互联网上的三维技术：Web3D

互联网上的三维技术：Web3DWed3D技术发展前景虽然，Wed3D技术将有好的发展前景，但仍然不可乐观，它面临下述问题：网络带宽仍然是Wed3D主要瓶颈：当前处理器的速度与网络的带宽只能初步满足Wed3D图形联机操作的要求，随着Cablemodems和DSL连接的应用，网络带宽将有更大的改进，当一个10MB左右的Wed3D模型文件只需要几秒钟下载时，Wed3D图形的质量将有很大的改善，而现在的带宽还不能满足要求。Flash作为2D动画在互联网上的成功的关键是只有唯一的技术和标准。现在的Wed3D图形是有几十种可供选择的技术和解决方案，多种文件格式和渲染引擎的存在是Wed3D图形在互联网上应用的最大障碍，而这种局面在今后若干年还将存在。从现在的发展态势来看，有几种技术可能在未来有一定的优势：X3D：由Web3DConsortium制定，得到大学，政府机构及一些Wed3D图形公司的支持，由于它是VRML97下一代新的国际标准，有比较广泛的社会基础。Pulse3D：在游戏娱乐领域内领先，使用它的技术的游戏网站有100多个，它得到Discreet和Entertaindom公司的资金支持，现在它正在把游戏领域的技术优势应用到e-commerce。它的插件支持QuickTime5andRealPlayer。Viewpoint：前身是MetaCreations（3D图形应用软件开发商），它卖掉了所有的其他软件产品，改名为Viewpoint，专们从事Wed3D图形技术。其渲染引擎的模块化结构极易扩充，并且能与QTVR-,iPix-,andXML-等标准集成。它的目标是e-commerce。它的技术的最大特色是与XML集成。Cult3D：开发了e-commerce的全套解决方案，已经有450e-commerce网站使用了Cult3D技术，近10000个商业模型，它也在向娱乐领域扩充，提供全面解决方案，提供最稳定可靠的渲染引擎Shockwave3D：这是Macromedia公司Flash插件，有着极为广大的用户群（据说世界上有1亿3千万人安装），更引人注目的是Intel把它的Wed3D图形集成到Shockwave。IntelWed3D图形极具特色：动态调节3D内容的分辨率，曲面光滑技术，照片级逼真材质及各种特色效应。在今年的SIGGRAPH2002世界计算机图形会议上,Intel宣布建立Wed3D/CAD工作组,其主要目标是：建立一个统一的，开放的文件格式，用于在Web上显示实时的3D图形。与此同时Wed3DConsortium在SIGGRAPH2002会议上了发布X3D最终工作草案。X3D是一个成熟的标准,是VRML的下一代标准，但是Intel完全没有提到它，如果Intel重新制定另外一个新标准，X3D的将面临尴尬，就Intel公司的实力和威望，X3D很难成为真正的国际标准。Intel公司很可能将左右新标准的制定与推行。预测未来谁是最后的胜利者是困难的，也许很长一段时间内将是多种技术同时共存而又相互竞争。而Intel和微软都具有左右Wed3D发展前景的实力。现在我们应该思考一下，我们国内应该如何发展我们自己的Wed3D图形技术?互联网的出现及飞速发展使IT业的各个领域发生了深刻的变化，它必然引发一些新技术的出现。3D图形技术并不是一个新话题，在图形工作站以至于PC机上早已日臻成熟，并已应用到各个领域。然而互联网的出现，却使3D图形技术发生了和正在发生着微妙而深刻的变化。Wed3D协会（前身是VRML协会）最先使用Wed3D术语，这一术语的出现反映了这种变化的全貌，没有人能严格定义Wed3D，在这里我们把Wed3D理解为：互联网上的3D图形技术，互联网代表了未来的新技术，很明显，3D图形和动画将在互联网上占有重要的地位。那么，什么是Wed3D？它是如何发展起来的？它的最新发展怎样？用于哪些应用？还存在哪些问题？下面我们一一道来。