虚拟现实场景的搭建系统，它包括模型组件服务器、场景编辑服务器、场景动态加载服务器、客户端，其特征在于:
[0011 ] 所述模型组件服务器:在模型组件服务器中，按照统一标准对模型进行规范，把模型组件化后，形成组件库，为后期开发3D虚拟现实项目提供统一的素材库；
[0012]所述场景编辑服务器:包含有一套可视化的Web3D虚拟现实项目场景组装工具，包括，可视化编辑模块和场景结构化模块；
[0013]所述场景动态加载服务器:优化Web3D场景的显示，分批把动态的场景模型数据传输给用户加载；大场景在漫游或显示中，只展示场景中的一块区域，通过对场景的拆分，把用户所使用区域的模型数据传输给用户加载显示，有效的提高3D引擎的效率；
[0014]所述客户端:通过接收场景动态加载服务器的场景解析结果，根据动态加载要求多队列下载模型资源，并按照场景模型优先级与依赖关系进行场景的渲染。
[0015]本发明还公开了基于模型组件化动态WEB3D虚拟现实场景的搭建方法，其特征在于，包括步骤为:
[0016]模型组件化处理步骤；
[0017]编辑场景步骤；
[0018]场景动态拆分与加载步骤。
[0019]本发明的有益效果如下:
[0020]I)模型组件化后，模型可以在虚拟现实项目中进行复用，减少在场景搭建中模型使用的冗余，并在3D引擎效率以及网络传输效率上都有提升，降低用户体验3D虚拟现实的硬件成本，提高用户体验。
[0021]2)虚拟现实场景的动态传输加载，优化了模型渲染，降低了有限网络加载大型3D场景的压力，同时降低用了虚拟现实用户对高图形化显示的硬件要求，提高了用户在Web浏览3D世界的体验。
[0022]3)场景结构化保存数据库中，方便3D模型的检索以及复用。结构化信息可以形成场景模板，用户只需要选择一个场景模板就可以快速搭建自己的虚拟场景，减低了搭建3D虚拟现实学习成本。[0023]4)本发明采用可视化的场景编辑器，降低了开发虚拟现实场景的难度，一些不懂编程开发的人员也可以加入到场景搭建的工作中来，一方面降低了虚拟现实项目的用人成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1本发明的系统结构示意图。
[0025]图2本发明的模型拆分的结构示意图。
[0026]图3本发明的模型组件化处理流程图。
[0027]图4本发明的大场景拼接搭建示意图。
[0028]图5本发明的场景网格化拆分示意图。
[0029]图6本发明的场景网格编号示意图。
[0030]图7本发明的定位网格示意图。
[0031 ]图8本发明的漫游摄影机示意图一。
[0032]图9本发明的漫游摄影机示意图二。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细解释说明。
[0034]参阅图1所示，本发明的系统结构包括模型组件服务器、场景编辑服务器、场景动态加载服务器、客户端。
[0035]I模型组件服务器
[0036]为了使3D虚拟现实模型在internet上的展示流畅，引入了模型组件库的概念，标准化模型可以重复应用于多个Web3D虚拟现实项目开发中。
[0037]在模型组件服务器中，按照统一标准(编码、拆分、存储)对模型进行规范，把模型组件化后，形成组件库，为后期开发3D虚拟现实项目提供统一的素材库。
[0038]1.1组件化模块
[0039]组件化模块由资源拆分子模块和资源打包子模块组成。
[0040]资源拆分子模块主要把统一编码后的模型进行拆分，形成两部分文件:主模型文件、材质贴图文件。并使用模型结构文本文件(JSON或XML)记录模型拆分的两部分文件间的依赖关系以及模型中自有的结构信息(父子模型依赖关系、旋转角度、缩放等信息)。这样生成主模型文件、材质贴图文件、模型结构文本文件3个文件(如图2)。
