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文案 |名锤青史
编辑 |名锤青史
如今，基于浏览器的增强现实技术正受到越来越多的关注。Web AR技术是一种轻量级的增强现实解决方案，利用Web技术的跨平台和易传播特性，为实现和推广AR内容提供了坚实基础。
目前，大多数增强现实（AR）应用仍然基于特定设备和专门的应用程序来实现。而基于Web的增强现实应用由于受到多方面的限制，其推广受到一定限制。其中，三维模型的创建困难是一个主要的限制因素，因为非专业人士很难进行建模工作，导致Web AR应用难以普及。因此，建立基于Web的AR应用平台，可以实现出色的交互体验。
基于Web三维形体建模方法与实现
目前，现有的Web增强现实应用大多基于某一特定领域的应用，并且使用预先设定好的模型，限制了其在不同领域的应用和用户需求的满足。由于非专业人士很难使用专用建模软件创建令人满意的三维模型，Web端缺乏用户所需的三维模型，这是影响Web AR未广泛应用的主要原因之一。
为了使用户能够在Web浏览器端创建个性化的三维模型，设计一个方便用户在线操作的Web三维模型编辑环境。该编辑环境将为用户提供可编辑操作的界面，使用户能够通过简单的操作来创建和编辑个性化的三维模型。
在设计交互式编辑环境时，用户体验是首要考虑的因素。该设计遵循以用户为中心的设计原则，着重在用户操作方便、修改灵活、界面清晰、交互一致和环境相容等方面展开。编辑器将简洁直观的界面呈现给用户，以确保用户可以轻松上手，并且提供了各种功能，如创建模型、选择图元、编辑模型等，使用户能够自由地表达创意和需求。
通过基于浏览器端的三维模型编辑器，用户将获得一种便捷而直观的方式来创建个性化的三维模型。编辑环境的灵活性将使用户可以随时进行修改和调整，以满足不同的创意和设计要求。用户可以在交互式界面中实时预览模型的外观，从而更好地理解和掌控模型的形态和结构。
在该系统中，用户可以通过编辑器进行三维模型的创建和编辑，并进行相关的三维信息计算。系统的主要功能包括模型存储和模型浏览，这样用户可以将创建好的模型存储在服务器上，以便后续使用，并且可以通过浏览功能对模型进行整体和局部的查看。
三维模型编辑器的主要页面设计是根据需求功能而精心构建的，可以为用户提供友好的界面和流畅的操作体验。
根据三维建模的功能需求，三维模型编辑器页面中共设计了6个功能区，每个功能区在页面上有明确的位置和布局。
编辑区：位于页面的中央部分，是用户进行三维模型编辑的主要区域。在编辑区，用户可以通过鼠标操作进行模型的创建、选择、编辑、缩放、旋转等操作。实时预览功能使用户可以在此处直接查看编辑后的效果。
基本图元模型选择区：位于页面的左侧或顶部，提供常见的基本图元模型供用户选择和创建。用户可以从预设的图元库中选择所需的形状，如立方体、球体、圆柱体等，作为模型的基础构建块。
颜色选择区：通常位于编辑区下方或右侧，允许用户选择模型的颜色或应用纹理贴图。用户可以通过调色板或上传自定义贴图来实现模型的外观个性化。
拆解设置控件：在特定情况下，为了展示复杂农具的结构，可能需要进行模型的拆解展示。拆解设置控件位于编辑区或工具栏，允许用户对模型进行拆解、旋转和组合，以展示模型的内部构造。
模型上传控件：位于页面的上方或侧边，允许用户从本地设备上传现有的三维模型文件，以便在编辑器中进行后续的修改和处理。
“返回”控件：位于页面的左上角或右上角，提供一个返回或退出编辑器的功能按钮。用户在编辑完成后，可以使用此控件保存或退出编辑状态。
页面区域划分采用HTML和CSS样式进行设计，以确保界面布局的合理性和美观性。使用Vue.js进行页面交互逻辑的设计，增强编辑器的用户友好性和响应速度。同时，还考虑了界面的自适应性，使系统在不同分辨率的浏览器界面上都能够正常显示和使用，提高编辑器的可用性和适用性。
为了丰富平台的增强现实部分交互方式，本次研究在三维形体建模阶段为基本图元模型添加了拆解属性，以使复杂模型在AR展示时能够被拆解并进行查看。拆解属性设置灵活，允许用户根据需要进行调整。当用户希望模型具有拆解功能时，可以通过打开基本图元模型拆解设置控件来实现。启用该控件后，用户在添加基本图元模型时可以选择是否设置拆解属性。
在三维模型数据上传的阶段，用户完成三维形体建模后，可以通过上传控件将模型上传至平台。一旦上传控件被触发，平台会对数组数据进行Json格式整合，并结合模型的预览图和用户ID等信息一同通过网络传输，将数据上传至数据库。
