馮振平

引言：X3D技術(shù)是Web3D聯(lián)盟提出的互聯(lián)網(wǎng)3D圖形的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，它整合了Java、流媒體及多媒體等技術(shù)，使其具有更好的跨平臺性和動(dòng)態(tài)性，更強(qiáng)大高效的3D計(jì)算能力、渲染質(zhì)量和傳輸速度。

前言

X3D （Extensible 3D）是Web3D 聯(lián)盟提出的新一代互聯(lián)網(wǎng)三維圖形標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC 19775），它繼承并發(fā)展了VRML 技術(shù)，整合了Java、XML、流媒體及多媒體等技術(shù)，使其具有更好的跨平臺性和動(dòng)態(tài)性，更強(qiáng)大高效的3D 計(jì)算能力、渲染質(zhì)量和傳輸速度。由于X3D基于XML 標(biāo)準(zhǔn)，其擴(kuò)展性和跨平臺性大大增強(qiáng)。采用XML 編碼結(jié)構(gòu)使得X3D 瀏覽器使用DOM （文檔對象模型） 來存取數(shù)據(jù)成為可能，X3D 瀏覽器通過對樹形結(jié)構(gòu)各結(jié)點(diǎn)的操作，來實(shí)現(xiàn)虛擬三維場景的瀏覽與控制。

一、研究內(nèi)容

本論文主要是構(gòu)建一個(gè)基于X3D技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬小區(qū)信息系統(tǒng)。研究工作著重針對虛擬小區(qū)的系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)與架構(gòu)，研究了景觀建模、場景交互和數(shù)據(jù)庫訪問等關(guān)鍵問題和技術(shù)，做出了一定的創(chuàng)新性工作。主要研究內(nèi)容：

1、系統(tǒng)研究X3D技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論基礎(chǔ)、技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用現(xiàn)狀。

2、基于X3D的虛擬城市小區(qū)體系結(jié)構(gòu)和三維場景的實(shí)現(xiàn)方法。

3、構(gòu)建虛擬信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)研究基于X3D的交互功能。

4、深入研究了X3D技術(shù)理論及其在WebGIS中實(shí)際應(yīng)用。

二、技術(shù)路線

虛擬小區(qū)信息系統(tǒng)主要是利用3DsMax建模工具進(jìn)行建模，然后利用X3D編輯器編輯優(yōu)化整合各個(gè)模型，具體建模技術(shù)路線如下圖。

三、小區(qū)模型的建立

3.1 樓房模型的建立

3.1.1 獲取目標(biāo)模型的屬性數(shù)據(jù)

為了在制作時(shí)不偏離實(shí)際情況并且使三維景觀具有真實(shí)感，應(yīng)對目標(biāo)進(jìn)行了實(shí)地踏勘，主要是利用數(shù)碼相機(jī)對小區(qū)的外觀及每一個(gè)建筑物和標(biāo)志性建筑進(jìn)行了拍攝，獲得實(shí)際建筑物的外形資料（包括建筑物的外形、高度、層數(shù)、地理位置和顏色等），并且將拍攝到圖片保存到計(jì)算機(jī)中以供紋理貼圖時(shí)使用。

3.2 交通層模型的建立

因?yàn)榈缆穼幽Ｐ托误w單一，可以使用簡單幾何形體造型，例如在3DS Max中利用長方體、柱體等加入旋轉(zhuǎn)角度可以快速的組建，或是采用建立交通的模型體庫，將相似的道路及人行道利用引用單體的方式進(jìn)行組建[8]。道路層的空間坐標(biāo)位置可以通過矢量化好的二維電子地圖與虛擬空間X、Y坐標(biāo)平面進(jìn)行擬合獲得。

