林曉芬，楊玉輝

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

基于Web3D的虛擬現(xiàn)實網絡平臺的對比與分析

林曉芬1，楊玉輝2

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

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

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

1 Web3D虛擬網絡平臺的研究現(xiàn)狀

Web3D是在互聯(lián)網上應用的虛擬現(xiàn)實技術。Web3D技術是把握未來網絡、多媒體、游戲設計、人性化動畫設計、信息處理及人工智能的關鍵技術。分布式虛擬現(xiàn)實(Distributed VR)技術使多個地理上相互獨立的用戶實時地通過計算機網絡連接在一起，共同分享一個虛擬空間，一起體驗虛擬經歷，使虛擬用戶達到一個更高的境界［1］?；赪eb3D的分布式虛擬現(xiàn)實網絡平臺就是一種將VRML/X3D等技術構建的虛擬現(xiàn)實場景，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虛擬環(huán)境，通過交流合作來完成各項任務的通用性網絡平臺。

當前基于Web3D分布式虛擬現(xiàn)實網絡平臺的使用已經相當成熟，并且已經商業(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)實網絡平臺支持各種虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件制作的虛擬場景實現(xiàn)了多用戶的虛擬體驗共享，交流協(xié)作式的任務完成模式，達到對現(xiàn)實的高層次虛擬仿真，在虛擬旅游、網上電子教育、電子商務、企業(yè)內部交流/遠程協(xié)作等方面有良好的應用。但是，利用Web3D虛擬現(xiàn)實網絡平臺構建網絡虛擬學習環(huán)境的應用卻不多，教育工作者對這方面的嘗試也不夠充分。

2 Web3D虛擬現(xiàn)實網絡平臺

Web3D虛擬現(xiàn)實網絡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)境可以進行相互交流、協(xié)作、共同學習，應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)實網絡平臺主要有KimballSoftware的ABNet和Bitmanagement公司的BS Collaborate平臺。

(一)ABNet虛擬現(xiàn)實網絡平臺

ABNet是一款KimballSoftware軟件，是由美國Rick團隊所開發(fā)。主要用來支持Web3D技術開發(fā)的Web3D虛擬環(huán)境，并將其轉化為分布式的多用戶環(huán)境，實現(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)架構與運行環(huán)境

圖1 ABNet平臺的系統(tǒng)架構

ABNet平臺分為ABNet服務器和ABNet客戶端兩個部分，網絡服務器中需要安裝ABNet服務器，在客戶端需要安裝ABNet客戶端。由ABNet客戶端向ABNet服務器發(fā)送虛擬替身的操作信息，如虛擬替身的運動、各種動作、文本通信等，ABNet服務器將個人客戶端發(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絡地址，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，用戶也可以點擊任務列表，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，能使用戶產生一種身臨其境的感覺。

(2)通信功能。在ABNet平臺構建的虛擬環(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行通信。用戶也可以通過發(fā)送文本信息進行通信，支持多種國家的語言，并且采用了TTS(Text To Speech)技術，將用戶之間的文本信息轉化為語音，使用戶之間的交流和溝通更加便利。

(3)用戶信息顯示。在ABNet平臺構建的虛擬環(huán)境中，通過用戶信息窗口可以顯示，當前虛擬環(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格。

(二)BS Collaborate虛擬現(xiàn)實網絡平臺

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絡平臺。

1、BS Collaborate平臺的系統(tǒng)構架與運行環(huán)境

BS Collaborate平臺由客戶端、服務器和數(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)實場景和服務器端的信息，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器［3］。服務器(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時更新信息廣播給所有的用戶，也可以通過查閱服務器，將服務器的信息發(fā)送給所有的用戶，從而實現(xiàn)了虛擬環(huán)境的分布式。BS Collaborate平臺運行環(huán)境需要利用IIS服務，通過網頁來進行遠程的操作和交互。

