WebGL 3D技術(shù)及其在高校B/S系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

馬亮，王彬，龔強(qiáng)，鄭瑩

（1.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息化建設(shè)與管理辦公室，江蘇南京，211100；2.河海大學(xué)海洋學(xué)院，江蘇南京，211100）

0 引言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,但受益于硬件性能的快速提升和Web技術(shù)的快速演進(jìn)，B/S模式軟件的功能日益全面。軟件正從桌面端向Web端、移動(dòng)端發(fā)展，軟件模式由傳統(tǒng)C/S架構(gòu)改造成B/S架構(gòu)是大趨勢(shì)[1]，這兩種編程模式正逐步整合統(tǒng)一。

基于3D的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和交互更符合用戶的認(rèn)知特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使面向網(wǎng)絡(luò)的3D可視化成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[2],軟件圖形技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的2D向具有交互能力的3D圖像發(fā)展。利用Web3D相關(guān)理論及研究成果，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、全方位3D場(chǎng)景展示以及具備豐富易擴(kuò)充的交互操作，已經(jīng)成為3D應(yīng)用開發(fā)的一種趨勢(shì)[3]。

WebGL技術(shù)作為Web3D標(biāo)準(zhǔn)的一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具有不需要安裝瀏覽器插件、渲染速度快、基于html5支持等優(yōu)點(diǎn)，本文把研究此技術(shù)在高校中的應(yīng)用作為切入點(diǎn)，通過功能遷移和功能創(chuàng)新，構(gòu)建基于WebGL 3D技術(shù)在高校B/S結(jié)構(gòu)程序中的應(yīng)用模式。3D功能在網(wǎng)頁程序中的應(yīng)用，不僅僅是為了提升用戶瀏覽體驗(yàn)，也將提供新的網(wǎng)站功能。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 模型變換

計(jì)算機(jī)圖形的大部分處理過程最終轉(zhuǎn)化為對(duì)齊次坐標(biāo)、矩陣、矢量的處理，線性代數(shù)研究的對(duì)象就是矢量、坐標(biāo)、矩陣等，在此作簡(jiǎn)要表述。

1.1.1 齊次坐標(biāo)

齊次坐標(biāo)將一個(gè)原本是n維的向量用一個(gè)n+1維向量來表示。齊次坐標(biāo)普遍應(yīng)用于電腦圖形處理中，優(yōu)點(diǎn)如下：①在3D空間中用三個(gè)坐標(biāo)分量表示一個(gè)矢量或一個(gè)點(diǎn)，但相同的表示方法，會(huì)引起混亂，通過齊次坐標(biāo)，加上第4個(gè)分量正好可以加以區(qū)別。對(duì)于矢量，第4個(gè)分量為0；當(dāng)?shù)?個(gè)分量不為0時(shí)，則齊次坐標(biāo)表示為一個(gè)點(diǎn)；②一個(gè)點(diǎn)用4個(gè)值的齊次坐標(biāo)表示，可以與4×4的變換矩陣進(jìn)行運(yùn)算，以完成平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、剪切等仿射變換。OpenGL及Direct3D均使用了齊次坐標(biāo)。

1.1.2 模型變換矩陣

計(jì)算機(jī)顯示3D模型時(shí)，需要把模型變換到不同的空間或坐標(biāo)系中。線性變換可以完成縮放、旋轉(zhuǎn)、剪切，但無法完成平移，仿射變換可以完成上述所有變換。仿射變換先執(zhí)行一個(gè)線性變換，再執(zhí)行一個(gè)平移變換，用4×4矩陣表示一個(gè)仿射變換，點(diǎn)、矢量采用齊次坐標(biāo)，通過與4×4變換矩陣相乘，就可以完成平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、剪切的變換。下面介紹一下仿射變換支持下的常用模型變換：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、剪切。