3.3 植被層模型的構(gòu)建

對于樹木層的構(gòu)建，依據(jù)多地區(qū)樹木在形態(tài)種類方面的差異，可以有多種建模方式方法，考慮計(jì)算機(jī)中顯示的精細(xì)程度、計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)延遲方面的影響，可以將樹木層的構(gòu)建分為六類方法：簡單型體造型、復(fù)雜型體造型、單面片造型、十字造型法、干葉分離法、廣告牌技術(shù)等。

對于細(xì)節(jié)化程度要求較低的樹木，可以采用簡單型體造型來表現(xiàn)植物，如圓柱（Cylinder）、圓錐（Cone）、甚至球體（Sphere）都可以用來表現(xiàn)樹，這些簡單造型可以很好的解決顯卡顯示帶來的延遲，前端顯示比較流暢。

3.4 場景優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是將制作的模型全部導(dǎo)出為*.wrl格式的文件，之后使用InLine節(jié)點(diǎn)將模型連接到一個(gè)文檔中，再設(shè)置場景、燈光、視點(diǎn)、動(dòng)畫等信息，以增加小區(qū)的真實(shí)效果。

3.4.1 天空、地面和燈光設(shè)置

設(shè)置天空地面主要用Background節(jié)點(diǎn)，設(shè)置燈光用DirectionalLight和SpotLight節(jié)點(diǎn)，具體代碼如下

DEF skycolor Background { #場景圖設(shè)置

groundColor 0 .6 0

skyAngle [ .785， 1.57 ]

skyColor .3 .4 .5

backUrl "image/sky_back.jpg"#后天空圖

frontUrl "image/sky_front.jpg"#前天空圖

leftUrl "image/sky_left.jpg" #左場景圖

rightUrl "image/sky_right.jpg"#右天空圖

3.4.2 動(dòng)畫和視點(diǎn)設(shè)置

在三維漫游功能設(shè)計(jì)中，采用X3D中的攝像機(jī)（Camera Viewpoint）節(jié)點(diǎn)、時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)（TimeSensor）、位置插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)（PositionInterpolator）、朝向插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)（OrientationInterpolator）以及控制時(shí)間傳感器的腳本程序完成。攝像機(jī)控制視野的角度及視界圍；時(shí)間傳感器控制漫游的速度與時(shí)長、漫游的起始與結(jié)束的時(shí)間；位置插補(bǔ)器控制虛擬場景中漫游位置，在系統(tǒng)中設(shè)定幾個(gè)漫游路線的拐點(diǎn)來控制場景漫游的位置變化，位置插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)（PositionInterpolator）通過設(shè)定PositionInterpolator下的KeyValue來定位漫游路線中的位置三維坐標(biāo)（X，Y，Z），通過Key來設(shè)定設(shè)定變化的線性時(shí)間間隔；朝向插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)是用來控制虛擬場景中的漫游攝像機(jī)的朝向問題的，通過朝向插補(bǔ)器可以設(shè)定攝像機(jī)的朝向，通過朝向的變化達(dá)到視界范圍內(nèi)的虛擬地質(zhì)景觀的變化；Route路由功能是虛擬場景漫游的驅(qū)動(dòng)，通過時(shí)間的變化導(dǎo)致位置的變化，通過位置的變化達(dá)到朝向的變化，近而達(dá)到漫游的效果。

3.4.3 自由導(dǎo)航設(shè)置

自由導(dǎo)航設(shè)置主要是鍵盤中的上下左右鍵操作系統(tǒng)，進(jìn)行前后行進(jìn)操作， navigation視點(diǎn)導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)可以提供有關(guān)瀏覽者如何在X3D虛擬世界里導(dǎo)航的信息，可以使用移動(dòng)、行走、飛行等類型進(jìn)行瀏覽，并且提供了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的替身的信息，使用該替身可在虛擬現(xiàn)實(shí)世界空間里遨游馳。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾潤國，聶志鋒，盧建剛等_basiC/2005/08/17/0006.htm.

[2] 數(shù)字城市將帶給我們什么.http：//www.cin.gov.cn/ude/53103.htm.

（作者單位：沈陽市勘察測繪研究院）