基于Web的协同3D场景建模系统的研究

摘要

随着互联网技术的快速发展，尤其是在WebGL标准提出后，大量基于W eb的3D应用涌现出来。不同于传统的Web应用，基于Web的3D应用需要面临的一个问题则是3D资源的传输的带宽占用过多，从而导致的严重的系统延迟。另外，因3D资源都存储在服务器端，对这些3D数字内容的有效管理必然离不开版本控制。然而传统的版本控制机制关注的更多是文本文件，并非二进制文件。大部分的3D资源都是二进制文件，如果采用传统的版本控制方法，则会占用大量的存储空间。
　　本文则主要研究基于Web的协同3D场景建模系统。为了解决因3D资源的传输而导致的系统延迟问题，本文基于场景图提出了抽象场景的概念。在基于W eb的场景建模的应用中，大多时候只需传输抽象场景，从而极大地减少系统的网络数据传输量。另外，在同步（实时）协同3D场景建模时，需要维护多个用户之间共享场景的一致性。用户的操作越频繁，数据的传输越频繁，为了避免每次都传输整个抽象场景，基于抽象场景，定义了更加轻量级的抽象操作，以描述各种实时的场景建模用户操作。为了提高3D数字内容管理的效率，提出了面向3D场景的版本控制系统。通过将3D场景资源存储并表示成有向无环图结构的场景图，并基于这样的场景图结构设计各种版本控制算法，可以更高效地计算各个场景版本之间的差异，从而减少版本控制系统的存储空间的消耗。另外，本文基于此思想实现的版本控制系统所支持的非线性工作模式，直接为非线性工作模式的异步协同3D场景建模提供了有力的支持。
　　本文的主要研究工作如下：
　　(1)提出了面向3D场景的非线性版本控制方法，其核心思想是将各种3D场景资源存储并表示为场景图。基于这样的场景图数据结构，设计了各种版本控制相关的算法，包括提交版本、提取版本、分支与标记、差分与融合等。其中差分融合是核心也是最具挑战性的部分，定义了五种状态差异类型和七种结构差异类型，并基于这些差异类型设计了自动差分以及半自动融合算法。
　　(2)提出了基于W eb的协同3D场景建模系统框架，该框架支持同步协同和异步协同，且基于面向3D场景的版本控制系统为3D数字内容进行管理。为了解决因3D资源的传输所带来的系统延迟的问题，我们从场景图中分割出场景资源，提出了抽象场景以及基于抽象场景的三种抽象操作，包括创建对象、编辑状态和编辑结构。
　　(3)以面向3D的版本控制系统为基础，设计了同步协同和异步协同的3D场景建模。同步协同采用序列化操作的方式来维护共享场景的一致性，从而避免协同过程中发生的冲突。异步协同则直接依赖版本控制系统提供的非线性工作模式，并以乐观的方式来发现和解决因共享场景数据所带来的各种冲突。
　　基于以上的研究，本文设计并实现了基于Web的协同3D场景建模原型系统。其中基于w e b的3 D场景建模应用主要基于开源的three.js editor。该应用以提供了丰富的场景建模功能，并能将各种常见的3D各式文件转换成系统所依赖的场景图格式，three.js提出的JOS。最后，本文通过实际的用例对原型系统中的版本控制、同步协同3 D建模和异步协同3D建模进行了验证和分析。

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第一章绪论

1 .1研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文结构安排

1.5 本章小结

第二章基于W e b的协同3D场景建模系统框架

2. 1应用场景分析

2. 2 总体架构介绍

2. 3 系统主要功能

2. 4 本章小结

第三章面向3D场景的版本控制系统

3. 1版本历史图的定义

3. 2 场景图的定义

3.3 面向3D场景的版本控制

3. 4 差分与融合算法的详细设计

3. 5 本章小结

第四章基于版本控制系统的协同建模

4. 1抽象场景的定义

4. 2 抽象操作的定义

4. 3 用户权限管理

4. 4 同步协同3D场景建挨

4. 5 异步协同3D场景建挨

4. 6 本章小结

第五章原型系统设计与实现

5. 1系统总体实现架构

5. 2 系统各层详细设计与实现

5. 3 系统验证及界面展示

5. 4 分析与讨论

5. 5本章小结

第六章全文总结与展望

6. 1全文总结

6. 2 研究展望

参考文献

致谢

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