CN104183023A - 一种分布式虚拟环境中多场景图的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式虚拟环境中多场景图的构建方法。本方法为：1)将场景图服务器中的场景图划分为公共场景图和私有场景图；2)权限服务器为每一注册用户设置其能访问的私有场景图及访问权限；3)用户根据访问权限对私有场景图进行操作，对可编辑的私有场景图进行编辑或创建一子场景图并作为该用户的私有场景图保存到场景图服务器中；其中，每一场景图对应于一场景区域内的一类场景对象集合，场景对象为描述虚拟现实环境中除地形场景外的各种静止或动态的实体对象，每一场景对象对应于场景图中的一个场景节点，根据场景对象之间的逻辑关系确定场景节点之间的逻辑关系；每一场景图具有一表示该场景图的根节点。本发明提高了场景的绘制效率。

Description

一种分布式虚拟环境中多场景图的构建方法

技术领域

本发明涉及一种分布式虚拟环境中多场景图的构建方法，属于虚拟现实和图形学领域。

背景技术

在虚拟现实相关的应用中，虚拟环境中除了DEM和影像构成的地形场景外，三维建筑模型和其他通过外部加载、虚拟环境中编辑工具编辑生成、或者通过场景语义标注等手段生成的场景对象模型，都是虚拟场景不可或缺的重要组成部分，这些场景对象不仅包括静态的三维建筑模型，也包括汽车等各种动态的模型，也包括图标或者信息标注等各种表意性的图元模型。对于描述虚拟环境事件发生发展变化直至结束的整个过程而言，虚拟场景中场景对象的位置及其状态的全过程管理成为虚拟现实环境中场景管理的重要组成部分。

在传统的虚拟现实系统中，场景中三维模型按照一定的逻辑关系构成一个图或者一棵树的结构，三维场景显示时对这个逻辑结构进行绘制裁剪，以降低场景模型的绘制数量，提高场景绘制效率。但是在分布式场景图中，场景中三维模型之间的关系仍然可以采用一棵树的结构描述模型之间的关系，客户端请求场景时采用对场景图裁剪的形式，但是当场景中三维模型数量众多，场景范围过大的情形下，场景图的树结构裁剪变成场景管理服务器场景分发效率的一个瓶颈问题。尤其是针对用户访问的不同权限需求，对场景模型的请求响应需要判定用户的访问权限，从而成为场景访问判断计算的效率瓶颈，这是分布式场景图在不同用户访问权限中的难点问题。当前采用的常用方法是对场景图不进行裁剪，这样可以提高场景请求的效率，但是对于场景模型众多的场景，容易因为场景模型过多而造成场景绘制的困难。而对于如何进行场景的有效组织生成有层次的场景图结构，尚没有查找相关文献。同时通过定义不同用户的权限来控制用户对场景模型的访问，从而提高场景的访问控制效果，这种思想也没有相关的文献报道。

微软公司的专利“视件和场景图接口”(CN200480001671.4)给出了文档排版中图元的构建和修改的方法。

合肥工业大学专利“基于VR-Forces仿真平台的多无人机协同任务规划仿真系统”(申请号CN201310751055.1)给出了能快速有效地仿真不同的多无人机协同任务规划场景，并保证各个无人机仿真实体状态信息和仿真时间的一致性，而且能以二维图像形式实时展示出任务规划仿真场景，从而提高多无人机协同任务规划系统的研发效率。

无锡科利德斯科技有限公司游戏场景管理方法(申请号CN201010143735.1)用于对游戏引擎中的场景图进行管理，所述场景图包括若干具有父子关系的组节点和叶节点，部分叶节点包括有引用计数。

在现有的专利技术和文献中，对于其他场景图或者场景管理方面的专利文献中，均没有关于场景图与用户访问之间的关联关系，对于分布式场景图的场景管理方式也缺乏有效的处理手段，存在场景绘制效率低等问题。

发明内容

针对用户对场景缺乏明确的访问控制机制，以及虚拟现实在多个应用领域中的多种应用需求，本发明的目的在于提供一种分布式虚拟环境中多场景图的构建和组织方法。本发明旨在虚拟场景中建立高效的动态场景管理机制，不仅可以大大降低场景数据在网络上的传输量，提高场景绘制效率，同时虚拟场景作为智慧城市等应用中的基础信息组织和显示平台，可以根据不同用户针对不同的应用要求，组织和显示不同的场景形态，表达不同的场景信息。因此多场景图的关键技术在于两点：其一是建立场景访问的用户权限体系，不同用户对场景的访问控制权限有所区别，其二是建立不同需求下的场景图层次逻辑结构和组织方法，满足不同的场景管理和显示的需要。

