CN104933753A - 一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，包括展示配置管理器、场景设置管理器、用户管理器和远程管理服务器，所述展示配置管理器连接场景设置管理器，所述用户管理器分别连接展示配置管理器和场景设置管理器，所述远程管理服务器连接场景设置管理器。与现有技术相比，本发明能通过本地应用程序进行实时修改，并用以在窗口中模拟浏览器在线浏览和漫游的三维虚拟场景，具有碰撞检测实时快速、协同性好、实时性强、兼容性好、应用范围广的优点。

Description

一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台

技术领域

本发明涉及构建三维虚拟场景的技术领域，尤其是涉及一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台。

背景技术

在传统的三维(3D)虚拟漫游场景构建方式中，生成的三维虚拟漫游产品在线预览总是需要额外的插件支持，来完成三维动画视图的渲染工作，这使得三维产品的通过互联网和浏览器在线展示兼容性和应用普及受到一定的影响。

传统的三维虚拟漫游场景构建过程中，总是需要通过对场景进行编辑制作后，生成导出相应文件才能在浏览器中查看三维展品的预览效果，一旦发现有地方需要修改就需要重新对模型或代码进行编辑修改，再重新生成进行预览，这样使得工作效率很差，而且对于大型的三维虚拟漫游场景渲染的时间和金钱的代价都是十分巨大的。

传统的三维虚拟漫游场景构建需要较为专业的编制基础，对使用用户的专业要求很高，参与三维产品展示场景构建的人员往往是更专业于展品的布局设计，而并非是专业的编程人员。因此，在实际开发的过程中，三维虚拟漫游场景往往需要相关的设计人员专心于三维产品展示场景的构建的同时，还需花很多尽力去掌握其他编程领域的相关知识，使得团队工作效率变低。

传统的三维虚拟漫游场景构建往往使用客户端软件进行场景构建，让后再统一发布最终展品在浏览器上进行整体展示，这样对于错误的修改是十分困难和不及时的。在制作过程中，制作人员总是需要在客户端保存对应的文件及代码，即使使用各类版本控制的手段，也很难做到协同工作，可能出现重复编辑、错误覆盖、代码混乱的问题，尤其在在工作量较大和人员多的情况下，会使得团队的协同工作效率变低。

传统的三维虚拟漫游场景碰撞检测已经能够满足显示应用的需要，但是作为新兴的WebGL和Html5技术，如何在浏览器中能够高效的进行碰撞检测还没有明确的解决方案，这个问题对于在线三维虚拟漫游场景来说至关重要，好的碰撞检测要求人物在场景中进行平滑的移动。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，是通过本地应用程序进行实时修改，并用以在窗口中模拟浏览器在线浏览和漫游的三维虚拟场景，具有碰撞检测实时快速、协同性好、实时性强、兼容性好、应用范围广的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台包括展示配置管理器、场景设置管理器、用户管理器和远程管理服务器，所述展示配置管理器连接场景设置管理器，所述用户管理器分别连接展示配置管理器和场景设置管理器，所述远程管理服务器连接场景设置管理器。

展示配置管理器对三维虚拟展品和漫游场景的镜头模式、浏览模式、光源和辅助设置进行管理，场景设置管理器对三维虚拟漫游场景的场景、素材、模型、热点和多媒体展示进行管理，用户管理器提供多个用户操作展示配置管理器和场景设置管理器的操作入口，一个三维虚拟漫游场景的所有元素都准备完毕后，场景设置管理器在电脑本地客户端生成html代码，并传输至远程管理服务器，用户接入互联网通过远程管理服务器访问三维虚拟漫游展品和场景。

所述展示配置管理器的功能子模块包括：

镜头模式管理模块，用于设置三维虚拟漫游场景的展示模式，所述展示模式为以镜头为中心的全景漫游模式；

浏览模式管理模块，连接镜头模式管理模块，提供了3D展品模式和3D漫游模式供用户根据需求进行配置；

光源管理模块，连接浏览模式管理模块，用于提供模拟光线支持，并且对光源位置、光源目标位置、光源强度、光源的颜色、光源的放射夹角、光的传播距离、光的调试模式和是否产生阴影设置进行调整；

辅助设置管理模块，分别连接光源管理模块和场景设置管理器，用于提供三维坐标及网格辅助线、兼容页面设置、三维场景背景设置、辅助探照灯设置和碰撞检测设置，同时在场景设置管理器中渲染呈现出来相应的辅助内容；

所述展示配置管理器的各功能子模块均与用户管理器相连接，用户管理器授权用户对各功能子模块进行操作。

所述浏览模式管理模块包括：

3D展品模式单元，用于调节观察镜头视角的旋转速度、缩放速度和配置3D展品的拖动属性；

3D漫游模式单元，用于调节观察镜头的移动速度、缩放速度和初始视角，以及三维场景中漫游高度的设定。

所述光源管理模块包括：

环境光管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中环境光的颜色；

单点光管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中单点光的颜色、调试模式、光源位置、光源目标位置和传播距离；

