CN102413164B - 一种基于Web的三维场景可视化编辑装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于Web3D的三维场景可视化编辑装置，本发明涉及数据并行传输和编辑的装置和方法。包括包括服务器端和客户端两部分，服务器端包括场景数据传输装置，版本管理装置，优先级管理装置，客户端包括动态显示管理装置。通过本发明，三维图形的编辑用户可以基于浏览器瘦客户端，对大型三维场景项目进行高效的并行开发，用户终端电脑无需保存项目的工作副本，所有的三维图形设计功能由中心服务器提供支持，实现集中管理分布式数据，对用户的编辑操作实现版本控制，用户可回滚当前操作至指定历史版本，降低项目团队协同开发的风险。同时提供一种利用本发明进行多用户协同编辑的方法。

Description

一种基于Web的三维场景可视化编辑装置和方法

技术领域

本发明涉及数据并行传输和编辑的装置和方法，特别是涉及基于Web的三维场景数据可视化编辑时的同步装置和方法。

背景技术

如所公知的，在互联网快速发展的今天，互联网上的三维图形应用(Web3D)日趋成熟，在电子商务、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、虚拟社区等领域应用前景广阔，但浏览器作为客户端，即基于B/S模式(即浏览器和服务端架构)的Web3D应用发展存在一些关键问题。

对于那些利用三维图形信息进行编辑、设计的三维专业人士来说，桌面场景编辑器软件长久以来占有主导地位，三维图形专业人士使用标准本地程序作为工具来设计、共享、管理和发布3D场景和模型。这种开发模式适用于几个人的开发小组，不适用大场景项目的高效并行开发，场景编辑工作对于每个开发成员都存有一个工作副本，很难做到三维场景编辑开发的版本控制和保证最终三维图形数据的有效合并，不利于开发成员之间的三维图形数据的共享；而且桌面场景编辑器软件面向用户都需要安装一个比较臃肿的应用程序，该应用程序需要安装必要的基础架构软件，设备驱动程序以及版本兼容补丁，才能保证运行的稳定性，多机协同工作时维护复杂。

现实中需要一款基于Web的三维场景可视化编辑软件来提高大型三维图形应用的开发效率。开发成员通过部署一个集中式的三维场景编辑开发应用服务器在Internet的用户之间发布和共享三维图形数据，三维场景编辑开发应用服务在一个共享的中心服务器上支持三维图形设计的所有功能，可以满足三维场景并行编辑和撤销回滚，分布式数据管理等功能需求。

Web3D的应用与基于主机的3D应用类似，服务器端数据的组织结构也是依照场景、元素、对象、属性和对象间联系逐步细化，场景中包括各类元素，元素的特性限定了能够完成的方法；属于同一类元素属性的对象定义有不同的三维属性，包括位置、形状、颜色、外观等属性；每个对象还包括与其他对象间的连接关系，包括对象相互间运动状态、触发状态，关联层次等对象间的特征关系。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种应用于服务器端与互联网客户端用户的三维场景可视化编辑装置，解决基于Web3D实现三维场景多客户端并行编辑的技术问题。

本发明的目的是提供一种利用上述三维场景可视化编辑装置进行多客户端协同工作的使用方法，实现大型三维场景的快速开发。

本发明的基于Web3D的三维场景可视化编辑装置，包括服务器端和客户端两部分，服务器端包括场景数据传输装置，版本管理装置，优先级管理装置，客户端包括动态显示管理装置；

场景数据传输装置，根据客户端的数据请求，在服务器端完成三维场景数据的复制和组织，形成满足客户请求的数据集；

版本管理装置，用于对场景的数据资源做统一调度，保证服务器端数据的一致性；

优先级管理装置，用于将不同客户端的响应数据集划分优先加载顺序，优化响应时间，实现分步、并行加载；

动态显示管理装置，用于对三维场景编辑装置客户端的计算资源和显示资源进行管理，根据内存或显存利用率控制场景元素的精度，及对象和模型的显示或隐藏。

其中：版本管理装置包括：

签出装置，用于对场景中元素和对象标记时间戳，进行版本编号，向客户端的请求提供同一对象的新版本数据；

签入装置，用于对客户端提交的数据标记时间戳，比较对象版本编号，整合对象签入数据和显存文件，更新场景元素；

锁定装置，用于锁定签出或签入的场景元素，避免出现客户端请求意外篡改场景元素或对象的数据及状态；

同步装置，用于对签出的场景元素向客户端进行查询，完成更新，保证场景元素和对象处于正常同步状态，保证服务器端场景数据与客户端场景元素和对象的持续性。

场景数据传输装置包括：

JSON转换装置，用于将XML结构封装的服务器端三维场景数据转换为JSON结构封装的数据。

压缩装置，用于排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据，包括空格符，回车符，制表符，用与平台兼容性的头文件结构。

