摘  要： WEB 3D（又稱網絡三維）技術是隨著互聯網與虛擬現實(Virtual Reality)技術的發展而產生的,其目的是在互聯網上建立三維的虛擬世界,讓人們更加清晰明了地了解真實的物體。目前,Web 3D技術在電子商務、教育、娛樂、虛擬社區等領域獲得了廣泛的應用。從該項技術的發展現狀出發，歸納、總結了其主流技術和應用領域，對目前存在的主要問題提出了解決思路。最后，對Web 3D技術的未來發展進行展望。
關鍵詞：網絡三維； 虛擬現實； 主流技術； 應用

1 Web 3D發展現狀
    虛擬現實（Virtual Reality）技術是一種可提供沉浸感覺和交互操作的三維技術。20世紀80年代,Jaron Lanier 最早提出了“虛擬現實”這一概念。
    Web 3D技術是互聯網與虛擬現實(Virtual Reality)技術的產物, 是指基于Internet、依靠軟件技術來實現的桌面級虛擬現實技術，目的是在互聯網上建立三維的虛擬世界。
    VRML1.0于1994年10月在第二屆互聯網國際會議上公布[1]，這是可追溯的最早的Web 3D技術，VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虛擬現實建模語言。VRML在1997年12月作為國際標準正式發布，1998年1月正式獲得ISO標準，VRML經過編輯修訂和功能性調整后,發布了VRML97[2]。1998年，VRML組織改名為Web 3D組織,同時制訂了一個新的標準：Extensible3D(X3D)。2000年，Web 3D組織完成了從VRML到X3D的轉換[3]。
1.1 國外發展狀況
　美國是虛擬現實技術VR(Virtual Reality)研究的發源地，最初的研究應用主要集中在軍方對飛行駕駛員與宇航員的模擬訓練,目前在該領域的研究主要集中在感知、用戶界面、后臺軟件和硬件4個方面。英國在分布并行處理、輔助設備設計和應用研究方面是歐洲領先，英國Bristol公司發現，VR應用的交點應集中在整體綜合技術上，它們在軟件和硬件的某些領域處于領先地位。瑞典的DIVE分布式虛擬交互環境是一個基于Unix的、不同節點上的多個進程可以在同一世界中工作的異質分布式系統。日本的虛擬現實技術的發展在世界相關領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 國內發展現狀
    我國虛擬現實技術的研究與一些發達國家相比還有很大的差距。隨著計算機圖形學等高速發展，虛擬現實技術已經引起了政府有關部門和科學家們的重視[3]，九五規劃、國家自然科學基金會、國家高技術研究發展計劃等都把虛擬現實列入了研究項目。
    國內許多高校也紛紛進行虛擬現實的研究和應用,并取得了一些不錯的研究成果。北京航空航天大學計算機系是國內最早進行VR研究、最有權威的單位之一，它們開發的虛擬北航可以實現用戶在計算機生成的虛擬環境中對虛擬校園的實時漫游和交互操作；清華大學國家光盤工程研究中心所作的“布達拉宮”采用了QuickTime技術，實現了大全景VR制；浙江大學CAD&CG國家重點實驗室開發了一套桌面型虛擬建筑環境實時漫游系統[3]。國內的公司也紛紛推出了自己的技術。
    就總體發展而言，國外的虛擬現實研究起步較早，軟硬件條件也比較先進，在各個方面的研究水平較高，應用領域也比較廣泛。國內的研究起步晚，軟硬件條件有限，研究水平有待提高發展，應用領域也有一定的局限性。
2 主流技術
    近幾年，網絡媒體尤其是電子商務對圖形、圖像、視頻技術等提出了更高的要求，各個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虛擬現實技術操作更加簡單，使用更加便捷。
2.1 國外的主流技術
    目前Web 3D的開發技術除了傳統的VRML/X3D以外，常見的還包括：Cult3D、Viewpoint、Java3D、Virtools、ShockWave3D等[4]。
    (1) Cult3D
    瑞典的Cycore公司開發的Cult3D應用軟件是一種跨平臺的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[5]，可以把3D產品嵌入到Office、Adobe的Acrobat和網頁以及用于支持ActiveX的軟件開發中。
    (2) Viewpoint
　美國Viewpoint公司提出的Web 3D解決方案[5], 利用它基于XML語言的構架可方便地與瀏覽器和數據庫進行通信,同時還可以內嵌到多個軟件中使用,所以Viewpoint的應用非常廣泛。
