一種基於Web的三維場景可視化編輯裝置和方法
2023-06-08 00:28:11 1
專利名稱：一種基於Web的三維場景可視化編輯裝置和方法
技術領域：
本發明涉及數據並行傳輸和編輯的裝置和方法，特別是涉及基於Web的三維場景數據可視化編輯時的同步裝置和方法。
背景技術：
如所公知的，在網際網路快速發展的今天，網際網路上的三維圖形應用(Web3D)日趨成熟，在電子商務、聯機娛樂休閒與遊戲、科技與工程的可視化、教育、醫學、地理信息、虛擬社區等領域應用前景廣闊，但瀏覽器作為客戶端，即基於B/S模式(即瀏覽器和服務端架構)的ffeb3D應用發展存在一些關鍵問題。對於那些利用三維圖形信息進行編輯、設計的三維專業人士來說，桌面場景編輯器軟體長久以來佔有主導地位，三維圖形專業人士使用標準本地程序作為工具來設計、共享、管理和發布3D場景和模型。這種開發模式適用於幾個人的開發小組，不適用大場景項目的高效並行開發，場景編輯工作對於每個開發成員都存有一個工作副本，很難做到三維場景編輯開發的版本控制和保證最終三維圖形數據的有效合併，不利於開發成員之間的三維圖形數據的共享；而且桌面場景編輯器軟體面向用戶都需要安裝一個比較臃腫的應用程式，該應用程式需要安裝必要的基礎架構軟體，設備驅動程序以及版本兼容補丁，才能保證運行的穩定性，多機協同工作時維護複雜。現實中需要一款基於Web的三維場景可視化編輯軟體來提高大型三維圖形應用的開發效率。開發成員通過部署一個集中式的三維場景編輯開發應用伺服器在hternet 的用戶之間發布和共享三維圖形數據，三維場景編輯開發應用服務在一個共享的中心伺服器上支持三維圖形設計的所有功能，可以滿足三維場景並行編輯和撤銷回滾，分布式數據管理等功能需求。Web3D的應用與基於主機的3D應用類似，伺服器端數據的組織結構也是依照場景、元素、對象、屬性和對象間聯繫逐步細化，場景中包括各類元素，元素的特性限定了能夠完成的方法；屬於同一類元素屬性的對象定義有不同的三維屬性，包括位置、形狀、顏色、外觀等屬性；每個對象還包括與其他對象間的連接關係，包括對象相互間運動狀態、觸發狀態，關聯層次等對象間的特徵關係。
發明內容
針對以上技術問題，本發明的目的是提供一種應用於伺服器端與網際網路客戶端用戶的三維場景可視化編輯裝置，解決基於Web3D實現三維場景多客戶端並行編輯的技術問題。本發明的目的是提供一種利用上述三維場景可視化編輯裝置進行多客戶端協同工作的使用方法，實現大型三維場景的快速開發。本發明的基於ffeb3D的三維場景可視化編輯裝置，包括伺服器端和客戶端兩部分，伺服器端包括場景數據傳輸裝置，版本管理裝置，優先級管理裝置，客戶端包括動態顯示管理裝置；場景數據傳輸裝置，根據客戶端的數據請求，在伺服器端完成三維場景數據的複製和組織，形成滿足客戶請求的數據集；版本管理裝置，用於對場景的數據資源做統一調度，保證伺服器端數據的一致性；優先級管理裝置，用於將不同客戶端的響應數據集劃分優先加載順序，優化響應時間，實現分步、並行加載；動態顯示管理裝置，用於對三維場景編輯裝置客戶端的計算資源和顯示資源進行管理，根據內存或顯存利用率控制場景元素的精度，及對象和模型的顯示或隱藏。其中版本管理裝置包括籤出裝置，用於對場景中元素和對象標記時間戳，進行版本編號，向客戶端的請求提供同一對象的新版本數據；籤入裝置，用於對客戶端提交的數據標記時間戳，比較對象版本編號，整合對象籤入數據和顯存文件，更新場景元素；鎖定裝置，用於鎖定籤出或籤入的場景元素，避免出現客戶端請求意外篡改場景元素或對象的數據及狀態；同步裝置，用於對籤出的場景元素向客戶端進行查詢，完成更新，保證場景元素和對象處於正常同步狀態，保證伺服器端場景數據與客戶端場景元素和對象的持續性。