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摘 要： 对目前虚拟漫游系统的瓶颈进行分析，提出并实现了一个基于Flash 3D的、优化了的在线虚拟旅游系统。系统对三维场景文件包括模型文件、材质文件及其构建步骤进行优化，并在实现了对多种媒体元素支持的基础上，设计了独创的热点系统，实现对三维场景按需进行加载和展示，以及游客在场景中的互动漫游。系统测试结果表明，该设计方案优化效果显著，系统性能得到了极大的提升。
关键词： 在线虚拟漫游； 三维场景优化； 热点； 互动漫游； Flash 3D
中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）05-36-03
Abstract： Through the research on virtual roaming system's bottleneck， an optimized online virtual roaming system based flash three-dimensional is designed and implemented. The system optimizes the files of three-dimensional scenes including model files and material files and the building process. Based on the support of a variety media， an original hotspot system is designed to realize three-dimensional scenes' on-demand loading and displaying， and tourist's interactive roaming in the scene. The testing results show that the system is significantly optimized and its performance has been greatly improved.
Key words： online virtual roaming； three-dimensional scene optimization； hotspot； interaction roaming； Flash 3D
0 引言
作为一种软件技术创新，3D的应用和发展给用户体验带来显著的提升。虚拟漫游游将给旅游行业带来冲击和革命，促使旅游业的服务水平和质量实现质的提升[1]。现阶段，用户体验的好坏已经成为当今产品成功的最重要的因素之一[2]。
在线虚拟漫游是指采用多媒体技术将真实景区数字化处理后，借助计算机网络终端设备，可使漫游者如身临其境般地在虚拟世界中漫游，并具有与景区环境交互的功能。本文基于需求分析和功能分析，提出并实现了一个高效、扩展性强、移植性高并且性能显著优化的在线虚漫旅游系统。
1 系统分析
1.1 发展现状
目前我国在线虚拟漫游产品以专业的虚拟旅游网站为主，如中国全境网，上海全境等[3]，其大部分都是基于全景图片的模拟漫游，而不是真正意义上的漫游。用户与虚拟场景的交互性差，界面不够完美，用户体验差[4]。因此，建立一个基于用户体验理论，在系统架构、功能、性能及其应用方面都有明显突破的在线虚拟旅游系统具有重要的意义。
1.2 功能需求
根据系统的目标和用户体验设计的原则，结合3D网站质量评估的相关理论，虚拟旅游系统应具备以下功能[5]。①交互式三维场景虚拟漫游：用户可通过鼠标键盘等设备对三维景区进行漫游参观。②用户和景区的互动：用户可以与景区内对象进行互动。③全媒体技术的支持：系支持3D模型、Flash、音频、视频、图片等常用多媒体元素。④三维场景全过程优化：对三维场景文件、材质和场景模型及构建过程进行优化，材质库文件应可能实现重用。⑤用户地图：实时确定用户的相对位置，并对经过的路线进行标记。
结合以上分析，系统主要分为以下几个功能模块。①三维场景的加载和解析模块：三维场景的管理，包括三维场景数据和模型的导入、优化处理和管理，场景的构建、优化及显示的全过程管理。②热点管理模块：热点的加载、删除、编辑及热点的可视化管理。③互动漫游模块：三维场景漫游的控制。④地图模块：用户地图的实现。
2 系统体系结构设计
2.1 系统构建方法
目前用于构建在线虚拟漫游系统的Web3D技术，主要包括VRML、X3D、Java3D、Cult3D及其重要的分支Flash 3D等。由于具Web3D每一种标准都有自己的插件，各个标准之间的支持和互动成为了Web3D图形在互联网应用上另外一个关键点[6]。Flash 3D是指基于网页Flash播放器播放并且可以实时交互三维场景信息的一系列应用技术的总称。其中用于实时渲染和制作三维画面信息的工具，称为Flash 3D引擎[7]。