点射光管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中点射光的颜色、调试模式、传播距离、放射夹角和阴影设置；

平行光管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中平行光的颜色、光源强度、调试模式、阴影设置和光源位置。

所述辅助设置管理模块包括：

在线调试管理单元，用于配置和使用三维模型的在线调试管理工具；

辅助探照灯管理单元，用于实现三维虚拟漫游场景中探照灯的设置，同时配置灯光的颜色、传播距离和光强；

碰撞检测管理单元，用于实现三维虚拟漫游场景中碰撞检测的包围球设置。

所述包围球设置包括碰撞球体精度设置和球体半径设置。

所述场景设置管理器的功能子模块包括：

展示模式管理模块，分别连接展示配置管理器和远程管理服务器，用于实现电脑本地客户端的实时展示和三维场景模型更新，同时承担电脑本地客户端自动生成的html页面代码与远程管理服务器之间的html页面代码的上传和更新，数据完成上传或更新后，用户通过互联网进行访问；

场景管理模块，连接展示模式管理模块，用于管理三维场景中的各种模型在三维虚拟场景中的配置；

素材管理模块，连接场景管理模块，用于管理三维虚拟漫游场景的热点展示形式，设置热点的三维坐标位置、热点尺寸、热点的旋转角度、热点的初始颜色、热点被点击后的颜色、热点的透明度、热点的弹窗内容和热点所关联的信息页面信息；

热点管理模块，连接素材管理模块，用于对热点效果与素材之间的绑定关系进行管理，同时实现热点效果与现有模型元素之间的绑定；

模型管理模块，连接热点管理模块，用于实现模型的缩放、模型的位置、模型的旋转、模型的复制、动画播放速度设置、模型是否产生阴影设置和是否接受碰撞设置；

多媒体管理模块，连接热点管理模块，用于实现对音频传播距离设置、音频音量、音频与模型之间的绑定，以及视频展示的大小、视频的位置、视频的角度、视频的声音效果、视频的播放效果；

所述场景设置管理器的各功能子模块均与用户管理器相连接，用户管理器授权用户对各功能子模块进行操作。

所述模型管理模块包括：

静态模型管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的静态模型，配置静态模型的JS文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型和绑定热点模型；

角色动画模型管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的角色动画模型，配置角色动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放并复制多个静态模型和模型播放速度；

立方体模型管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的立方体模型，配置立方体模型的颜色、透明度、体积、大小、材质、位置、角度和缩放，并绑定热点模型；

位移动画模型管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的位移动画模型，配置位移动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型、模型播放速度和秒数。

所述多媒体管理模块包括：

音频管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的背景音乐和绑定音乐，设置音量、辐射距离和循环播放；

视频管理单元，用于管理三维虚拟漫游场景中的视频的大小、位置和角度，并设置音量、自动播放和循环播放。

该三维虚拟漫游场景构建平台采用包围球围绕镜头的方式来进行辅助设置中的碰撞检测，具体碰撞检测算法如下：

假设已知第一人称视角的坐标为(x₀,y₀,z₀)，包围球上的一点坐标为(x₁,y₁,z₁)，场景中任意展品或者障碍物的一个平面过点(n₁,n₂,n₃)，并且法向量为(v₁,v₂,v₃)，包围盒半径为r，首先在一个方向上的进行碰撞检测，包括以下步骤：

1)根据前两个点获得到一条空间直线方程，满足以下公式：

$\frac{x-x_0}{x_1-x_0}=\frac{y-y_0}{y_1-y_0}=\frac{z-z_0}{z_1-z_0}=t---\left(1\right);$

2)将空间直线方程化简为参数方程，满足以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}x=t*(x_1-x_0)+x_0\\ y=t*(y_1-y_0)+y_0\\ z=t*(z_1-z_0)+z_0\end{array}\right.---\left(2\right);$

3)根据平面的信息获得平面方程式，满足以下公式：

v₁*(x-n₁)+v₂*(y-n₂)+v₃*(z-n₃)＝0   (3)；

4)由公式(1)、(2)、(3)求解得到t，满足以下公式：

$t=\frac{-(v_1*x_0+v_2*y_0+v_3*z_0)}{v_1*(x_1-x_0)+v_2*(y_1-y_0)+v_3*(z_1-z_0)}---\left(4\right);$

