三维模型中的热点研究

                                  三维模型中的热点研究

                                                                               作者：徐景周

一、概述

        在主流的PC机上，支持三维模型漫游预览与内部热点选择。

 

二、三维图形库

        市面上的三维图形库很多，基本分为Web端(WebGL)与非Web端(OpenGL/OpenGLES)、商用收费与免费开源两类。目前，主流的三维图形库大致如下所示。

1. ArcGIS Engine（收费）
2. U3D （收费）
3. OverDrive（收费）
4. Hightopo（收费）（http://www.hightopo.com/）
5. Ossimplanet（开源）（http://trac.osgeo.org/ossim/wiki/OssimPlanet）
6. Wings 3D（开源）（http://www.wings3d.com/）
7. OGRE（开源）（https://github.com/OGRECave/ogre） 
8. Cesium（开源）（http://cesiumjs.org）
9. OSG（开源）（https://github.com/openscenegraph/OpenSceneGraph）
10. OPEN CASCADE（开源）（https://www.opencascade.com）
11. Potree（开源）（http://potree.org/）
12. SceneJS（开源）（http://scenejs.org）
13. Three.js（开源）（https://threejs.org/）
14. BabylonJS（开源）（http://www.babylonjs.com/）

 

三、技术选型

3.1.   非Web端三维图形库

        数量多、性能好、API丰富。因为属于Native APP范畴，所以缺点是不能一次编码，跨平台运行，需针对不同平台单独集成编码。

3.2.   Web端三维图形库

        伴随HTML 5诞生，故目前可用库较少、在浏览器内运行也导致性能略差、功能与移动设备支持的三维标准OpenGL ES类似，都是从OpenGL剪裁而来。最大的优点是跨平台性，即一次编码，可四处运行（只要浏览器支持WebGL标准）。

3.3.   分析

        根据业务需求，优先考虑Web端三维开发。可选的范围在Potree、Hightopo、Three.js和BabylonJS之间。

• Potree

研究了Potree中最接近于三维漫游与热点切换的例子。加载速度很快，但清晰度太差，达不到业务需求。

示例：

http://potree.org/demo/potree_1.5/examples/annotations.html

• Hightopo

国内某公司出品，不透明收费，并且代码较难看懂。

示例：

http://www.hightopo.com/demo/building/index.html

http://www.hightopo.com/demo/media/index.html

• SceneJS

开源的JavaScript3D引擎，特别适合需要高精度细节的模型需求，比如工程学和医学上常用的高精度模型。缺少碰撞检测等功能。

示例：

http://scenejs.org/examples/index.html#scenegraph_firstExample

• Three.js

国内学习资料多，但加载速度慢、缺少碰撞检测等功能。

示例：

https://threejs.org/examples

• BabylonJS

微软公司于2013年发布并开源。优点是功能较为全面，缺点是国内资料基本没有。

示例：

http://www.babylonjs.com/

3.4.   选型

        在此抛开商用收费三维库以及模型清晰度不够的Potree库外，剩下的在SceneJS、Three.js和BabylonJS中进行选择。由于三者在着眼点上的不同，所以略有差异。经过初步研究与判定后，优先选取BabylonJS为本次基础开发的三维图形库。

 

四、BabylonJS

下面将针对BabylonJS，重点进行描述。

4.1    导入格式

导入三维模型的格式除了自己的.babylon文件外，还支持其它三种格式：obj、stl、glTF。

4.2    导出插件

BabylonJS提供了一些插件，可以在3dMax、Blender、FBX、Maya等软件内安装其插件后，对创建的模型导出成.babylon模型文件。

下载地址：

https://github.com/BabylonJS/Babylon.js/tree/master/Exporters

4.3    .babylon模型文件

.babylon模型预览，可以通过官方提供的沙盒地址，通过拖放.babylon文件进行查看。经过测试，发现个别.babylon模型仍难以打开。

模型预览：

http://sandbox.babylonjs.com/

格式解析：

https://github.com/h53d/babylonjs-doc-cn/blob/master/target/generals/General/File_Format_Map_(.babylon).md

http://doc.babylonjs.com/generals/file_format_map_(.babylon)

编辑工具：

http://materialeditor.raananweber.com/

Shader在线查看(GLSL语言编写：Vertex Shader和Pixel Shader)：

http://cyos.babylonjs.com/

4.4    浏览器支持

对目前主流的IE11以上、Chrome和FireFox都支持，本人已在Chrome v 57.0.2970.0和Microsoft EdgeHTML 14.14393测试通过。

4.5    速度

同Three.js类似，加载大模型时速度较慢。需提供正在载入信息提示，尽可能提高用户体验。不过Babylon为了尽可能的提高加载速度，提供了工具可以将.babylon文件转换成几个文件，缓式加载以提高显示速度。

工具：

http://doc.babylonjs.com/tutorials/using_the_incremental_loading_system

4.6    潜在问题

同Three.js类似，Firefox浏览器在本地同时打开多个较大模型时，会提示浏览器性能不足问题。另外，模型在100M以上时可能存在无法加载的现象。

4.7    运行环境

运行Web端应用，需先在本地搭建应用服务器环境。例如：Apache、Tomcat、JBoss等。

4.8    Web展示效果

如图一所示。

备注：官方网站提供的示例中，点击后所有非http://www.babylonjs.com/起始的网址，都属于第三方提供，示例源码大多无法直接取得!

                                                         图一

 

4.9    源码下载

 

• BabylonJS源码

https://github.com/BabylonJS/Babylon.js

• Website源码

https://github.com/BabylonJS/Website

• Hand.js源码

http://handjs.codeplex.com/

4.10  重点示例

http://www.babylonjs.com/demos/sponza/

http://www.babylonjs.com/demos/mansion/

http://www.babylonjs.com/demos/distraction/

http://www.babylonjs.com/demos/actions/

http://www.babylonjs.com/demos/train/

4.11  编码

可以直接Java Script编写；也可以通过微软提供的Type Script来编写，不过最终需通过node.js的gulp进行转换，生成Java Script。

 

 

五、业务

5.1    需求

        实时从第三方平台读取相应数据，匹配更新三维模型中的各热点信息。

5.2    架构

                                                                                                  图二

 

六、总结

        同three.js类似，BabylonJS作为三维图形库与Web端游戏引擎，功能比较丰富、灵活、模型显示不失真，但同样学习难度大、周期长，需要进行大量深入的学习与研究。另外，在模型文件较大或较多时，浏览器打开时会等待较长时间。