如今Flash Player的安装率超过了90%，并且Flash 3D引擎集成了对三维模型的灯光照射、地面反射等效果处理，加载速度快并且展示流畅，用户体验显著提高。系统使用Flash 3D引擎，采用事件驱动机制的流程控制方法，通过配置文件实现系统各个模块间的集成和动态加载。
2.2 系统总体流程设计
依据系统的需求分析和功能分析，设计出系统的整体开发流程：①搜集资料，对场景采用烘焙贴图的方式进行建模，生成各模型的ASE文件和贴图文件；②对模型文件和材质文件进行优化处理，并对热点进行配置；③基于Flash 3D引擎，利用Flash脚本对在线虚拟漫游系统进行集成开发。3 核心模块的设计
3.1 三维场景系统的优化设计 三维场景模型完成基本的贴图和灯光处理后，首先进行烘焙贴图，将三维场景中不需要动态渲染实现的各种灯光以及其他效果转变成贴图材质，即节省实时渲染时费时的计算，又避免光能传递时可能出现的动画抖动。
3dsMax导出的模型文件包括模型信息文件和基础纹理图片及烘焙贴图等材质文件。首先通过对ASE文件结构及其内容的分析，提取出跟模型有关的关键位置，包括点、面、UV坐标和关键属性等，丢弃光照，反射等在烘焙贴图处理过或者对三维场景性能影响不大的信息；其次将提取的信息，按照本下面定义的数据结构保存为二进制文件。
⑴ 三维场景中对象的总个数、总面数。
⑵ 依次存储每个对象在文件中的起始位置、材质文件在文件中的起始位置。对每个对象的信息，从第一个对象开始，依次按如下顺序进行存储。
⑶ 属性信息，按照是否有倒影、材质类型、图片类型、材质透明度、是否自动播放、播放速度、顶点个数、面的个数和贴图坐标数、物体名称顺序来存储。
⑷ 顶点坐标信息，按照格式X、Y、Z组织并依次存储。
⑸ 面片信息，按组成每个面片上三个点在上述点中的索引值，参照三维中右手坐标系的原则，按面片顺序依次存储。
⑹ UV贴图坐标点信息，按照U、V的格式来组织并按点的顺序依次存储。
⑺ 贴图面信息，按照贴图面的三个点在上述UV点数中的索引值来存储。
⑻ 对象的名称，根据对象的个数，对每个对象按照步骤⑶至步骤⑻的顺序依次进行保存。
⑼ 材质相关信息按照每个材质的类型、名称，根据材质顺序依次存储。
基于上述数据格式生成的二进制XML三维场景模型文件，即对模型文件进行显著压缩，降低系统的数据量，同时又提升了数据的安全性。对于材质文件，通过Flash文件格式进行压缩处理，以Flash文件作为系统共享材质库，充分降低材质库的大小。
在系统重构阶段，根据三维场景的配置文件设置其基本参数，包括控制器焦距、初始位置坐标、旋转角度、场景XML文件和材质Flash文件等场景相关信息，加载场景模型文件和材质文件，并进一步进行场景文件的解析和构建以及材质的构建，完成材质贴图。最后根据需要，将经过优化处理的场景实时渲染输出。
3.2 热点系统模块的设计
热点即可以进一步互动展示的区域。热点的内容可以是Flash、三维模型等。通过热点系统，基于事件响应机制，实现了用户与景区热点之间的精确互动和按需展示。热点系统主要由热点平面、热点内容和配置文件组成。其基本原理是：首先参考热点的位置坐标在场景中创建热点平面；然后定义热点内容及其操作，实现热点内容的三维透视操作；最后将热点内容作为材质贴图贴到热点平面上，并在用户互动时实现热点的加载和显示。
热点管理是基于配置文件来实现的。配置文件为每一个热点创造一个节点，包含了热点的主要属性信息。①position：热点坐标，用于确定热点在场景中的位置。②rotate：热点所在平面的方向。③name：热点名称。④wide：热点所在平面的宽度。⑤height：热点所在平面的高度。⑥name：热点内容类名称。⑦content：热点对应的外部链接。⑧material：热点内容的材质类型。⑨scale：热点的缩放比例。⑩speed：播放速度。[⒒] priority：热点加载的优先级，可以根据场景的需要，实现边漫游边加载的过程。
4 系统具体实现及其测试
4.1 三维场景系统的主要类说明
类的说明如下。
Animate3d类：用于对三维系统的管理。主要功能包括初始化控制器、场景初始化配置、控制器的状态管理、用户事件响应管理、动画状态判断及三维模块参数的配置。
SceneObject类：该类用于三维场景的管理。主要功能包括场景配置文件的解析、场景初始化、场景模型文件解析、热点加载管理、场景的构建和优化以及场景的清理等功能。
MyAnimateObj类：该类用于场景中材质管理，主要功能包括场景材质的载入控制、热点载入控制、特殊材质创建和材质的解析等。
MeshObject类：该类用于三维场景的构建过程管理，主要功能包括场景文件中的三维点、面片、UV坐标和表面创建过程，材质的设置，材质的贴图管理等。