場景數據傳輸裝置包括JSON轉換裝置，用於將XML結構封裝的伺服器端三維場景數據轉換為JSON結構封裝的數據。壓縮裝置，用於排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據，包括空格符，回車符，制表符，用與平臺兼容性的頭文件結構。優先級管理裝置包括分類裝置，用於將客戶端響應數據集中的場景元素和對象按客戶端需求劃分加載優先順序；序列化裝置，用於將不同客戶端不同優先順序的場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為若干數據流；線程調度裝置，根據客戶端的需求優先級別，調度加載線程資源，實現數據流的並發傳輸，優先傳輸。在客戶端有與伺服器端的優先級管理裝置相對應的反序列化裝置，將序列化數據流轉換為JSON封裝結構的響應數據集。動態顯示管理裝置包括場景層次細節管理裝置，根據資源監視裝置的信號，調整客戶端場景中相機元素的視野或視距內三角形元素的渲染效果；場景元素加載/卸載裝置，根據資源監視裝置的信號，實時在內存或顯存中加載或卸載相機元素的視野或視距中的對象或元素；資源監視裝置，用於監視系統內存或顯存的利用率，以利用率達到40%，60%， 70%或80%作為觸發條件，向控制場景層次細節管理裝置和場景元素加載/卸載裝置發送控制信號。利用基於Web的三維場景編輯裝置的編輯方法，其步驟包括用戶提出對象編輯請求；通過JSON轉換裝置將需求的三維場景數據由XML結構封裝的數據轉換為JSON結構封裝；通過壓縮裝置排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據和冗餘數據；根據編輯請求，通過鎖定裝置鎖定向客戶端提供的場景元素數據，利用籤出裝置對場景元素數據標記時間戳，並進行版本編號；通過分類裝置將籤出的場景元素按不同客戶端需求劃分加載優先順序；通過序列化裝置將場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為數據流；通過線程調度裝置調整客戶端的需求優先級別，調度線程資源，實現數據流的並發傳輸；通過同步裝置對獲得籤出場景元素的客戶端進行查詢，保證數據的正常更新狀態。還包括如下步驟客戶端提交場景元素數據；同步裝置向客戶端進行查詢，保證場景元素數據的完整結構；通過籤入裝置對客戶端提交的數據標記時間戳，比較版本編號，整合籤入數據和顯存文件，更新場景元素。其步驟還包括通過資源監視裝置監視客戶端系統內存，顯存的動態利用率；當系統負荷達到觸發條件時，通過場景層次細節管理裝置降低三角形元素的渲染效果或通過場景元素加載/卸載裝置將相機元素的視野或視距中的次要場景元素從內存和顯存中卸載；當系統負荷較輕時，通過場景層次細節管理裝置提高三角形元素的渲染效果或加載相機元素的視野或視距中的次要場景元素。通過本發明，三維圖形的編輯用戶可以基於瀏覽器瘦客戶端，對大型三維場景項目進行高效的並行開發，用戶終端電腦無需保存項目的工作副本，所有的三維圖形設計功能由中心伺服器提供支持，實現集中管理分布式數據，對用戶的編輯操作實現版本控制，用戶可回滾當前操作至指定歷史版本，降低項目團隊協同開發的風險，保障開發工作的高效完成。下面結合具體實施例對本發明作進一步說明.