[0041]资源打包子模块用于对这3个文件压缩打包，形成通用的模型组件。
[0042]模型组件完成后，上传到模型组件库中进行管理。图2模型拆分的结构示意图。
[0043]1.2模型组件库
[0044]模型组件库是模型组件的集合，因为模型组件在开发时就进行了统一编码，模型组件库中可以对组件进行查询检索、版本控制、模型预览与操作。
[0045]模型组件库提供给多个Web3D项目模型的调取，模型组件库搭建在分布式文件系统基础之上，提升了模型组件的高并发的可用性与扩展性。
[0046]2场景编辑服务器[0047]场景编辑服务器中包含有一套可视化的Web3D虚拟现实项目场景组装工具，使用它可以提高通过提高Web3D虚拟现实项目开发效率，降低开发难度。
[0048]2.1可视化编辑模块
[0049]通过可视化编辑模块可以对模型组件库进行检索查询，并远程调用模型组件，力口载到编辑器中进行编辑(移动、旋转、缩放、分布等常规操作)，搭建场景。
[0050]可视化编辑模块通过调用模型组件库的方式搭建场景，也提供场景模板等快速建景功能。通过它大大提高虚拟现实场景搭建速度。
[0051]搭建完毕的场景通过场景结构化模型存储到场景编辑服务器上，可以供Web3D虚拟现实项目重复调用。
[0052]2.2场景结构化模块
[0053]这个模块主要用于将搭建完成的场景进行结构化存储。
[0054]通过模型组件库可以有效提高模型数据的复用，在场景搭建完成后，同样为了保证模型组件的复用，场景保存时只会保存场景的结构信息:场景所调用的模型组件、组件的摆放位置、大小、旋转等，而不会去保存使用的模型数据。
[0055]场景结构化模块通过遍历场景结构，生成场景的结构化文本(JOSN或XML格式)，并把结构化文件保存到数据库中。
[0056]3场景动态加载服务器
[0057]互联网资源是有限的，同时互联网用户的硬件配置也参差不齐，这为Web3D应用的开发增加了很大难度。Web3D虚拟现实场景需要在这样的条件下顺畅运行，需要对场景加载进行优化处理。场景动态加载服务器就这样应运而生了。
[0058]为了优化Web3D场景的显示最有效方法，就是分批把动态的场景模型数据传输给用户加载。再大的场景在漫游或显示中，只会展示场景中的一块区域，通过对场景的拆分，把用户所使用区域的模型数据传输给用户加载显示，可以有效的提高3D引擎的效率。
[0059]3.1场景结构化解析模块
[0060]这个模块主要是通过对场景编辑服务器生成好结构化文件进行解析与预处理，为下一步的场景动态拆分模型做准备。
[0061]通过对场景结构化解析，获取场景的实际大小，把场景进行网格化处理，再根据场景中模型的位置、旋转角度、体积信息计算出模型所占的网格编号，并创建场景模型与网格对应关系信息。其中，旋转角度可以在空间上以前后、左右、上下三个维度进行360°旋转。
[0062]通过这个解析处理可以很方便的了解一个3D场景划分成了多少个网格，每个网格中存在哪些模型。
[0063]3.2场景动态拆分模块
[0064]3D虚拟场景漫游一般通过一个漫游摄影机进行展现，场景模型的加载方式会根据这个特点进行动态加载。以漫游摄影机为中心，按一定规则，根据确定范围内的场景模型进行传输加载，这是一种最优化的网络传输加载方案。
[0065]场景动态拆分模块通过读取场景结构化文本文件，生成场景加载区域图。根据摄像机在场景中的位置，计算出摄影机视野内周边的8个网格编号。结合场景结构化解析模块完成的网格与模型对应关系，建立网格内模型列表，通过优先级的顺序建立模型下载队列，并把模型下载队列信息发送给客户端。[0066]4客户端