5)若t有解，证明镜头外侧的包围球上一点产生的射线与障碍物发生了碰撞，则跳至步骤6)；否则取下一个待检测点进行检测；

6)根据步骤4)求得的t代入公式(2)，求解得到碰撞点(x_c,y_c,z_c)，进一步求解得到碰撞发生距离d，满足以下公式：

$d=\sqrt[2]{{(x_0-x)}^2+{(y_0-y)}^2+{(z_0-z)}^2}---\left(5\right);$

7)若d≤r，则在该空间直线方向上发生了碰撞；若d＞r，则在该空间直线方向上没有发生碰撞；

在三维虚拟漫游场景中，遍历包围球的所有方向进而完成当前时刻的碰撞检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)碰撞检测性能良好，本发明使用的在线的三维虚拟漫游场景碰撞检测使用的包围和模型，经过相关实验的测试证明：本发明的碰撞检测具有性能良好、快速性、准确性高的特点；

2)协同性好，针对每个三维虚拟漫游场景，用户管理器采用加锁功能，只允许一个权限内的用户进行修改，直到用户确认后才会允许另一个用户进行修改。这样既保证产品的一致性，又解决了多人开发可能会导致的代码混乱的问题；

3)实时性强，整个构建过程中，提供了实时渲染并显示预览的功能，达到了所见即所得，服务器实时保存并所有文件及代码全部上传至服务器中，实现本地三维虚拟漫游场景的实时在线展示，缩短了三维展品场景构建的开发周期，减少了多次渲染的时间和金钱的消耗；

4)客户端本地在线编辑，即可针对三维虚拟漫游场景中的各个设置全面地进行在先设置，同时划分展示配置管理和场景设备管理从不同角度进行配置，并根据具体设置内容，继续划分功能单元，功能齐全，最终三维虚拟漫游场景的各元素设置通过展示模式管理模块上传到远程管理服务器，进行统一管理与呈现。

5)客户端本地在线实时浏览，通过远程管理服务器建立网页浏览器的接口，实时性好，用户操作方便。

6)兼容性好，本系统的三维虚拟漫游场景构建的实现技术是基于WebGL和Html5。WebGL是基于OpenGL ES 2.0标准，并使用OpenGL着色语言GLSL。WebGL提供一种类似OpenGL的API，在Web端直接进行硬件加速渲染功能。WebGL技术与Html5的Canvas元素结合，WebGL的API能够被任何与DOM兼容的编程语言，如Javascript、Object-C进行调用，这样解决了Web3D中的两大问题：对插件的依赖和不支持GPU加速，从而达到了很好的兼容性，使得浏览器无需安装任何额外的插件即可直接渲染三维虚拟漫游场景。WebGL和Html5运用在展示模式管理模块中，通过用户的相关设置，展示模式管理模块能够自动生成基于WebGL和Html5的html代码文件。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为虚拟漫游成像原理示意图；

图3为碰撞检测中包围球原理示意图。

图中：1、镜头模式管理模块，2、浏览模式管理模块，3、光源管理模块，4、辅助设置管理模块，5、展示模式管理模块，6、场景管理模块，7、素材管理模块，8、热点管理模块，9、模型管理模块，10、多媒体管理模块，11、用户管理器，12、远程管理服务器，21、3D展品模式单元，22、3D漫游模式单元，31、环境光管理单元，32、单点光管理单元，33、点射光管理单元，34、平行光管理单元，41、在线调试管理单元，42、辅助探照灯管理单元，43、碰撞检测管理单元，91、静态模型管理单元，92、角色动画模型管理单元，93、立方体模型管理单元，94、位移动画模型管理单元，101、音频管理单元，102、视频管理单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明提供了一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，能够使原本集中在3DMax、Photoshop和玛雅软件中的场景构建工作，集成在本地工作环境内工作、保证实时预览构建效果、避免代码编程操作高效的完成三维产品展示场景的构建工作，并且使得展品能够在浏览器中无需安装额外插件的情况下，进行三维虚拟场景漫游。

如图1所示，该基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台包括展示配置管理器、场景设置管理器、用户管理器11和远程管理服务器12，展示配置管理器连接场景设置管理器，用户管理器11分别连接展示配置管理器和场景设置管理器，远程管理服务器12连接场景设置管理器。下面对各组成部分进行说明：

用户管理器11是为了在三维虚拟漫游场景过程中使各设计者用户能够协同工作，提高工作效率，使得设计者之间有着明确的分工安排。用户管理器11提供了多个成员协同构建三维展品场景的功能，本系统能够添加多个系统成员，所有的三维展品场景构建过程中的文件、相关代码都上传至统一的远程管理服务器12中，用户能够直接通过浏览器实时浏览三维虚拟漫游场景，方便多个成员同时协同工作，提高了整个三维展品场景构建的工作效率与质量。同时，用户管理器11采用加锁功能，只允许一个权限内的用户进行修改，直到用户确认后才会允许另一个用户进行修改，这样既保证产品的一致性，又解决了多人开发可能会导致的代码混乱的问题。