MyPlane类：该类用于热点的加载管理，主要功能包括确定热点的坐标、设定热点的角度以及使热点的方向控制。
MyTenPlane类：该类用于场景中特殊对象的管理，包括对象构建过程管理、对象的初始化、确定对象的位置、旋转以及朝向。
4.2 系统测试
本文针对“在线虚拟游白云山系统”，对系统三维虚拟场景的优化效果进行测试和分析。
4.2.1 三维场景构建的优化测试
选取“在线虚拟游白云山系统”建模的两个场景，其输出的ASE文件大小为945K，经系统优化处理后生成的有效场景文件只有36.6K，优化后的文件大小只有原文件的3.87%，优化效果显著。特别是制作大规模三维场景时，系统的加载速度和用户体验都有显著提升。
4.2.2 材质文件的优化测试
系统利用Flash软件的压缩算法对材质文件进行压缩后生成Flash文件，并通过应用程序域实现对材质文件的控制和材质文件的共享。下面以两个场景为例对其说明。fMaterial、sMaterial文件分别用于存放第一个场景和第二个场景所独有的材质，shMaterial文件用于存放系统共用材质。5 结束语
本文设计了一个性能得到显著优化的在线虚拟漫游系统，为我国虚拟漫游应用的大规模推广提供了借鉴。系统基于常见的Flash播放器，不需要单独的插件，并通过对三维场景构建的模型文件和材质文件，以及构建步骤的优化设计，实现了性能的显著提高。通过独创的热点系统，实现了场景内容的按需加载和展示，进一步提升了用户与系统的互动，使用户体验得到了极大的提高。测试结果表明，系统性能得到显著提升。接下来的研究方向是：多人同时在线虚拟漫游；漫游者相互之间进行社交娱乐；漫游者与场景进行更深层次的互动。
参考文献：
[1] 何万银.古典园林虚拟旅游系统的设计与研究[D].河南大学，2007.
[2] 刘静，孙向红.什么决定着用户对产品的完整体验[J].心理科学进步，
2011.19：64-69
[3] 路遥.虚拟旅游系统的设计与实现研究[D].西北工业大学，2006.
[4] 张军.地址公园虚拟旅游系统的设计与实现[D].河南大学，2007.
[5] Jiangping Wan， Hui Zhang， Research on Influencing Factors of
Web 3D User Experience with Grounded Theory [J].iBusiness，2011.3：237-243
[6] 文杰.基于Flex的网络三维实景模拟技术的研究与实现[D].上海交
通大学，2008.
[7] 姚波.基于Papervision3D引擎下的室内虚拟漫游研究与探索[J].计
算机与信息技术，2011.149（4）：145-146
关键词： 在线虚拟漫游； 三维场景优化； 热点； 互动漫游； Flash 3D
中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）05-36-03
Abstract： Through the research on virtual roaming system's bottleneck， an optimized online virtual roaming system based flash three-dimensional is designed and implemented. The system optimizes the files of three-dimensional scenes including model files and material files and the building process. Based on the support of a variety media， an original hotspot system is designed to realize three-dimensional scenes' on-demand loading and displaying， and tourist's interactive roaming in the scene. The testing results show that the system is significantly optimized and its performance has been greatly improved.
Key words： online virtual roaming； three-dimensional scene optimization； hotspot； interaction roaming； Flash 3D
0 引言
作为一种软件技术创新，3D的应用和发展给用户体验带来显著的提升。虚拟漫游游将给旅游行业带来冲击和革命，促使旅游业的服务水平和质量实现质的提升[1]。现阶段，用户体验的好坏已经成为当今产品成功的最重要的因素之一[2]。
