摘  要： WEB 3D（又稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)三維）技術(shù)是隨著互聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的,其目的是在互聯(lián)網(wǎng)上建立三維的虛擬世界,讓人們更加清晰明了地了解真實(shí)的物體。目前,Web 3D技術(shù)在電子商務(wù)、教育、娛樂(lè)、虛擬社區(qū)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。從該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，歸納、總結(jié)了其主流技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)目前存在的主要問(wèn)題提出了解決思路。最后，對(duì)Web 3D技術(shù)的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)三維； 虛擬現(xiàn)實(shí)； 主流技術(shù)； 應(yīng)用

1 Web 3D發(fā)展現(xiàn)狀
    虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）技術(shù)是一種可提供沉浸感覺(jué)和交互操作的三維技術(shù)。20世紀(jì)80年代,Jaron Lanier 最早提出了“虛擬現(xiàn)實(shí)”這一概念。
    Web 3D技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)與虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)技術(shù)的產(chǎn)物, 是指基于Internet、依靠軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的桌面級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，目的是在互聯(lián)網(wǎng)上建立三維的虛擬世界。
    VRML1.0于1994年10月在第二屆互聯(lián)網(wǎng)國(guó)際會(huì)議上公布[1]，這是可追溯的最早的Web 3D技術(shù)，VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言。VRML在1997年12月作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，1998年1月正式獲得ISO標(biāo)準(zhǔn)，VRML經(jīng)過(guò)編輯修訂和功能性調(diào)整后,發(fā)布了VRML97[2]。1998年，VRML組織改名為Web 3D組織,同時(shí)制訂了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)：Extensible3D(X3D)。2000年，Web 3D組織完成了從VRML到X3D的轉(zhuǎn)換[3]。
1.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r
　美國(guó)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR(Virtual Reality)研究的發(fā)源地，最初的研究應(yīng)用主要集中在軍方對(duì)飛行駕駛員與宇航員的模擬訓(xùn)練,目前在該領(lǐng)域的研究主要集中在感知、用戶(hù)界面、后臺(tái)軟件和硬件4個(gè)方面。英國(guó)在分布并行處理、輔助設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究方面是歐洲領(lǐng)先，英國(guó)Bristol公司發(fā)現(xiàn)，VR應(yīng)用的交點(diǎn)應(yīng)集中在整體綜合技術(shù)上，它們?cè)谲浖陀布哪承╊I(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。瑞典的DIVE分布式虛擬交互環(huán)境是一個(gè)基于Unix的、不同節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)進(jìn)程可以在同一世界中工作的異質(zhì)分布式系統(tǒng)。日本的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展在世界相關(guān)領(lǐng)域的研究中同樣具有舉足輕重的地位,尤其在游戲方面做出了很大的成就[1]。
1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
    我國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與一些發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等高速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)引起了政府有關(guān)部門(mén)和科學(xué)家們的重視[3]，九五規(guī)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃等都把虛擬現(xiàn)實(shí)列入了研究項(xiàng)目。
    國(guó)內(nèi)許多高校也紛紛進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的研究和應(yīng)用,并取得了一些不錯(cuò)的研究成果。北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)系是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)行VR研究、最有權(quán)威的單位之一，它們開(kāi)發(fā)的虛擬北航可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中對(duì)虛擬校園的實(shí)時(shí)漫游和交互操作；清華大學(xué)國(guó)家光盤(pán)工程研究中心所作的“布達(dá)拉宮”采用了QuickTime技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大全景VR制；浙江大學(xué)CAD&CG國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)[3]。國(guó)內(nèi)的公司也紛紛推出了自己的技術(shù)。
