基于Web3D的虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺的對比與分析

林曉芬，楊玉輝

(1.浙江師范大學(xué)信息化辦公室，浙江金華321004;2.浙江大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州310007)

基于Web3D的虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺的對比與分析

林曉芬1，楊玉輝2

(1.浙江師范大學(xué)信息化辦公室，浙江金華321004;2.浙江大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州310007)

虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺在遠(yuǎn)程教育中有著廣泛的應(yīng)用前景，但目前在技術(shù)上還欠成熟，加之許多教育工作者對虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺缺乏了解，從而制約了該技術(shù)的應(yīng)用。針對這一現(xiàn)狀，本文介紹了分布式虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺的研究現(xiàn)狀，分析和比較了兩款Web3D虛擬場景的分布式網(wǎng)絡(luò)平臺，提出了分布式網(wǎng)絡(luò)平臺的改進(jìn)方法并闡述了其在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用。

Web3D技術(shù);分布式虛擬現(xiàn)實(shí);ABNet平臺;BS Collaborate平臺

1 Web3D虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺的研究現(xiàn)狀

Web3D是在互聯(lián)網(wǎng)上應(yīng)用的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。Web3D技術(shù)是把握未來網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、人性化動畫設(shè)計、信息處理及人工智能的關(guān)鍵技術(shù)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)(Distributed VR)技術(shù)使多個地理上相互獨(dú)立的用戶實(shí)時地通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共同分享一個虛擬空間，一起體驗(yàn)虛擬經(jīng)歷，使虛擬用戶達(dá)到一個更高的境界［1］?；赪eb3D的分布式虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺就是一種將VRML/X3D等技術(shù)構(gòu)建的虛擬現(xiàn)實(shí)場景，同所有用戶的虛擬替身整合在一個虛擬環(huán)境中，使用戶能夠共同體驗(yàn)虛擬環(huán)境，通過交流合作來完成各項(xiàng)任務(wù)的通用性網(wǎng)絡(luò)平臺。

當(dāng)前基于Web3D分布式虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺的使用已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且已經(jīng)商業(yè)化，甚至用于游戲的開發(fā)。如:ABNet、BS Collaborate、Blaxxun Platform 7、Twinity、VastPark、Active Worlds 等。利用 Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺支持各種虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)軟件制作的虛擬場景實(shí)現(xiàn)了多用戶的虛擬體驗(yàn)共享，交流協(xié)作式的任務(wù)完成模式，達(dá)到對現(xiàn)實(shí)的高層次虛擬仿真，在虛擬旅游、網(wǎng)上電子教育、電子商務(wù)、企業(yè)內(nèi)部交流/遠(yuǎn)程協(xié)作等方面有良好的應(yīng)用。但是，利用Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的應(yīng)用卻不多，教育工作者對這方面的嘗試也不夠充分。

2 Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺

Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺可以將不同地域的用戶合成在一個虛擬環(huán)境中，借助虛擬環(huán)境可以進(jìn)行相互交流、協(xié)作、共同學(xué)習(xí)，應(yīng)用于教育可以大大提高教育的娛樂性和趣味性。比較有名的Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺主要有KimballSoftware的ABNet和Bitmanagement公司的BS Collaborate平臺。

(一)ABNet虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺

ABNet是一款KimballSoftware軟件，是由美國Rick團(tuán)隊(duì)所開發(fā)。主要用來支持Web3D技術(shù)開發(fā)的Web3D虛擬環(huán)境，并將其轉(zhuǎn)化為分布式的多用戶環(huán)境，實(shí)現(xiàn)用戶的相互交流和協(xié)作。它是一款通用性平臺，可以任意地更換三維場景，選擇不同的虛擬替身，并支持語音文本通信和虛擬替身的動作［2］。

1、ABNet平臺的系統(tǒng)架構(gòu)與運(yùn)行環(huán)境

圖1 ABNet平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

ABNet平臺分為ABNet服務(wù)器和ABNet客戶端兩個部分，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中需要安裝ABNet服務(wù)器，在客戶端需要安裝ABNet客戶端。由ABNet客戶端向ABNet服務(wù)器發(fā)送虛擬替身的操作信息，如虛擬替身的運(yùn)動、各種動作、文本通信等，ABNet服務(wù)器將個人客戶端發(fā)送的各種操作信息廣播給所有的客戶端，從而實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中各種信息數(shù)據(jù)的及時更新。

2、ABNet平臺的功能

(1)自由更換虛擬環(huán)境和虛擬替身。通過ABNet平臺的主頁面，用戶只需要在登陸頁面輸入Web3D格式的三維虛擬環(huán)境和用戶使用的虛擬替身的網(wǎng)絡(luò)地址，就可以自由地更換三維虛擬環(huán)境和用戶的虛擬替身。在三維虛擬環(huán)境中，用戶也可以點(diǎn)擊任務(wù)列表，選擇平臺提供的虛擬替身。系統(tǒng)將訪問同一個虛擬環(huán)境的用戶合成在同一個虛擬空間中。在同一個虛擬環(huán)境中，他們可以一起瀏覽虛擬環(huán)境中存在的事物，相互之間可以交流、協(xié)作和通信，能使用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。