VRML——互联网3D图形的开放标准VRML是3D图形和多媒体技术通用交换的文件格式，它基于建模技术，描述交互式的3D对象和场景，不仅应用在互联网上，也可以用在本地客户系统中，应用范围极广。由于网上传输的是模型文件，故其传输量大大小于视频图像。VRML97使任何一个3D图形爱好者能制作可在互联网上实时渲染的3D场景模型。形形色色的互联网3D图形软件制作互联网3D图形的软件并没有完全遵循VRML97标准，许多公司推出了它们自己的制作工具，使用专用的文件格式和浏览器插件，类似的软件大约有三十几种之多。这些软件各有特色，都比VRML有了进步，在渲染速度，图像质量，造型技术，交互性以及数据的压缩与优化上有都胜过VRML之处。互联网3D图形的关键技术——实时渲染引擎实时渲染引擎的作用是解释并翻译实施场景模型文件的语法，实时渲染从服务器端传来的场景模型文件，在网页访问者的客户端逐帧、实时地显示3D图形。互联网3D图形软件厂商目前通常把实时渲染引擎做成一个插件，在观看前需要先下载并安装在IE浏览器上。显然，实时渲染引擎是实施互联网3D图形的关键技术，它的文件大小、图形渲染质量、渲染速度、以及它能提供的交互性都直接反映其解决方案的优劣。新一代互联网3D图形的标准——X3DX3D标准的发布，为互联网3D图形的发展提供了广阔的前景，无论是小型的具有3D功能的web客户端应用，还是高性能的广播级应用，X3D都应该是大家共同遵守的标准，从而结束当前互联网3D图形的这种混乱局面。在统一的X3D基本框架下保证不同软件厂家开发软件具有互操作性。三维建模与Wed3D图形的制作工具手工编写VRML的场景模型文件.wrl文件是非常繁琐而复杂的工作，对于大型场景模型几乎是不可能的。近几年，许多软件厂商都使用3DSmax建立场景模型，安装相应的输出插件，再直接建立场景模型文件。现在最有名的Wed3D图形软件公司，如cult3D和viwepoint都可以在3DSmax中直接输出它们的专用文件格式的场景模型文件。JAVA在互联网上的3D图形的成功Java在互联网上几乎随处可见，而它在3D图形上正在显示出更大的威力。使用Java的重要理由之一是它的平台无关性。因此，只要支持JVM，就能运行JAVA小程序。两种最有名的浏览器Netscape和IE3都支持JVM（Java1.0.2）。因此用Java制作的3D图形几乎都可以在互联网的浏览器上显示。互联网3D图形技术的应用当前，互联网上的图形仍以2D图像为主流，但是，3D图形必将在互联网上占有重要地位。互联网上的交互式3D图形技术Wed3D正在取得新的进展，正在脱离本地主机的3D图形，形成自己独立的框架。最具魅力的Wed3D图形将在互联网上有广泛应用，如电子商务、联机娱乐休闲与游戏、科技与工程的可视化、教育、医学、地理信息、虚拟社区。Wed3D技术发展前景虽然，Wed3D技术将有好的发展前景，但仍然不可盲目乐观，它还面临着很多问题，如带宽、处理器速度等。现在的Wed3D图形是有几十种可供选择的技术和解决方案，多种文件格式和渲染引擎的存在是Wed3D图形在互联网上应用的最大障碍，而这种局面还将长时间存在。VRML---互联网3D图形的开放标准VRML是3D图形和多媒体技术通用交换的文件格式，它描述交互式的3D对象和场景。它不仅应用在互联网上，也可以用在本地客户系统中。其应用范围极广：工程和科学可视化，多媒体，娱乐游戏，互联网3D图形，教育，虚拟社区等。在1996年发布VRML1.0。VRML97是最新的国际标准。VRML97的制定促进互联网上的3D图形技术的开发。由于网上传输的是模型文件，故其传输量大大小于视频图像。VRML97使任何一个3D图形爱好者能制作可在互联网上实时渲染的3D场景模型。VRML是基于建模技术的，它描述3D场景中的几何对象的尺寸和形状，色彩，材质，灯光，动画及其交互性。然而，在97年之后，VRML3D图形进展缓慢，远远没有达到期望值。究其原因主要有以下几点：1互联网对3D图形的需求并不急切，到目前为止2D图像仍在HTML文件中站主导。