在线虚拟漫游是指采用多媒体技术将真实景区数字化处理后，借助计算机网络终端设备，可使漫游者如身临其境般地在虚拟世界中漫游，并具有与景区环境交互的功能。本文基于需求分析和功能分析，提出并实现了一个高效、扩展性强、移植性高并且性能显著优化的在线虚漫旅游系统。
1 系统分析
1.1 发展现状
目前我国在线虚拟漫游产品以专业的虚拟旅游网站为主，如中国全境网，上海全境等[3]，其大部分都是基于全景图片的模拟漫游，而不是真正意义上的漫游。用户与虚拟场景的交互性差，界面不够完美，用户体验差[4]。因此，建立一个基于用户体验理论，在系统架构、功能、性能及其应用方面都有明显突破的在线虚拟旅游系统具有重要的意义。
1.2 功能需求
根据系统的目标和用户体验设计的原则，结合3D网站质量评估的相关理论，虚拟旅游系统应具备以下功能[5]。①交互式三维场景虚拟漫游：用户可通过鼠标键盘等设备对三维景区进行漫游参观。②用户和景区的互动：用户可以与景区内对象进行互动。③全媒体技术的支持：系支持3D模型、Flash、音频、视频、图片等常用多媒体元素。④三维场景全过程优化：对三维场景文件、材质和场景模型及构建过程进行优化，材质库文件应可能实现重用。⑤用户地图：实时确定用户的相对位置，并对经过的路线进行标记。
结合以上分析，系统主要分为以下几个功能模块。①三维场景的加载和解析模块：三维场景的管理，包括三维场景数据和模型的导入、优化处理和管理，场景的构建、优化及显示的全过程管理。②热点管理模块：热点的加载、删除、编辑及热点的可视化管理。③互动漫游模块：三维场景漫游的控制。④地图模块：用户地图的实现。
2 系统体系结构设计
2.1 系统构建方法
目前用于构建在线虚拟漫游系统的Web3D技术，主要包括VRML、X3D、Java3D、Cult3D及其重要的分支Flash 3D等。由于具Web3D每一种标准都有自己的插件，各个标准之间的支持和互动成为了Web3D图形在互联网应用上另外一个关键点[6]。Flash 3D是指基于网页Flash播放器播放并且可以实时交互三维场景信息的一系列应用技术的总称。其中用于实时渲染和制作三维画面信息的工具，称为Flash 3D引擎[7]。
如今Flash Player的安装率超过了90%，并且Flash 3D引擎集成了对三维模型的灯光照射、地面反射等效果处理，加载速度快并且展示流畅，用户体验显著提高。系统使用Flash 3D引擎，采用事件驱动机制的流程控制方法，通过配置文件实现系统各个模块间的集成和动态加载。
2.2 系统总体流程设计
依据系统的需求分析和功能分析，设计出系统的整体开发流程：①搜集资料，对场景采用烘焙贴图的方式进行建模，生成各模型的ASE文件和贴图文件；②对模型文件和材质文件进行优化处理，并对热点进行配置；③基于Flash 3D引擎，利用Flash脚本对在线虚拟漫游系统进行集成开发。3 核心模块的设计
3.1 三维场景系统的优化设计 三维场景模型完成基本的贴图和灯光处理后，首先进行烘焙贴图，将三维场景中不需要动态渲染实现的各种灯光以及其他效果转变成贴图材质，即节省实时渲染时费时的计算，又避免光能传递时可能出现的动画抖动。
3dsMax导出的模型文件包括模型信息文件和基础纹理图片及烘焙贴图等材质文件。首先通过对ASE文件结构及其内容的分析，提取出跟模型有关的关键位置，包括点、面、UV坐标和关键属性等，丢弃光照，反射等在烘焙贴图处理过或者对三维场景性能影响不大的信息；其次将提取的信息，按照本下面定义的数据结构保存为二进制文件。
⑴ 三维场景中对象的总个数、总面数。
⑵ 依次存储每个对象在文件中的起始位置、材质文件在文件中的起始位置。对每个对象的信息，从第一个对象开始，依次按如下顺序进行存储。
⑶ 属性信息，按照是否有倒影、材质类型、图片类型、材质透明度、是否自动播放、播放速度、顶点个数、面的个数和贴图坐标数、物体名称顺序来存储。
⑷ 顶点坐标信息，按照格式X、Y、Z组织并依次存储。
⑸ 面片信息，按组成每个面片上三个点在上述点中的索引值，参照三维中右手坐标系的原则，按面片顺序依次存储。
⑹ UV贴图坐标点信息，按照U、V的格式来组织并按点的顺序依次存储。
⑺ 贴图面信息，按照贴图面的三个点在上述UV点数中的索引值来存储。
⑻ 对象的名称，根据对象的个数，对每个对象按照步骤⑶至步骤⑻的顺序依次进行保存。
⑼ 材质相关信息按照每个材质的类型、名称，根据材质顺序依次存储。
基于上述数据格式生成的二进制XML三维场景模型文件，即对模型文件进行显著压缩，降低系统的数据量，同时又提升了数据的安全性。对于材质文件，通过Flash文件格式进行压缩处理，以Flash文件作为系统共享材质库，充分降低材质库的大小。
