面向虚拟实验的WebGL开发框架的研究
发布时间：2021-09-17 12:10
随着互联网应用的普及以及WebGL技术的发展,在Web浏览器上开发高性能的虚拟实验已经成为可能。然而不同学科的应用场景对虚拟实验有着不同的需求,并且WebGL技术复杂性较高,这就导致了应用开发效率低、周期长等问题。因此,设计并实现一款面向虚拟实验的WebGL开发框架,具有重要的研究意义和应用价值。本文首先研究了虚拟实验的功能特点,从功能性和非功能性两个角度对面向虚拟实验的WebGL开发框架进行需求分析,明确了框架的设计目标。接着介绍了WebGL技术的理论基础,对比分析常用WebGL开发框架,结合当前虚拟实验开发中存在的问题,指出已有框架的不足之处,并提出了基于Three.js框架进行组件化封装的解决方案。然后使用MVVM模式对虚拟实验应用架构进行分层,通过事件驱动模型实现数据、事件和业务逻辑之间的分离,形成了基于组件化集成的开发框架总体架构,详细设计并实现了虚拟实验开发所需的基本组件和功能模块。最后在已完成的框架基础上,开发了多种不同类型的虚拟实验应用实例,并对其进行功能性和非功能性测试,结果表明,使用该框架开发出的虚拟实验在浏览器上运行流畅,体验感较强,能够很好地满足用户需求。本文设...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PC端浏览器对V沁bCL的支持情况
第三章ＷｅｂＧＬ关键技术研究??３．１?ＷｅｂＧＬ?概述??ＷｅｂＧＬ是一种３Ｄ绘图标准，是一套免费、跨平台的ＡＰＩ，它在ＨＴＭＬ中??以３Ｄ绘图上下文的形式实现了?ＯｐｅｎＧＬＥＳ?２．０的功能，并以底层文档对象模型??接口?（Ｄ０Ｍ）的形式将开发接口暴露出来，它使用ＯｐｅｎＧＬ着色器语言ＧＬＳＬ?ＥＳ，??并且可以与页面上的其他内容（以分层的形式叠加在３Ｄ绘图区域的上方或下方）??无缝融合，它非常适用于使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ编程语言构建的３Ｄ?Ｗｅｂ动态应用，并??将被现代浏览器完美支持［４１］。??目前，大部分主流浏览器均能够支持ＷｅｂＧＬ正常运行［４２］，包括ＰＣ端Ｉｎｔｅｒｎｅｔ??Ｅｘｐｌｏｒｅｒ?１１＋、Ｍｏｚｉｌｌａ?Ｆｉｒｅｆｏｘ?４＋、Ｇｏｏｇｌｅ?Ｃｈｒｏｍｅ?８＋、Ａｐｐｌｅ?Ｓａｆａｒｉ?５．１＋、Ｏｐｅｒａ??１２．１＋、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ?Ｅｄｇｅ，以及移动端的?ｉＯＳ?Ｓａｆａｒｉ、Ｃｈｒｏｍｅ?ｆｏｒ?Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｆｉｒｅｆｏｘ??ｆｏｒ?Ａｎｄｒｏｉｄ等，除此之外，ＷｅｂＧＬ的一些特性也需要用户硬件设备的支持，比??如显卡等，具体情况如图３－１和图３－２所不：??
