基于GIS的WEB三维技术综合比较

付子圣23100204强化培养学院地理信息系统

[摘要]三维虚拟现实技术是近年来出现的高新技术，三维技术的成熟，让人们可以利用多媒体媒介如电脑，身临其境浏览真实的景象。本文通过对一系列web三维地理信息软件和开源三维引擎的研究，列举分析了一系列较新的Web三维虚拟现实技术，并将这些技术划分为插件类、瘦客户端类和底层类三种实现方式，并对其优缺点进行综合比较分析，探讨Web3D技术的发展趋势。本研究对未来web端三维技术的优化发展有积极的意义。

关键词：三维虚拟显示web地理信息

一、瘦客户端

1.1基于ArcGIS Server服务发布的C/S、B/S混合架构实现三维服务可视化

1.1.1ArcGIS Server简介

ArcGIS Server是一个用于构建集中管理、支持多用户的企业级GIS应用的平台。ArcGIS Server提供了丰富的GIS功能，例如地图、定位器和用在服务器应用中的软件对象。

开发者使用ArcGIS Server可以构建Web应用、Web服务、以及其它运行在标准的.NET和J2EE Web服务器上的企业应用，如EJB。ArcGIS Server也可以通过桌面应用以C/S（Client/Server）的模式访问。ArcGIS Server的管理由ArcGIS Desktop负责，后者可以通过局域网或Internet来访问ArcGIS Server。

1.1.2基于ArcGIS Server发布3D服务

在ArcGIS Desktop的Arccatalog中打开服务管理界面，添加服务器，一般为本机，再在服务器上添加服务。ArcGIS Desktop系列软件主要包含Arccatalog、ArcMap、ArcScene和ArcGlobe，其中ArcScene和ArcGlobe是使用显示三维的，在添加服务时选择Globe或者Scene 文档，发布即可

最后选择Globe或Scene的文件路径即可

1.1.3浏览3D服务

由于目前浏览器三维技术还未完全成熟，一般情况下我们无法像浏览地图服务一样用浏览器直接查看三维，解决办法是利用客户端的软件（或者插件）浏览，此处的客户端软件是ArcGIS Explorer，其功能和Google Earth十分类似，是美国ESRI公司推出的三维GIS系列软件。

输入地址http://localhost/ArcGIS/rest/services，此处是本机查看，所以可输入localhost或者计算机名，若在局域网内查看需输入IP地址。利用的是rest接口。

此时便可查看刚才发布的Globe服务

进入后可以查看到所有的图层信息，可以选择利用ArcGlobe或者ArcGIS Explorer查看，由于ArcGlobe是ArcGIS Desktop桌面软件家族中的成员，Desktop体系庞大且安装较为麻烦，一般使用简易的ArcGIS Explorer查看，点击即可。最终，利用瘦客户端ArcGIS Explorer，查看效果（南师大仙林三维虚拟校园）

利用ArcServer发布的地图服务，在Visual Stdio中定制后即可在浏览器中直接查看，但是Globe服务必须使用客户端软件才能查看。

1.2美国微软公司：Virtual Earth--可以在浏览器中直接运行的三维地球软件

瘦客户端的实现形式还包括微软Vitual Earth的Bing Map，产品为软件的形式，但用浏览器打开，可在浏览器中直接定制用户界面

Virtual Earth3D可以呈现完整交互式的三维图片，是基于地图的搜索工具，集航拍照片、地图、黄页数据于一体。在Virtual Earth3D中，就像在大型3D游戏的虚拟现实环境中一样，用户可以在城市之间、建筑物之间“飞来飞去”。除了真实地“再现”城市的地形外，Virtual Earth3D中也包含一些现实世界中不存在的东西。

Virtual Earth3D不要求用户在硬盘上下载应用软件，而是直接在浏览器中运行。

在Google宣布推出Google Earth后，微软也紧跟其后启动了相关计划。2005年12月23日，微软公司收购一家从事三维地球研究的华人公司GeoTange。2006年5月3日，又收购一家专门从事遥感领域研究的公司Vexcel。随后，在2006年11月初微软发布了Virtual Earth3D。今年6月，微软推出Bing搜索后，意味着原来的“Virtual Earth”变成了“BingMaps and Bing Maps for Enterprise”。

下图为Vitual Earth运行界面，软件开源

二、底层技术实现web三维

2.1Silverlight4Balder3D引擎构建web三维场景

在客户端安装三维浏览软件必然会影响用户的使用兴趣，如果能直接在浏览器上实现三维便是最好，Silverlight的Balder3D引擎便可实现。

Balder是一款开源的3D图形引擎，它支持Silverlight,Windows Phone7,Xna and OpenGL。Balder是Silverlight最初的3D引擎，现在发展得很快。Balder由EinarIngebrigtsen创建，