发明创新点：

本发明针对虚拟场景中场景对象的管理和显示，其创新点有四点：

A.把用户组与场景图通过访问控制权限统一起来，通过用户组的权限属性提出对场景图的访问权限定义方法；

B.根据用户访问控制权限的不同，把场景图分为公用场景图和私有场景图，并分别提出了场景图的表示结构与场景图组织方法；

C.利用场景图的层次结构组织方法，提出了基于客户端视点参数的局部场景图快速裁剪方法；

D.利用场景节点与场景对象之间分离表示方法，提出了场景图层次逻辑结构的直观编辑修改方法。

具体而言，包括：

场景节点的信息表示层次结构：场景节点信息包含三部分层次内容，场景节点的逻辑节点表示，场景节点所指向的场景对象的结构表示，场景对象所包含的资源模型的结构表示。场景节点的逻辑节点只包含场景节点之间的逻辑关系信息，以维持场景节点的轻量级信息结构，场景对象只包含与场景位置与场景语义相关的信息，也包含用户针对某个场景对象定义的特定内容信息。场景资源的内容与场景语义无关，可以用于不同的场景对象中。

场景节点的构成和组织方法：虚拟场景存在一个场景超级管理员，该管理员对所有场景对象具有所有访问控制权限，同时一个用户组可以通过用户组管理员向场景超级管理员申请场景图创建和管理权限成为一个场景图的管理员，也就是说用户组管理员也是一个场景图的管理员，用户组可以拥有多个场景图。场景图管理员可以定义一个场景图的场景节点构成，以及其他用户对场景节点的访问控制权限。如果一些场景节点对所有用户只开放浏览和标注权限，这些场景节点可以构成一个公共场景图。这些场景节点的分布范围和组成也由场景图管理员来确定，其中的场景节点可以按照地理位置分布来组织，例如可以把一个城市中的每一个建筑物看作是一个公共场景图的节点，也可以按照某种逻辑或者某个主题的关系来组织场景图，例如一个城市内的所有宾馆建筑物构成一个公共场景图等。公用场景图的组织由虚拟场景的超级管理员本身或者超级管理员授权的管理员创建和管理。如果要对某些场景节点只针对部分用户构成的用户组开放访问控制权限，则这些场景节点可以创建一个私有场景图。公共场景图与私有场景图的场景节点不能相同，但是场景节点所指向的场景对象可以相同，场景图所在的地理位置也可以重叠。

场景节点的访问权限定义方法：由场景图管理员定义整个场景图的可浏览和可标注的访问控制权限，场景图的所有场景节点同时继承场景图的访问控制权限。场景图的编辑修改权限，只有场景图管理员或者场景对象的创建者具备。

基于客户端显示区域的场景图快速裁剪方法：场景图保存在场景图服务器中，场景节点所指向的场景对象保存在数据服务器中。公共场景图的场景节点按照场景地形块金字塔结构相同的方式组成一个层次四叉树金字塔森林，一种可行的方法是根据地形块上的场景对象的位置关系构成一个父节点，其中场景父节点的选择由场景图管理员根据场景节点的访问重要性或者绘制重要性确定。场景图的某个场景父节点也可以定义为所在地形块的子场景图的根节点结构来组织一个子场景图。子场景图的根节点与父节点的区别是，子场景图具有场景图的一切属性，除继承场景图的属性和访问控制权限外，可以对子场景图根节点定义子场景图的属性和访问控制权限，而场景图的父节点的场景图公共属性和访问控制权限只能通过场景图根节点继承。

公共场景图的可见范围裁剪，与场景地形块的组织方式相同，按照客户端视点范围和视点高度等参数计算视椎体，再利用视椎体以及视点所在的地形金字塔层次位置，与场景节点构成的四叉树金字塔森林的相邻层次进行快速裁剪，以构成客户端的局部场景图。不同客户端的局部场景图在场景服务器上的存在范围，通过客户端的视点参数(经纬度范围和高程和四叉树金字塔的层次)确定。局部场景图的场景节点可以跨域地形块的限制，只需要通过父子逻辑关系组织构成。这种逻辑关系的遍历追溯会影响局部场景图的裁剪效率，因此依照地形属性的组织方式进行场景图节点的父子关系组织，仅仅是为了局部场景图的裁剪效率考虑。