1.1.2.1 平移

平移是指模型的每個(gè)頂點(diǎn)都移動(dòng)相同的位移。平移矩陣表示如下：

上述平移矩陣中，tx、ty、tz分別對(duì)應(yīng)位移矢量（tx，ty，tz）。假設(shè)一個(gè)頂點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為p(px,py,pz,1), 進(jìn)行平移，平移矢量（tx，ty，tz），進(jìn)行如下矩陣相乘運(yùn)算即可完成平移。Tp為平移后點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。

1.1.2.2 旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)是指以經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)點(diǎn)或矢量。繞X軸、y軸、z軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣分別表示為Rx、Ry、Rz,旋轉(zhuǎn)矩陣表示如下：

正向旋轉(zhuǎn)可以用右手法則來確定：右手握著旋轉(zhuǎn)軸，大拇指指向旋轉(zhuǎn)軸的正方向，其它手指所指的方向就是正向旋轉(zhuǎn)方向。假設(shè)一個(gè)頂點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為p(px,py,pz,1),繞Z軸正向旋轉(zhuǎn)30度，進(jìn)行如下矩陣相乘運(yùn)算即可完成繞Z軸旋轉(zhuǎn)。Rzp為旋轉(zhuǎn)后點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。

1.1.2.3 縮放

縮放用來縮小或放大3D模型，下面的縮放矩陣作用于一個(gè)3D模型，將使模型x方向縮放Sx倍，y方向縮放Sy倍，z方向縮放Sz倍。

假設(shè)某個(gè)模型的一個(gè)頂點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為p(px,py,pz,1),如果頂點(diǎn)所在模型沿x軸放大5倍，沿y軸放大2倍，沿z軸放大3.5倍，假設(shè)模型縮放后此頂點(diǎn)的齊次坐標(biāo)為Sp，進(jìn)行如下矩陣相乘運(yùn)算即可Sp。

1.1.2.4 剪切變換

剪切是在WebGL以及其它3D圖形處理中很少用到的仿射變換。在此不再進(jìn)一步描述。

1.2 WebGL技術(shù)介紹

WebGL，全稱Web Graphics Library，是Web3D的一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，基于OpenGL標(biāo)準(zhǔn)編制。WebGL具有三大優(yōu)點(diǎn)：①兼容性好，幾乎所有的瀏覽器都原生支持WebGL，不需要安裝插件；②3D場(chǎng)景渲染速度較快，它調(diào)用用戶終端GPU硬件進(jìn)行圖形渲染；③基于HTML5支持。WebGL是符合技術(shù)趨勢(shì)、應(yīng)用移動(dòng)化、適應(yīng)性廣泛的3D渲染技術(shù)選型。雖然WebGL技術(shù)面世時(shí)間較短，由于HTML5的支持，目前主流瀏覽器對(duì) WebGL都有較好的適配，詳細(xì)情況如圖1所示。

圖1 主流瀏覽器支持WebGL的情況[4]

WebGL標(biāo)準(zhǔn)是OpenGL標(biāo)準(zhǔn)的子集，圖形繪制的硬件加速功能主要通過GPU完成，GPU減少了顯卡了對(duì)CPU的圖形計(jì)算依賴。目前GPU主要采用圖形流水線的方式完成3D場(chǎng)景繪制和渲染工作。進(jìn)入圖形流水線的數(shù)據(jù)主要包含3D模型數(shù)據(jù)和著色器指令，數(shù)據(jù)主要依次經(jīng)過以下圖形流水線階段：頂點(diǎn)著色器、圖元裝配、光柵化、片段著色器、像素處理、繪制緩存。無論是OpenGL、WebGL、DirectX，采用了GPU硬件加速，渲染過程就會(huì)遵循上述步驟。因此WebGL處理圖形數(shù)據(jù)也遵循和圍繞上述處理步驟和流程，對(duì)應(yīng)于GPU的物理流水線的各階段。基于WebGL的圖形流水線如圖2所示。

圖2 基于WebGL的圖形流水線[5]