圖1為本發明的三維場景可視化編輯裝置的結構示意圖；圖2為本發明的三維場景可視化編輯裝置的服務端數據控制示意流程圖；圖3為本發明的三維場景可視化編輯裝置的客戶端數據控制示意流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的三維場景可視化編輯裝置包括伺服器端和客戶端兩部分， 伺服器端包括場景數據傳輸裝置01，版本管理裝置02，優先級管理裝置03，客戶端包括動態顯示管理裝置04 ；場景數據傳輸裝置01，根據客戶端的數據請求，在伺服器端完成三維場景數據的複製和組織，形成滿足客戶請求的數據集；版本管理裝置02，用於對場景的數據資源做統一調度，保證伺服器端數據的一致性；優先級管理裝置03，用於將不同客戶端的響應數據集劃分優先加載順序，優化響應時間，實現分步、並行加載；動態顯示管理裝置04，用於對三維場景編輯裝置客戶端的計算資源和顯示資源進行管理，根據內存或顯存利用率控制場景元素的精度，及對象和模型的顯示或隱藏。場景數據傳輸裝置01包括JSON轉換裝置011，用於將XML結構封裝的伺服器端三維場景數據轉換為JSON結構封裝的數據。壓縮裝置012，用於排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據。版本管理裝置02包括籤出裝置021，用於對場景中元素和對象標記時間戳，進行版本編號，向客戶端的請求提供同一對象的新版本數據；籤入裝置022，用於對客戶端提交的數據標記時間戳，比較對象版本編號，整合對象籤入數據和顯存文件，更新場景元素；鎖定裝置023，用於鎖定籤出或籤入的場景元素，避免出現客戶端請求意外篡改場景元素或對象的數據及狀態；同步裝置024，用於對籤出的場景元素向客戶端進行查詢，完成更新，保證場景元素和對象處於正常同步狀態，保證伺服器端場景數據與客戶端場景元素和對象的持續性。優先級管理裝置03包括分類裝置031，用於將客戶端響應數據集中的場景元素和對象按客戶端需求劃分加載優先順序；序列化裝置032，用於將不同客戶端不同優先順序的場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為若干數據流；線程調度裝置033，根據客戶端的需求優先級別，調度加載線程資源，實現數據流的並發傳輸，優先傳輸。動態顯示管理裝置04包括場景層次細節管理裝置042，根據資源監視裝置041的信號，調整客戶端場景中相機元素的視野或視距內三角形元素的渲染效果；場景元素加載/卸載裝置043，根據資源監視裝置041的信號，實時在內存或顯存加載或卸載相機元素的視野或視距中的對象或元素；資源監視裝置041，用於監視系統內存或顯存的利用率，控制場景層次細節管理裝置，場景元素加載/卸載裝置。
應用中，根據客戶端的三維數據請求，伺服器端形成響應數據集，利用JSON轉換裝置011將伺服器端的三維場景響應數據由XML封裝結構轉換為JSON結構封裝，減小數據封裝尺寸，同時利用壓縮裝置012排除與三維對象無關的XML數據和冗餘信息，減小在響應數據下載時對傳輸帶寬的需要。JSON轉換裝置011將XML類型的數據文件映射生成更加輕量級的數據交換格式-JSON(JavaScript Object Notation) 0 JSON是基於 JavaScript (Standard ECMA-262 3rd Edition-December 1999)的一個子集。JSON 採用完全獨立於語言的文本格式，JSON對象是一個無序的「 『名稱/值』對」集合，一個對象以 「{」(左括號)開始，「}」(右括號)結束。