优先级管理装置包括：

分类装置，用于将客户端响应数据集中的场景元素和对象按客户端需求划分加载优先顺序；

序列化装置，用于将不同客户端不同优先顺序的场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为若干数据流；

线程调度装置，根据客户端的需求优先级别，调度加载线程资源，实现数据流的并发传输，优先传输。

在客户端有与服务器端的优先级管理装置相对应的反序列化装置，将序列化数据流转换为JSON封装结构的响应数据集。

动态显示管理装置包括：

场景层次细节管理装置，根据资源监视装置的信号，调整客户端场景中相机元素的视野或视距内三角形元素的渲染效果；

场景元素加载/卸载装置，根据资源监视装置的信号，实时在内存或显存中加载或卸载相机元素的视野或视距中的对象或元素；

资源监视装置，用于监视系统内存或显存的利用率，以利用率达到40％，60％，70％或80％作为触发条件，向控制场景层次细节管理装置和场景元素加载/卸载装置发送控制信号。

利用基于Web的三维场景编辑装置的编辑方法，其步骤包括：

用户提出对象编辑请求；

通过JSON转换装置将需求的三维场景数据由XML结构封装的数据转换为JSON结构封装；

通过压缩装置排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据和冗余数据；

根据编辑请求，通过锁定装置锁定向客户端提供的场景元素数据，利用签出装置对场景元素数据标记时间戳，并进行版本编号；

通过分类装置将签出的场景元素按不同客户端需求划分加载优先顺序；

通过序列化装置将场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为数据流；

通过线程调度装置调整客户端的需求优先级别，调度线程资源，实现数据流的并发传输；

通过同步装置对获得签出场景元素的客户端进行查询，保证数据的正常更新状态。

还包括如下步骤：

客户端提交场景元素数据；

同步装置向客户端进行查询，保证场景元素数据的完整结构；

通过签入装置对客户端提交的数据标记时间戳，比较版本编号，整合签入数据和显存文件，更新场景元素。

其步骤还包括：

通过资源监视装置监视客户端系统内存，显存的动态利用率；

当系统负荷达到触发条件时，通过场景层次细节管理装置降低三角形元素的渲染效果或通过场景元素加载/卸载装置将相机元素的视野或视距中的次要场景元素从内存和显存中卸载；

当系统负荷较轻时，通过场景层次细节管理装置提高三角形元素的渲染效果或加载相机元素的视野或视距中的次要场景元素。

通过本发明，三维图形的编辑用户可以基于浏览器瘦客户端，对大型三维场景项目进行高效的并行开发，用户终端电脑无需保存项目的工作副本，所有的三维图形设计功能由中心服务器提供支持，实现集中管理分布式数据，对用户的编辑操作实现版本控制，用户可回滚当前操作至指定历史版本，降低项目团队协同开发的风险，保障开发工作的高效完成。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明.

附图说明

图1为本发明的三维场景可视化编辑装置的结构示意图；

图2为本发明的三维场景可视化编辑装置的服务端数据控制示意流程图；

图3为本发明的三维场景可视化编辑装置的客户端数据控制示意流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的三维场景可视化编辑装置包括服务器端和客户端两部分，服务器端包括场景数据传输装置01，版本管理装置02，优先级管理装置03，客户端包括动态显示管理装置04；