WebGL的功能通過將JavaScript和OpenGL ES 結(jié)合在一起，通過增加OpenGL ES的一個(gè)JavaScript綁定得到。WebGL運(yùn)行于html5的canvas標(biāo)簽中，通過javaScript(以下簡(jiǎn)稱js)腳本獲得一個(gè)canvas標(biāo)簽支持的WebGLRendering Context3D繪制實(shí)例對(duì)象，通過操作此對(duì)象，向GPU傳輸繪制數(shù)據(jù)、繪制參數(shù)、著色器代碼（GLSL ES語言編寫），經(jīng)過GPU全流程渲染管線的計(jì)算，最終計(jì)算出3D畫面，并和web網(wǎng)頁版式進(jìn)行合成。WebGL網(wǎng)頁客戶端技術(shù)組成如圖3所示。

圖3 WebGL網(wǎng)頁客戶端技術(shù)組成

1.3 Three.js的框架庫介紹

由于WebGL用來操作GPU，是一種較低級(jí)并且較難掌握的API，其難度體現(xiàn)在兩點(diǎn)：①GPU主要用來渲染3D模型動(dòng)畫，編程方式、相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)與普通的高級(jí)編程區(qū)別很大，學(xué)習(xí)難度較大；②計(jì)算機(jī)圖形處理的過程和線性代數(shù)有極大的關(guān)系，要精通矩陣、適量、法線等數(shù)學(xué)知識(shí)和相關(guān)物理知識(shí)，才能對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

有些針對(duì)WebGL的封裝庫，能解決兩類問題：①解決WebGL API過于繁瑣的問題；②通過封裝庫對(duì)某些功能進(jìn)行增強(qiáng)。three.js是JavaScript編寫的WebGL第三方庫，對(duì)WebGL提供的接口進(jìn)行了二次封裝，簡(jiǎn)化了細(xì)節(jié)，降低了學(xué)習(xí)成本。但是，幾乎沒有損失WebGL的靈活性。Three.js制作3D有五要素：①渲染器（render），即畫布，在畫布上畫出需要展示的 3D模型 ；場(chǎng)景（scene）、照相機(jī)（camera）、光源（light）、物體（object）。

2 WebGL 3D技術(shù)在高校BS系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

2.1 WebGL應(yīng)用中的建模方式探討

基于WebGL呈現(xiàn)桌面級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)更符合使用者認(rèn)知的信息展示和交互，3D模型建模是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前WebGL虛擬場(chǎng)景開發(fā)技術(shù)主要有兩種類型：基于360全景照片的虛擬現(xiàn)實(shí)和基于3D建模的虛擬現(xiàn)實(shí)[6]。

2.1.1 基于360全景照片虛擬現(xiàn)實(shí)下的建模方式

360照片全景模式的虛擬現(xiàn)實(shí)，類似于將觀察者置身于一張球形照片內(nèi)，球形照片是通過拍攝的360度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景照片拼接成的一個(gè)全景展示圖像。畫面模擬攝像機(jī)的視角，可以360度觀察虛擬場(chǎng)景，操作鼠標(biāo)可以模擬攝像機(jī)動(dòng)作，虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建全部通過對(duì)前期拍攝的全方位實(shí)景照片的拼接。但基于全景照片的虛擬現(xiàn)實(shí)并不能構(gòu)成真正意義上的虛擬現(xiàn)實(shí)，觀察者只能原地360度觀看。虛擬場(chǎng)景的觀察點(diǎn)是預(yù)置好的，并不能實(shí)現(xiàn)真正任意全景無死角漫游。

2.1.2 基于3D建模虛擬現(xiàn)實(shí)下的建模方式

對(duì)于高體驗(yàn)需求的3D場(chǎng)景，采用360全景照片虛擬現(xiàn)實(shí)模式并不能滿足需求，需要采用真3D模型構(gòu)造虛擬空間，以便能提供全方位訪問三維空間的視角。基于3D建模的虛擬現(xiàn)實(shí)，是指3D場(chǎng)景中的物體是真正的3D模型，此種虛擬現(xiàn)實(shí)能進(jìn)行真正的全景無死角漫游,并能實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景中任意3D模型的單獨(dú)操作。目前3D建模有以下幾種主流方式：照片建模、人工幾何建模、傾斜攝影建模、3D激光掃描建模。建模方式的選擇，一般取決于建模的對(duì)象性質(zhì)和硬件條件，如對(duì)象大小等。