[0067]通过接收“场景动态加载服务器”场景解析结果，根据动态加载要求多队列下载模型资源，并按照场景模型优先级与依赖关系进行场景的渲染。
[0068]本专利提供的方法具体实现，包括:
[0069]I模型组件化处理
[0070]图3模型组件化处理流程图
[0071]( I)设计完成的模型后，按照统一编码管理方式对每个模型命名，保证模型在模型组件库中的唯一性，同时方便模型组件库的分类管理与检索。
[0072]模型组件唯一性编码。如:
[0073]
【权利要求】
1.一种基于模型组件化动态WEB 3D虚拟现实场景的搭建系统，它包括模型组件服务器、场景编辑服务器、场景动态加载服务器、客户端，其特征在于: 所述模型组件服务器:在模型组件服务器中，按照统一标准对模型进行规范，把模型组件化后，形成组件库，为后期开发3D虚拟现实项目提供统一的素材库； 所述场景编辑服务器:包含有一套可视化的Web3D虚拟现实项目场景组装工具，包括，可视化编辑模块和场景结构化模块； 所述场景动态加载服务器:优化Web3D场景的显示，分批把动态的场景模型数据传输给用户加载；大场景在漫游或显示中，只展示场景中的一块区域，通过对场景的拆分，把用户所使用区域的模型数据传输给用户加载显示，有效的提高3D引擎的效率； 所述客户端:通过接收场景动态加载服务器的场景解析结果，根据动态加载要求多队列下载模型资源，并按照场景模型优先级与依赖关系进行场景的渲染。
2.根据权利要求1所述的搭建系统，其特征在于，所述模型组件服务器包括: 组件化模块:组件化模块由资源拆分子模块和资源打包子模块组成； 资源拆分子模块:把统一编码后的模型进行拆分，形成两部分文件:主模型文件、材质贴图文件；并使用模型结构文本文件记录模型拆分的两部分文件间的依赖关系以及模型中自有的结构信息，这样生成主模型文件、材质贴图文件、模型结构文本文件3个文件； 资源打包子模块:用于对主模型文件、材质贴图文件、模型结构文本文件这3个文件压缩打包，形成通用的模型组件； 模型组件完成后，上传到模型组件库中进行管理。 模型组件库:模型组件库是模型组件的集合，模型组件在开发时进行统一编码，模型组件库中能够对组件进行查询检索、版本控制、模型预览与操作； 模型组件库提供给多个Web3D项目模型的调取，模型组件库搭建在分布式文件系统基础之上，提升模型组件的高并发的可用性与扩展性。
3.根据权利要求1所述的搭建系统，其特征在于， 所述可视化编辑模块:能够对模型组件库进行检索查询，并远程调用模型组件，加载到编辑器中进行编辑，搭建场景；可视化编辑模块通过调用模型组件库的方式搭建场景，也提供场景模板快速建景功能；搭建完毕的场景通过场景结构化模型存储到场景编辑服务器上，供Web3D虚拟现实项目重复调用； 所述场景结构化模块:用于将搭建完成的场景进行结构化存储；通过模型组件库提高模型数据的复用，在场景搭建完成后，同样为了保证模型组件的复用，场景保存时只会保存场景的结构信息:场景所调用的模型组件、组件的摆放位置、大小、旋转角度，不保存使用的模型数据；其中，旋转角度能够在空间上以前后、左右、上下三个维度进行360°旋转； 场景结构化模块通过遍历场景结构，生成场景的结构化文本，并把结构化文件保存到数据库中。
4.根据权利要求1所述的搭建系统，其特征在于，所述场景动态加载服务器，包括: 场景结构化解析模块:通过对场景编辑服务器生成好结构化文件进行解析与预处理，为下一步的场景动态拆分模型做准备；通过对场景结构化解析，获取场景的实际大小，把场景进行网格化处理，再根据场景中模型的位置、旋转角度、体积信息计算出模型所占的网格编号，并创建场景模型与网格对应关系信息；其中，旋转角度能够在空间上以前后、左右、上下三个维度进行360°旋转； 场景动态拆分模块:3D虚拟场景漫游通过漫游摄影机进行展现，场景模型的加载进行动态加载，以漫游摄影机为中心，按一定规则，根据确定范围内的场景模型进行传输加载；场景动态拆分模块通过读取场景结构化文本文件，生成场景加载区域图，根据摄像机在场景中的位置，计算出摄影机视野内周边的8个网格编号，结合场景结构化解析模块完成的网格与模型对应关系，建立网格内模型列表，通过优先级的顺序建立模型下载队列，并把模型下载队列信息发送给客户端。