为了便于保持各客户端上场景图的一致性，对某个客户端上的场景图进行编辑，相关的编辑更新信息通过场景图服务器实时分发给包含此局部场景图的其他客户端，因此需要计算不同客户端局部场景图的重叠区域。首先通过计算不同客户端的视点位置距离确定，如果视点位置距离接近，再按照视点朝向等参数范围计算不同局部场景图区域之间的重叠区域。从而在场景图编辑过程中，这些重叠场景图的场景修改信息可以及时分发到相应的客户端中，从而提高协同交互分发效率。对于私有场景图的裁剪，如果用户组用户数超过一定规模而且私有场景图的场景节点规模和分布区域超过一定限制，可以按照上述公共场景图的裁剪方式裁剪私有场景图。也可以按照简单方式处理，以提高效率，简单方式是，私有场景图不进行裁剪，直接发给有访问权限的用户，对于小规模的私有场景图，简单方式效率更高。

场景节点逻辑关系编辑方法：客户端上显示一个反映场景图节点树形逻辑关系的场景图侧边栏。对场景图侧边栏中的树形逻辑关系的编辑，可以通过拖拽手段编辑修改场景节点之间的逻辑关系，逻辑关系的改变，对场景对象没有影响。也可以生成新的场景图，同时可以在侧边栏中对场景图进行权限关系的重新定义。

为叙述简便计，定义如下概念：

用户和用户组：用户表现在分布式虚拟现实环境中的客户端的控制，用户需要在客户端注册登录后，从用户权限服务器中获得用户的场景访问权限。用户组是若干用户的集合，用户组内还可以有子用户组，一个用户组内，对于场景节点的访问权限，除了场景图管理员和场景节点的创建者除外，其他用户对场景节点的权限是相同的(对场景节点所指向的场景对象的编辑修改，还需要场景对象的编辑访问权限)。

场景对象：用来描述虚拟现实环境内除了地形场景外的各种静止的和动态的实体对象，它可以是三维模型、矢量图元、图像、视频、文字及其相关的超级链接等。场景对象需要附加在场景节点上才能成为场景图的组成部分。

场景图：用户通过创建和管理一个场景区域内的场景对象集合，这个场景对象集合可以表示某些特征或者某个主题，也可以仅仅表示某个地理区域内的所有场景对象集合(此时就表示地理位置特征或者主题)。在这个集合内，反映场景对象之间的逻辑关系的节点成为场景图的场景节点，这种场景节点及其逻辑关系构成一个场景图。用户可以创建管理多个场景图。场景图的描述信息是指场景图的概要信息，包括场景图的ID、公有或者私有属性(场景图的访问权限列表)、根节点的信息及其与全局坐标系或者上一级场景图的根节点之间的变换矩阵等。场景图的逻辑结构层次信息是指场景图节点之间的逻辑关系树。

场景节点：场景图内构成逻辑关系的基本单元。每个场景图具有一个根节点，该根节点唯一地表示了这个场景图。场景节点可以分为虚节点和实节点，其中虚节点只具有节点信息而不指向具体的场景对象，虚节点通常用于描述一个场景图或者子场景图的根节点。实节点是具有指向具体的场景对象的场景节点。场景图或者子场景图的根节点可以是虚节点，也可以是实节点。场景图与子场景图之间可以构成一个树形的嵌套结构。虚根节点需要在场景中指定固定位置并定义一个局部坐标系，作为场景图其他子节点的坐标变换依据。在实际应用中，定义实根节点更为方便。

场景节点的操作：是指对场景节点之间逻辑关系进行修改，或者是对场景节点的场景对象的信息进行增删改操作。场景节点的操作，可以分为浏览、标注和编辑，其中浏览是用户只能查看不能进行任何对节点的修改，标注是对场景对象节点增加评论信息，编辑操作是指对场景节点的增删改。可以对一个场景图实施挂起操作，此时场景图仅仅形式场景图描述信息，场景图逻辑关系和场景对象都不在窗口中显示出来，但是，仅仅是在本客户端窗口不显示，其他客户端对该场景图的修改编辑都可以正常进行。

私有场景图：由一组用户创建管理的场景图，只对用户组内用户定义访问权限。组外用户可以看到私有场景图的根节点信息，但是无法浏览场景图内部的各种信息。

公共场景图：对所有用户开放对场景节点的浏览和标注权限。公共场景图内节点只有整个虚拟场景的超级管理员有权创建和修改。公共场景图可以表示一个区域内一组场景对象的集合。这个区域可以是地理上一个或者多个行政区域，例如城市、街道或者小区等。这组场景对象可以是一个区域内所有的场景对象，也可以是一个区域内表示某种特征或者某种主题的场景对象的集合。

场景节点的结构：为保持场景图的轻量结构，场景节点只包含节点的基本信息，包括节点ID，节点指向场景对象的指针(或者场景对象的ID)，节点创建者，节点之间的父子逻辑关系，节点的显示层次(场景节点呈现树形层次)以反映节点的访问重要性或者绘制重要性层次等。场景图及其场景节点信息存放在场景图服务器中。