每個「名稱」後跟一個「」(冒號)；「 『名稱/ 值』對」之間使用「，」(逗號)分隔；數組是值(value)的有序集合，一個數組以「[」(左中括號)開始，「]」(右中括號)結束，值之間使用「，」(逗號)分隔；值(value)可以是雙引號括起來的字符串(string)、數值(number)、ture、false、null、對象(object)或者數組 (array)，這些結構可以嵌套；字符串(string)是由雙引號包圍的任意數量Unicode字符的集合，使用反斜線轉義，一個字符(character)即一個單獨的字符串(character string)。 被封裝的數據在不同的開發環境中經過簡單轉換就可加以利用，減輕了數據交換的負載程度，提升了數據利用效率。冗餘數據主要是封裝結構轉換過程中出現的回車符、空格符、制表符，以及包含的用於平臺兼容性的頭文件。三維數據經過以上兩個步驟的壓縮處理後，文件體積可降至原文件的1%。 1%，非常適用在網絡上傳輸。分類裝置031根據對象尺寸、對象構造複雜程度，在場景中的種類，與其他場景元素的連接關係及加載順序等分類條件，將響應數據集中的對象劃分不同種類，序列化裝置 032將不同種類的場景元素對象實例化，形成若干數據流。線程調度裝置033對需要快速呈現給用戶的模型或場景元素數據流劃分加載優先順序，進行優先讀取；通過線程調度裝置033根據客戶端的需求優先級別，調度線程資源，使多個線程並行處理，實現針對一個或多個客戶端的數據流的並發傳輸，下載。在客戶端有與伺服器端的優先級管理裝置03相對應的反序列化裝置，將序列化數據流轉換為JSON封裝結構的響應數據集。在伺服器端響應數據的序列化過程中，通過籤出裝置021，籤入裝置022，鎖定裝置023和同步裝置OM在伺服器端實現一個版本控制管理子系統，用來處理並發用戶編輯操作的管理。籤出裝置021對客戶端申請的場景元素標記時間戳和版本號，為客戶端響應提供最新版本數據，只有經過籤出標記的數據才會被優先級管理裝置03完成序列化過程。 客戶端對響應數據集作出的編輯和修改，以及客戶端發布創造的元素和對象，在通過籤入裝置022標記時間戳和版本號確認後才會更新為伺服器端的三維場景數據。根據各客戶端請求形成的響應數據既往的內容，同步裝置023將各相關場景元素的最新版本提供給各客戶端，保證所有在線編輯用戶在本地編輯器裡看到的場景和模型都是最新編輯版本。鎖定裝置023鎖定籤出或籤入對象的狀態，避免籤出或籤入對象的數據被其他客戶端修改，監視時間戳和版本狀態，比對編輯用戶提交的版本號，使用版本號較新的來替換之前的版本號編輯操作，從而實現三維圖形編輯數據的有效合併，對並發的編輯用戶操作在三維場景編輯開發應用服務端進行有效合併管理。。客戶端利用本動態顯示管理裝置04為Web3D應用程式的訪問服務提供多線程加載場景技術。經反序列化裝置多線程下載還原的場景元素和對象，使用戶登錄場景後就可以開始觀看和操控，動態顯示管理裝置04在後臺會自動加載當前未使用的場景和未同步傳輸到達的對象、模型和元素，會順序載入場景視野。對於超大三維場景圖形數據，利用資源監視裝置041，監視客戶端系統內存或顯存的利用率，將利用率達到40^,60^,70%或 80%作為觸發條件，並將控制信號反饋給場景層次細節管理裝置，場景元素加載/卸載裝置。通過控制場景層次細節管理裝置042控制Web3D生成的LOD地形，根據三角面與相機距離的遠近自動確定各元素或對象、模型的三角面顯示級別(密度)，使得近距離地面三角面密度大，遠距離密度小，從而節省了資源開銷，而又不影響畫面的渲染效果；通過控制場景元素加載/卸載裝置043，對三維交換數據中的模型進行設置可視見範圍的調整，Web3D 用戶終端程序實現直接對內存數據操作，進行動態加載進入視野的物體，從內存和顯存中卸載離開視野的模型，從而保證內存、顯存佔用量在一個較低的水平。使用戶終端對場景的實時渲染能力最大化。