2网络带宽仍然是制约网上的3D图形主要瓶颈。3VRML97过于庞大，它包罗万象：3D几何对象，色彩，材质，灯光，相机，动画以及提供交互性的传感器等等。4网站的访问者必须先花费10-15分钟的时间下载插件，然后再像安装软件那样安装这个插件，才能观看一个十分粗糙3D图形。图1用VRML制作的法国虚拟巴黎3D场景(可用鼠标实时3D漫游)形形色色的互联网3D图形软件国际上有一个VRML（VRMLConsortium）协会，这是一个非赢利组织，主要任务是制定互联网上的3D图形标准与规范。VRML97发布后，互联网上的3D图形几乎都使用VRML。VRML协会没有及时推出VRML97的下一代标准。最近几年内互联网又有了长足的进展，互联网对图形、图像、视频技术的发展显然有了新的需求，特别是电子商务。互联网上的竞争十分激烈，只要有需求，有利润，就会推进新技术。制作互联网3D图形的软件并没有完全遵循VRML97标准，许多公司推出了它们自己的制作工具，使用专用的文件格式和浏览器插件，类似的软件大约有三十几种之多。这些软件各有特色，都比VRML有了进步，在渲染速度，图像质量，造型技术，交互性以及数据的压缩与优化上有都胜过VRML之处。它们显然都瞄准了电子商务，为网上的电子商品或电子商场提供3D展示。这里我们举出一些软件的英文简称：Cult3D，Viewpoint，GL4Java，Flatland，Fluid3D，Janet3D，Java3D，Pulse3D，Shout3D，Sumea，Superscape，Vecta3D，blaxunn3D，OpenWorlds。所有的公司都希望自己的解决方案能成为事实上的国际标准。图2Wed3D的商品展示(商品可用鼠标作3D旋转和细部观看)现在的问题是：要在互联网上观看它们的3D图形，先要下载1MB-7MB的插件，然后安装在网页浏览器上（如IE）。这是一件十分烦人的事，插件的种类之多，使人无所适从。要观看十个不同网站，您就要下载并安装十个不同厂家的插件。互联网3D图形的关键技术——实时渲染引擎这些插件就是实时渲染引擎,其作用是:解释并翻译实施场景模型文件的语法，实时渲染从服务器端传来的场景模型文件，在网页访问者的客户端逐帧、实时地显示3D图形。把实时渲染引擎做成一个插件，在观看前先要下载并安装在IE浏览器上，这是互联网3D图形软件厂商目前的通常做法。显然，实时渲染引擎是实施互联网3D图形的关键技术，它的文件大小、图形渲染质量、渲染速度、以及它能提供的交互性都直接反映其解决方案的优劣。文件的大小：目前大多数1MB左右，如微软的VRML渲染引擎是1.2M、blaxxun公司的Contact是4.2M、而最小的基于JAVA技术的只有58k。当然，渲染引擎越大，渲染的图像质量就越好，功能就越强大。但下载一个4.2M的插件才能在网上观看3D图形，在目前的网络速度下,仍然是不现实的。图形渲染质量:目前图形质量较好的渲染引擎应该属于cult3D和viewpoint(它们的文件尺寸分别是1.4M和7.9M),使用专用的文件格式。即有较好的图形质量而下载文件尺寸也不大的应该是Parallelgraphics公司的CortonaVRML(1.33M)。渲染速度:支持openGL或微软的Direct3D是提高渲染速度和图形质量的关键，在这一点上互联网3D图形与本地3D图形没有区别。交互性：交互性是互联网3D图形的最大特色，只有实时渲染才能提供这种交互性，本地3D图形的预渲染不能提供这种至关重要的灵活性。交互性是指3D图形的观看者控制和操纵虚拟场景及其中3D对象的能力，比如：你可以随时改变在虚拟场景中漫游的方向和速度，你可以打开虚拟场景中的门等等。研制更好的实时渲染引擎是各软件厂商竞争的焦点，于是就产生了五花八门的3D图形文件格式与相应的浏览器插件。然而VRML毕竟是交互式3D图形开放式国际标准,仍然有很多软件提供对VRML的兼容性。结束这种混乱局面的最好办法是微软在