5.一种基于模型组件化动态WEB3D虚拟现实场景的搭建方法，其特征在于，包括步骤为: 模型组件化处理步骤； 编辑场景步骤； 场景动态拆分与加载步骤。
6.根据权利要求5所述的搭建方法，其特征在于，所述模型组件化处理步骤具体为: (1)设计完成的模型后，按照统一编码管理方式对每个模型命名，保证模型在模型组件库中的唯一性； (2)统一编码后模型，被拆分成两部分文件:主模型文件、材质贴图文件，并使用模型结构文本文件记录模型两部分文件的依赖关系，以及主模型文件内的结构信息； (3)对3部分数据文件:模型结构文本文件、主模型文件、材质贴图文件,进行压缩编码、打包，形成通用的模型组件； (4)模型组件上传模型组件库，供Web3D虚拟现实项目调用。
7.根据权利要求5所述的搭建方法，其特征在于，所述编辑场景步骤具体为: (1)通过调用模型组件库，以可视化的方式搭建场景，搭建3D虚拟现实场景，可视化编辑工具支持模型的自由摆放、旋转、放大、缩小、对齐操作，以及自定义脚本事件的编辑；可视化编辑模块也支持把编辑完成的场景存为场景模板，共享给其他项目使用； (2)场景结构化:使用模型组件化，3D虚拟场景保存时，不需保存场景模型数据，只对场景中使用模型的结构化信息进行保存，其中，模型的结构化信息包括:场景中坐标信息、旋转角度、引用贴图、模型类型、包围盒Bounds信息以及贴图资源依赖关系信息； (3)大场景拆分成多个小场景，对小场景进行编辑完成后，再把多个小场景进行拼接，形成大场景； (4)完成的场景，对场景结构进行保存。
8.根据权利要求7所述的搭建方法，其特征在于: 小场景搭建: (31)场景地面铺设:在模型组件库中选择地面素材组件，对场景地面进行铺设； (32)场景模型搭建:选择模型库中的场景装饰物素材组件，对场景进行装修；模型在场景中支持拖拽、旋转、缩放操作，快速装修出一套虚拟场景； (33)人模出生点:虚拟现实场景中存在人物漫游，定义场景中人物出生点信息； (34)保存，并生成场景结构化信息； 大场景拼接搭建: (35)场景地面铺 设:在模型库中选择大场景地形素材，对大场景进行铺设；(36)如果之前保存过小场景信息，调用小场景信息并加载； (37)保存，并生成大场景结构化信息。
9.根据权利要求5所述的搭建方法，其特征在于，所述场景动态拆分与加载步骤具体为: (1)读取场景结构化信息，分析场景大小； (2)把场景进行网格化拆分，建立模型与网格的对应关系，并对网格进行编号； (3)定位网格:根据漫游摄影机在场景中的位置计算出对应的漫游摄影机所在的网格编号，并计算出周围的网格编号，将漫游摄影机的位置信息发送给服务器； (4)计算需要加载的物体:漫游摄影机周围网格的编号，根据计算场景每个网格内的物体的结果确定区域内物体信息； (5)漫游摄影机移动时动态加载:根据摄影机在漫游时的位置，通过对场景结构文本数据计算，得出场景模型分布，得到模型网格分布图，形成摄影机可视区域的模型下载队列，并按优先级顺序加载进摄 影机渲染。
【文档编号】G06T15/00GK103885788SQ201410149550
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】涂敏飞, 卜雄剑, 陈阳, 杨荣荣, 李海俊 申请人:焦点科技股份有限公司