展示配置管理器的功能子模块包括：依次连接的镜头模式管理模块1、浏览模式管理模块2、光源管理模块3和辅助设置管理模块4，以上展示配置管理器的功能子模块均与用户管理器11相连接，用户管理器11授权用户对展示配置管理器的各功能子模块进行操作，辅助设置管理模块4连接场景设置管理器。

其中，镜头模式管理模块1，用于设置三维虚拟漫游场景的展示模式，具体包括调节镜头的视角、镜头观察的初始位置和镜头观测目标的初始位置，展示模式为以镜头为中心的全景漫游模式。

浏览模式管理模块2是管理观察三维展品镜头属性的管理模块，提供了两种浏览模式可供用户根据需求进行配置，这两种浏览模式分别是：3D展品模式和3D漫游模式。具体配置包括：设置镜头的观察视角、镜头的三维场景渲染范围、镜头的初始位置及镜头的初始目标位置，不同的镜头观察视角会产生不同的三维展品视觉上的形变效果，三维场景渲染范围决定了镜头当前所能观看的三维展品场景范围，渲染范围越大带来的单位时间渲染处理开销越大，而渲染范围过小则影响三维展品的展示效果，这种情况下是通过展示配置管理器来设置符合实际应用需求的展示镜头属性值。同时合浏览模式管理模块2来进行三维虚拟漫游中各个元素的调整。浏览模式管理模块2包括：

3D展品模式单元21，用于调节观察镜头视角的旋转速度、缩放速度和配置3D展品的拖动属性。

3D漫游模式单元22，用于调节观察镜头的移动速度、缩放速度和初始视角，以及三维场景中漫游高度的设定。

通过Threejs封装了WebGL的展品浏览模式，用户选择3D展品模式或者3D漫游模式，为实际应用提供了很大的便捷性，用户设置编辑浏览模式的相关参数来调整展示时鼠标的灵活性、是否可拖动展品、是否可旋转镜头来满足实际展示时的需求；其中，3D展品模式工作原理如下：

设置观察镜头的视角能否转动，默认为允许转动；若允许转动，调节观察镜头的转动速度的相对值；设置能否拉伸缩放镜头来观察展品，默认为允许；若允许缩放，调节镜头缩放速度的相对值；设置是否允许拖动三维展品，默认为允许；若允许拖动，调节拖动三维展品移动速度的相对值。

3D漫游模式工作原理如下：

设置第一人称观察镜头的转动速度相对值；设置第一人称观察镜头行走移动速度的相对值，进行360度全方位观察，同时能够支持三维空间中的跳跃和实时碰撞检测。

光源管理模块3针对四类光源(环境光、单点光、点射光、平行光)进行管理，用于为三维展品的场景构建提供模拟光线支持，并且对光源位置、光源目标位置、光源强度、光源的颜色、光源的放射夹角、光的传播距离、光的调试模式和阴影设置(是否产生阴影设置)进行调整。光源管理模块3包括：

环境光管理单元31，用于管理三维虚拟漫游场景中环境光的颜色；

单点光管理单元32，用于管理三维虚拟漫游场景中单点光的颜色、调试模式、光源位置、光源目标位置和传播距离；

点射光管理单元33，用于管理三维虚拟漫游场景中点射光的颜色、调试模式、传播距离、放射夹角和阴影设置；

平行光管理单元34，用于管理三维虚拟漫游场景中平行光的颜色、光源强度、调试模式、阴影设置和光源位置。

光源管理模块3提供了对三维展品场景的光源对象管理，传统的三维虚拟漫游场景构建工作中，光源对三维展品的影响效果往往是在制作三维展品模型时一起渲染完成的，各种光源对展品模型的造成的影响效果一旦有调整需求，则需要重新编辑三维展品模型并导出新的模型文件。本系统中，光源的影响效果与三维展品模型的构建分开管理，交由光源管理模块3单独管理，能够在三维展品场景中添加一个或多个环绕光源、平行光源、单点光源，能够调整光源的位置、目标、光强、光色、放射角度，光源管理模块3提供了光源对象的设计辅助线，使设计者在编辑过程中能更直观的观察到光源变化对三维展品模型在场景中展示效果的影响。

辅助设置管理模块4是为了方便设计设在构建三维展品场景所提供的辅助工具，用于提供三维坐标及网格辅助线、兼容页面设置、三维场景背景设置、辅助探照灯设置和碰撞检测设置，同时在场景设置管理器中渲染呈现出来相应的辅助内容。辅助设置管理模块4包括：

在线调试管理单元41，用于配置和使用三维模型的在线调试管理工具，如三维坐标，水平网格和碰撞检测的精度设置，根据镜头渲染范围的设置值来自动调整网格的部署范围，同时添加了三维坐标给场景构建过程中提供定位参考，来观察三维展品场景的实际构建效果；

