● 摘要
随着三维建模技术的快速发展和宽带网络的普及，通过网络发布三维模型得到越来越广泛的应用。如何通过网络把三维几何模型更快，更安全地呈现给用户成为一个研究的热点问题。目前，大多数的三维模型发布系统采用的是“先下载，再显示”的方式，即先把三维模型数据下载到客户端，然后在客户端完成渲染和显示。随着三维扫描仪精度的提高，获取的三维模型规模和数据量也越来越大，这样的系统开始面临三个难题：(1)三维模型数据安全性问题：许多极具价值的三维模型数据，例如珍贵文物的高精度三维模型，需要严密的保护以防止被盗版或滥用。而通过现有的方法在网络上发布高精度三维模型难以保证安全性。(2)客户端机器的图形性能问题：渲染大数据量的三维模型对于计算机的图形系统要求很高，而当前的PC机图形硬件虽然发展很快，但仍然无法胜任大数据量复杂模型的三维渲染任务。(3)网络带宽问题：高精度的三维模型数据量极其庞大，在网络上传输时会给用户造成很长的等待时间。针对上述三个问题，本文对三维模型网络发布技术和三维数据安全问题进行了研究；设计并实现了一种基于远程渲染技术的三维模型发布系统——3DMPS。3DMPS系统由包含简化模型的客户端和包含原始高精度模型的渲染服务器组成，渲染服务器根据客户端的请求对高精度模型进行渲染并返回高清晰度的图像。本文完成的主要研究工作如下：1）三维模型化简：给出了点到面距离的平均值的误差计算方法，实现了边折叠的模型化简算法。针对几何模型中顶点连接性质的不同将顶点分类，分别采用点到面距离的平均值和点到线距离的方法，对顶点的误差进行评估计算；然后选择最小的误差点，计算与该点相连的边的距离，选择距离最小的边进行折叠，从而删除该误差最小点。该算法是一种局部误差算法，其特点是计算比较简单，而且化简速度比较快。2）基于远程渲染的三维模型发布技术：分析和研究了现有的远程渲染技术，指出其在交互性、实时性、网络数据流量和服务器满足多客户端请求等方面的不足；针对这些不足设计并实现了一种改进的远程渲染系统3DMPS。3DMPS系统中的关键技术包括图像的回读与压缩，远程渲染服务器与客户端之间的通信管理以及服务器渲染引擎加速技术。3）三维数据安全：分析了针对三维图形渲染管道可能发生的攻击手段，给出了一些可行的防护技术；研究了远程渲染技术在三维数据安全领域的应用。在3DMPS系统的服务器端实现了日志分析、客户端加密与混淆、渲染请求限制以及增加失真干扰等安全防护手段。3DMPS系统有效地解决了传统三维模型网络发布方式所存在的三个问题，并成功应用于“中国数字博物馆”项目。