?＿＿?＿＿??图３－３普通ＨＴＭＬ页面和ＷｅｂＧＬ页面的结构比较??可以看出，ＷｅｂＧＬ页面更加复杂，需要同时使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ和ＧＬＳＬ?ＥＳ语??言编写ＷｅｂＧＬ内容，而开发人员通常会先使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ语言对ＷｅｂＧＬ底层内??容进行功能封装，然后直接使用ＷｅｂＧＬ开发框架编写ＷｅｂＧＬ内容，这就使得??大多数ＷｅｂＧＬ页面与普通ＨＴＭＬ页面一样，只包括ＨＴＭ１、ＣＳＳ和ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ??文件，具体结构如图３－４所示：??ＷｅｂＧＬ页面??（???????Ｉ?ＨＴＭＬ?ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ?ｊ??！?ｃｓｓ?ＷｅｂＧＬ开发框架?Ｉ??■?？■？一?＾?＾?一－〇－一一一一一?一?—?＾?一?ｄ??图３－４使用ＷｅｂＧＬ开发框架的页面结构??在ＷｅｂＧＬ开发中，几乎所有的交互操作都发生在３Ｄ场景里，渲染器对场??景里某个角度看到的内容进行渲染，然后使用ｄｏｍＥｌｅｍｅｎｔ元素挂载到页面上显??示
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Cesium的三维电网WebGIS开发与实现[J]. 马洪成,钱建国,杨戈. 测绘与空间地理信息. 2018(11)
[2]“NB生物初中版”构建生物学教学体验环境[J]. 徐益苗,赵晓燕. 生物学教学. 2018(10)
[3]虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J]. 刘德建,刘晓琳,张琰,陆奥帆,黄荣怀. 开放教育研究. 2016(04)
[4]Web 3D技术综述[J]. 艾达,乔明明,李敏. 微型机与应用. 2014(02)
[5]虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J]. 王卫国. 实验室研究与探索. 2013(12)
[6]虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J]. 王济军,魏雪峰. 中国电化教育. 2011(04)
[7]基于MVC的通用型模式的设计与实现[J]. 刘亮,霍剑青,郭玉刚,袁泉,王晓蒲. 中国科学技术大学学报. 2010(06)
[8]虚拟实验教学的探索与实践[J]. 孙燕莲,文福安. 现代教育技术. 2009(04)
博士论文
[1]基于WebGL的EAST可视化系统[D]. 夏金瑶.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]事件驱动的分布式服务系统的研究与设计[D]. 孙华栋.北京邮电大学 2018
[2]基于Unity3D高中化学模拟实验的开发[D]. 王金磊.内蒙古师范大学 2018
[3]高中物理虚拟实验平台的设计与应用研究[D]. 李林林.东北石油大学 2018
[4]基于Unity 3D的高职院校虚拟实验系统的开发与应用研究[D]. 师亚媛.陕西师范大学 2018
[5]基于虚拟实验的中学地理探究式教学研究[D]. 吴燕芳.华中师范大学 2018
[6]面向智慧校园的虚拟实验平台研究与实现[D]. 黄教强.广东工业大学 2018
[7]基于WebGL的VR留言签到系统[D]. 武文齐.北京邮电大学 2018
[8]多用户管理系统的web前端框架研究[D]. 彭逸帆.北京邮电大学 2018
[9]基于WebGL的虚拟编排系统的研究与实现[D]. 邹永胜.浙江理工大学 2018
[10]虚拟实验在高中生物教学中的应用和评价研究[D]. 曾凡伟.赣南师范大学 2017
本文编号：3398696
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PC端浏览器对V沁bCL的支持情况
第三章ＷｅｂＧＬ关键技术研究??３．１?ＷｅｂＧＬ?概述??ＷｅｂＧＬ是一种３Ｄ绘图标准，是一套免费、跨平台的ＡＰＩ，它在ＨＴＭＬ中??以３Ｄ绘图上下文的形式实现了?ＯｐｅｎＧＬＥＳ?２．０的功能，并以底层文档对象模型??接口?（Ｄ０Ｍ）的形式将开发接口暴露出来，它使用ＯｐｅｎＧＬ着色器语言ＧＬＳＬ?ＥＳ，??并且可以与页面上的其他内容（以分层的形式叠加在３Ｄ绘图区域的上方或下方）??无缝融合，它非常适用于使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ编程语言构建的３Ｄ?Ｗｅｂ动态应用，并??将被现代浏览器完美支持［４１］。??目前，大部分主流浏览器均能够支持ＷｅｂＧＬ正常运行［４２］，包括ＰＣ端Ｉｎｔｅｒｎｅｔ??Ｅｘｐｌｏｒｅｒ?１１＋、Ｍｏｚｉｌｌａ?Ｆｉｒｅｆｏｘ?４＋、Ｇｏｏｇｌｅ?Ｃｈｒｏｍｅ?８＋、Ａｐｐｌｅ?Ｓａｆａｒｉ?５．１＋、Ｏｐｅｒａ??１２．１＋、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ?Ｅｄｇｅ，以及移动端的?ｉＯＳ?Ｓａｆａｒｉ、Ｃｈｒｏｍｅ?ｆｏｒ?Ａｎｄｒｏｉｄ、Ｆｉｒｅｆｏｘ??ｆｏｒ?Ａｎｄｒｏｉｄ等，除此之外，ＷｅｂＧＬ的一些特性也需要用户硬件设备的支持，比??如显卡等，具体情况如图３－１和图３－２所不：??