辅助探照灯管理单元42，用于实现三维虚拟漫游场景中探照灯的设置，其中探照灯类型为烛灯，同时配置灯光的颜色、传播距离和光强；

碰撞检测管理单元43，用于实现三维虚拟漫游场景中碰撞检测的包围球设置，包括碰撞球体精度设置和球体半径设置。碰撞检测管理单元43是对碰撞检测的精度和效率进行微调。

场景设置管理器的功能子模块包括：依次连接的展示模式管理模块5、场景管理模块6、素材管理模块7和热点管理模块8，以及连接热点管理模块8的模型管理模块9、多媒体管理模块10。以上场景设置管理器的功能子模块均与用户管理器11相连接，用户管理器11授权用户对场景设置管理器的各功能子模块进行操作，展示模式管理模块5分布连接辅助设置管理模块4和远程管理服务器12。

展示模式管理模块5，用于实现电脑本地客户端的实时展示和三维场景模型更新，同时承担电脑本地客户端自动生成的html页面代码与远程管理服务器12之间的html页面代码的上传和更新，数据完成上传或更新后，用户通过互联网在网页浏览器中实时浏览三维场景模型。因此，展示模式管理模块5提供了在整个三维虚拟漫游场景构建过程中的效果预览功能，展示模式管理模块5对设计者在操作镜头模式管理模块1、浏览模式管理模块2、辅助设置管理模块4、光源管理模块3、场景管理模块6、素材管理模块7、热点管理模块8、模型管理模块9时所产生的参数变化，都会做出实时渲染并将三维展品场景的效果实时的显示在场景效果实时预览器中，让设计者实时看到三维展品场景构建的效果，达到了所见即所，方便快速的构建出符合实际应用需求的三维展品场景。并且用户的新的修改将会实时与服务器进行同步工作。

场景管理模块6，用于管理三维场景中的各种模型在三维虚拟场景中的模型的组合、模型的位置、模型的朝向的元素配置。

素材管理模块7，用于管理三维虚拟漫游场景的热点展示形式，设置热点的三维坐标位置、热点尺寸、热点的旋转角度、热点的初始颜色、热点被点击后的颜色、热点的透明度、热点的弹窗内容和热点所关联的信息页面信息。

热点管理模块8是一个对整个三维展品场景中的交互热点进行管理的管理模块，用于对热点效果与素材之间的绑定关系进行管理，同时实现热点效果与现有模型元素之间的绑定，现有模型元素包括：静态模型、角色动画模型、立方体模型、位移动画模型、视频和音频。

为了让三维展品能具有更多的用户交互功能，本系统利用WebGL中射线与模型碰撞的判断功能，将浏览器中二维点击操作映射至三维展品场景中，设计了交互热点对象。热点管理模块8提供了对热点的添加、编辑管理，能够为每个热点设置名称，便于团队人员协同编辑管理，能够设置热点在三维场景中三维坐标位置、设置热点的尺寸、颜色、点击后的颜色、透明度、关联信息的页面信息、展示页面尺寸、展示页面方式。同时，本系统能将四类模型也设置成为热点，这样借助热点来控制音频、视频的操作(开始、暂停、音量设置、循环)，还能够进行多场景的切换操作的交互。

模型管理模块9是用来管理三维虚拟漫游场景中三维模型的管理模块，用于实现模型的缩放、模型的位置、模型的旋转、模型的复制、动画播放速度设置、模型阴影设置(即模型是否产生阴影设置)和碰撞设置(即是否接受碰撞设置)。其中，模型的类型分为静态模型、角色动画模型、立方体模型、位移动画模型，因此模型管理模块9包括：

静态模型管理单元91，用于管理三维虚拟漫游场景中的静态模型，配置静态模型的JS文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型和绑定其他热点模型；

角色动画模型管理单元92，用于管理三维虚拟漫游场景中的角色动画模型，配置角色动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放并复制多个静态模型和模型播放速度；

立方体模型管理单元93，用于管理三维虚拟漫游场景中的立方体模型，配置立方体模型的颜色、透明度、体积、大小、材质、位置、角度和缩放，并绑定其他热点模型；

位移动画模型管理单元94，用于管理三维虚拟漫游场景中的位移动画模型，配置位移动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型、模型播放速度和秒数；