(2)通信功能。在ABNet平臺構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，用戶可以通過選擇姿勢列表，利用簡單的身體語言來進(jìn)行通信。用戶也可以通過發(fā)送文本信息進(jìn)行通信，支持多種國家的語言，并且采用了TTS(Text To Speech)技術(shù)，將用戶之間的文本信息轉(zhuǎn)化為語音，使用戶之間的交流和溝通更加便利。

(3)用戶信息顯示。在ABNet平臺構(gòu)建的虛擬環(huán)境中，通過用戶信息窗口可以顯示，當(dāng)前虛擬環(huán)境中存在的用戶的用戶名，用戶訪問的虛擬環(huán)境名稱，以及系統(tǒng)中鏈接的虛擬環(huán)境列表。通過用戶信息窗口還能在虛擬環(huán)境里以web頁面的形式顯示當(dāng)前虛擬環(huán)境的介紹信息。用戶還可以更換各種顏色的界面風(fēng)格。

(二)BS Collaborate虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺

BS Collaborate平臺是由Bitmanagement Software公司所開發(fā)，是一款可以將任何基于WEB3D虛擬場景和多用戶替身整合在一起的虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺。

1、BS Collaborate平臺的系統(tǒng)構(gòu)架與運(yùn)行環(huán)境

BS Collaborate平臺由客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫組成。客戶端插件同時也是最新的基于VRML虛擬現(xiàn)實(shí)的瀏覽器插件，必須是BS Contact VRML－X3D 7.1版本以上。它用來顯示虛擬現(xiàn)實(shí)場景和服務(wù)器端的信息，接受用戶和虛擬環(huán)境的各種動作交互，以及將用戶的各種操作和交互、交流行為反饋給服務(wù)器［3］。服務(wù)器(BS Collaborate Server)主要用來接受用戶的登陸和離開，將所有的用戶虛擬替身整合在一個虛擬環(huán)境中，響應(yīng)客戶端的請求和客戶端發(fā)送的所有用戶的更新信息，并將所有用戶的各種實(shí)時更新信息廣播給所有的用戶，也可以通過查閱服務(wù)器，將服務(wù)器的信息發(fā)送給所有的用戶，從而實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境的分布式。BS Collaborate平臺運(yùn)行環(huán)境需要利用IIS服務(wù)，通過網(wǎng)頁來進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作和交互。

圖2 BS Collaborate平臺的系統(tǒng)架構(gòu)

2、BS Collaborate平臺的功能

(1)實(shí)現(xiàn)了VRML/X3D虛擬場景的分布式。所有用戶可以通過自己的計算機(jī)遠(yuǎn)程瀏覽共同的三維虛擬場景，跨越時空，實(shí)現(xiàn)對逼真的現(xiàn)實(shí)模擬和非現(xiàn)實(shí)虛擬的體驗(yàn)。

(2)多用戶虛擬替身的共同體驗(yàn)。所有用戶存在于同一個虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境里，共同來進(jìn)行虛擬體驗(yàn)，如旅游觀光、學(xué)習(xí)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等等，增加了平臺的趣味性和沉浸性。

(3)多用戶動虛擬替身動作交互的分布式。所有用戶的虛擬替身可以通過簡單的肢體語言來進(jìn)行交流，虛擬替身也可以與虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的其他事物進(jìn)行交互，如虛擬替身相互打招呼，鞠躬，虛擬環(huán)境中門的開關(guān)等等。

(4)文字協(xié)作交流功能。通過BS Collaborate平臺的交流模塊，所有用戶可以進(jìn)行文字的交流，信息的發(fā)送。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境里可以借助交流模塊，可以實(shí)現(xiàn)用戶的相互幫助協(xié)作來共同完成一項(xiàng)任務(wù)以及虛擬體驗(yàn)的交流等等。

3 兩款Web3D虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺的對比與分析

(一)兩款Web3D虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺優(yōu)缺點(diǎn)的比較分析

本文從ABNet和BS Collaborate平臺的平臺構(gòu)建的配置、技術(shù)支持、信息交流的便捷性、以及使用的復(fù)雜程度等方面，對兩種平臺的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，為教育工作者的使用提供指導(dǎo)。

