定义

I3D主要技术标准

I3D主要技术(VRML技术 3DMAX 技术 Quest3D Flash技术 Cult3D技术 SVG JPEG2000)

I3D应用(工业创意设计 技术可视化)

定义

I3D,英文全称为“Interactive three dimensions”,亦称之为“交互式3D”，是指一种可以在本机或Web上实现实时人机互动的三维计算机图形及其技术。简单地说，I3D技术就是VR（虚拟现实）技术和人机交互技术的融合后产物，其实现需要相关的硬件和软件（有时还需要传感器）等共同完成。

I3D主要技术标准

交互式3D遵循交互式电子技术手册(Interactive Electronic Technical Manual，IETM)的要求。交互式电子技术手册是为了应对新产品在设计、生产、操作、维护和训练过程中产生的大量技术信息数据的挑战而提出的一种提高产品全生命周期技术信息管理能力的关键技术。IETM综合运用多媒体、数据库、网络等技术，将内容复杂的操作、维修和训练等信息，按照有关标准组织管理起来，对新产品操作、维护及训练具有重 要的辅助作用。目前IETM在国外军事及民用领域都已有广泛的应用，已经成为工业信息化技术研究和应用热点之一。

I3D还遵循S1000D规定。S1000D是由欧洲航空航天和国防工业协会(ASD)和美国航空工业协会(ATA)共同制订的国际标准。S1000D在美国及北约的军事及民用领域有着广泛的应用，是目前发展最快的IETM 国际标准。S1000D提出了2个核心概念：数据模块(Data Module, DM)和通用 资源数据库(Common Source Data Base，CSDB)，用来保证IETM间的信息共享与交换。S1000D将IETM中的信息划分为描述性信息、维修步骤信息、故障隔离信息、维修计划信息、机组成员信息、零部件信息、战场损伤评估和修复信息、布线信息、过程控制信息、馈电路信息和数据处理信息等多类信息。这些技术信息以DM的形式存储在CSDB中， 并以XML作为文档交换格式。在S1000D中，3D模型与音频、视频、动画一起作为多媒体对象，可以像插图、表格一样插入数据模块，存储在公共源数据库(CSDB)中。3D模型是指使用3D动画、CAD和VR技术，实现系统部件的装配、拆卸和功能演示的可视化。3D模型可以是产品的整体视图，也可以是零部件的交互式动画或脚本动画。

I3D主要技术

VRML技术

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。虚拟现实利用计算机生成一种模拟环境（如飞机驾驶舱、操作现场等），通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。这里所谓的模拟环境就是利用计算机生成的具有表面色彩的立体图形，它可以是某一特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。

20世纪80年代初，美国VPL Research公司创始人Jaron Lanier提出了虚拟现实的概念。之后Aukstakalnis和Blatner对虚拟现实作了如下定义：虚拟现实是人们对计算机及其复杂的数据进行可视化以及交互操作的一种方法。虚拟现实技术是指利用计算机系统和虚拟现实硬件和软件所构成的虚拟现实环 境，并通过多种虚拟现实交互设备使参与者投身于该虚拟现实环境中。“在该环境中直接与虚拟现实场景中事物进行交互，产生身临其境的感受，使人在虚拟空间与自然世界得到同样感受，在虚拟现实环境中，真实感受视觉、听觉、触觉以及智能感知的直观而又自然的效果”。虚拟现实技术作为计算机领域的前沿科技，是融合了宽带网络、多媒体和人工智能的高新技术，是把握未来网络、多媒体以及人工智能的关键技术。其应用最初主要集中于飞行模拟训练、虚拟战场环境仿真、数据模型可视化、娱乐，现在已经扩展到人们生产生活中的许多方面。

虚拟现实VR(Virtual Reality)是近几年来信息技术迅速发展的产物，它是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。它是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软、硬件及各类传感器，创建一个使参与者处于一个身临其境的、具有完善的交互作用能力、能帮助和启发构思的信息环境。

3DMAX 技术

3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件，最新版本是2012。在Windows NT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3D Studio Max + Windows NT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作。

Quest3D

Quest3D是一个容易且有效的实时3D建构工具，能在实时编辑环境中与对象互动。在Quest3D里，所有的编辑器都是可视化、图形化的。您可以将文件存成屏幕保护程序、执行文件或网页。

包含多种.X输出器，如MAX,MAYA,Lightwave,AutoCAD等；

可输入档案格式：WAV, MP3, MID, 3DS, X, LWO, MOT, LS,MD2, JPG, BMP, TGA, DDS, PNG等。

Flash技术

严格意义说是是基于二维的应用。由于它文件量小，形式新颖动人，在互联网上颇受青睐。

1．模拟物体的三维展示

分别拍摄展示物体在某个二维平面里的各个角度照片，一般拍摄十几幅即可，当然拍的越多越精细。然后把这些序列照片处理好以后导入到FLASH中作成一个MC，然后在场景中，通过按扭和ACTIONs cript控制MC的播放，达到使物体前后旋转的效果，还可以加上放缩和鼠标交互功能。

