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基于Web3D的交互式产品演示设计探索

来源:世旅网
垫! Q:! I T技术 Science and Technology Innovation Herald 基- ̄Web3D的交互式产品演示设计探索① -王若愚 (天津大学仁爱学院天津301 636) 摘 要:Web3D ̄术是一种互联同上的3D图形技术.是网络技术和虚拟现实的结合,将其应用于互联一电子商务的三拳产品展示领域是莲一技 术目前的发展趋势之一。谊文介绍 ̄"Web3D技术的发展概况及目内几种主要web3D技术的托羔,时Web3D技术在产品演示方面的应用进行KJ法 分析, ̄XFlash3D技术为倒讨论网络三堆交互式产品演示的实现模式,并提供技术及设计思路。 关键词:Web3D产品演示KJ法 贴图烘焙Flash3D 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1674一O98x(20l3)06(c)一004卜o4 A study of Web3D interactive product demo design WANG Ruo-yu (Renal Coliege of Tianjin University。Tianjin 301636,China) Abstract:Web3D is e 3D graphics technology based Oll the Internet combined by network technology and virtual reality,apply it into the field of 313 product demo of Internet e--commerce is one of the eurrently development trends.This article will introduce the overview of Web3D’s development and features of several domestic main Web3D technologies,annlyze Web3D’s application on aspect of product demo by KJ method。discuss teh model of Web--based 3D interactive product demo used Flash3D as an example.and provide technology and design ideas. Key words:Web3D Product Demo ILl hiethod Texture baking Flash3D 网络三维技术(Web3D)目前还没有 Language)即虚拟现实建模语言。l998 从技术特点和发展前景两方面做研究动态 严格的定义,广义上可以理解为:互联网上 年,VRML协会更名为web3D协会,完成 的对比分析: 的3D图形技术。用于实现网络的三维化和 了VRML到Extensible 3D(可扩展三 Java3D,主要优点是:可编写复杂的 动态的交互。至今已经在休闲娱乐、科研教 维语言)的转换,并最先使用了Web3D 三维应用程序,具有平台无关性,支持JVM 学、地理信息、虚拟社区等方面得到了广泛 一词。现在,Web3D的实现有几十种可供 (Java Virtual Machine)的溯览器都 应用。其中,在电子商务领域,Web3D也是 选择的技术和解决方案,类似的软件有 可以显示用Java ̄1]作的3D图形。缺点是: 产品演示的一种手段。通过编写模型文件 三十几种之多,并且仍然有新的技术出现 对于非计算机专业人员,处理复杂问题工 或拍摄实体后3D网格化或使用三维建模软 (如:正在开发的全新Flash3D物理引擎 作量庞大。发展前景:全世界90%的人使用 件,得到产品原始模型,导入某种Web3DI JigLibFlash),使Web3D的渲染速度,图 的是微软的IE浏览器,微软目前最成熟的 具编译交互功能和控制模块后嵌入到网络, 像质量,造型技术,交互性以及数据的压缩 Windows XP操作系统中没有预装JVM。 由其相应的实时渲染引擎支持终端浏览,从 与优化等方面不断得到提高 在这些企业 Java3D的应用普及受到一定限制。 而构建可交互的三维虚拟产品演示…。 或个人的Web3D研发活动中,以商业化应 X3D/VRML2.0(VRML97),主要优 ’用为目的的占了很大比重,这样一来,不同 点是:编写程序较BASIC、Java.script简 1绪论 的商用领域使得各种Web3D技术的特点各 单,适于普及}由Web3D Consortium制 Web 3D技术是一I]开拓性、综合 不相同。以目前较为成熟的技术为例,如表 定,是VRML97下一代新的国际标准,有 性、实用性很强的技术,在互联网的发 1所示(★表示在该领域应用较为成熟,☆ 比较广泛的社会基础I X3D可扩展,开发者 展中占有重要地位,并将逐步取代主流 表示在该领域有拓展趋势) 可根据自己的需求扩展其功能,在统一的 的2D图形技术,为未来的互联网带来 可以看出,电子商务(e-commerce) x3D基本框架下,不同软件厂商开发的软 革命性的变化。许多世界知名厂商陆续 和电子娱乐(e—entertainment)是目前 件具有互操作性。缺点是:语言功能不够 推出了自己的Web3D技术,如Java 3D 各种技术竞争最为激烈的领域,在电子商 完善,与Java语言等其他高级语言的连接 (SUn:MiCrOsystem s)、Di rect3D 务上的应用又以产品的演示和宣传为主。 