表1 ABNet平臺和BS Collaborate平臺對比分析

如表1所示，在平臺的構(gòu)建方面，ABNet與BS Collaborate相比比較簡單，只需要安裝客戶端和服務(wù)器的安裝包，然后將IIS信息服務(wù)虛擬路徑設(shè)置為ABNet服務(wù)器安裝包的文件夾即可，而BS Collaborate平臺需要修改平臺的一些文件。在技術(shù)支持上，他們都采用了當(dāng)前流行的JAVA多線程技術(shù)，并且都支持多用戶功能;利用ABNet的登陸頁面、平臺中的虛擬替身列表、用戶信息列表，用戶可以很方便地瀏覽和更換虛擬替身和虛擬環(huán)境，而BS Collaborate平臺需要修改虛擬環(huán)境文件和虛擬替身文件。在通信方面，ABNet平臺支持各種語言的文本通信，并且采用TTS技術(shù)將文本轉(zhuǎn)化為語音，在工作列表還可以通過身體語言來交流，充分調(diào)動了人們的視覺、聽覺和觸覺多種感官，為人們的交流提供了極大的便利，而BS Collaborate平臺只提供了文本通信，支持的語言有限，只有簡單的幾個動作。值得高興的是這兩種平臺都是免費(fèi)平臺。

(二)改進(jìn)Web3D平臺的建議

以上兩種平臺都有待改進(jìn)的地方。ABNet、BS Collaborate、Blaxxun Platform 7、Twinity、VastPark、Active Worlds等Web3D平臺也都有各自的缺陷。在用戶信息顯示方面，可以將每一個用戶名顯示在每一個虛擬替身的頭頂，將每一個用戶發(fā)送的文本信息顯示在虛擬替身的附近，以方便用戶之間的人物的辨別和交流?？梢栽黾右曨l交流工具，讓用戶都能看到對方的影像，這樣將使平臺變得更加豐富。在交互性方面，增加虛擬環(huán)境中交互的分布性，讓每一個用戶都能共享其他用戶與環(huán)境中物體交互的信息。如大家可以一同看電影，閱覽書籍，一起做實(shí)驗(yàn)等。通過對Web3D平臺的改進(jìn)將使Web3D平臺變得更加有便利和豐富多彩，便于擴(kuò)大在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用，使每一個學(xué)生都能感受到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中的樂趣，沉浸其中，學(xué)會自主學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)“寓教于樂”的理想教育效果。

4 Web3D虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺在教育中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺是基于Web3D的分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的關(guān)鍵部分，通過虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺才能將傳統(tǒng)的孤立的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境與虛擬替身連接起來，實(shí)現(xiàn)大場景的分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。［3］分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境為學(xué)生提供語音、視頻和文本的實(shí)時通信功能，將分布在不同地方的學(xué)生通過虛擬替身的形式整合在一個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，進(jìn)行交流協(xié)作和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。這樣既實(shí)現(xiàn)了時空的跨越，又增強(qiáng)了虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的沉浸感，能夠有效地吸引學(xué)生參與學(xué)習(xí)?？梢?，虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺蘊(yùn)含著巨大的教育應(yīng)用潛能。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)平臺，我們能夠創(chuàng)設(shè)非常有效的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，這是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ挠嬎銠C(jī)網(wǎng)絡(luò)教育形式。國內(nèi)外已有了一些很好的關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)在遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用的案例:虛擬博物館、虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬健身館、虛擬校園等等。

基于Web3D的分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)使得不同地域的學(xué)生能在同一個虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中交流協(xié)作、共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了教育資源的共享，在提高教學(xué)效益的前提下有效地節(jié)約了教育成本。同時也存在著不足之處，如開發(fā)周期長，網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺構(gòu)建的難度比較大等。隨著計算機(jī)軟件的發(fā)展和分布式虛擬現(xiàn)技術(shù)的不斷完善，將會逐漸地分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，為眾多的教育者所接受。分布式虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)對傳統(tǒng)教育環(huán)境造成了沖擊，為教育教學(xué)的改革提供了新的思路，也必將對現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

［1］Zhang JianPing ，Yang YuHui.Design and Implementation of Virtual Museum based on Web3D［J］.Transactions on Edutainment，2009，(2):106.

［2］佚名.What is ABNet［EB/OL］.［2011－10－25］http://vrmlworld.net/forums/viewtopic.php?t=118.

［3］佚名.BS contact［EB/OL］.［2011.10.27］http://www.bitmanagement.com/en/products/interactive－3d－clients/bs－contact.

［4］Pan Z，Cheok A D，Yang H，et al.Virtual Reality and Mixed Reality for Virtual Learning Environment［J］.Computers ＆Graphics，2009，(30):20－28.

Comparison and analysis of Web3D-based VR network platform

LIN Xiao-fen1，YANG Yu-hui2
(1.Informatization Office，Zhejiang Normal University，Jinhua 321004，Zhejiang，China;2.Modern Education Technology Center，Zhejiang University，Hangzhou 310007，Zhejiang，China)

This article introduces the current research status quo of Web3D-based VR network platform and 2 kinds of Web3D virtual reality network platforms，compares and analyzes them，and elaborates the application of Web3D VR network platform in online education.

Web3D technology;Distributed VR;Web3D VR network platform;ABNet;BS Collaborate

TP391.9

A

1003-8078(2012)03-0033-04

2012-02-17 doi10.3969/j.issn.1003－8078.2012.03.10

林曉芬，女，浙江蒼南人，助理工程師，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用研究。楊玉輝，男，河南洛陽人，助理工程師，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)字媒體。

(李鑫)