上述各类模型的管理器均包含：三维模型导入器，用以将预制展品三维模型导入到模型管理模块9中；三维模型编辑器，用以在线设置、调整、编辑已导入的预制展品三维模型。传统的三维虚拟漫游场景构建的三维模型管理总是把三维模型构建的工作全部交由独立的三维模型构建平台，如3Dmax、玛雅软件平台，实现对三维模型的各种特性及展示细节进行制作编辑，然后导出三维模型在三维场景中完成构建工作，一旦对三维模型有调整的需求，则需要再次制作修改后导出三维模型，使得整个三维展品场景的构建工作变得繁琐且效率低。因此，模型管理模块9是将三维模型的变化(位置、方向、阴影、缩放)工作直接在本系统内进行管理和调整，无需进行多次通过3Dmax第三方软件进行多次模型的编辑制作，从而提供了对由3DMax预先制作好的展品三维模型的导入及二次编辑功能。本系统通过对WebGL、Html5、Ajax、JQuery、WPF、ASP.NET技术的集成，能够在窗口中模拟网页浏览器显示导入的三维展品模型，能够调节展品的三维位置坐标、展品旋转角度并且通过Ajax、Upload、WPF技术实时动态的在窗口中模拟浏览器预览窗口显示场景展示效果，使整个设计过程无需设计任何代码编辑或编程操作，而且能观察到设计过程中任何细微的变化，提高了团队工作的效率与展品设计质量。其中，WebGL和Html5运用在展示模式管理模块5中，通过用户的相关设置，展示模式管理模块5是自动生成基于WebGL和Html5的html代码文件。

多媒体管理模块10的多媒体分为：音频和视频，可实现对音频传播距离设置、音频音量、音频与模型之间的绑定，以及视频展示的大小、视频的位置、视频的角度、视频的声音效果、视频的播放效果(如：开始、暂停、重头开始、循环播放)。多媒体管理模块10包括：

音频管理单元101，用于管理三维虚拟漫游场景中的背景音乐和绑定音乐，设置音量、辐射距离和循环播放内容；

视频管理单元102，用于管理三维虚拟漫游场景中的视频的大小、位置和角度，并设置音量、自动播放和循环播放。

关于辅助设置管理模块4中的碰撞检测管理单元43，三维虚拟漫游场景中碰撞检测往往会发生在虚拟漫游中浏览对象与展品之间的相互碰撞，即碰撞检测只会出现在浏览模式中的3D漫游模式中，其中包围球的半径r大小和球体上需要进行碰撞检测的精度配置均能在辅助设置管理中的碰撞检测管理单元43中进行设置。同时对于3D虚拟漫游场景中的障碍物的设置能通过模型管理模块9中的各个子模块进行配置。虚拟漫游中的第一视角成像原理，如图2所示。在三维虚拟漫游场景中通常都会具备以下元素：镜头、透镜、视口。虚拟漫游中，第一视角所看到的所有场景都是在视口内的所有对象；进行虚拟漫游的时候也就是对镜头进行移动的过程。视口与镜头之间的距离很小，所以本系统采用包围球围绕镜头的方式来进行碰撞检测，如图3所示，具体碰撞检测算法如下：

假设已知第一人称视角的坐标为(x₀,y₀,z₀)，包围球上的一点坐标为(x₁,y₁,z₁)，场景中任意展品或者障碍物的一个平面过点(n₁,n₂,n₃)，并且法向量为(v₁,v₂,v₃)，包围盒半径为r，首先在一个方向上的进行碰撞检测，包括以下步骤：

1)根据前两个点获得到一条空间直线方程，满足以下公式：

$\frac{x-x_0}{x_1-x_0}=\frac{y-y_0}{y_1-y_0}=\frac{z-z_0}{z_1-z_0}=t---\left(1\right);$

2)将空间直线方程化简为参数方程，满足以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}x=t*(x_1-x_0)+x_0\\ y=t*(y_1-y_0)+y_0\\ z=t*(z_1-z_0)+z_0\end{array}\right.---\left(2\right);$

3)根据平面的信息获得平面方程式，满足以下公式：

v₁*(x-n₁)+v₂*(y-n₂)+v₃*(z-n₃)＝0   (3)；

4)由公式(1)、(2)、(3)求解得到t，满足以下公式：

$t=\frac{-(v_1*x_0+v_2*y_0+v_3*z_0)}{v_1*(x_1-x_0)+v_2*(y_1-y_0)+v_3*(z_1-z_0)}---\left(4\right);$

5)若t有解，证明镜头外侧的包围球上一点产生的射线与障碍物发生了碰撞，则跳至步骤6)；否则取下一个待检测点进行检测；

6)根据步骤4)求得的t代入公式(2)，求解得到碰撞点(x_c,y_c,z_c)，进一步求解得到碰撞发生距离d，满足以下公式：

$d=\sqrt[2]{{(x_0-x)}^2+{(y_0-y)}^2+{(z_0-z)}^2}---\left(5\right);$

7)若d≤r，则在该空间直线方向上发生了碰撞；若d＞r，则在该空间直线方向上没有发生碰撞；

对于一个虚拟漫游的三维空间来说，碰撞的方向绝对不可能仅仅只有一个方向，通过遍历包围球的所有方向便明确知道一个三维空间之中是否发生了碰撞。更新尚未检测的顶点，重复步骤1)。直到全部检测完毕。整个基于包围球的碰撞检测算法已经预先设定到3D虚拟漫游的浏览模式中。