场景对象的结构：包括场景对象的ID、名称、最新编辑时间(用于模型的更新)，被某个场景节点指向的场景图的ID，以及在这个场景图中与根节点局部坐标系之间的坐标变换关系(如果是根节点，则表示根节点定义在世界全局坐标系下的局部坐标系，也就是说在世界全局坐标系下的坐标变换关系)，指向资源的指针(或者资源的ID)，如果资源是三维模型，则包括此三维模型编辑过程中形成的替换纹理(不包含在资源中)、属性(图像、文本和视频等)、评论以及模型的运动属性等。场景对象的信息存放在数据服务器的场景对象数据库中。

资源的结构：资源一般指三维模型、视频、文本、图像、声音等各种类型的文件数据的统称，其中三维模型的结构包括三维模型的AABB包围盒、OBB包围盒、几何、拓扑、属性(纹理、描述文本图像视频等)、特征框、特征组件、特征约束、特征组件表示的特征树层次以及这些特征组件的流式压缩文件等，其他资源如视频图像等按照自身的文件结构组织。资源一般存放在数据服务器的数据库中，在场景图生成过程中，也可以利用客户端本地的资源数据，两种资源来源在客户端中分别在两个文件路径中显示。资源可以以主题形式组成一个文件树结构，也可以以其他树结构形式，在客户端或者服务器的资源查看窗口中显示，便于查找检索，导入到场景中成为场景对象。

场景图的创建：在客户端通过批量或者交互从资源库中导入模型到场景中(资源库可以在服务器也可以在本地文件夹中，客户端中在显示资源种类侧边栏中分为两个文件路径显示)。用户首先获取场景图管理员权限，在场景图侧边栏(描述场景图节点之间的逻辑关系树的显示窗口，简称场景图侧边栏)中创建一个场景图，再在场景中选取场景对象的集合，添加到创建的场景图中。可以在添加场景对象到场景图的过程中分为不同的添加步骤，以构成不同的场景节点层次，也可以在场景图侧边栏的这个场景图结构中通过编辑修改生成场景节点层次结构。也可以在现有的场景图中把某个节点及其子节点分离出来，构成一个新的场景图，或者子场景图。创建或者修改的场景图信息保存到场景图服务器中。

场景图的编辑：在场景图侧边栏中，可以直接对场景节点进行拖拽操作，以改变节点之间的逻辑层次关系，构成新的场景节点逻辑关系。在场景图侧边栏的场景节点逻辑关系显示中，相对应的场景对象包围盒加亮显示。场景节点在场景图的逻辑关系树节点之间为改变层次或者逻辑关系进行拖拽移动时，在场景中加亮显示场景节点所指向的场景对象的包围盒，但是不影响该场景对象在场景中的位置和朝向。如果对若干个场景对象进行打包处理变成一个场景对象，则可以按照一个场景节点处理。

本发明的目的旨在分布式虚拟现实系统中，通过对用户提供灵活的虚拟场景访问控制策略，为用户提供多种不同的虚拟场景组织和显示环境，满足用户对场景中场景对象的逻辑关系编辑、场景节点的多元表示、场景图分层显示以及多线索场景显示等需求。

为实现这一目的，本发明提供了一种多场景图的构建方法，包括：

1.客户端用户对场景访问控制权限的获取步骤，用于用户获取不同场景对象的访问权限；

2.客户端的用户组及其访问权限的组织构建步骤，用于用户组成员获取对场景对象集合的统一访问控制权限；

3.公共场景图的创建和组织步骤，根据场景的访问控制需求，允许所有用户访问的场景对象集合构建公共场景图，作为所有用户对虚拟场景的访问基础；

4.私有场景图的创建和组织步骤，对场景中按照主题或者区域特性组织场景对象集合，结合用户组的访问控制权限的设置，构建一个具有访问控制权限限定的私有场景图，以适应在场景中满足不同应用需求下的场景组织方式；

5.场景图服务器上局部场景图的快速裁剪步骤，依据客户端对场景的访问需求，对公有场景图和私有场景图实施局部裁剪操作，并分发给相关客户端，同时用于多个客户端上共同访问的场景图进行协调统一的场景图编辑修改；

6.客户端上场景图逻辑结构显示及其交互编辑步骤，用于对场景图逻辑关系和访问控制权限进行进一步编辑修改，使得修改后的场景图更加符合用户的应用需求；

步骤1所述，提供了一种用户在客户端定义访问控制权限的方法。包括：

1)用户通过客户端登录，客户端从用户权限服务器获得用户对某些场景区域的访问控制权限，用户的访问权限由场景的超级管理员确定；

2)客户端根据用户的访问位置，向权限服务器请求访问场景的权限，如果有私有场景图的访问权限，获取当前场景中可以访问的私有场景图的描述信息，从场景图服务器获取私有场景图的逻辑层次结构信息。同时根据用户的访问位置，从场景图服务器中获取公用场景图的描述信息和逻辑层次结构信息；