场景数据传输装置01，根据客户端的数据请求，在服务器端完成三维场景数据的复制和组织，形成满足客户请求的数据集；

版本管理装置02，用于对场景的数据资源做统一调度，保证服务器端数据的一致性；

优先级管理装置03，用于将不同客户端的响应数据集划分优先加载顺序，优化响应时间，实现分步、并行加载；

动态显示管理装置04，用于对三维场景编辑装置客户端的计算资源和显示资源进行管理，根据内存或显存利用率控制场景元素的精度，及对象和模型的显示或隐藏。

场景数据传输装置01包括：

JSON转换装置011，用于将XML结构封装的服务器端三维场景数据转换为JSON结构封装的数据。

压缩装置012，用于排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据。

版本管理装置02包括：

签出装置021，用于对场景中元素和对象标记时间戳，进行版本编号，向客户端的请求提供同一对象的新版本数据；

签入装置022，用于对客户端提交的数据标记时间戳，比较对象版本编号，整合对象签入数据和显存文件，更新场景元素；

锁定装置023，用于锁定签出或签入的场景元素，避免出现客户端请求意外篡改场景元素或对象的数据及状态；

同步装置024，用于对签出的场景元素向客户端进行查询，完成更新，保证场景元素和对象处于正常同步状态，保证服务器端场景数据与客户端场景元素和对象的持续性。

优先级管理装置03包括：

分类装置031，用于将客户端响应数据集中的场景元素和对象按客户端需求划分加载优先顺序；

序列化装置032，用于将不同客户端不同优先顺序的场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为若干数据流；

线程调度装置033，根据客户端的需求优先级别，调度加载线程资源，实现数据流的并发传输，优先传输。

动态显示管理装置04包括：

场景层次细节管理装置042，根据资源监视装置041的信号，调整客户端场景中相机元素的视野或视距内三角形元素的渲染效果；

场景元素加载/卸载装置043，根据资源监视装置041的信号，实时在内存或显存加载或卸载相机元素的视野或视距中的对象或元素；

资源监视装置041，用于监视系统内存或显存的利用率，控制场景层次细节管理装置，场景元素加载/卸载装置。

应用中，根据客户端的三维数据请求，服务器端形成响应数据集，利用JSON转换装置011将服务器端的三维场景响应数据由XML封装结构转换为JSON结构封装，减小数据封装尺寸，同时利用压缩装置012排除与三维对象无关的XML数据和冗余信息，减小在响应数据下载时对传输带宽的需要。JSON转换装置011将XML类型的数据文件映射生成更加轻量级的数据交换格式-JSON(JavaScript Object Notation)。JSON是基于JavaScript(StandardECMA-262 3rd Edition-December 1999)的一个子集。JSON采用完全独立于语言的文本格式，JSON对象是一个无序的“‘名称/值’对”集合，一个对象以“{”(左括号)开始，“}”(右括号)结束。每个“名称”后跟一个“：”(冒号)；“‘名称/值’对”之间使用“，”(逗号)分隔；数组是值(value)的有序集合，一个数组以“[”(左中括号)开始，“]”(右中括号)结束，值之间使用“，”(逗号)分隔；值(value)可以是双引号括起来的字符串(string)、数值(number)、ture、false、null、对象(object)或者数组(array)，这些结构可以嵌套；字符串(string)是由双引号包围的任意数量Unicode字符的集合，使用反斜线转义，一个字符(character)即一个单独的字符串(character string)。被封装的数据在不同的开发环境中经过简单转换就可加以利用，减轻了数据交换的负载程度，提升了数据利用效率。冗余数据主要是封装结构转换过程中出现的回车符、空格符、制表符，以及包含的用于平台兼容性的头文件。三维数据经过以上两个步骤的压缩处理后，文件体积可降至原文件的1‰～1％，非常适用在网络上传输。

分类装置031根据对象尺寸、对象构造复杂程度，在场景中的种类，与其他场景元素的连接关系及加载顺序等分类条件，将响应数据集中的对象划分不同种类，序列化装置032将不同种类的场景元素对象实例化，形成若干数据流。

线程调度装置033对需要快速呈现给用户的模型或场景元素数据流划分加载优先顺序，进行优先读取；通过线程调度装置033根据客户端的需求优先级别，调度线程资源，使多个线程并行处理，实现针对一个或多个客户端的数据流的并发传输，下载。

