桌面系统三维平台综述（Unity3D、VRP 等）081162019 王琨博三 维 平 台 一 般 分 为 桌 面 系 统 以 及 WEB 平 台 ， 而 我 们 现 在 主 要 介 绍 一下 桌 面 系 统 三 维 平 台 ：桌 面 型 虚 拟 现 实 系 统 是 由 一 台 普 通 的 计 算 机 系 统 组 成 ， 使 用 者 通 过 键盘 和 鼠 标 便 可 与 虚 拟 环 境 进 行 交 互 这 种 系 统 的 特 点 是 结 构 简 单 价 格 低 廉 ，易 于 普 及 推 广 ， 是 一 套 经 济 实 用 的 系 统 此 种 系 统 又 分 为 两 类 ： 基 于 全景 照 片 的 虚 拟 现 实 和 基 于 三 维 造 型 的 虚 拟 现 实 前 者 在 实 景 中 用 鱼 眼 镜 头拍 摄 全 景 照 片 进 行 制 作 ； 后 者 一 般 通 过 三 维 建 模 工 具 来 构 造 实 体 模 型 ，由 图 形 图 像 工 具 制 作 模 型 的 纹 理 贴 图 ， 然 后 由 虚 拟 现 实 引 擎 来 模 拟 真 实的 场 景 交 互 前 者 制 作 简 单 ， 后 者 的 交 互 性 强 ， 是 虚 拟 技 术 发 展 的 方 向本 文 将 围 绕 基 于 三 维 造 型 的 虚 拟 现 实 技 术 ， 探 讨 虚 拟 现 实 系 统 场 景 优 化的 问 题 。计 算 机 上 运 行 的 虚 拟 现 实 场 景 每 一 帧 画 面 的 显 示 都 是 靠 显 卡 和 中 央 处理 器 实 时 运 算 出 来 的 ， 如 果 场 景 中 模 型 的 面 数 太 多 ， 会 导 致 虚 拟 现 实 场景 的 运 行 速 度 急 剧 降 低 ， 甚 至 无 法 正 常 运 行 ， 对 于 场 景 的 模 型 面 数 要 进行 优 化 另 外 ， 很 多 桌 面 型 虚 拟 现 实 系 统 是 建 立 在 网 络 平 台 模 式 下 的 ， 当上 网 浏 览 用 户 过 多 ， 将 大 大 影 响 虚 拟 漫 游 速 度 ， 更 需 要 对 制 作 完 成 的 虚拟 场 景 进 行 优 化 ， 这 将 是 解 决 网 络 虚 拟 展 示 方 法 。全 球 化 网 络 化 和 虚 拟 化 已 成 为 制 造 业 发 展 的 重 要 特 征 实 现 虚 拟 设 计(Virtusl Design) 是 制 造 业 虚 拟 化 的 重 要 内 容 近 年 来 ， 为 了 缩 短 产 品的 开 发 周 期 降 低 生 产 成 本 ， 人 们 提 出 了 各 种 各 样 的 制 造 模 式 计 算 机技 术 的 发 展 为 这 些 制 造 模 式 的 应 用 提 供 了 有 力 的 支 持 ， 虚 拟 现 实(Virtusl Reality， 简 称 VR)技 术 的 引 入 更 是 加 快 了 各 种 敏 捷 制 造 模 式的 实 现 虚 拟 现 实 技 术 与 已 经 高 度 发 展 的 CAX(CAD 及 CAM,CAE)等 系 统的 有 机 结 合 ， 为 产 品 的 创 意 变 更 以 及 工 艺 优 化 提 供 了 虚 拟 的 三 维 环 境设 计 人 员 借 助 于 这 样 的 虚 拟 环 境 可 以 在 产 品 的 设 计 过 程 中 ， 对 产 品 进 行虚 拟 加 工 装 配 和 评 价 ， 进 而 避 免 设 计 缺 陷 ， 有 效 地 缩 短 产 品 的 开 发 周 期 ，同 时 降 低 产 品 的 开 发 成 本 和 制 造 成 本 初 步 的 实 践 证 明 ： 这 项 技 术 对 产品 的 概 念 设 计 装 配 设 计 和 人 机 工 程 学 评 价 特 别 有 益 虚 拟 设 计 技 术 充 分 利用 了 模 拟 仿 真 技 术 ， 但 它 又 不 同 于 一 般 的 模 拟 仿 真 