    (3) Java3D
　Java3D是Java語言在三維圖形領域的擴展，是面向對象的編程[5]。可實現圖像對象的生成、模型的改變等，不需要任何插件只需在PC上安裝相應的虛擬機便可，Java3D對運算的要求比較高。
    (4) Virtools
    Virtools是法國Virtools公司開發的平臺[5]技術、資金雄厚且在Web 3D行業發展較早。在國外市場占有的份額較大，在國內市場以出售軟件為主，價格昂貴且不能及時地提供技術支持。因此，在國內市場占有率并不高。
    (5) ShockWave3D
    ShockWave3D是Macromedia公司與Intel公司合作開發的網絡多媒體技術[5]，通過Macromeadia Director進行制作，Director為Shockwave3D加入幾百條Lingo控制函數，通過這些函數使得Shockwave3D在交互能力和擴展能力上具有強大的優勢，通過Havok，Shockwave3D可以模擬真實物理環境和剛體特性。目前多應用在不太復雜的網絡游戲上。幾種Web 3D技術的比較如表1所示。

    通過上述的比較可以得出,每一種 Web 3D技術都有其自身的特點和應用領域。Cult3D和Viewpoint具有逼真的渲染引擎,能產生高質量的渲染場景,但Viewpoint比Cult3D的效果更加顯著。Java3D擁有跨平臺性且不需要插件,并提供了大量的類可供使用，提高了其擴展性和應用面。Virtools具有豐富的互動模塊，提供創建3D實時應用程序及相關服務的開發環境，在建筑設計、仿真與產品展示等方面效果顯著。ShockWave3D有著極為廣大的用戶群。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,可動態調節3D內容的分辨率。
2.2 國內主流技術
    隨著虛擬現實技術在我國的不斷發展，國內公司紛紛推出了自己的Web 3D技術。
    2007年,國內出現了第一個完全自主知識產權的Web 3D開發軟件技術WebMax,隨后又出現了VRPIE和Converse等一些國產引擎軟件。
    (1) WebMax
　WebMax是由中國上海創圖公司研發的Web 3D開發軟件技術，采用DirectX 和C++編寫、三維實時分布式渲染技術來實現無限大規模場景的實時渲染。WebMax技術在三維網絡游戲技術的基礎上增加了壓縮和網絡流式傳輸。
    （2） VRPIE
　VRPIE是中視典數字科技有限公司2007年推出的虛擬現實新品。它使用腳本系統來進行交互，可以直接嵌入圖片視頻和Flash實現多媒體功能。雖然沒有WebMax的壓縮內核好，畫質上也是差不多，但是在軟件成熟度上比較好且操作簡單。
    （3） Converse3d（C3D）
    北京中天灝景網絡科技有限公司自主研發的Converse3D虛擬現實引擎與WebMax一樣，采用DirectX和C++編寫。該公司在模擬體育類游戲方面比較成功，后來把很大量的精力都傾注在C3D虛擬現實引擎的研發上，目前正致力于虛擬社區的完善和推廣。
    國內的Web 3D技術借鑒了國外先進技術，軟件制造商直接面對用戶。WebMax具有互動性強、高壓縮比、高速的運算速度等國外同類技術無法比擬的優勢。VRPIE直接面向美工，軟件較成熟且操作簡單，這無疑增加了用戶使用的渴望。C3D借助之前在模擬體育類游戲方面的優勢，致力于虛擬社區的完善和推廣。
    所有的Web 3D軟件公司都希望自己的軟件成為“真正”的國際標準,但就目前情況而言，不論使用哪個廠商的軟件都需要下載大小不一的插件完成網頁上Web 3D的瀏覽,插件的大小將直接影響用戶的使用熱情。
3 Web 3D技術的應用
　Web 3D的目的是在網絡上實現實時三維模型的瀏覽并可以實現動態效果和實時交互，互聯網的需求是Web 3D發展的動力和源泉。采用Web 3D圖形技術是互聯網的內容提供商和商業網站發展的潮流，Web 3D技術將在互聯網上廣泛應用。從目前的發展趨勢來看，Web 3D組織將其應用大致歸為商務、教育、娛樂和虛擬社區4類。
3.1 電子商務和企業
    3D技術展示商品，能夠全方位地展現一個物體，具有二維平面圖像不可比擬的優勢，更能吸引客戶。企業將他們的產品發布成Web 3D的形式，能夠展現出產品外形的細節，加上互動操作，演示產品的功能和使用操作，充分利用互聯網高速廣泛的傳播優勢來推廣公司的產品。
3.2教育