在客户端有与服务器端的优先级管理装置03相对应的反序列化装置，将序列化数据流转换为JSON封装结构的响应数据集。

在服务器端响应数据的序列化过程中，通过签出装置021，签入装置022，锁定装置023和同步装置024在服务器端实现一个版本控制管理子系统，用来处理并发用户编辑操作的管理。签出装置021对客户端申请的场景元素标记时间戳和版本号，为客户端响应提供最新版本数据，只有经过签出标记的数据才会被优先级管理装置03完成序列化过程。客户端对响应数据集作出的编辑和修改，以及客户端发布创造的元素和对象，在通过签入装置022标记时间戳和版本号确认后才会更新为服务器端的三维场景数据。根据各客户端请求形成的响应数据既往的内容，同步装置023将各相关场景元素的最新版本提供给各客户端，保证所有在线编辑用户在本地编辑器里看到的场景和模型都是最新编辑版本。锁定装置023锁定签出或签入对象的状态，避免签出或签入对象的数据被其他客户端修改，监视时间戳和版本状态，比对编辑用户提交的版本号，使用版本号较新的来替换之前的版本号编辑操作，从而实现三维图形编辑数据的有效合并，对并发的编辑用户操作在三维场景编辑开发应用服务端进行有效合并管理。。

客户端利用本动态显示管理装置04为Web3D应用程序的访问服务提供多线程加载场景技术。经反序列化装置多线程下载还原的场景元素和对象，使用户登录场景后就可以开始观看和操控，动态显示管理装置04在后台会自动加载当前未使用的场景和未同步传输到达的对象、模型和元素，会顺序载入场景视野。对于超大三维场景图形数据，利用资源监视装置041，监视客户端系统内存或显存的利用率，将利用率达到40％，60％，70％或80％作为触发条件，并将控制信号反馈给场景层次细节管理装置，场景元素加载/卸载装置。通过控制场景层次细节管理装置042控制Web3D生成的LOD地形，根据三角面与相机距离的远近自动确定各元素或对象、模型的三角面显示级别(密度)，使得近距离地面三角面密度大，远距离密度小，从而节省了资源开销，而又不影响画面的渲染效果；通过控制场景元素加载/卸载装置043，对三维交换数据中的模型进行设置可视见范围的调整，Web3D用户终端程序实现直接对内存数据操作，进行动态加载进入视野的物体，从内存和显存中卸载离开视野的模型，从而保证内存、显存占用量在一个较低的水平。使用户终端对场景的实时渲染能力最大化。

如图2所示，利用本三维场景编辑装置进行三维场景协同编辑的方法，其步骤包括：

用户提出对象编辑请求；

通过JSON转换装置011将需求的三维场景数据由XML结构封装的数据转换为JSON结构封装；

通过压缩装置012排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据和冗余数据；

根据编辑请求，通过锁定装置023锁定向客户端提供的场景元素数据，利用签出装置021对场景元素数据标记时间戳，并进行版本编号；

通过分类装置031将签出的场景元素按不同客户端需求划分加载优先顺序；

通过序列化装置032将场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为数据流；

通过线程调度装置033调整客户端的需求优先级别，调度线程资源，实现数据流的并发传输；

通过同步装置024对获得签出场景元素的客户端进行查询，保证数据的正常更新状态。

还包括如下步骤：

客户端提交场景元素数据；

同步装置024向客户端进行查询，保证场景元素数据的完整结构；

通过签入装置022对客户端提交的数据标记时间戳，比较版本编号，整合签入数据和显存文件，更新场景元素。

如图3所示，基于Web的三维场景编辑装置的编辑方法，其步骤包括：

通过资源监视装置041监视客户端系统内存，显存的动态利用率；

当系统负荷达到触发条件时，通过场景层次细节管理装置042降低三角形元素的渲染效果或通过场景元素加载/卸载装置043将相机元素的视野或视距中的次要场景元素从内存和显存中卸载；

当系统负荷较轻时，通过场景层次细节管理装置042提高三角形元素的渲染效果或加载相机元素的视野或视距中的次要场景元素。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于Web3D的三维场景可视化编辑装置，包括服务器端和客户端两部分，服务器端包括场景数据传输装置（01），版本管理装置（02），优先级管理装置（03），客户端包括动态显示管理装置（04）；