    就總體發(fā)展而言，國(guó)外的虛擬現(xiàn)實(shí)研究起步較早，軟硬件條件也比較先進(jìn)，在各個(gè)方面的研究水平較高，應(yīng)用領(lǐng)域也比較廣泛。國(guó)內(nèi)的研究起步晚，軟硬件條件有限，研究水平有待提高發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也有一定的局限性。
2 主流技術(shù)
    近幾年，網(wǎng)絡(luò)媒體尤其是電子商務(wù)對(duì)圖形、圖像、視頻技術(shù)等提出了更高的要求，各個(gè)3D圖形公司紛紛推出了自己的Web 3D制作工具，各具特色，使得Web 3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)操作更加簡(jiǎn)單，使用更加便捷。
2.1 國(guó)外的主流技術(shù)
    目前Web 3D的開(kāi)發(fā)技術(shù)除了傳統(tǒng)的VRML/X3D以外，常見(jiàn)的還包括：Cult3D、Viewpoint、Java3D、Virtools、ShockWave3D等[4]。
    (1) Cult3D
    瑞典的Cycore公司開(kāi)發(fā)的Cult3D應(yīng)用軟件是一種跨平臺(tái)的3D渲染引擎，支持目前主流的各種瀏覽器和常用的操作系統(tǒng)[5]，可以把3D產(chǎn)品嵌入到Office、Adobe的Acrobat和網(wǎng)頁(yè)以及用于支持ActiveX的軟件開(kāi)發(fā)中。
    (2) Viewpoint
　美國(guó)Viewpoint公司提出的Web 3D解決方案[5], 利用它基于XML語(yǔ)言的構(gòu)架可方便地與瀏覽器和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信,同時(shí)還可以?xún)?nèi)嵌到多個(gè)軟件中使用,所以Viewpoint的應(yīng)用非常廣泛。
    (3) Java3D
　Java3D是Java語(yǔ)言在三維圖形領(lǐng)域的擴(kuò)展，是面向?qū)ο蟮木幊蘙5]?？蓪?shí)現(xiàn)圖像對(duì)象的生成、模型的改變等，不需要任何插件只需在PC上安裝相應(yīng)的虛擬機(jī)便可，Java3D對(duì)運(yùn)算的要求比較高。
    (4) Virtools
    Virtools是法國(guó)Virtools公司開(kāi)發(fā)的平臺(tái)[5]技術(shù)、資金雄厚且在Web 3D行業(yè)發(fā)展較早。在國(guó)外市場(chǎng)占有的份額較大，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以出售軟件為主，價(jià)格昂貴且不能及時(shí)地提供技術(shù)支持。因此，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率并不高。
    (5) ShockWave3D
    ShockWave3D是Macromedia公司與Intel公司合作開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)[5]，通過(guò)Macromeadia Director進(jìn)行制作，Director為Shockwave3D加入幾百條Lingo控制函數(shù)，通過(guò)這些函數(shù)使得Shockwave3D在交互能力和擴(kuò)展能力上具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)Havok，Shockwave3D可以模擬真實(shí)物理環(huán)境和剛體特性。目前多應(yīng)用在不太復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)游戲上。幾種Web 3D技術(shù)的比較如表1所示。

    通過(guò)上述的比較可以得出,每一種 Web 3D技術(shù)都有其自身的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。Cult3D和Viewpoint具有逼真的渲染引擎,能產(chǎn)生高質(zhì)量的渲染場(chǎng)景,但Viewpoint比Cult3D的效果更加顯著。Java3D擁有跨平臺(tái)性且不需要插件,并提供了大量的類(lèi)可供使用，提高了其擴(kuò)展性和應(yīng)用面。Virtools具有豐富的互動(dòng)模塊，提供創(chuàng)建3D實(shí)時(shí)應(yīng)用程序及相關(guān)服務(wù)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，在建筑設(shè)計(jì)、仿真與產(chǎn)品展示等方面效果顯著。ShockWave3D有著極為廣大的用戶(hù)群。值得一提的是,Intel把它的Web 3D圖形集成到Shockwave中，Intel Web 3D的圖形極具特色,可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)3D內(nèi)容的分辨率。
2.2 國(guó)內(nèi)主流技術(shù)
    隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國(guó)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)公司紛紛推出了自己的Web 3D技術(shù)。
    2007年,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了第一個(gè)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Web 3D開(kāi)發(fā)軟件技術(shù)WebMax,隨后又出現(xiàn)了VRPIE和Converse等一些國(guó)產(chǎn)引擎軟件。
    (1) WebMax
　WebMax是由中國(guó)上海創(chuàng)圖公司研發(fā)的Web 3D開(kāi)發(fā)軟件技術(shù)，采用DirectX 和C++編寫(xiě)、三維實(shí)時(shí)分布式渲染技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)限大規(guī)模場(chǎng)景的實(shí)時(shí)渲染。WebMax技術(shù)在三維網(wǎng)絡(luò)游戲技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了壓縮和網(wǎng)絡(luò)流式傳輸。
    （2） VRPIE