2．模拟场景的三维展示

分别拍摄展示场景在环视360度里的各个角度照片，一般拍摄十几幅即可，然后把这些序列照片处理成一张前后连续的图片，导入到FLASH中作成一个MC，然后在场景中，通过按扭和ACTIONs cript控制MC的位置，达到使场景前后旋转的效果，还可以加上放缩和鼠标交互功能。

3．点线面的三维模拟

在FLASH中通过精确控制点的位移来达到模拟三维空间的真实效果，还可以加上贴图显得更加真实，较为复杂。

视频的播放在网络上播放专业视频，一直让人头痛，FLASH支持*.MOV视频的导入，再配上声音，也能以假乱真。

Cult3D技术

Cult3D 是一种崭新3D 网络技术，并不在新的语言上有所创新，而是利用现有的技术。Cult 3D由两部分组成，一部分编写3D 素材，另一部分用于解读3D素材, 将最终结果无缝地嵌入到Html中。它让你把图象质量高和速度快并有实时交互的物体送到所有的因特网用户手上。是全新的Web3D技术，一个跨平台的3D引擎，其目的是在网页上建立互动的3D物件。利用Cult3D技术可以制作出3D立体的产品，利用Cult3D可以以视觉的方式呈现不同的事件和功能的互动性，交互能力强，采用流的形式，文件较小，效果较好。可以旋转，放大，缩小，体现真实的物体属性。对于窄带网的应用，Cult3D展示产品最好的解决方案之一，Cult3D的文件量非常小(20K-200K)，却有近乎完美的三维质感表现。对于一般的浏览器只需安装一个插件，即可即时浏览。

SVG

SVG是一种开放标准的矢量图形描述语言。使用SVG，可以在网页上显示出各种各样的高质量的矢量图形，支持很多您想象得出的功能：几何图形、动画、渐变色、滤镜效果等。最关键的是：它是完全是用普通文本来描述的！也就是说：这是一种专门为网络而设计的基于文本的图像格式。这种文本又是基于xml（Extensible Markup Language）的！前途的确不可限量。

今后的网络上将会有更多标准格式的图形文件存在：GIF、JPEG、PNG、SVG。SVG标准是由众多厂商和W3C（World Wide Web Consortium）共同制定的，目的就是为了要在网络上创建一种新的、大家认同的、可扩展的、开放的图形格式。这些厂商都是业内知名的企业：包括Adobe、Apple、Autodesk、BitFlash、Corel、HP、IBM、ILOG、INSO、Macromedia、Microsoft、Netscape、OASIS、Open Text、Quark、RAL (CCLRC)、Sun、Visio、Xerox等。他们也纷纷推出了自己开发的相应的浏览软件和插件。而且他们的很多主流产品也都开始支持SVG输入或者输出。

（1）基于xml标准

xml是公认的下一代网络标记语言，拥有无穷的生命力。SVG则是在最开始设计的时候就基于xml，这使得它具有一种先天的优势，并且同HTML、CSS、DOM、XSL、Javas cript、CGI一样，成为新的标准。

（2）高质量的图像

由于基于矢量，使得图像的质量得到大大的提高。放大、缩小以及各种特效都比位图的表现 要好，在打印的时候，完全可以以印刷质量输出图片。

（3）灵活易用的文件格式

SVG主要由3个部分组成：矢量图形、位图和文字。而由于文件格式是文本的，那么更改起来是非常方便的，在页面运行的过程中，我们也可以对很多部分做修改。而其中的图形描述可以被任何人重复的使用。

（4）支持交互

由于支持SMIL（synchronized multimedia integration language），用户可以自由的同SVG中的元素完成一些交互的动作，从而完成既定的目标，这一点是目前的图片所完成不了的。

（5）文本就是文本

现在，您将有机会查找"图片"中的字符，是不是很不可思议呢？

（6）其它

可以内嵌字体、图片；众多开发工具支持；可以轻易的同网页上的脚本做交互；文件相对来说，相当小等等。

JPEG2000

JPEG 全名为Joint Photographic Experts Group，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态影像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态影像压缩标准：ISO 10918-1 就是我们俗称的JPEG 了。

JPEG 2000， 正式名称为"ISO 15444" ，同样是由JPEG 组织负责制定。

JPEG2000的原理：

JPEG 2000 与传统JPEG 最大的不同，在于它放弃了JPEG 所采用的以离散馀弦转换(Discrete Cosine Transform) 为主的区块编码方式，而改采以小波转换(Wavelet transform) 为主的多解析编码方式。小波转换的主要目的是要将影像的频率成分抽取出来。

JPEG2000的优点：

1、JPEG2000 作为JPEG升级版，高压缩（低比特速率）是其目标，其压缩率比JPEG 高约30% 左右。

2、JPEG2000 同时支持有损和无损压缩，而JPEG 只能支持有损压缩。无损压缩对保存一些重要图片十分有用。

3、JPEG2000 能实现渐进传输，这是JPEG2000的一个极其重要的特征。也就是我们对GIF 格式影像常说的"渐现"特性。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图象由朦胧到清晰显示，而不必是像现在的JPEG 一样，由上到下慢慢显示。