场景数据传输装置（01），根据客户端的数据请求，在服务器端完成三维场景数据的复制和组织，形成满足客户请求的数据集；

版本管理装置（02），用于对场景的数据资源做统一调度，保证服务器端数据的一致性；

优先级管理装置（03），用于将不同客户端的响应数据集划分优先加载顺序，优化响应时间，实现分步、并行加载；

动态显示管理装置（04），用于对三维场景编辑装置客户端的计算资源和显示资源进行管理，根据内存或显存利用率控制场景元素的精度，及对象和模型的显示或隐藏；

其特征在于：版本管理装置（02）包括：

签出装置（021），用于对场景中元素和对象标记时间戳，进行版本编号，向客户端的请求提供同一对象的新版本数据；

签入装置（022），用于对客户端提交的数据标记时间戳，比较对象版本编号，整合对象签入数据和显存文件，更新场景元素；

锁定装置（023），用于锁定签出或签入的场景元素，避免出现客户端请求意外篡改场景元素或对象的数据及状态；

同步装置（024），用于对签出的场景元素向客户端进行查询，完成更新，保证场景元素和对象处于正常同步状态，保证服务器端场景数据与客户端场景元素和对象的持续性。

2.如权利要求1所述的三维场景可视化编辑装置，其特征在于：场景数据传输装置（01）包括：

JSON转换装置（011），用于将XML结构封装的服务器端三维场景数据转换为JSON结构封装的数据；

压缩装置（012），用于排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据，包括空格符，回车符，制表符，用于平台兼容性的头文件结构。

3.如权利要求2所述的三维场景可视化编辑装置，其特征在于：优先级管理装置（03）包括：

分类装置（031），用于将客户端响应数据集中的场景元素和对象按客户端需求划分加载优先顺序；

序列化装置（032），用于将不同客户端不同优先顺序的场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为若干数据流；

线程调度装置（033），根据客户端的需求优先级别，调度加载线程资源，实现数据流的并发传输，优先传输。

4.如权利要求3所述的三维场景可视化编辑装置，其特征在于：在客户端有与服务器端的优先级管理装置（03）相对应的反序列化装置，将序列化数据流转换为JSON封装结构的响应数据集。

5.如权利要求4所述的三维场景可视化编辑装置，其特征在于：动态显示管理装置（04）包括：

场景层次细节管理装置（042），根据资源监视装置（041）的信号，调整客户端场景中相机元素的视野或视距内三角形元素的渲染效果；

场景元素加载/卸载装置（043），根据资源监视装置（041）的信号，实时在内存或显存中加载或卸载相机元素的视野或视距中的对象或元素；

资源监视装置（041），用于监视系统内存或显存的利用率，以利用率达到40%，60%，70%或80%作为触发条件，向控制场景层次细节管理装置（042）和场景元素加载/卸载装置（043）发送控制信号。

6.使用权利要求3至5所述的任一基于Web3D的三维场景可视化编辑装置的编辑方法，其步骤包括：

用户提出对象编辑请求；

通过JSON转换装置（011）将需求的三维场景数据由XML结构封装的数据转换为JSON结构封装；

通过压缩装置（012）排除JSON结构封装的数据中与场景数据无关的XML信息数据和冗余数据；

根据编辑请求，通过锁定装置（023）锁定向客户端提供的场景元素数据，利用签出装置（021）对场景元素数据标记时间戳，并进行版本编号；

通过分类装置（031）将签出的场景元素按不同客户端需求划分加载优先顺序；

通过序列化装置（032）将场景元素对象实例化，并将实例化对象转换为数据流；

通过线程调度装置（033）调整客户端的需求优先级别，调度线程资源，实现数据流的并发传输；

通过同步装置（024）对获得签出场景元素的客户端进行查询，保证数据的正常更新状态；

客户端提交场景元素数据；

同步装置（024）向客户端进行查询，保证场景元素数据的完整结构；

通过签入装置（022）对客户端提交的数据标记时间戳，比较版本编号，整合签入数据和显存文件，更新场景元素；

通过资源监视装置（041）监视客户端系统内存，显存的动态利用率；

当系统负荷达到触发条件时，通过场景层次细节管理装置（042）降低三角形元素的渲染效果或通过场景元素加载/卸载装置（043）将相机元素的视野或视距中的次要场景元素从内存和显存中卸载；

当系统负荷较轻时，通过场景层次细节管理装置（042）提高三角形元素的渲染效果或加载相机元素的视野或视距中的次要场景元素。