2.1.2.1 照片建模

此種建模方式是針對(duì)已存在實(shí)物進(jìn)行逆向建模。先對(duì)實(shí)物進(jìn)行全方位拍照，導(dǎo)入圖片建模軟件，軟件自動(dòng)構(gòu)建3D模型，此種建模方式一般經(jīng)過五個(gè)步驟：多角度拍攝照片、處理潤(rùn)飾照片、導(dǎo)入照片、逆向重建、導(dǎo)入建模軟件修復(fù)。此類軟件 有 Autodesk 123D、Agisofe photoScan、ImageModeler等。此種建模方式，適用于小規(guī)模物體建模，可以在硬件條件不足的時(shí)候采用。對(duì)于小規(guī)模物體逆向建模，應(yīng)該優(yōu)先采用精度更高的3D激光掃描建模方式。

2.1.2.2 人工幾何建模

人工幾何建模，是一種正向建模方式，是指使用建模軟件，從零開始建模，如3Ds Max、Maya、Blender等。

2.1.2.3 傾斜攝影建模

傾斜攝影一般用于對(duì)大規(guī)模場(chǎng)景進(jìn)行3D建模，大到一個(gè)城市，小到一個(gè)居住小區(qū)、一幢建筑。傾斜攝影建模是多種航空攝影建模中最流行的一種，其顯著特點(diǎn)：高精度、高效率、高真實(shí)感、低成本。目前傾斜攝影一般采用無人機(jī)的方式，同時(shí)搭載五鏡頭相機(jī)，從垂直、多角度傾斜采集影像數(shù)據(jù)、獲取完整準(zhǔn)確的紋理數(shù)據(jù)和定位信息。傾斜攝影建模具有數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理、可量測(cè)性強(qiáng)、模型真實(shí)、建模成本低等點(diǎn)[7]。傾斜攝影能全方位提取復(fù)雜的場(chǎng)景，對(duì)大范圍場(chǎng)景進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并由專業(yè)軟件自動(dòng)處理數(shù)據(jù)，自動(dòng)貼圖，有效地提升模型生成效率。

2.1.2.4 激光掃描建模

分兩種類型：激光雷達(dá)建模、3D激光掃描建模。這兩種類型的建模使用的激光不同，建模適用的場(chǎng)景也不相同。

（1）激光雷達(dá)建模。激光雷達(dá)工作在紅外和可見光波段。激光雷達(dá)，中文全稱：激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)，英文簡(jiǎn)稱：LiDAR。激光雷達(dá)由發(fā)射系統(tǒng) 、接收系統(tǒng) 、信息處理等部分組成。激光雷達(dá)建模用途廣泛，多應(yīng)用在地形圖繪制，大區(qū)域城市3D建模等。激光雷達(dá)建模的優(yōu)點(diǎn)：①獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度高，為進(jìn)行高精度的3D建模提供條件；②單次測(cè)量就能取得大面積，是對(duì)大區(qū)域3D模型數(shù)據(jù)的重要來源；③激光雷達(dá)可以穿透植被，測(cè)量被覆蓋的地形。缺點(diǎn)和不足：①激光雷達(dá)不能同時(shí)獲取被測(cè)物體紋理顏色，需后期用數(shù)碼相機(jī)采集紋理圖像，進(jìn)行貼圖，工作量巨大；②激光雷達(dá)設(shè)備價(jià)格較為昂。

（2）3D激光掃描建模。3D激光掃描工作于脈沖激光和相位激光，利用3D激光掃描技術(shù)獲取的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù),可快速建立結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不規(guī)則的場(chǎng)景的3D可視化模型。3D激光掃描儀主要應(yīng)用于物體、保護(hù)文物、工業(yè)零件、建筑物、隧道的逆向建模。3D激光掃描儀多應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