是面向Sliverlight，Windows Phone7和XNA，支持2D和3D的托管游戏引擎。

下图为利用Balder引擎构建的3D动画

（来自网络，非原创）

2.2支持3D的silverlight5

Microsoft Silverlight是微软所发展的Web前端应用程序开发解决方案，是微软丰

富型互联网应用程序（Rich Internet Application）策略的主要应用程序开发平台之一，以浏览器的外挂组件方式，提供Web应用程序中多媒体（含影音流与音效流）与高度交互性前端应用程序的解决方案，同时它也是微软UX（用户经验）策略中的一环，也是微软试图将美术设计和程序开发人员的工作明确切分与协同合作发展应用程序的尝试之一。Silverlight5新增特点：

●流畅的用户界面及更平滑的动画

●支持位操作系统；IE9无窗口模式的硬件加速

●GPU加速的3D API支持高级数据可视化呈现和富用户界面和体验；

●测试工具–增加Visual Studio2010的自动化UI测试支持；

●脱离浏览器模式–Silverlight5应用已经可以创建并管理子窗口，受信任的脱离浏览器应用可以使用P/Invoke功能等。

就在2010年12月3日召开的Silverlight Firestarter发布会主旨演讲上，微软企业副总裁Scott Guthrie宣布了Silverlight5以及Silverlight5的一系列新特性。Silverlight5将注重两大方面的改进：丰富媒体体验、企业应用开发。微软称Silverlight 5的40多个新特性中70%是Silverlight用户社区的新功能需求。

微软对如今非常流行的webgl标准持抵制态度，这样因此加快了微软公司研究自己的浏览器三维技术的速度。新推出的silverlight5对三维的支持将大大提升

silverlight5有自己的3D的API，那时候silverlight开发人员就又多了一种选择。

下图为silverlight5制作的三维图形立方体，附带动画

下图为Silverlight设计界面，采用xaml构建前台界面，类似WPF

2.3基于WebGL的浏览器三维

WebGL是一种3D绘图标准，这种绘图技术标准允许把JavaScript和OpenGL ES2.0结合在一起，通过增加OpenGL ES 2.0的一个JavaScript绑定，WebGL可以为HTML5Canvas 提供硬件3D加速渲染，这样Web开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示3D场景和模型了，还能创建复杂的导航和数据视觉化。显然，WebGL技术标准免去了开发网页专用渲染插件的麻烦，可被用于创建具有复杂3D结构的网站页面，甚至可以用来设计3D 网页游戏。

虽然微软极力打压WebGL，但是包括Google在内的大部分互联网厂商都承认甚至参与修订了WebGL的标准，可以遇见，Web三维将离我们越来越近，而实现的主流形式一定会是WebGL。

下图为WebGL的一个小例子

三、插件类

3.1利用VRML专用三维浏览器插件，直接查看三维

3.1.1VRML概述

虚拟建模语言VRML是一种与操作平台无关的描述可交互三维世界和对象的三维建模语言，是基于网络的三维建模技术，是以虚拟现实为特征的3Dweb技术的核心。它能够把三维、二维、文本和多媒体集成为统一的整体，与因特网的功能结合起来，产生一种全新的交互式应用。

VRML利用类似Html标记文本语言描述三维场景，经由网络传输，在客户机浏览器上动态地生成虚拟场景，为学习者提供一个动态、实时和交互的三维虚拟学习场景。通过主动参与三维虚拟学习环境，学生可以全方面、多角度观察模型，提高学习兴趣，极大调动学习能动性。

3.1.2实现方法

多数建模软件如sketchup、3dsmax、maya都能够导出Vrml格式的文本，wrl格式。如利用3dsmax将模型导出为wrl文本文件

浏览器段需要安装VRML专用插件Cortona，网上可免费下载，下载完毕后，浏览器直接打开VRML File

允许插件运行，即可浏览，最初版本自带一些漫游的定制功能（场景由CityEngine2010Pro 制作，在3dsmax2009中导出）

四、结束语

以上各种Web三维技术各具特色，但是WebGL是以javascript和html为基础，而微软的silverlight使用的是.net语言（C#），ESRI的ArcGIS系列在二维地图方面是经典，但是在三维支持方面做的明显不够，ArcGIS Desktop系列的庞大臃肿注定其只能定位高端定位专业人员。瘦客户端和插件类的实现方法原理相同，只不过瘦客户端利用一般为软件，可以理解为c/s b/s的混合结构，而插件类则真正实现了浏览器的三维。不过不可否认，插件自然也会影响用户的积极性。

当然，IT技术的发展日新月异，也许几年以后，又会出现新的Web三维技术，也许不就以后，Web三维技术就会风靡互联网，人们可以不安装任何插件，直接方便的浏览各种真实的三维特效。

随着html5技术的出现，相信不久的将来，web端便可以实现效率更高、精度更好的真三维，而这必将会带来互联网的一场变革。