如圖2所示，利用本三維場景編輯裝置進行三維場景協同編輯的方法，其步驟包括用戶提出對象編輯請求；通過JSON轉換裝置011將需求的三維場景數據由XML結構封裝的數據轉換為 JSON結構封裝；通過壓縮裝置012排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據和冗餘數據；根據編輯請求，通過鎖定裝置023鎖定向客戶端提供的場景元素數據，利用籤出裝置021對場景元素數據標記時間戳，並進行版本編號；通過分類裝置031將籤出的場景元素按不同客戶端需求劃分加載優先順序；通過序列化裝置032將場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為數據流；通過線程調度裝置033調整客戶端的需求優先級別，調度線程資源，實現數據流的並發傳輸；通過同步裝置OM對獲得籤出場景元素的客戶端進行查詢，保證數據的正常更新狀態。還包括如下步驟客戶端提交場景元素數據；同步裝置024向客戶端進行查詢，保證場景元素數據的完整結構；通過籤入裝置022對客戶端提交的數據標記時間戳，比較版本編號，整合籤入數據和顯存文件，更新場景元素。如圖3所示，基於Web的三維場景編輯裝置的編輯方法，其步驟包括通過資源監視裝置041監視客戶端系統內存，顯存的動態利用率；當系統負荷達到觸發條件時，通過場景層次細節管理裝置042降低三角形元素的渲染效果或通過場景元素加載/卸載裝置043將相機元素的視野或視距中的次要場景元素從內存和顯存中卸載；當系統負荷較輕時，通過場景層次細節管理裝置042提高三角形元素的渲染效果或加載相機元素的視野或視距中的次要場景元素。以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
權利要求
1.一種基於ffeb3D的三維場景可視化編輯裝置，包括伺服器端和客戶端兩部分，伺服器端包括場景數據傳輸裝置(01)，版本管理裝置(02)，優先級管理裝置(03)，客戶端包括動態顯示管理裝置(04)；場景數據傳輸裝置(01)，根據客戶端的數據請求，在伺服器端完成三維場景數據的複製和組織，形成滿足客戶請求的數據集；版本管理裝置(02)，用於對場景的數據資源做統一調度，保證伺服器端數據的一致性；優先級管理裝置(03)，用於將不同客戶端的響應數據集劃分優先加載順序，優化響應時間，實現分步、並行加載；動態顯示管理裝置(04)，用於對三維場景編輯裝置客戶端的計算資源和顯示資源進行管理，根據內存或顯存利用率控制場景元素的精度，及對象和模型的顯示或隱藏； 其特徵在於版本管理裝置(0 包括籤出裝置(021)，用於對場景中元素和對象標記時間戳，進行版本編號，向客戶端的請求提供同一對象的新版本數據；籤入裝置(022)，用於對客戶端提交的數據標記時間戳，比較對象版本編號，整合對象籤入數據和顯存文件，更新場景元素；鎖定裝置(023)，用於鎖定籤出或籤入的場景元素，避免出現客戶端請求意外篡改場景元素或對象的數據及狀態；同步裝置(OM)，用於對籤出的場景元素向客戶端進行查詢，完成更新，保證場景元素和對象處於正常同步狀態，保證伺服器端場景數據與客戶端場景元素和對象的持續性。
2.如權利要求1所述的三維場景可視化編輯裝置，其特徵在於場景數據傳輸裝置 (01)包括JSON轉換裝置(011)，用於將XML結構封裝的伺服器端三維場景數據轉換為JSON結構封裝的數據；壓縮裝置(012)，用於排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據，包括空格符，回車符，制表符，用與平臺兼容性的頭文件結構。