　VRPIE是中視典數(shù)字科技有限公司2007年推出的虛擬現(xiàn)實(shí)新品。它使用腳本系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行交互，可以直接嵌入圖片視頻和Flash實(shí)現(xiàn)多媒體功能。雖然沒(méi)有WebMax的壓縮內(nèi)核好，畫(huà)質(zhì)上也是差不多，但是在軟件成熟度上比較好且操作簡(jiǎn)單。
    （3） Converse3d（C3D）
    北京中天灝景網(wǎng)絡(luò)科技有限公司自主研發(fā)的Converse3D虛擬現(xiàn)實(shí)引擎與WebMax一樣，采用DirectX和C++編寫(xiě)。該公司在模擬體育類(lèi)游戲方面比較成功，后來(lái)把很大量的精力都傾注在C3D虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的研發(fā)上，目前正致力于虛擬社區(qū)的完善和推廣。
    國(guó)內(nèi)的Web 3D技術(shù)借鑒了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，軟件制造商直接面對(duì)用戶(hù)。WebMax具有互動(dòng)性強(qiáng)、高壓縮比、高速的運(yùn)算速度等國(guó)外同類(lèi)技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。VRPIE直接面向美工，軟件較成熟且操作簡(jiǎn)單，這無(wú)疑增加了用戶(hù)使用的渴望。C3D借助之前在模擬體育類(lèi)游戲方面的優(yōu)勢(shì)，致力于虛擬社區(qū)的完善和推廣。
    所有的Web 3D軟件公司都希望自己的軟件成為“真正”的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),但就目前情況而言，不論使用哪個(gè)廠(chǎng)商的軟件都需要下載大小不一的插件完成網(wǎng)頁(yè)上Web 3D的瀏覽,插件的大小將直接影響用戶(hù)的使用熱情。
3 Web 3D技術(shù)的應(yīng)用
　Web 3D的目的是在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維模型的瀏覽并可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果和實(shí)時(shí)交互，互聯(lián)網(wǎng)的需求是Web 3D發(fā)展的動(dòng)力和源泉。采用Web 3D圖形技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容提供商和商業(yè)網(wǎng)站發(fā)展的潮流，Web 3D技術(shù)將在互聯(lián)網(wǎng)上廣泛應(yīng)用。從目前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，Web 3D組織將其應(yīng)用大致歸為商務(wù)、教育、娛樂(lè)和虛擬社區(qū)4類(lèi)。
3.1 電子商務(wù)和企業(yè)
    3D技術(shù)展示商品，能夠全方位地展現(xiàn)一個(gè)物體，具有二維平面圖像不可比擬的優(yōu)勢(shì)，更能吸引客戶(hù)。企業(yè)將他們的產(chǎn)品發(fā)布成Web 3D的形式，能夠展現(xiàn)出產(chǎn)品外形的細(xì)節(jié)，加上互動(dòng)操作，演示產(chǎn)品的功能和使用操作，充分利用互聯(lián)網(wǎng)高速?gòu)V泛的傳播優(yōu)勢(shì)來(lái)推廣公司的產(chǎn)品。
3.2教育
    隨著科技的不斷發(fā)展，如今的教學(xué)方式不再是單純依靠書(shū)本等形式。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的引入，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的許多方面[6]，但在表現(xiàn)一些空間立體化的知識(shí)(如原子、分子的結(jié)合過(guò)程等)時(shí)仍存在一些不足。隨著三維的展現(xiàn)形式的引入，勢(shì)必使學(xué)習(xí)過(guò)程形象化，學(xué)生更容易接受和掌握[7]。
    對(duì)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)而言，引入Web 3D內(nèi)容必將達(dá)到很好的遠(yuǎn)程教育效果[8]。
3.3 娛樂(lè)游戲
　現(xiàn)今，動(dòng)態(tài)的HTML、流式音視頻使整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)生機(jī)勃勃。多用戶(hù)聯(lián)機(jī)3D游戲、創(chuàng)意互動(dòng)游戲等三維的引入，可以使玩家對(duì)游戲的畫(huà)面場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)、全方位的操縱。
3.4 虛擬社區(qū)
　Web 3D技術(shù)上使二維虛擬社區(qū)開(kāi)始向三維場(chǎng)景級(jí)別的虛擬社區(qū)轉(zhuǎn)變。使用Web 3D實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的虛擬社區(qū)展示，只須構(gòu)建一個(gè)三維場(chǎng)景，訪(fǎng)問(wèn)者以第一視角在其中漫游，使其產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。當(dāng)幾個(gè)遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)者同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)虛擬社區(qū)時(shí)，它們可以用語(yǔ)音或文字通信。
　虛擬社區(qū)[9]真正實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)。在互聯(lián)網(wǎng)上仿真虛擬社會(huì)的各種活動(dòng)，分布在世界各地的人可以借助互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展各種文化、科技和娛樂(lè)活動(dòng)。虛擬社區(qū)很可能成為Web 3D圖形在互聯(lián)網(wǎng)上的一種主要應(yīng)用形式。
3.5 其他