展示配置管理器对三维虚拟展品和漫游场景的镜头模式、浏览模式、光源和辅助设置进行管理，场景设置管理器对三维虚拟漫游场景的场景、素材、模型、热点和多媒体展示进行管理，用户管理器11提供多个用户操作展示配置管理器和场景设置管理器的操作入口，一个三维虚拟漫游场景的所有元素都准备完毕后，场景设置管理器在电脑本地客户端生成html代码，并传输至远程管理服务器12，用户接入互联网通过远程管理服务器12访问三维虚拟漫游展品和场景。

集成上述所有模块均实现三维虚拟漫游场景的构建功能，为了使本系统有更强的兼容性、三维场景渲染具有更高的效率，本系统集成了WPF、Html5和WebGL技术来解决兼容性和高效性两个问题；本系统还借助了碰撞检测的算法来解决在线虚拟漫游场景中的快速检测，同时为了提高开发效率及系统可维护性和稳健性，本系统使用了Threejs框架来具体实现WebGL的功能接口；整个系统使用VisualStudio 2012平台开发，开发框架为WPF，开发语言使用C#语言，数据库使用SQLServer。

Claims (10)

1.一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，包括展示配置管理器、场景设置管理器、用户管理器(11)和远程管理服务器(12)，所述展示配置管理器连接场景设置管理器，所述用户管理器(11)分别连接展示配置管理器和场景设置管理器，所述远程管理服务器(12)连接场景设置管理器；

展示配置管理器对三维虚拟展品和漫游场景的镜头模式、浏览模式、光源和辅助设置进行管理，场景设置管理器对三维虚拟漫游场景的场景、素材、模型、热点和多媒体展示进行管理，用户管理器(11)提供多个用户操作展示配置管理器和场景设置管理器的操作入口，一个三维虚拟漫游场景的所有元素都准备完毕后，场景设置管理器在电脑本地客户端生成html代码，并传输至远程管理服务器(12)，用户接入互联网通过远程管理服务器(12)访问三维虚拟漫游展品和场景。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述展示配置管理器的功能子模块包括：

镜头模式管理模块(1)，用于设置三维虚拟漫游场景的展示模式，所述展示模式为以镜头为中心的全景漫游模式；

浏览模式管理模块(2)，连接镜头模式管理模块(1)，提供了3D展品模式和3D漫游模式供用户根据需求进行配置；

光源管理模块(3)，连接浏览模式管理模块(2)，用于提供模拟光线支持，并且对光源位置、光源目标位置、光源强度、光源的颜色、光源的放射夹角、光的传播距离、光的调试模式和是否产生阴影设置进行调整；

辅助设置管理模块(4)，分别连接光源管理模块(3)和场景设置管理器，用于提供三维坐标及网格辅助线、兼容页面设置、三维场景背景设置、辅助探照灯设置和碰撞检测设置，同时在场景设置管理器中渲染呈现出来相应的辅助内容；

所述展示配置管理器的各功能子模块均与用户管理器(11)相连接，用户管理器(11)授权用户对各功能子模块进行操作。

3.根据权利要求2所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述浏览模式管理模块(2)包括：

3D展品模式单元(21)，用于调节观察镜头视角的旋转速度、缩放速度和配置3D展品的拖动属性；

3D漫游模式单元(22)，用于调节观察镜头的移动速度、缩放速度和初始视角，以及三维场景中漫游高度的设定。

4.根据权利要求2所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述光源管理模块(3)包括：

环境光管理单元(31)，用于管理三维虚拟漫游场景中环境光的颜色；

单点光管理单元(32)，用于管理三维虚拟漫游场景中单点光的颜色、调试模式、光源位置、光源目标位置和传播距离；

点射光管理单元(33)，用于管理三维虚拟漫游场景中点射光的颜色、调试模式、传播距离、放射夹角和阴影设置；

平行光管理单元(34)，用于管理三维虚拟漫游场景中平行光的颜色、光源强度、调试模式、阴影设置和光源位置。

5.根据权利要求2所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述辅助设置管理模块(4)包括：

在线调试管理单元(41)，用于配置和使用三维模型的在线调试管理工具；

辅助探照灯管理单元(42)，用于实现三维虚拟漫游场景中探照灯的设置，同时配置灯光的颜色、传播距离和光强；

碰撞检测管理单元(43)，用于实现三维虚拟漫游场景中碰撞检测的包围球设置。

6.根据权利要求5所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述包围球设置包括碰撞球体精度设置和球体半径设置。

7.根据权利要求1所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述场景设置管理器的功能子模块包括：

展示模式管理模块(5)，分别连接展示配置管理器和远程管理服务器(12)，用于实现电脑本地客户端的实时展示和三维场景模型更新，同时承担电脑本地客户端自动生成的html页面代码与远程管理服务器(12)之间的html页面代码的上传和更新，数据完成上传或更新后，用户通过互联网进行访问；