3.如權利要求2所述的三維場景可視化編輯裝置，其特徵在於優先級管理裝置(03) 包括分類裝置(031)，用於將客戶端響應數據集中的場景元素和對象按客戶端需求劃分加載優先順序；序列化裝置(032)，用於將不同客戶端不同優先順序的場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為若干數據流；線程調度裝置(033)，根據客戶端的需求優先級別，調度加載線程資源，實現數據流的並發傳輸，優先傳輸。
4.如權利要求3所述的三維場景可視化編輯裝置，其特徵在於在客戶端有與伺服器端的優先級管理裝置(0 相對應的反序列化裝置，將序列化數據流轉換為JSON封裝結構的響應數據集。
5.如權利要求4所述的三維場景可視化編輯裝置，其特徵在於動態顯示管理裝置 (04)包括場景層次細節管理裝置(042)，根據資源監視裝置(041)的信號，調整客戶端場景中相機元素的視野或視距內三角形元素的渲染效果；場景元素加載/卸載裝置(043)，根據資源監視裝置(041)的信號，實時在內存或顯存中加載或卸載相機元素的視野或視距中的對象或元素；資源監視裝置(041)，用於監視系統內存或顯存的利用率，以利用率達到40%，60%， 70%或80%作為觸發條件，向控制場景層次細節管理裝置(042)和場景元素加載/卸載裝置(04 發送控制信號。
6.如權利要求1至6所述的任一基於Web的三維場景編輯裝置的編輯方法，其步驟包括用戶提出對象編輯請求；通過JSON轉換裝置(011)將需求的三維場景數據由XML結構封裝的數據轉換為JSON 結構封裝；通過壓縮裝置(012)排除JSON結構封裝的數據中與場景數據無關的XML信息數據和冗餘數據；根據編輯請求，通過鎖定裝置(023)鎖定向客戶端提供的場景元素數據，利用籤出裝置(021)對場景元素數據標記時間戳，並進行版本編號；通過分類裝置(031)將籤出的場景元素按不同客戶端需求劃分加載優先順序； 通過序列化裝置(032)將場景元素對象實例化，並將實例化對象轉換為數據流； 通過線程調度裝置(033)調整客戶端的需求優先級別，調度線程資源，實現數據流的並發傳輸；通過同步裝置(024)對獲得籤出場景元素的客戶端進行查詢，保證數據的正常更新狀態。
7.如權利要求7所述的編輯方法，還包括如下步驟 客戶端提交場景元素數據；同步裝置(OM)向客戶端進行查詢，保證場景元素數據的完整結構； 通過籤入裝置(02 對客戶端提交的數據標記時間戳，比較版本編號，整合籤入數據和顯存文件，更新場景元素。
8.如權利要求1至6所述的任一基於Web的三維場景編輯裝置的編輯方法，其步驟包括通過資源監視裝置(041)監視客戶端系統內存，顯存的動態利用率； 當系統負荷達到觸發條件時，通過場景層次細節管理裝置(042)降低三角形元素的渲染效果或通過場景元素加載/卸載裝置(04 將相機元素的視野或視距中的次要場景元素從內存和顯存中卸載；當系統負荷較輕時，通過場景層次細節管理裝置(04 提高三角形元素的渲染效果或加載相機元素的視野或視距中的次要場景元素。
全文摘要
本發明一種基於Web的三維場景可視化編輯裝置，本發明涉及數據並行傳輸和編輯的裝置和方法。包括包括伺服器端和客戶端兩部分，伺服器端包括場景數據傳輸裝置，版本管理裝置，優先級管理裝置，客戶端包括動態顯示管理裝置。通過本發明，三維圖形的編輯用戶可以基於瀏覽器瘦客戶端，對大型三維場景項目進行高效的並行開發，用戶終端電腦無需保存項目的工作副本，所有的三維圖形設計功能由中心伺服器提供支持，實現集中管理分布式數據，對用戶的編輯操作實現版本控制，用戶可回滾當前操作至指定歷史版本，降低項目團隊協同開發的風險。同時提供一種利用本發明進行多用戶協同編輯的方法。
文檔編號H04L29/08GK102413164SQ20111025600
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者方寶友, 李建中, 解軍, 饒英俊, 馬春宇 申請人:北京華電萬通科技有限公司