3)用户对场景的访问控制权限信息，从用户登录开始保存在客户端权限控制缓存中，并实时更新，直至用户退出登录。

步骤2所述，提供了一种用户组及其访问权限的组织构建方法。包括：

1)用户向场景超级管理员发出创建用户组的请求，获取用户组的创建权限；

2)用户通过访问权限服务器，获取客户端用户列表；

3)用户作为用户组管理员，从客户端列表中邀请用户参加本用户组，用户组管理员邀请成功的用户，构成一个用户组，除了用户组管理员，用户组成员具有相同的场景访问控制权限。

4)用户可以向用户组管理员申请添加其他用户加入到本用户组，用户组管理员批准后，其他用户成为用户组成员。

5)用户组的对场景图的访问控制权限统一由用户组管理员向场景超级管理员申请获得，用户组成员具有统一的场景访问控制权限。

6)用户组成员可以创建私有场景图，用户组成员对该私有场景图具有统一的访问控制权限，组外成员无权访问该私有场景图，只能查看该场景图描述信息。

7)用户组成员可以创建公有场景图(也就是一种对所有用户开放的、具有浏览和标注功能的私有场景图)，该公有场景图的访问权限开放程度(也就是是否具有编辑功能)，由创建者确定，组内用户具有与创建者相同的访问控制权限。

8)用户组成员可以选择退出用户组，同时失去用户组的访问控制权限。

步骤3所述，提供了一种公用场景图的组织和创建方法。包括：

1)系统超级管理员或者授权的场景管理员根据场景对象的区域或者主题等特征构成一个场景对象集合，通过定义指向场景对象的场景节点之间的层次逻辑结构关系，创建一个或者多个公共场景图；

2)公共场景图的场景节点的组织方式，按照场景对象所在地形位置，根据类似地形组织方式中的四叉树金字塔森林组织场景节点的层次逻辑关系。每个地形块上的场景父节点选择，依据场景访问重要性和绘制重要性原则选定，同时考虑场景区域的主题划分原则，保证相邻地形块上相同主题区域内的场景对象所对应的场景节点在一个场景父节点上。例如北京大学校园区域被地形块等分划分原则划分成相邻两块，其中一块包含主要的校园场景对象，另一块仅保留少量且重要的场景对象，把这两个地形块上的场景对象所指向的场景节点归纳到一个父节点下更符合场景图逻辑关系大的主题属性。因此公共场景图的逻辑节点关系遵循地形场景组织方式，同时又考虑地形场景内区域特征或者主题特征的完整性，使得场景节点表达更具有完整的场景语义。

3)公共场景图生成方式，可以通过批量的场景对象自动集合方式产生场景节点逻辑关系，也可以通过场景管理员根据场景语义交互选定场景区域生成场景节点逻辑关系，场景图生成不影响场景对象的位置关系。场景图保存在场景图服务器中，场景对象仍然保存在场景数据服务器中。

4)场景图侧边栏中显示该场景图的逻辑关系结构，反映场景节点之间的层次关系树，并显示在公共场景图区域内。

5)场景超级管理员指定该公共场景图的场景管理员，该管理员具有场景编辑权限，其他用户具有浏览和标注权限。在在线状态下，用户对该公共场景图的访问控制权限保存到用户权限服务器中，同时分发到正在访问该场景区域的其他客户端的场景图侧边栏中，相应的场景对象也同时显示在场景中，在离线状态下，相关信息保存在客户端文件系统中。

步骤4所述，提供了一种私有场景图的创建和组织方法。包括：

1)用户组利用场景图的创建权限，用户组管理员作为场景图管理员或者用户组管理员指定场景图管理员，在场景中选取某些场景对象，定义场景对象之间的逻辑关系，构成一个私有场景图；

2)场景图管理员通过对场景图的访问权限设定，确定场景图为私有的还是公有的，公有的是指把当前私有场景图的浏览和标注权限对所有用户开放。

3)用户组成员具有场景节点添加权限，但是不能删除其他成员的场景节点，场景图管理员具有对该场景图中所有场景节点的删除功能。用户组成员可以添加子场景图，该成员自动成为该子场景图的场景图管理员。

4)场景图侧边栏中显示该场景图的逻辑关系结构，反映场景节点之间的层次关系树，并显示在私有场景图区域内。

5)在在线状态下，创建的私有场景图保存到场景图服务器中，其中的访问控制权限信息保存到用户权限服务器中，同时分发到正在访问该场景区域的其他客户端的场景图侧边栏中，相应的场景对象也同时显示在场景中，在离线状态下，相关信息保存在客户端文件系统中。