　虛擬網(wǎng)上展館是一個(gè)利用全新Web 3D形成將展覽館放到互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行展示的平臺(tái)。虛擬博物館就是一個(gè)實(shí)質(zhì)性的例證，它集虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種高科技手段為一體并采用嵌入IE頁(yè)面的方式運(yùn)行，只需下載一個(gè)客戶(hù)端即可，在滿(mǎn)足觀(guān)眾足不出戶(hù)觀(guān)看展覽的需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了觀(guān)眾之間、觀(guān)眾與藝術(shù)家實(shí)時(shí)交流的互動(dòng)需要，真正實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)與科技的結(jié)合。
　三維醫(yī)學(xué)是未來(lái)醫(yī)療發(fā)展的一個(gè)重要的方向。未來(lái)醫(yī)學(xué)圖像的處理將使用Web 3D圖形技術(shù)，使醫(yī)生能更加清晰明了、多視角診斷患者的病情，及時(shí)有效地做出診斷，大大減少目前很多患者因?yàn)椴∏樵\斷失誤而引起的生命危險(xiǎn)[10]。
　　地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化是將GIS、GPS與Web 3D結(jié)合起來(lái)，可以在互聯(lián)網(wǎng)上建立許多應(yīng)用系統(tǒng)。
4 WEB 3D展望
4.1發(fā)展前景
    隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和Web 3D研發(fā)技術(shù)的不斷提高，其未來(lái)的發(fā)展前景與潛力巨大。Web 3D技術(shù)將進(jìn)一步深入電子商務(wù)和企業(yè)、網(wǎng)上展館、網(wǎng)上旅游和虛擬社區(qū)等領(lǐng)域的運(yùn)用,并將在自動(dòng)化在線(xiàn)控制系統(tǒng)、Web 3D在線(xiàn)營(yíng)救指揮系統(tǒng)[8]、 Web 3D手機(jī)嵌入式軟件等領(lǐng)域有所突破。
4.2 面臨的挑戰(zhàn)及解決思路
　雖然Web 3D已經(jīng)發(fā)展多年且該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是二維網(wǎng)頁(yè)無(wú)法超越的，但是它的發(fā)展卻是障礙重重。網(wǎng)絡(luò)帶寬、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等是Web 3D技術(shù)目前發(fā)展所面臨的最大挑戰(zhàn)。
4.2.1網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制
    Web 3D技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求很高,以目前的硬件條件，對(duì)于要求較高、實(shí)時(shí)渲染的Web 3D技術(shù)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)帶寬是制約其發(fā)展的一個(gè)瓶頸,再加之資費(fèi)較高，使得對(duì)其興趣本來(lái)就不大的人們望而卻步。
    隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員正在節(jié)約大量資金的前提下不斷地努力研發(fā)和設(shè)計(jì)更寬的帶寬和更快的速度，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)速將有一定的改善，從而為Web 3D的應(yīng)用發(fā)展開(kāi)闊一條嶄新的道路。
4.2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
    目前Web 3D技術(shù)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。各種技術(shù)的持有者和軟件廠(chǎng)商都想讓自己的技術(shù)成為“實(shí)際上”的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而互不聯(lián)系，幾乎每個(gè)廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)都需要自己插件的支持,這將直接影響著用戶(hù)使用Web 3D的熱情，極大地限制了Web 3D技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。
    Web 3D組織對(duì)目前存在的問(wèn)題還沒(méi)有出臺(tái)正式的解決方案。
    解決這個(gè)問(wèn)題需要各個(gè)行業(yè)的廠(chǎng)商共同攜手，精誠(chéng)合作，在此基礎(chǔ)上，找到一個(gè)合理、共贏(yíng)的合作模式并借鑒國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，組成一個(gè)國(guó)內(nèi)的Web 3D服務(wù)組織。在內(nèi)部形成統(tǒng)一的研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，在外部表現(xiàn)出一致的瀏覽、操作等接口。只有這樣，國(guó)內(nèi)Web 3D行業(yè)才能讓公眾充分接受，一旦形成這種模式，Web 3D的國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也就形成了。
    文中主要從Web 3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、主流技術(shù)及應(yīng)用等幾個(gè)方面來(lái)描述Web 3D技術(shù)。今后工作的重點(diǎn)是針對(duì)目前存在的問(wèn)題尋找一個(gè)合理可行的解決方案。
    在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，在各種技術(shù)支持下的Web 3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代，且涉及的行業(yè)將會(huì)越來(lái)越廣泛。新時(shí)代人們對(duì)電子信息和物質(zhì)的需求質(zhì)量越來(lái)越多，加之互聯(lián)網(wǎng)成為人們生活中必不可少的一部分，將會(huì)有越來(lái)越多的研發(fā)人員去探究Web 3D技術(shù)。相信，在不久的將來(lái)，Web 3D將會(huì)深入到人們的日常生活中。任何事物的發(fā)展都會(huì)面臨很多現(xiàn)實(shí)的困難，Web 3D也不例外，需要投入大量的精力和時(shí)間去研究、去改進(jìn)，克服Web 3D發(fā)展的困難。
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