在系统重构阶段，根据三维场景的配置文件设置其基本参数，包括控制器焦距、初始位置坐标、旋转角度、场景XML文件和材质Flash文件等场景相关信息，加载场景模型文件和材质文件，并进一步进行场景文件的解析和构建以及材质的构建，完成材质贴图。最后根据需要，将经过优化处理的场景实时渲染输出。
3.2 热点系统模块的设计
热点即可以进一步互动展示的区域。热点的内容可以是Flash、三维模型等。通过热点系统，基于事件响应机制，实现了用户与景区热点之间的精确互动和按需展示。热点系统主要由热点平面、热点内容和配置文件组成。其基本原理是：首先参考热点的位置坐标在场景中创建热点平面；然后定义热点内容及其操作，实现热点内容的三维透视操作；最后将热点内容作为材质贴图贴到热点平面上，并在用户互动时实现热点的加载和显示。
热点管理是基于配置文件来实现的。配置文件为每一个热点创造一个节点，包含了热点的主要属性信息。①position：热点坐标，用于确定热点在场景中的位置。②rotate：热点所在平面的方向。③name：热点名称。④wide：热点所在平面的宽度。⑤height：热点所在平面的高度。⑥name：热点内容类名称。⑦content：热点对应的外部链接。⑧material：热点内容的材质类型。⑨scale：热点的缩放比例。⑩speed：播放速度。[⒒] priority：热点加载的优先级，可以根据场景的需要，实现边漫游边加载的过程。
4 系统具体实现及其测试
4.1 三维场景系统的主要类说明
类的说明如下。
Animate3d类：用于对三维系统的管理。主要功能包括初始化控制器、场景初始化配置、控制器的状态管理、用户事件响应管理、动画状态判断及三维模块参数的配置。
SceneObject类：该类用于三维场景的管理。主要功能包括场景配置文件的解析、场景初始化、场景模型文件解析、热点加载管理、场景的构建和优化以及场景的清理等功能。
MyAnimateObj类：该类用于场景中材质管理，主要功能包括场景材质的载入控制、热点载入控制、特殊材质创建和材质的解析等。
MeshObject类：该类用于三维场景的构建过程管理，主要功能包括场景文件中的三维点、面片、UV坐标和表面创建过程，材质的设置，材质的贴图管理等。
MyPlane类：该类用于热点的加载管理，主要功能包括确定热点的坐标、设定热点的角度以及使热点的方向控制。
MyTenPlane类：该类用于场景中特殊对象的管理，包括对象构建过程管理、对象的初始化、确定对象的位置、旋转以及朝向。
4.2 系统测试
本文针对“在线虚拟游白云山系统”，对系统三维虚拟场景的优化效果进行测试和分析。
4.2.1 三维场景构建的优化测试
选取“在线虚拟游白云山系统”建模的两个场景，其输出的ASE文件大小为945K，经系统优化处理后生成的有效场景文件只有36.6K，优化后的文件大小只有原文件的3.87%，优化效果显著。特别是制作大规模三维场景时，系统的加载速度和用户体验都有显著提升。
4.2.2 材质文件的优化测试
系统利用Flash软件的压缩算法对材质文件进行压缩后生成Flash文件，并通过应用程序域实现对材质文件的控制和材质文件的共享。下面以两个场景为例对其说明。fMaterial、sMaterial文件分别用于存放第一个场景和第二个场景所独有的材质，shMaterial文件用于存放系统共用材质。5 结束语
本文设计了一个性能得到显著优化的在线虚拟漫游系统，为我国虚拟漫游应用的大规模推广提供了借鉴。系统基于常见的Flash播放器，不需要单独的插件，并通过对三维场景构建的模型文件和材质文件，以及构建步骤的优化设计，实现了性能的显著提高。通过独创的热点系统，实现了场景内容的按需加载和展示，进一步提升了用户与系统的互动，使用户体验得到了极大的提高。测试结果表明，系统性能得到显著提升。接下来的研究方向是：多人同时在线虚拟漫游；漫游者相互之间进行社交娱乐；漫游者与场景进行更深层次的互动。
参考文献：
[1] 何万银.古典园林虚拟旅游系统的设计与研究[D].河南大学，2007.
[2] 刘静，孙向红.什么决定着用户对产品的完整体验[J].心理科学进步，
2011.19：64-69
[3] 路遥.虚拟旅游系统的设计与实现研究[D].西北工业大学，2006.
[4] 张军.地址公园虚拟旅游系统的设计与实现[D].河南大学，2007.
[5] Jiangping Wan， Hui Zhang， Research on Influencing Factors of
Web 3D User Experience with Grounded Theory [J].iBusiness，2011.3：237-243
[6] 文杰.基于Flex的网络三维实景模拟技术的研究与实现[D].上海交
通大学，2008.
[7] 姚波.基于Papervision3D引擎下的室内虚拟漫游研究与探索[J].计
算机与信息技术，2011.149（4）：145-146