步骤5所述，提供了一种场景图服务器上局部场景图的快速裁剪方法。包括：

1)访问场景图的次序，先访问场景图描述信息，根据场景图根节点查找场景图逻辑树，根据场景节点指向查找相应的场景对象；

2)客户端用户具有对该公有或者私有场景图访问的权限。按照客户端视点朝向和视点高度等参数，按照选定的地形块中的场景对象查找相应的场景节点，根据树遍历方法查找选定的地形块上的所有场景节点及其对应的场景对象，通过裁剪场景图逻辑关系树，构成该客户端的局部场景图；

3)对于上述裁剪方法，针对相邻地形块的具有主题或者区域特征的场景节点树枝，扩充相应的场景节点树，以保证场景局部场景图的场景语义的完整性；

4)把该局部场景图发送给客户端，同时该局部场景图逻辑关系树结构保存在场景图服务器内存中，用于其他客户端对该局部场景图相关节点进行编辑修改时，及时把修改信息发送给该客户端中；

5)对于私有场景图的裁剪，可以按照上述公共场景图的裁剪方式裁剪私有场景图。也可以对私有场景图不进行裁剪，直接发给有访问权限的用户，对于小规模的私有场景图，简单方式效率更高。

步骤6所述，提供了一种客户端上场景图逻辑结构显示及其交互编辑方法。包括：

1)在场景图侧边栏中，可以直接对场景节点进行拖拽操作，以改变节点之间的逻辑层次关系，构成新的场景节点逻辑关系；

2)在场景图侧边栏，选择场景节点，则同时选择了相应的子节点，相对应的所有场景对象包围盒加亮显示；

3)场景节点在场景图的逻辑关系树节点之间为改变层次或者逻辑关系进行拖拽移动时，在场景中加亮显示移动的场景节点所指向的场景对象的包围盒，但是不影响该场景对象在场景中的位置和朝向；

4)场景对象的编辑修改信息，通过场景对象服务器分发给其他包含该场景对象的客户端场景中，同时在场景服务器上保存该场景对象的修改信息。如果对若干个场景对象进行打包合并处理变成一个场景对象，除上述修改外，在场景图的场景节点关系中，把相应的场景节点合并成一个场景节点处理；

5)场景图的挂起操作，可以对公共场景图或者私有场景图实现挂起操作，场景图挂起后，整个场景图只有场景图描述信息可见，整个场景图在场景图侧边栏和场景中相应的场景对象都不可见，该场景图在其他客户端的编辑修改信息也无法在场景中显示出来，这些修改信息暂时保存在场景图服务器中，等到用户解除挂起后，用户可以得到更新后的场景图全部信息。如果是在离线状态下，该场景图在该客户端在挂起解除前不能做修改。

本发明的积极效果为：

本发明给用户提供了灵活完备的场景图访问控制权限申请和分发机制，从而使得用户可以根据不同需求来确定不同场景图的访问控制权限；提供了根据需求下多种场景构建和显示方法，满足了不同主题、不同区域和不同层次下的场景显示方法，满足了用户对于场景节点逻辑关系编辑、场景节点的表示、场景图层次结构显示以及根据多场景图显示场景信息的需求。对虚拟场景中的多场景图进行了分类创建和组织管理，使得对场景对象的访问具有层次特性、区域特性和主题特性等特点，根据场景的不同应用需求，给出了场景对象清晰的层次展示关系，提高了场景对象的复用程度，提高了场景的绘制效率，从而可以大幅度提高模型访问的请求响应，同时可以大大降低模型访问的请求数量，适应不同应用需求下的场景显示。

附图说明

图1示出了本发明的系统框图。

图2示出了多场景权限控制用例图。

图3示出了分组多场景图权限控制设计方案图。

图4示出了用户申请编辑场景图流程图。

图5示出了权限控制客户端模块设计图。

图6示出了权限控制服务器模块设计图。

图7示出了场景图组织结构示意图。

图8示出了场景对象组织过程图。

图9示出了多场景显示与编辑示例图。

图10示出了场景图构建编辑流程示例图。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明作进一步描述。

本发明方法通过图1所示的实施例系统实施。

如图1所示，本实施例系统的用户界面包含了三部分，用户权限UI，场景节点UI，场景对象UI，分别用来显示和编辑用户对场景的权限、场景节点的逻辑关系以及在场景中的场景对象。场景管理器中维护了客户端用户可见的场景图信息，场景节点层次结构树列表，以及不同类型的场景对象列表；场景管理器向场景节点UI提供场景图信息，场景UI负责场景图逻辑关系所指向的场景对象的展示和编辑；场景管理器向绘制模块提供不同类型的场景对象列表以进行场景的显示。同时，用户权限维护模块向用户权限UI提供用户的权限信息，用户通过用户权限UI查看和编辑权限信息，当用户权限信息发生改变时，需要在用户权限维护模块和场景管理器中进行权限信息的更新。