2.2 WebGL 3D技術(shù)在高校B/S系統(tǒng)中的應(yīng)用

高校的信息系統(tǒng)，基本包含：①站群系統(tǒng)；②校內(nèi)辦公系統(tǒng)；③各類面向特定功能的專業(yè)系統(tǒng)，如網(wǎng)上課堂、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、智慧校園漫游系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心機(jī)房管理系統(tǒng)等；③企業(yè)微信；④微信公眾號(hào)；⑤微信小程序；等等。上述信息系統(tǒng)如何有效融入基于WebGL的3D信息，以改善用戶的使用體驗(yàn)和提升功能，下文將對(duì)基于WebGL的Web3D應(yīng)用在高校中有可能的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方向展開研究。

2.2.1 WebGL在站群系統(tǒng)中的應(yīng)用

站群系統(tǒng)是高校信息化中的一個(gè)基礎(chǔ)性系統(tǒng)，承擔(dān)建設(shè)并管理高校主網(wǎng)站、部門網(wǎng)站、專題網(wǎng)站的任務(wù)，在高校目前的狀況下，基于站群系統(tǒng)的網(wǎng)站以展示為主，較少提供交互功能，如論壇、留言。

高校基于站群系統(tǒng)建設(shè)網(wǎng)站，應(yīng)用WebGL 3D技術(shù)有三個(gè)目的：①通過WebGL 3D技術(shù)用來完成部分功能，更直觀更漂亮，如下述網(wǎng)站中可交互的動(dòng)態(tài)魔方http://www.randelshofer.ch/webgl/rubikscube/；②提升網(wǎng)站的版式美觀度、新穎性，起到更好的宣傳效果，一般用于網(wǎng)站頂部logo區(qū)域，或背景區(qū)域，如騰訊云網(wǎng)站頂部動(dòng)態(tài)修飾，https://cloud.tencent.com/；③完成附帶交互的展示功能，頁面也可能全部用WebGL制作，如：http://museum.ngac.org.cn/。

2.2.2 基于WebGL的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

用戶終端、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件的發(fā)展，高校學(xué)生學(xué)習(xí)方式發(fā)生了巨大變化，除了在教室接受正規(guī)的面對(duì)面教授外，以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端、大規(guī)模在線開放課程支持下的泛在學(xué)習(xí)，正在成為高校學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式，這種學(xué)習(xí)方式具有碎片化、移動(dòng)化的明顯特征，并在穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來挑戰(zhàn)，成為高校學(xué)生習(xí)得知識(shí)的重要方式。

大規(guī)模在線開放課程，由于基于網(wǎng)絡(luò)，無法完成相關(guān)課程線下實(shí)體實(shí)驗(yàn)，尤其是在學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)的情況下。為這類學(xué)習(xí)模型建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，成為最佳選擇。另外，高校傳統(tǒng)課堂的理工科課程，雖然配備相應(yīng)的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，但也面臨如下的問題：①實(shí)體實(shí)驗(yàn)室硬件投入大，②實(shí)體實(shí)驗(yàn)室資源有限，③雖然實(shí)驗(yàn)秉承能實(shí)不虛的原則，但是有些實(shí)驗(yàn)通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，會(huì)更直觀。鑒于以上原因，導(dǎo)致高校對(duì)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室熱情高漲。

基于WebGL構(gòu)建B/S模式的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，是B/S模式在線虛擬實(shí)驗(yàn)室的首先方案，因?yàn)閃ebGL 3D應(yīng)用具有無插件、適應(yīng)多終端、硬件加速的優(yōu)點(diǎn)。基于WebGL技術(shù)開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一般經(jīng)過如下步驟：①使用3ds Max，對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行3D建模；②通過Unity3D完成3D場(chǎng)景的搭建合成、模型加載、交互添加交互、初步編程；③通過Unity3D發(fā)布為WebGL應(yīng)用；④利用開發(fā)環(huán)境，對(duì)生成的WebGL應(yīng)用進(jìn)行調(diào)試，并編寫、完善服務(wù)器端腳本；⑤交付。