圖2 BS Collaborate平臺的系統(tǒng)架構

2、BS Collaborate平臺的功能

(1)實現(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遠程瀏覽共同的三維虛擬場景，跨越時空，實現(xiàn)對逼真的現(xiàn)實模擬和非現(xiàn)實虛擬的體驗。

(2)多用戶虛擬替身的共同體驗。所有用戶存在于同一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境里，共同來進行虛擬體驗，如旅游觀光、學習、教學實驗等等，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行交流，虛擬替身也可以與虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的其他事物進行交互，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，所有用戶可以進行文字的交流，信息的發(fā)送。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境里可以借助交流模塊，可以實現(xiàn)用戶的相互幫助協(xié)作來共同完成一項任務以及虛擬體驗的交流等等。

3 兩款Web3D虛擬現(xiàn)實網絡平臺的對比與分析

(一)兩款Web3D虛擬網絡平臺優(yōu)缺點的比較分析

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

表1 ABNet平臺和BS Collaborate平臺對比分析

如表1所示，在平臺的構建方面，ABNet與BS Collaborate相比比較簡單，只需要安裝客戶端和服務器的安裝包，然后將IIS信息服務虛擬路徑設置為ABNet服務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。在技術支持上，他們都采用了當前流行的JAVA多線程技術，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技術將文本轉化為語音，在工作列表還可以通過身體語言來交流，充分調動了人們的視覺、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平臺。

(二)改進Web3D平臺的建議

以上兩種平臺都有待改進的地方。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，一起做實驗等。通過對Web3D平臺的改進將使Web3D平臺變得更加有便利和豐富多彩，便于擴大在遠程教育中的應用，使每一個學生都能感受到虛擬學習環(huán)境中的樂趣，沉浸其中，學會自主學習，從而實現(xiàn)“寓教于樂”的理想教育效果。

4 Web3D虛擬網絡平臺在教育中的應用

虛擬現(xiàn)實網絡平臺是基于Web3D的分布式虛擬學習環(huán)境構建的關鍵部分，通過虛擬現(xiàn)實網絡平臺才能將傳統(tǒng)的孤立的虛擬學習環(huán)境與虛擬替身連接起來，實現(xiàn)大場景的分布式虛擬學習環(huán)境。［3］分布式虛擬學習環(huán)境為學生提供語音、視頻和文本的實時通信功能，將分布在不同地方的學生通過虛擬替身的形式整合在一個虛擬學習環(huán)境中，進行交流協(xié)作和遠程學習。這樣既實現(xiàn)了時空的跨越，又增強了虛擬學習環(huán)境的沉浸感，能夠有效地吸引學生參與學習?？梢?，虛擬現(xiàn)實網絡平臺蘊含著巨大的教育應用潛能。

利用虛擬現(xiàn)實網絡平臺，我們能夠創(chuàng)設非常有效的網絡學習環(huán)境，這是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ挠嬎銠C網絡教育形式。國內外已有了一些很好的關于虛擬現(xiàn)實在遠程教育中應用的案例:虛擬博物館、虛擬教室、虛擬實驗室、虛擬健身館、虛擬校園等等。

基于Web3D的分布式虛擬學習環(huán)境通過網絡使得不同地域的學生能在同一個虛擬學習環(huán)境中交流協(xié)作、共同學習、共同進步，實現(xiàn)了教育資源的共享，在提高教學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，網絡帶寬的限制、網絡服務平臺構建的難度比較大等。隨著計算機軟件的發(fā)展和分布式虛擬現(xiàn)技術的不斷完善，將會逐漸地分布式虛擬學習環(huán)境，為眾多的教育者所接受。分布式虛擬學習環(huán)境的開發(fā)和應用已經對傳統(tǒng)教育環(huán)境造成了沖擊，為教育教學的改革提供了新的思路，也必將對現(xiàn)代遠程教育產生深遠的影響。

［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，主要從事網絡教育應用研究。楊玉輝，男，河南洛陽人，助理工程師，碩士，研究方向為數(shù)字媒體。

(李鑫)