根据用户组访问权限控制方案，对于某个用户组而言，存在下面三种具有不同权限的用户：

a)组内用户：可见组内成员和组内私有场景。

b)组外用户：可见组基本信息，组内成员和组内私有场景不可见。

c)组管理员：管理组内用户成员，具有邀请、删除、审批用户的权限。

组管理员管理组内用户，以保证对组内私有场景的浏览、标注和编辑权限的控制。

对于某个私有场景图所描述的场景而言，存在下面五种具有不同权限的用户：

a)场景管理员：管理场景图，同时对场景节点具有可浏览可标注和可编辑权限。

b)场景节点或者场景对象的创建者：可浏览、可标注和可编辑所创建的场景节点及其场景对象，同时具有其他组成员的可浏览可标注权限。

c)场景所在组成员：除了自己创立的场景节点具有最高权限外，对所有场景节点具有可浏览可标注权限。

d)场景编辑组成员：可读可标注可编辑权限，场景编辑组成员由场景管理员指派。

e)场景所在组的组外用户：无权限。

简单地，如果将用户分为普通用户、组管理员和场景管理员的话，对于场景和组的编辑操作，可以得到如图2所示的用例图。

访问权限控制方案通过管理不同的用户组来管理用户对于场景的访问控制权限。在具体的应用中，组管理员和场景创建者可交由具体的用户自主分配。对于权限的控制和分配，往往需要客户端和服务器端的协作完成。典型的过程是客户端发送请求，服务器获取到请求后转发请求，服务器获取到请求响应后再将结果转发给客户端，如图3是用户申请编辑一个场景图的流程。

在实施例中，如图7所示，客户端显示的场景可以表示为若干个场景图描述，每个场景图被组织成一棵树状结构，树的节点即为场景图中的场景节点，根节点惟一的标识了场景图。场景节点可以根据是否包含场景对象划分为虚结点和实节点，虚结点和实节点都保存了与其父节点和子节点的逻辑关系。父子节点的层次关系隐式地表达了描述场景的场景对象的访问重要性和绘制重要性等优先级关系。

场景图的逻辑关系结构具有如下特征：

1)只管理场景节点之间的逻辑关系，而对表示节点所指向的场景对象的具体信息及其操作不再进行处理。

2)场景节点描述信息的可扩展性。将场景节点与场景对象和资源分离表示，支持表示场景节点所指向的场景对象和场景对象所指向的资源的可扩展性，使得对场景对象或者资源对的修改不影响对场景节点的描述。

3)场景节点的层次优先级属性，可以按照访问重要性和绘制重要性确定场景图中场景节点的显示层次结构，有利于对场景数据的分层请求传输和分层绘制，减少客户端的并发传输量，减少场景绘制负担，同时给用户提供层次分明的浏览体验。

4)场景节点之间进行逻辑关系的编辑操作，这一逻辑编辑操作将改变场景节点的从属关系，但是逻辑编辑操作不影响场景对象的具体属性(例如场景中三维模型包围盒、模型位置关系等)。

5)场景节点的分类属性，可以根据不同主题类别构建基于某种主题线索的场景图，有利于不同应用场景的专题显示。

场景的显示包括场景节点逻辑关系的显示以及场景对象的显示。场景节点逻辑关系显示的主要目标是利用场景管理器根据不同场景图组织场景节点，清晰地表达出场景内节点的父子关系和层次关系，如图9所示。场景管理模块负责场景对象的显示，其主要的步骤是根据用户的浏览标注编辑选择，通过用户的权限维护模块获取到用户可见的场景图的具体信息和用户的编辑权限，同时根据场景图的信息来组织管理场景中的所有场景节点和场景对象。在获取到用户可见的场景图的信息后，首先通过视点和优先级遍历场景图，获取用户可见的所有场景节点列表。遍历可见场景节点列表，根据实节点所指向的场景对象向数据服务器请求场景对象数据，构造不同类型的场景对象列表，再将这些列表交由绘制引擎通过不同的绘制方法进行绘制。其处理步骤如图8所示。

场景的编辑也包括场景图中场景节点逻辑关系的编辑和场景对象的编辑。由于用户对场景有不同的权限，在用户对场景进行编辑之前，首先要判断该用户是否具有对场景的编辑权限。场景对象本身的编辑不会影响到场景图的结构，而场景节点的逻辑关系的编辑则是对场景图结构的编辑，也不影响场景对象在场景中的位置等场景状态。