场景管理模块(6)，连接展示模式管理模块(5)，用于管理三维场景中的各种模型在三维虚拟场景中的配置；

素材管理模块(7)，连接场景管理模块(6)，用于管理三维虚拟漫游场景的热点展示形式，设置热点的三维坐标位置、热点尺寸、热点的旋转角度、热点的初始颜色、热点被点击后的颜色、热点的透明度、热点的弹窗内容和热点所关联的信息页面信息；

热点管理模块(8)，连接素材管理模块(7)，用于对热点效果与素材之间的绑定关系进行管理，同时实现热点效果与现有模型元素之间的绑定；

模型管理模块(9)，连接热点管理模块(8)，用于实现模型的缩放、模型的位置、模型的旋转、模型的复制、动画播放速度设置、模型是否产生阴影设置和是否接受碰撞设置；

多媒体管理模块(10)，连接热点管理模块(8)，用于实现对音频传播距离设置、音频音量、音频与模型之间的绑定，以及视频展示的大小、视频的位置、视频的角度、视频的声音效果、视频的播放效果；

所述场景设置管理器的各功能子模块均与用户管理器(11)相连接，用户管理器(11)授权用户对各功能子模块进行操作。

8.根据权利要求7所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述模型管理模块(9)包括：

静态模型管理单元(91)，用于管理三维虚拟漫游场景中的静态模型，配置静态模型的JS文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型和绑定热点模型；

角色动画模型管理单元(92)，用于管理三维虚拟漫游场景中的角色动画模型，配置角色动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放并复制多个静态模型和模型播放速度；

立方体模型管理单元(93)，用于管理三维虚拟漫游场景中的立方体模型，配置立方体模型的颜色、透明度、体积、大小、材质、位置、角度和缩放，并绑定热点模型；

位移动画模型管理单元(94)，用于管理三维虚拟漫游场景中的位移动画模型，配置位移动画模型的DEA文件和贴图文件、设置模型材质、位置、角度和缩放，并复制多个静态模型、模型播放速度和秒数。

9.根据权利要求7所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，所述多媒体管理模块(10)包括：

音频管理单元(101)，用于管理三维虚拟漫游场景中的背景音乐和绑定音乐，设置音量、辐射距离和循环播放；

视频管理单元(102)，用于管理三维虚拟漫游场景中的视频的大小、位置和角度，并设置音量、自动播放和循环播放。

10.根据权利要求1所述的一种基于互联网的三维虚拟漫游场景构建平台，其特征在于，该三维虚拟漫游场景构建平台采用包围球围绕镜头的方式来进行辅助设置中的碰撞检测，具体碰撞检测算法如下：

假设已知第一人称视角的坐标为(x₀,y₀,z₀)，包围球上的一点坐标为(x₁,y₁,z₁)，场景中任意展品或者障碍物的一个平面过点(n₁,n₂,n₃)，并且法向量为(v₁,v₂,v₃)，包围盒半径为r，首先在一个方向上的进行碰撞检测，包括以下步骤：

1)根据前两个点获得到一条空间直线方程，满足以下公式：

$\frac{x-x_0}{x_1-x_0}=\frac{y-y_0}{y_1-y_0}=\frac{z-z_0}{z_1-z_0}=t---\left(1\right);$

2)将空间直线方程化简为参数方程，满足以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}x=t*(x_1-x_0)+x_0\\ y=t*(y_1-y_0)+y_0\\ z=t*(z_1-z_0)+z_0\end{array}\right.---\left(2\right);$

3)根据平面的信息获得平面方程式，满足以下公式：

v₁*(x-n₁)+v₂*(y-n₂)+v₃*(z-n₃)＝0        (3)；

4)由公式(1)、(2)、(3)求解得到t，满足以下公式：

$t=\frac{-(v_1*x_0+v_2*y_0+v_3*z_0)}{v_1*(x_1-x_0)+v_2*(y_1-y_0)+v_3*(z_1-z_0)}---\left(4\right);$

5)若t有解，证明镜头外侧的包围球上一点产生的射线与障碍物发生了碰撞，则跳至步骤6)；否则取下一个待检测点进行检测；

6)根据步骤4)求得的t代入公式(2)，求解得到碰撞点(x_c,y_c,z_c)，进一步求解得到碰撞发生距离d，满足以下公式：

$d=\sqrt[2]{{(x_0-x)}^2+{(y_0-y)}^2+{(z_0-z)}^2}---\left(5\right);$

7)若d≤r，则在该空间直线方向上发生了碰撞；若d＞r，则在该空间直线方向上没有发生碰撞；

在三维虚拟漫游场景中，遍历包围球的所有方向进而完成当前时刻的碰撞检测。