较难掌握。发展前景:Intel建立旨在统一 (Microsoft)、Atmosphere(Adobe)、 这其中专为产品演示而生的CuIt3D发展 开放Web3D文件格式的Web3D/CAD工作 V JewPOint(Meta stream)、Cult3D 最为成功,现已开发了e—cornmerce的全 组时,没有提及x3D,X3D是否能成为真 (CYCO re)等,如图l一4所示。同时, 套解决方案,有约450个e—commerce网 正的国际标准还是未知数。 web3D也面临着很多问题,如:带宽、处理 站使用了Cult3D技术,近10000个商业模 Cult3D,主要优点是:可以嵌入Java 器速度、三维加速(显卡对画质进行细化, 型;Viewpoint虽不如Cult3D那样普及, 类来增强交互和扩展,开发环境较人性化、 提高画面流畅度)等。其中,多种文件格式 但也已经将自己的技术优势成功应用于产 条理化,开发效率较高。缺点是:浏览器 和渲染引擎的共存是Wed3D在互联网上应 品演示领域了 J。 插件普及率不高,需要较高质量的三维模 用的最大障碍。由于每种wed3D技术都各 型。发展前景:在产 示领炒的应用较 有特色,不断地尝试、完善、磨合是发展的 3几种Web3D技术的比较 为成功,仍存在交互性、插件普及和建模成 必经之路。在形成统一的标准前,这种竞 我国在虚拟现实领域自主研发了VR一 本的问题。目前Cult3D已采用REALVIZ 争局面还将长时间存在 :Platform即三维互动仿真平台。但还没有 公司的Image Modeler(基于照片建模技 自己的Web3D图形技术。国内在产品演 术)作为建模工具,这种建模技术降低了 2 Web3D技术的发展概况 示方面对Web3D技术的研究和应用多以 建模成本,又带来了技术普及的问题 。 Web 3D技术的出现最早可追溯到 Java3D、VRML、Cult3D为主。本课题拟 Fl ash3D,主要优点是:Flash播放器 VRML(Virtual Reality Modeling 选用近几年才出现的Flash3D技术。下面 普及程度高}Action Script语言学习资源 ①作者简介:王若愚(1984一),男,天津人,天津大学仁爱学院机械工程系工业设计专业助教,主要研究方向为数字媒体艺术、造型设计、  -平面设计等。 科技创新导报Scionce and Technology Innovation Herald 4 1 垫 Q:塑 Sciartca and Technology Innovation Herald T技术 较多;交互控制功能优秀。缺点是:对CPU 控制要求高;对模型面数支持不足,画面生 成质量受限;研究组织和学习资源较少。发 展前景:由于Flash在网络二维图形技术中 的广泛应用,F1ash3D已经具有了良好的 应用普及基础。Action Script 3发布后, Flash3D的效率、功能都有了很大的提高。 当前Flash播放器不支持GPU(GraPhic Processing Unit)即图形处理器,因此 Flash 3D的运算都是基于CPU的,这一点 对于需要高质量画面生成的产品展示领域 不占优势 。 照片建模技术。对建模对象实地拍摄两张 以上的照片,根据透视学和摄影测量学原 理,标志和定位对象上的关键控制点,建 立三维网格模型,其优势是使用简单,节省 人力,降低成本。 使用因素,加载、浏览速度慢,需要安 装引擎,界面平台不完善等使得产品演示 效果不足,使用不便。 条件因素,不支持GPU、三维加速,不 适应3DAPI,载体束缚。专业的图形工作站 适合选择OPENGL,而普通的个人电脑用 网络三维交互式产品演示对开发效 率、画面质量、交互性、应用普及、技术普 及等都有较高的要求,这些方面相互之间 也存在着一些此消彼长的矛盾,上述几种 技术都有各自的优势和不足,也面临着带 宽、处理器速度等共同的问题。同时,它们 的发展前景又会受到微软、英特尔这些计 算机软、硬件领域主导力量的影响。很长 段时间内多种技术会同时共存而又相互 竞争,难以预测谁会成为最后的技术标准 一的效果,也避免了光能传递时画面抖动的 问题。一般使用正常的手法(vray+hdri) 打灯、天光、赋材质等,得到理想的渲染效 果后,制作烘焙贴图,如图7所示。 目前所有的网页3D引擎都暂时无法使 用三维加速。正确深度排列,贴图修正,高 级贴图,光效果等都会大量占用CPU。实 际产品最优效果只能参考类似家用游戏主 机画面的级别。掩饰瑕疵可以考虑一些美 工手段,如数位板结合Body Paint 3D手 绘贴图等,如图8所示: 使用3D SM a x的插件AS 3G e om Direct 3D速度更快。 Exporter将模型导出成AS3类文件,供3D 技术因素,实时渲染引擎性能不足, Web3D图形制作工具语言功能不完善、不 引擎使用。目前支持此类文件的3D引擎有  易扩展导致交互不足,数据压缩优化能力 Away3D,Sandy,PapervisiOn3D 1.5、不足导致模型质量受限。引擎是用于控制 2.0等。在AS3GeomExporter的设置窗口 所有功能的主程序(模型动画、光影效果、 选择需要导出的引擎,在PaPerVision3D 即时渲染、物理系统、交互功能)。实时渲 染引擎/浏览器插件的大小,目前大多数为 1MB左右,一般来说,渲染引擎越大,渲染 的图像质量就越好,交互功能就越强大。 