?＿＿?＿＿??图３－３普通ＨＴＭＬ页面和ＷｅｂＧＬ页面的结构比较??可以看出，ＷｅｂＧＬ页面更加复杂，需要同时使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ和ＧＬＳＬ?ＥＳ语??言编写ＷｅｂＧＬ内容，而开发人员通常会先使用ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ语言对ＷｅｂＧＬ底层内??容进行功能封装，然后直接使用ＷｅｂＧＬ开发框架编写ＷｅｂＧＬ内容，这就使得??大多数ＷｅｂＧＬ页面与普通ＨＴＭＬ页面一样，只包括ＨＴＭ１、ＣＳＳ和ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ??文件，具体结构如图３－４所示：??ＷｅｂＧＬ页面??（???????Ｉ?ＨＴＭＬ?ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ?ｊ??！?ｃｓｓ?ＷｅｂＧＬ开发框架?Ｉ??■?？■？一?＾?＾?一－〇－一一一一一?一?—?＾?一?ｄ??图３－４使用ＷｅｂＧＬ开发框架的页面结构??在ＷｅｂＧＬ开发中，几乎所有的交互操作都发生在３Ｄ场景里，渲染器对场??景里某个角度看到的内容进行渲染，然后使用ｄｏｍＥｌｅｍｅｎｔ元素挂载到页面上显??示
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Cesium的三维电网WebGIS开发与实现[J]. 马洪成,钱建国,杨戈. 测绘与空间地理信息. 2018(11)
[2]“NB生物初中版”构建生物学教学体验环境[J]. 徐益苗,赵晓燕. 生物学教学. 2018(10)
[3]虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J]. 刘德建,刘晓琳,张琰,陆奥帆,黄荣怀. 开放教育研究. 2016(04)
[4]Web 3D技术综述[J]. 艾达,乔明明,李敏. 微型机与应用. 2014(02)
[5]虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J]. 王卫国. 实验室研究与探索. 2013(12)
[6]虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J]. 王济军,魏雪峰. 中国电化教育. 2011(04)
[7]基于MVC的通用型模式的设计与实现[J]. 刘亮,霍剑青,郭玉刚,袁泉,王晓蒲. 中国科学技术大学学报. 2010(06)
[8]虚拟实验教学的探索与实践[J]. 孙燕莲,文福安. 现代教育技术. 2009(04)
博士论文
[1]基于WebGL的EAST可视化系统[D]. 夏金瑶.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]事件驱动的分布式服务系统的研究与设计[D]. 孙华栋.北京邮电大学 2018
[2]基于Unity3D高中化学模拟实验的开发[D]. 王金磊.内蒙古师范大学 2018
[3]高中物理虚拟实验平台的设计与应用研究[D]. 李林林.东北石油大学 2018
[4]基于Unity 3D的高职院校虚拟实验系统的开发与应用研究[D]. 师亚媛.陕西师范大学 2018
[5]基于虚拟实验的中学地理探究式教学研究[D]. 吴燕芳.华中师范大学 2018
[6]面向智慧校园的虚拟实验平台研究与实现[D]. 黄教强.广东工业大学 2018
[7]基于WebGL的VR留言签到系统[D]. 武文齐.北京邮电大学 2018
[8]多用户管理系统的web前端框架研究[D]. 彭逸帆.北京邮电大学 2018
[9]基于WebGL的虚拟编排系统的研究与实现[D]. 邹永胜.浙江理工大学 2018
[10]虚拟实验在高中生物教学中的应用和评价研究[D]. 曾凡伟.赣南师范大学 2017
本文编号：3398696
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