4、JPEG2000 支持所谓的"感兴趣区域"特性，你可以任意指定影像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩。这样我们就可以很方便的突出重点了。

I3D应用

工业创意设计

当今世界，市场竞争愈演愈烈，制造企业都面对着一个急需解决的实际问题，那就是一件产品往往要经过多次反复的试制才能进入市场，产品开发时间太长。以往已经实施的技术和过程变革，仍无法在缩短上市时间上取得实质上的突破，不能适应当今市场瞬息万变的需求。而纳金网的3D产品设计和仿真系统则可以有效的帮助传统设计与制造企业解决这个问题。

计算机三维仿真是以多种学科理论为基础、以计算机及其软件为工具进行实验研究的方法体系，它体现了实验思考的方法，用以探索复杂系统深层次的机理和规律性，具有科学的先验性，可以帮助求出已经建立的数学模型和改进现有的模型，已成为替代实物制造和实际测量的重要工具。

传统的方法是由工程师设计出产品，并制造出原型，然后进行测试和验证。如果产品达不到规定的要求，就反反复复地进行了这一过程，直到满意为止。而凭借3D设计与展示技术，工程师可以先在计算机上建立产品模型，对模型进行分析，然后改进产品设计方案，用数字模型代替原来的实物原型，进行分析、试验、改进原有的设计。这样常常只需制作一次最终的实物原型，使新产品开发一次获得成功。例如，拉链制造企业可以应用纳金网的“拉链三维仿真系统”进行拉链外观和内部结构的创意设计。如图所示，在三维方式模拟拉链的开合过程中，系统会根据特定的设计给出拉链的各项性能指标，显著起到了缩短开发新产品周期，降低成本的目的，提高了产品的质量与市场竞争力。

当然，用户也可以通过静态参数输入对话框变更静态参数，以修改原先的设计方案，包括对拉链色彩、外形、材质和内部细微结构的改进，如上图所示。

用户还可以在线检测自己设计方案各项专业技术指标，为改进提供参考依据。如图所示：

企业通过这种虚拟形式下的产品开发，就能对客户的需求变化作出快速灵活的反应，实时呈现设计制作的效果图。并且完全按照规定的时间、成本和质量要求快速的将产品推向市场。

交互式三维电子商务平台

企业的商品以三维互动的形态展示在用户的面前，让用户能身临其境地真是感受到商品的每一个细节，用户可以依据自身的喜好，对所展示的商品进行分拆、组装，或更换其颜色、材质和式样，甚至可以进行在线试穿（鞋服类的）、试用（家居类的），如图所示。试想，用户在选中自己喜欢的家居产品时，他（她）可以在虚拟的类似自家居室环境里试行摆放、并任意改变商品颜色，以寻求最合适的颜色匹配和摆放方式，这是一种多么至酷的体验啊.

倘若用户想购买创新的工业设备，以配合该企业的技术革新活动，他（她）再也不用耗时费钱往现场跑了，他（她）只要登录纳金网上的商品展厅，就可以一览无余——不论是选定设备的外观还是它的内部结构，连细节都不会错过。如果用户要看商品外观，他（她）只要按住鼠标左键并拖动，就可以从任意角度观察商品，如图所示；假设用户还要细看商品的内部结构，他（她）可以点击图中左上角的“内部展示”图标，用与观察商品外观相同的办法观看。

技术可视化

企业可以制作自己的三维动态“产品手册”或说明书，将产品的外观、构造、性能、优越性和操作特点一一演示给自己的用户。也可以将这类演示资料用于企业内部的新进员工培训，以及引进新技术、新设备的应用前培训。

工业自动化应用

工业企业可以应用I3D技术实现工业自动化在线操控。如物料配比、温度设置、水位异动等技术的精确控制可视化和实时在线操控。

矿难营救指挥应用

工矿企业可以应用I3D技术实现危机可视化管理。如，井下瓦斯超标预警，矿井结构异常变动预警，井下人员作业位置跟踪，最佳逃生和营救路线指挥等可视化的、实时的、动态的指挥管理系统。

人物仿真应用

将人像仿真系统与基于I3D技术的展示系统相结合，实现远程采购服装、鞋帽的三维可视化交互和用户在线自我设计的功能。

I3D手机嵌入式软件

这是一款应用Web3D和全息技术的手机嵌入式软件。借助于I3D技术，用户来电显示的图像将是三维全息影像。

历史文物保护应用

I3D技术目前已经开始应用于重大历史文物的保护方面，主要的应用方法，是应用I3D技术在计算机虚拟环境中再现文物的真实形态，保存文物的各类数据。当文物因天灾人祸毁灭时，人们可以通过I3D技术及其历史数据，还原现实。

军事指挥应用

将I3D技术和WEB技术、传感技术相结合，目前已经被国内外军事领域广泛应用。例如美国的红旗军事演习指挥系统。

医学临床研究

I3D技术的应用，为医学临床实验提供了仿真的交互环境，可以避免不必要的实体临床。