支持OpenGL或Direct3D是提高渲染速度 和图形质量的关键,我们可以把web3D技 术理解为3D图形的API(应用程序接口) 嵌套在网页里实现互动,因此在这一点上 互联网3D图形与本地3D图形没有区别 web3D图形制作工具及实用程序的功能是 建立或编辑三维模型,增加或改进Web3D 图形的图像质量,增加Web 3D图形交互 性,压缩或优化模型文件的大小,文件加密 等。 结合因素,各种Web3D技术之间相互 孤立,3D图形与2D图形、艺术设计等结合 里引用。 【sJ 4产品演示方面的应用分析 基于网络的三维交互式产品演示使产 品演示的时间、地域范围得到了扩大,产品 的展示更加全面,一定程度上弥补了传统 产品展示的缺陷,较好的体现了体验经济 给消费者带来的开放性和互动性,提供了 了解产品、感受产品的新途径,也相应的为 设计师提供了消费者的反馈信息,协助设 计师建立概念设计信息收集渠道,协助产 品方案评估,促进了企业的交互式、体验式 不足。 标准因素,文件格式、引擎种类多样, 设计,为设计生产过程中的大规模定制奠  定了基础,为产品的市场营销开辟了新的 受软件、硬件发展影响,无统一标准。用KJ法分析以上因素,如表2所示: 渠道,符合体验经济时代和数字化时代的 发展趋势。 商家因素,销售商只有在销售额增 加的情况下,才会出资制作Web3D图形。 Web3D技术只有不断完善才能满足电子商 务、产品演示的需要。 用户因素,带宽不足、处理器和GPU 性能不足等。网络带宽能否满足Web3D图 形操作的要求是Web3D技术的主要瓶颈。 随着有线调制解调器(Cable modems)、 数字用户环路(Digital Sub sC ribe r Line/DSL/其中非对称数字用户环路 A symmet riC Digital Sub SC ribe r 盟. 三维交互设计。研究脚本语言,完成 操作、视觉、听觉、逻辑等方面的功能特征 编程,实现交互性的提升。Action Script 动作脚本是在“遵循ECMA script第四 版的Adobe Flash Player运行时环境” 下的编程语言”J。由Flash PlaYer中的 Action Script虚拟机(AVM)来执行。 它在Fl a sh内容和应用程序中实现交互 性、数据处理以及其他功能,是Flash的脚 本语言,与JavaScript相似,是一种面向 对象的编程语言。Flash 3D是网页Flash 播放器播放实时三维 面的程序的总 称,目前通用的开源Flash3D渲染引擎有 Papervision3D、Away3D、Sandy等。其 中,PV3D(PaperVision3D)是一个基于 Action Script的开源项目,目的在于实现 更加炫丽美观、功能强大的Flash3D Web 应用程序,已经在一些商业性网站得到应 用。Action Script 3.0发布后.PV3D在 效率、功能上都有了很大提高。以下是实现 部分交互功能的程序框架举例: package M =>。符 A (+ ) 得出关系图,如图6N示(A一商家因素 B一客户因素c一开发因素D一使用因素E一 条件因素F一技术因素G一结合因素H一标准 因素)。 public class M 3D—Model Enzo0 extends M3D—Model—EnzO eXe J t 5以FIash3D为例的技术方案 Line/ADsL较为成熟)连接、光纤通信 技术的普及,网络带宽有了很大改进, Web3D图形的质量也有了改善,但还没有 达到理想的程度。因此目前仍需要从其他 方面弥补这一不足。 开发因素,复杂的建模、编程,为数不 多的学习资源和研究群体,使Web 3D的 一开发效率和开发成本成为制约。VRML是 种草书语言,任何文字编辑程序都可以 编辑VRML的场景模型文件(其扩展名 是.wr1)。手工书写.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。制作Web3D图形的模型文件可以 使用传统的三维建模软件。许多软件厂商 使光照信息变为贴图信息,从而提高速度。 都把3DSMax作为三维建模的制作工具, 安装相应的输出插件,即可直接输出专用 具有将费时的光能传递计算应用到即时演 算中去的实用性,使低模能够表现出高模 文件格式的模型文件。另一种建模方式是 根据KJ法得出的关系图,确定研究重 心为F和G,拟解决问题: publiC function M3D产品三维建模。研究高模转化为低模 Model—EnzO0() f 的优化过程,实现模型面数的减少、文件的 1 压缩。3D引擎对物质的抽象主要分为多边 var—loc—l: =new 形和NURBs两种。由于任何多边形都可 texEnZO0(0,0); 以被分解为容易计算和表示的三角形,在 textUre—back= 即时BI擎中多边形已经成为了事实上的标 new texEnzoO(0,0); 准。目前还没有将3DsMax的高模直接转 texture=一loc1; 化为低模的工具,需要人工调整点线面精 return; 简模型,达到面数和效果的最佳平衡,维 \, end function 持在引擎能够支持的范畴内,如图6所示: 实时渲染画面。研究贴图烘焙技术的 function init() 使用,满足一定光效、材质的需求,降低用 { 户CPU的计算量。贴图烘焙技术(Render var—loc—l: To TextureS),把Max光照信息渲染成 贴图,再将烘焙后的贴图贴回到模型中去, var—loc一6:Array 一_l o cl {renderType:”renderSingle }; 42 ’科技创新导报Science and TechnologyInnovation Herald .

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