    隨著科技的不斷發展，如今的教學方式不再是單純依靠書本等形式。計算機輔助教學的引入，彌補了傳統教學所不能達到的許多方面[6]，但在表現一些空間立體化的知識(如原子、分子的結合過程等)時仍存在一些不足。隨著三維的展現形式的引入，勢必使學習過程形象化，學生更容易接受和掌握[7]。
    對計算機遠程教育系統而言，引入Web 3D內容必將達到很好的遠程教育效果[8]。
3.3 娛樂游戲
　現今，動態的HTML、流式音視頻使整個互聯網生機勃勃。多用戶聯機3D游戲、創意互動游戲等三維的引入，可以使玩家對游戲的畫面場景進行實時、全方位的操縱。
3.4 虛擬社區
　Web 3D技術上使二維虛擬社區開始向三維場景級別的虛擬社區轉變。使用Web 3D實現網絡上的虛擬社區展示，只須構建一個三維場景，訪問者以第一視角在其中漫游，使其產生身臨其境的感覺。當幾個遠程訪問者同時訪問虛擬社區時，它們可以用語音或文字通信。
　虛擬社區[9]真正實現了虛擬現實。在互聯網上仿真虛擬社會的各種活動，分布在世界各地的人可以借助互聯網開展各種文化、科技和娛樂活動。虛擬社區很可能成為Web 3D圖形在互聯網上的一種主要應用形式。
3.5 其他
　虛擬網上展館是一個利用全新Web 3D形成將展覽館放到互聯網上進行展示的平臺。虛擬博物館就是一個實質性的例證，它集虛擬現實技術、網絡通信技術等多種高科技手段為一體并采用嵌入IE頁面的方式運行，只需下載一個客戶端即可，在滿足觀眾足不出戶觀看展覽的需求的同時實現了觀眾之間、觀眾與藝術家實時交流的互動需要，真正實現了藝術與科技的結合。
　三維醫學是未來醫療發展的一個重要的方向。未來醫學圖像的處理將使用Web 3D圖形技術，使醫生能更加清晰明了、多視角診斷患者的病情，及時有效地做出診斷，大大減少目前很多患者因為病情診斷失誤而引起的生命危險[10]。
　　地理信息系統的數據可視化是將GIS、GPS與Web 3D結合起來，可以在互聯網上建立許多應用系統。
4 WEB 3D展望
4.1發展前景
    隨著互聯網技術和Web 3D研發技術的不斷提高，其未來的發展前景與潛力巨大。Web 3D技術將進一步深入電子商務和企業、網上展館、網上旅游和虛擬社區等領域的運用,并將在自動化在線控制系統、Web 3D在線營救指揮系統[8]、 Web 3D手機嵌入式軟件等領域有所突破。
4.2 面臨的挑戰及解決思路
　雖然Web 3D已經發展多年且該技術的優勢是二維網頁無法超越的，但是它的發展卻是障礙重重。網絡帶寬、技術標準等是Web 3D技術目前發展所面臨的最大挑戰。
4.2.1網絡帶寬的限制
    Web 3D技術對網絡帶寬的要求很高,以目前的硬件條件，對于要求較高、實時渲染的Web 3D技術來說，網絡帶寬是制約其發展的一個瓶頸,再加之資費較高，使得對其興趣本來就不大的人們望而卻步。
    隨著網絡技術和多媒體技術的發展，網絡設計人員正在節約大量資金的前提下不斷地努力研發和設計更寬的帶寬和更快的速度，未來的網絡帶寬和網速將有一定的改善，從而為Web 3D的應用發展開闊一條嶄新的道路。
4.2.2 技術標準
    目前Web 3D技術缺乏統一標準。各種技術的持有者和軟件廠商都想讓自己的技術成為“實際上”的國際標準而互不聯系，幾乎每個廠商開發的標準都需要自己插件的支持,這將直接影響著用戶使用Web 3D的熱情，極大地限制了Web 3D技術在網絡中的應用。
    Web 3D組織對目前存在的問題還沒有出臺正式的解決方案。
    解決這個問題需要各個行業的廠商共同攜手，精誠合作，在此基礎上，找到一個合理、共贏的合作模式并借鑒國外的優秀經驗，組成一個國內的Web 3D服務組織。在內部形成統一的研發標準，在外部表現出一致的瀏覽、操作等接口。只有這樣，國內Web 3D行業才能讓公眾充分接受，一旦形成這種模式，Web 3D的國內行業標準也就形成了。
    文中主要從Web 3D虛擬現實技術的發展現狀、主流技術及應用等幾個方面來描述Web 3D技術。今后工作的重點是針對目前存在的問題尋找一個合理可行的解決方案。
    在互聯網高速發展的今天，在各種技術支持下的Web 3D虛擬現實技術已經進入了一個飛速發展的時代，且涉及的行業將會越來越廣泛。新時代人們對電子信息和物質的需求質量越來越多，加之互聯網成為人們生活中必不可少的一部分，將會有越來越多的研發人員去探究Web 3D技術。相信，在不久的將來，Web 3D將會深入到人們的日常生活中。任何事物的發展都會面臨很多現實的困難，Web 3D也不例外，需要投入大量的精力和時間去研究、去改進，克服Web 3D發展的困難。
參考文獻
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