场景节点的逻辑关系编辑即通过鼠标拖拽等直观简便的方式，来修改节点之间的父子关系，改变场景图的逻辑结构。场景图不关心场景对象本身属性的编辑，但是，前文说到场景对象必然是附属于场景节点的，因此，当用户在场景中新添场景对象时，用户需要显式的指定其需要绑定的场景节点，如图9所示。当然，为了方便起见，系统也可以缺省地为其提供其附属的场景节点。如果用户可见的场景图太多，可能会导致显示的场景内容太拥挤，而且在添加场景对象时，指派附加场景节点的工作将变得很繁杂，因此还需要提供场景图的挂起操作，即只在系统中显示一个或几个特定的场景图，以提高用户编辑场景图的效率。

图10给出了整个场景图构建过程的流程图。

Claims (12)

1.一种分布式虚拟环境中多场景图的构建方法，其步骤为：

1)将场景图服务器中的场景图划分为公共场景图和私有场景图；

2)权限服务器为每一注册用户设置其能访问的私有场景图及访问权限；所述访问权限包括：可浏览、可标注、可编辑；

3)用户根据访问权限对私有场景图进行操作，其中对可编辑的私有场景图进行编辑或创建一子场景图并作为该用户的私有场景图保存到场景图服务器中；该子场景图的创建者对该子场景图具有可编辑权限，且能设置其他用户对该子场景图的访问权限；

其中，每一场景图对应于一场景区域内的一类场景对象集合，所述场景对象为描述虚拟现实环境中除地形场景外的各种静止或动态的实体对象，每一场景对象对应于场景图中的一个场景节点，根据场景对象之间的逻辑关系确定场景图中场景节点之间的逻辑关系；每一场景图具有一表示该场景图的根节点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述场景节点包括一个或多个根节点，根节点根据是否指向场景实体对象而分为实节点和虚节点；场景图与其子场景图之间构成树形嵌套结构。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述虚根节点在场景图中设有一固定位置，并定义一个局部坐标系，作为该中场景图其他子节点的坐标变换依据。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述公共场景图为对所有用户开放浏览权限和标注权限的场景图；所述公共场景图的场景节点按照场景地形块金字塔结构组成一个层次四叉树金字塔森林，其中，子场景图继承场景图的属性和访问控制权限，且对子场景图根节点定义子场景图的属性和访问控制权限，场景图中父节点的场景图公共属性和访问控制权限继承场景图根节点。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于用户在登录客户端浏览场景时，采用客户端地形数据类似的计算方法，计算场景节点构成的场景节点四叉树森林的相邻层次进行快速裁剪，构成客户端的局部场景图，场景图裁剪还需要考虑场景节点之间的连贯性和完整性，因此局部场景图还可以考虑包括裁剪区域相邻的场景节点。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述客户端具有一场景图管理模块，用于在客户端上显示登录用户所能访问的场景图；以及当场景被用户编辑时，动态地更新场景图的信息，包括场景中节点的逻辑关系变化和场景节点相对应的场景对象及其属性信息，场景节点的增、删、改，场景节点逻辑层次的编辑修改从而改变场景对象显示层次的变化，场景图与场景子图的逻辑关系编辑修改。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于编辑所述场景图的方法为：在场景图侧边栏中，通过对场景节点进行拖拽操作，以改变场景节点之间的逻辑层次关系；场景节点在场景图的逻辑关系树节点之间为改变层次或者逻辑关系进行拖拽移动时，在场景中加亮显示场景节点所指向的场景对象的包围盒，但是不影响该场景对象在场景中的位置和朝向等场景状态信息；如果对若干个场景对象进行打包处理变成一个场景对象，则按照一个场景节点处理。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述场景节点的信息包括：节点ID，节点名称，指向节点表示的场景对象的指针，节点创建者，节点之间的父子逻辑关系，节点的显示层次。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述场景对象的信息包括：场景对象的ID、名称、最新编辑时间，被某个场景节点指向的场景图的ID，以及在这个场景图中与根节点局部坐标系之间的坐标变换关系，指向资源的指针，场景对象三维模型编辑过程中形成的替换纹理、属性、评论和运动属性等信息。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述资源的结构信息，包括三维模型的结构包括：AABB包围盒、OBB包围盒、几何、拓扑、属性、特征框、特征组件、特征约束、特征组件表示的特征树层次和流式压缩文件，也包括视频图像等文件结构。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于按照区域或不同主题对所述场景图进行组织划分。

12.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述场景图可以进行挂起操作或进行解除场景图挂起的操作；用户通过对场景图进行挂起操作，可以不在场景中显示该场景图所有场景节点所指向的场景对象信息。