基于java3D的Web3D技术在数据可视化中研究与应用

论文摘要

虚拟现实技术是当今世界计算机科学领域的研究热点之一。伴随互联网应用的普及和影响力的不断扩大,在互连网商业利益需求的推动下,由相关的各种成熟技术催生出了Web 3D。Web 3D是互连网上的虚拟现实技术,用于Web的三维图形的实现。作为虚拟现实技术的重要代表之一,它克服了网页以HTML技术为主的限于二维空间、沉浸感不强等缺点,以良好的三维性、灵活的交互性以及对硬件资源要求的简易性等优点而被广泛的应用。本论文对于Web 3D技术在家具的数据可视化领域应用进行了深入研究,说明了使Web 3D成为解决可视化知识学习、创设虚拟情境的有效工具的方法,并在此基础上对相关系统进行了创新性的改进。论文的主要工作如下所示:1)系统的综述了Web 3D技术的发展历史和研究现状。详细总结了Web 3D的关键技术、Web 3D作品的制作流程、虚拟现实系统的概念、虚拟现实系统的特征并分析和比较了Web 3D系统的体系结构2)对目前国内外流行的Web 3D可视化技术进行了总结。首先系统比较了VRML/X3D、viewpoint、Cult3D、Java3等可视化技术的优缺点。然后根据家具可视化的应用背景最终选择了Java3D作为系统的搭建技术。3)针对家具虚拟现实场景漫游的需要,阐述了如何将Java3D及计算机图形学结合使用,并将其运用到本文的系统中。从理论上解决了漫游导航、感兴趣区域浏览、视点平滑移动等三维浏览的关键技术,可以对选取感兴趣区域浏览,自由控制光照,以及选择不同的材质表现手段对三维模型进行展示。证明了使用Java3D能够很好地使此系统达到预期目标。4)设计并具体搭建的基于Java3D的Web 3D交互式家具电子商务系统与最新的Web技术结合紧密,为目前市场上清一色的二维电子商务展示开拓了应用前景。此系统在底层支持OpenGL和Direct3D两种版本。具有跨平台性和高性能图形绘制能力,在数据端能够支持X3D、VRML、OBJ等多种三维文件格式;并且具有自由行走、旋转、平移,区域放大,视点平滑切换等多种交互方式。最后通过实验在不同平台下对这几种功能进行测试,从而证明本文提出的基于Java3D的B/S结构的三维家具虚拟现实漫游系统的可行性。5)本文对基于视频相邻帧的三维家具建模进行了探索性的研究,并对Web 3D技术在数据可视化和家具电子商务的未来发展前景做了展望和预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 Web 3D 的关键技术，实时渲染引擎
• 1.3.2 Web 3D 系统制作流程
• 1.4 本文的结构介绍
• 第二章 Web 3D 在数据可视化中应用技术综述
• 2.1 引言
• 2.2 虚拟现实技术简介
• 2.2.1 虚拟现实的概念
• 2.2.2 虚拟现实的特征
• 2.2.3 虚拟现实系统设计要达到的目标
• 2.2.4 虚拟现实系统的主要分类
• 2.3 Web 3D 可视化技术概述
• 2.3.1 Web 3D 可视化发展历程
• 2.3.2 Web 3D 可视化关键技术
• 2.4 Web 3D 可视化应用技术的体系结构
• 2.4.1 两层B/S 结构
• 2.4.2 多层B/S 结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 Web 3D 可视化技术比较
• 3.1 引言
• 3.2 Web 3D 可视化技术
• 3.2.1 VRML/X3D
• 3.2.2 Viewpoint
• 3.2.3 Cult3D
• 3.2.4 Turntool
• 3.2.5 virtool
• 3.2.6 Flash
• 3.2.7 ShockWave3D
• 3.2.8 360 度全景技术
• 3.2.9 Java3D
• 3.3 Java3D 与其他方案比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 Java3D 的三维场景设计
• 4.1 引言
• 4.2 基于 Java3D 的三维场景设计
• 4.2.1 光照与材质变换
• 4.2.2 材质贴图
• 4.2.3 漫游与导航
• 4.2.4 视点平滑移动
• 4.2.5 局部区域放大（拾取）
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于家具视频的建模与系统测试
• 5.1 引言
• 5.2 基于家具视频的建模
• 5.2.1 重建精度
• 5.2.2 建模交互性
• 5.2.3 特征检测与匹配
• 5.3 相机定标
• 5.4 稠密重建
• 5.5 表面重建
• 5.5.1 表面映射与可视化
• 5.6 系统测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 对本文的总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 谢辞