2.2.3 基于WebGL的大數(shù)據(jù)3D可視化展示

高校信息化系統(tǒng)中存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)除了服務(wù)于常規(guī)的高校教學(xué)和管理外，通過對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘處理，形成大數(shù)據(jù)，可以為學(xué)校政策、制度的制訂提供決策參考。大數(shù)據(jù)的可視化讓抽象的數(shù)據(jù)展示更直觀形象，利于理解，也可以用于大屏展示，起到更好的宣傳作用。

基于Web的數(shù)據(jù)可視化具有跨平臺(tái)、輕量級(jí)、兼容性強(qiáng)、免安裝、調(diào)用方便的顯著優(yōu)點(diǎn)，是主流開發(fā)模式。大數(shù)據(jù)的可視化需要采用多種可視化技術(shù)，并不僅僅單一使用WebGL，可視化效果集2D元素、三維模型、動(dòng)畫等于一體，基于WebGL的三維模型的加入顯著提升了數(shù)據(jù)可視化的新穎性、形象性、美觀性、數(shù)據(jù)表達(dá)能力，在部分?jǐn)?shù)據(jù)可視化場(chǎng)景中，引入三維模型會(huì)起到關(guān)鍵作用。

2.2.4 基于WebGL的數(shù)據(jù)中心3D可視化系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心是存放計(jì)算機(jī)服務(wù)器的硬件環(huán)境。數(shù)據(jù)中心的環(huán)境安全（如機(jī)房溫度、溫度）、服務(wù)器關(guān)鍵參數(shù)（功能，核心元件溫度，硬盤參數(shù)、內(nèi)存參數(shù)、帶寬）、服務(wù)器位置分布，都是機(jī)房運(yùn)維中關(guān)注的核心問題，這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)如果僅僅是一張張動(dòng)態(tài)更新的圖表，比較抽象。本文認(rèn)為，應(yīng)該根據(jù)實(shí)體數(shù)據(jù)中心構(gòu)建一套3D可視化系統(tǒng)，用于動(dòng)態(tài)圖形化展示上述關(guān)鍵參數(shù)，將會(huì)明顯提升數(shù)據(jù)中心的管理效率和質(zhì)量。

數(shù)據(jù)中心3D可視化系統(tǒng)應(yīng)該有三個(gè)核心模塊：①數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景3D展示及設(shè)備控制模塊，②實(shí)時(shí)預(yù)警模塊，③數(shù)據(jù)中心3D場(chǎng)景管理及配置模塊。由于通過3D交互，能夠讓用戶獲得虛實(shí)一體化的體驗(yàn)，物體的多維信息展示和交互更直觀，并且易于拓展，因此物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)展示、設(shè)備管控，應(yīng)用3D技術(shù)已成為大勢(shì)所趨。數(shù)據(jù)中心的管理，一般要做到遠(yuǎn)程隨時(shí)接入，由于WebGL 3D技術(shù)的無插件、適配多終端的優(yōu)勢(shì)，采用WebGL技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心3D可視化系統(tǒng)，無疑是最佳技術(shù)選型。

2.2.5 基于WebGL和GIS的智慧校園漫游系統(tǒng)

目前，很多高校搭建了B/S結(jié)構(gòu)的VR校園，3D畫面明亮、高清，較好的展示了校園全貌和部分校內(nèi)關(guān)鍵場(chǎng)景，并且提供了VR模式，通過VR眼鏡，可以實(shí)現(xiàn)沉浸式的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。但絕大部分此類高校應(yīng)用采用的是基于WebGL 3D的360照片全景技術(shù)，此類型虛擬現(xiàn)實(shí)，雖然展示場(chǎng)景十分逼真，但卻不能實(shí)現(xiàn)無死角任意漫游，所有的觀察點(diǎn)是預(yù)置的，觀察點(diǎn)之外的場(chǎng)景無法觀看。另外現(xiàn)階段的VR校園，大部分僅僅是展示校園場(chǎng)景，并沒有太多其它的功能，較為單一，與智慧校園蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀十分不符。