技 术 ， 它 具 有 虚 拟 现实 的 特 征 ， 如 自 主 性 交 互 性 沉 浸 感 等 可 以 说 虚 拟 设 计 技 术 是 虚 拟 制 造技 术 的 重 要 组 成 部 分 ， 它 目 标 明 确 支 持 技 术 较 为 成 熟 易 于 启 动 相 信 这项 技 术 的 优 先 发 展 定 会 有 助 于 实 现 真 正 意 义 上 的 虚 拟 制 造自 1965 年 计 算 机 图 形 学 奠 基 者 Ivan Sutherland 在 论 文 ”The Ultimate Display”中 提 出 虚 拟 技 术 概 念 至 今 ， 软 硬 件 的 不 断 发 展 实 践与 理 论 的 不 断 创 新 为 虚 拟 现 实 的 概 念 注 入 了 丰 富 的 内 涵 世 纪 年 代由 于 虚 拟 现 实 系 统 的 硬 件 成 本 过 高 ， 软 件 开 发 周 期 过 长 ， 一 直 无 法 得 到推 广 与 普 及 虚 拟 现 实 的 初 期 应 用 主 要 集 中 在 军 事 仿 真 系 统 和 航 空 航 天 领域 世 纪 年 代 以 来 ， 随 着 计 算 机 硬 件 性 能 的 提 高 与 价 格 的 下 降 ， 软 件 开 发系 统 理 论 的 形 成 ， 虚 拟 现 实 技 术 的 应 用 打 开 了 全 新 的 局 面 打 破 了 以 前 仅应 用 于 高 端 领 域 的 局 限 性 ， 在 软 硬 件 的 共 同 支 持 下 ， 开 始 在 科 学 计 算 建筑 设 计 游 戏 开 发 产 品 包 装 培 训 娱 乐 气 象 和 水 利 等 方 面 得 到 广 泛 的 应 用目前主要的桌面系统三维平台简介：一 、 Unity3D Unity3D 是 一 个 多 平 台 的 游 戏 开 发 工 具 ， 是 一 个 全 面 整 合 的 专 业 三 维游 戏 引 擎 。 它 能 在 工 业 产 品 设 计 阶 段 ， 将 各 种 不 同 产 品 设 计 软 件 所 产 生的 工 业 产 品 三 维 模 型 ， 通 过 数 据 转 换 成 虚 拟 展 示 的 场 景 主 体 模 型 ， 再 通过 模 型 识 别 和 Lod 高 阶 渲 染 等 技 术 ， 实 现 工 业 产 品 三 维 模 型 的 在 线 虚 拟展 示 。Unity3D 具 有 更 优 越 的 效 果 和 更 高 的 扩 展 空 间 ， 它 对 和 DirectX和 OpenGL 拥 有 高 度 优 化 的 图 形 渲 染 管 道 。 Unity 支 持 所 有 主 要 文 件 格式 ， 并 能 和 大 部 分 相 关 应 用 程 序 协 同 工 作 ， 低 端 硬 件 亦 可 流 畅 运 行 广 阔复 杂 的 场 景 。 Unity 内 置 的 NVIDIA、 PhysX 物 理 引 擎 带 能 够 带 来 逼 真的 互 动 感 觉 ， 实 时 三 维 图 形 混 合 音 频 流 ， 视 频 流 。 Unity 提 供 了 具 有柔 和 阴 影 与 烘 焙 lightmaps 的 高 度 完 善 的 光 影 渲 染 系 统 。 Unity3D引 擎 具 备 开 发 过 程 技 术 要 求 高 ， 高 级 渲 染 效 果 和 用 户 定 制 支 持 远 远 高 于其 它 的 优 势 ， 非 常 适 合 产 品 虚 拟 展 示 在 交 互 访 问 和 逼 真 表 现 的 需 求 。图 1 运 行 模 式 下 的 南 京 大 学 三 维 数 字 校 园图 2 编 辑 模 式 下 的 南 京 大 学 三 维 数 字 校 园- 二 、 VRMap 2.1 VRMap 是 什 么 ？ VRMap 产 品 系 列 是 北 京 灵 图 软 件 技 术 有 限 公 司 拥 有 完 全 自 主 知 识版 权 且 核 心 技 术 国 际 领 先 的 三 维 地 理 信 息 系 统 平 台 软 件 ， 可 以 在 三 维 地理 信 息 系 统 与 虚 拟 现 实 领 域 提 供 从 底 层 引 擎 到 专 业 应 用 的 全 面 解 决 方 案 ，其 海 量 数 据 处 理 能 力 、 高 级 仿 真 效 果 、 跨 平 台 通 信 、 数 据 管 理 、 匹 配 技术 ， 二 次 开 发 支 持 等 关 键 技 术 指 标 均 全 面 领 先 于 国 内 外 其 他 同 类 产 品 。与 国 内 外 同 类 产 品 相 比 ， VRMap 能 够 为 政 府 部 门 、 企 事 业 单 位 、 专 业 领域 用 户 提 供 性 能 更 优 、 持 有 与 维 护 成 本 更 低 、 扩 展 性 更 好 的 三 维 地 理 信息 和 虚 拟 现 实 应 用 解 决 方 案 ， 是 “数 字 城 市 ”建 设 最 佳 的 基 础 软 件 平台 之 一 。目 前 VRMap 产 品 系 列 已 在 数 字 城 市 、 军 事 作 战 指 挥 、 电 子 沙 盘 及 地形 仿 真 、 智 能 大 厦 、 房 地 产 展 示 、 水 利 与 自 然 灾 害 等 专 题 分 析 与 仿 真 、遥 感 测 绘 与 土 地 管 理 、 环 保 、 气 象 、 地 质 、 石 油 化 工 、 电 信 基 站 管 理 等领 域 获 得 广 泛 应 用 。 2.2 VRMap 能 创 造 何 种 独 特 的 用 户 价 值 ？ 凭 借 在 三 维 领 域 多 年 深 入 的 研 究 ， VRMap 已 经 成 为 用 以 构 建 符 合 工业 标 准 的 三 维 地 理 信 息 系 统 和 虚 拟 现 实 应 用 的 最 好 的 软 件 平 台 ， 在VRMap 的 帮 助 下 ， 数 以 千 计 的 用 户 构 建 了 高 质 量 的 三 维 应 用 ， 获 得 了 极好 的 回 报 。 那 么 VRMap 究 竟 能 够 创 造 何 种 独 特 的 用 户 价 值 呢 ？ l 借 助 核 心 技 术 国 际 领 先 的 三 维 引 擎 ， 实 现 性 能 优 异 的 三 维 应 用 。l 在 普 通 上 运 行 稳 定 ， 性 能 优 异 ， 用 户 可 以 低 成 本 拥 有 与 维 护 。 l 多 种 数 据 格 式 支 持 ， 快 速 利 用 已 有 数 据 建 立 真 实 世 界 的 数 字 对 照 体 ，实 现 数 据 增 值 。 l 企 业 级 的 支 持 服 务 ， 为 用 户 提 供 从 基 本 应 用 到 底 层 扩 展 的 全 方 位 支 持 l 二 次 开 发 功 能 强 大 ， 借 助 工 业 标 准 的 VBA 和 组 件 技 术 等 ， 用户 可 以 按 照 自 己 的 实 际 需 要 ， 灵 活 定 制 与 构 建 个 性 化 的 三 维 解 决 方 案 。l 成 功 案 例 众 多 ， 用 户 广 泛 ， 拥 有 丰 富 的 各 行 业 应 用 经 验 ， 用 户 可 以 方便 获 得 良 好 的 技 术 支 持 与 咨 询 服 务 。 l 拥 有 完 全 核 心 底 层 技 术 ， 可 以 为 客 户 扩 展 与 优 化 底 层 核 心 代 码 ， 不 存在 采 用 国 外 平 台 二 次 开 发 而 存 在 的 技 术 瓶 颈 与 安 全 顾 虑 。 2.3 VRMap 发 展 历 程 l 2000 年 初 ， VRMap1.0 诞 生 ， 第 一 次 在 微 机 平 台 上 再 现 三 维 真 实 景 观 。l 2001 年 6 月 ， VRMap2.0 推 出 ， 奠 定 了 高 扩 展 性 、 高 开 放 性 3DGIS的 基 础 。 l 2002 2003 年 ， VRMap2.X 推 出 ， 支 持 海 量 数 据 浏 览 、 快 速 建 模 以 及更 加