基于Web的AR技术的实现
在了解三维模型后，可以基于Web的AR应用中涉及识别、跟踪和渲染技术的实现方案。为了提升AR应用的性能，我们还将部分AR计算任务进行了迁移，并选用了适合的算法，最终实现了一个轻量型的“瘦”浏览器的Web AR应用。
Web AR模块是本文的核心工作之一，也是平台的主要功能模块之一。在Web AR模型展示部分，我们充分应用了增强现实技术与WebGL技术，并借助Three.js框架进行模型渲染，以实现出色的展示效果。
在本次研究中，基于Web平台进行了AR技术的研究与应用，充分利用了浏览器的跨平台特性，使AR工作能够在多端上实现。在AR浏览模块中，我们通过浏览器调用摄像头，运用WebRTC技术来获取真实环境的实时视频画面，以便识别真实环境中用于AR的标记图片，并进行追踪和渲染模型。
Web模块的工作流程中，模型列表是用户登录主页后的一个重要功能。当用户登录进入主页时，通过HTTP协议，使用POST方式向服务器发送获取请求，以获取模型的基本信息。服务器会遍历数据库中的模型表，并将相应的模型信息返回给前端页面进行展示。
进入AR模式后，设备的浏览器将会打开摄像头并获取实时视频流。系统会扫描视频流中的每一帧图像，寻找AR标记图片进行识别。AR标记图在视频流中的位置对应着模型渲染的位置。一旦在单帧图像中识别到AR标记图，系统将对其进行解析，并与数据库中的标记图进行匹配。当匹配成功后，系统获取到对应的三维模型数据信息。
得到模型信息后，系统进行模型渲染，并将渲染好的模型结构返回到客户端。这样，用户在本平台上建立的模型将会显示在真实场景中，用户可以通过平台提供的交互功能对模型进行缩放、旋转、移动、拆解等操作。
通过呈现基于Web的AR技术方案设计，使得AR应用可以直接在用户的浏览器上实现，无需安装任何额外的应用程序。
用户可以通过Web浏览器打开摄像头，获取实时视频流，从中扫描图像来识别AR标记。一旦标记被成功识别，系统就会将相应的三维模型数据加载并进行渲染，将虚拟模型与真实环境结合起来展示给用户。
基于云平台的Web AR系统平台的实现与测试
云端服务器在本平台中起着关键的支持作用，主要涵盖多个功能模块以确保平台的正常运行。这些功能包括网站运行的支持、平台信息逻辑处理、增强现实任务计算以及平台数据的管理与存储。
服务器的开发选择了易于开发的PHP语言，并采用了基于ThinkPHP框架的整体架构设计，以规范化应用的搭建过程，快速创建应用程序。服务器通过API接口对外提供服务，外界可以调用相应的API接口并传入数据以特定格式访问服务器。
服务器的网站处理采用MVC三层结构，主要分为三个层次。Model（模型层）：负责数据的操作，包括与数据库的交互、数据的增删改查等。Model层提供对数据库表的处理功能，并将处理结果返回给上一级，即Controller层。
View（视图层）：负责前台页面的显示，即展示给用户的界面。View层将数据从Controller层获取后，以用户友好的方式呈现在网页上。
Controller（控制器层）：描述功能和逻辑上的业务处理。Controller层为外界提供接口，接收来自外部的数据，并进行数据处理。在Controller层中，数据经过相应的运算和处理后，可以调用Model层进行数据库操作。如果需要操作数据库，Controller层将寻找Mapper层来执行SQL语句。
这种设计模式使得服务器的开发结构清晰，并且实现了各个功能的分离和模块化。Model层负责数据的存取，View层负责数据的展示，而Controller层作为中间层，负责处理业务逻辑和连接Model和View，使得整个应用程序更易于维护和扩展。
基于以上实验测试结果，我们可以得出：基于Web端的平台在三维模型展示和增强现实应用方面具备良好的性能和可用性。该平台的实现不仅满足了用户对于个性化三维模型的需求，而且增强现实功能的实现也为用户带来了全新的交互体验。
结论：
本次研究成果主要包括基于Web的三维建模和增强现实应用方面的关键技术和解决方案。通过这些技术和方案的实现，可以为用户提供了一个功能全面、易于使用的Web平台，使用户能够轻松创建个性化的三维模型，并将其应用于增强现实环境中。这为教育工作和其他领域的发展带来了便利和创新.
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