本文認(rèn)為應(yīng)該基于WebGL和GIS將目前VR校園升級(jí)為智慧校園漫游系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)Web化、三維化、WebGL化，已成為必然趨勢(shì)。智慧校園漫游系統(tǒng)正向以GIS、真三維實(shí)景、物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)基礎(chǔ)，以導(dǎo)航、漫游為功能基礎(chǔ)的融合眾多可視化功能的方向發(fā)展。本文認(rèn)為現(xiàn)階段的智慧校園漫游系統(tǒng)應(yīng)該有以下功能：①實(shí)景三維建模，高逼真描述校園三維場(chǎng)景；②校內(nèi)導(dǎo)航功能；③全方位室外室內(nèi)漫游功能（保密區(qū)域除外）；④校內(nèi)建筑物功能標(biāo)注；⑤結(jié)合教務(wù)課表信息、物聯(lián)網(wǎng)，動(dòng)態(tài)顯示每間教室的重要參數(shù)，如教室容量、是否有課、自習(xí)學(xué)生人數(shù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻；⑥針對(duì)部分熱點(diǎn)公共區(qū)域的三維場(chǎng)景（如大門、操場(chǎng)、教室、食堂），插入實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻圖像；⑦活動(dòng)顯示、預(yù)約功能，漫游到某個(gè)空間，如會(huì)議室、報(bào)告廳、操場(chǎng)、圖書館，如果近期有活動(dòng)（如會(huì)議、學(xué)術(shù)報(bào)告、音樂會(huì)、籃球比賽等），給予動(dòng)態(tài)顯示，如果活動(dòng)可以預(yù)約參與，提供預(yù)約功能。

2.2.6 基于WebGL的3D展覽漫游系統(tǒng)

在高校中，此類展覽系統(tǒng)可以用來進(jìn)行教師或?qū)W生的作品展覽、校史展覽等，既可以與線下實(shí)體展覽同步運(yùn)行，也可以僅僅開通在線展覽。并且，針對(duì)線上的展覽可以長(zhǎng)期保留。

根據(jù)3D展覽漫游系統(tǒng)的功能定位，系統(tǒng)可以采用兩種不同的建模方式：360全景照片建模模式、3D建模模式。這兩種建模方式適合不同用途的展覽漫游系統(tǒng)：①360全景照片建模模式，適用于教師或?qū)W生的作品展覽等類似活動(dòng)，此類活動(dòng)籌備時(shí)間短、展期短、活動(dòng)資金有限，適合采用360全景照片建模，360全景系統(tǒng)雖然具有觀察點(diǎn)固定、不能任意漫游的缺點(diǎn)，但基本上能完成在線展覽的功能，并且大幅度節(jié)省了建設(shè)時(shí)間和成本；②3D建模模式。此類建模周期長(zhǎng)、成本高，因此比較適合校史展覽等類似需要長(zhǎng)期展示、比較重要的展覽，此種建模一般會(huì)采用3ds max軟件進(jìn)行，需要較長(zhǎng)的建設(shè)周期，但是建設(shè)完成后，對(duì)于展品和場(chǎng)景能實(shí)現(xiàn)360度全景無死角漫游，場(chǎng)景更真實(shí)、瀏覽展品更自由。

3 總結(jié)與展望

高校信息化一直是各機(jī)構(gòu)信息化的排頭兵，因此高校在信息化中融入大量的3D技術(shù)也是必然。本文在全方面研究和闡述3D技術(shù)的基礎(chǔ)上，討論3D技術(shù)在高校中的應(yīng)用領(lǐng)域，但不太全面，希望以后加深研究。也希望起到拋磚引玉，引起學(xué)者注意，參與其中，共同推進(jìn)3D技術(shù)在教育中的全面應(yīng)用。