3D全景实景网络游戏平台构建方法

摘要

本发明涉及一种3D全景实景网络游戏平台构建方法，将基于全景实景图像的场景绘制技术应用于3D网络游戏场景构建，包括：构建3D全景实景网络游戏平台基本系统架构；采集构建3D全景实景网络游戏平台所需要的数据；利用上述数据，通过创建全景实景游戏场景显示外幕、创建虚拟地面以及设定用户的漫游方式对3D全景实景游戏场景进行构建，并将用户在游戏场景中的位置与地理信息同步，得到3D全景实景网络游戏平台的游戏场景环境；在上述环境中添加3D道具实体，得到3D全景实景网络游戏平台。应用本发明方法能够使玩家通过在3D网络游戏平台游戏的过程中感受到如同置身在现实世界的真实场景中游戏一般，与真实世界互动，增强了3D网络游戏的娱乐性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络游戏平台构建技术，具体的说是一种3D全景实景网络游戏平台构建方法。

背景技术

网络游戏是以Internet为依托，可供多人同时参与的数字化游戏。随着全球网络技术的普及，网络游戏得到了快速发展，成为了许多人消遣娱乐的主要途径。网络游戏在其表现形式的发展过程中主要经历了由传统的2D网络游戏到目前主流的3D网络游戏的过渡。

最初的网络游戏都是以文字形式在网络上呈现的，类似于网络聊天。游戏者通过输入文字指令来进行游戏，如1978年在英国的埃塞克斯大学，Roy Trubshaw用DEC-10编写了世界上第一款可用于多用户同时参与的网络游戏《MUD1》。这是一个纯文字的多人世界，拥有20个相互连接的房间和10条指令，用户登录后可以通过数据库进行人机交互，或通过聊天系统与其他玩家交流。这类文字型的网络游戏要求游戏者有一定的计算机编程知识，因此对玩家的要求较高。到二十世纪九十年代初，Microsoft公司推出其视窗操作系统Windows取代了DOS操作系统。受计算机图形视窗技术的影响，网络游戏也从枯燥的文字界面变成了图像界面。这些图像是以一张一帧的形式预先存在的，图形元素最终都会以复杂的联系方式在游戏中进行调用而实现游戏世界中丰富的内容。与最初文字形式的网络游戏相比，以图形界面为基础的网络游戏开始有了游戏场景的概念，但是由2D图形图像构建起来的游戏场景很难给玩家带来真实感和沉浸感。

随着信息技术的飞速发展，计算机显卡性能在近几年大幅提升，3D图形技术开始应用于网络游戏。3D网络游戏通常采用3D图形程序接口如OpenGL(Open Graphic Library)或者Direct3D等，在计算机中对其场景中的几何对象、光源、视点、入口、动画描述来构造虚拟环境。并且在3D网络游戏平台中加入物理引擎来模拟现实世界中物体运动的实际情形。如物体间的碰撞、水的流动、人物行走时与地面的摩擦以及物体的下落时受到的重力等。因此，3D网络游戏能够在很大程度上模拟现实世界中的场景。与2D网络游戏相比，3D网络游戏最为突出的特点是所构建的游戏场景具有很强的沉浸感和物理交互性，并且三维的游戏场景环境能够使用户对游戏的可操作性大大增强，也能使玩家在游戏过程中感受到具有沉浸感的游戏场景。为了使3D网络游戏产品更有竞争力，许多商家都致力于追求游戏场景的高仿真性，并在场景绘制的精细程度，纹理特效等方面寻求突破。因此，游戏场景的逼真程度成为目前3D网络游戏竞争的焦点之一。

但是，利用3D图形程序接口在计算机上绘制的3D游戏场景与现实世界的真实场景仍然有很大的差别。如果玩家能够通过在3D网络游戏平台游戏的过程中如同置身在现实世界的真实场景中游戏一般，那么玩家则能在虚拟的游戏环境中体验一种与现实世界的互动，这种虚拟和现实的有机整合更能够加强3D网络游戏的互动性和真实感。而目前具备上述特性的3D网络游戏平台未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述玩家在现有的3D网络游戏平台进行游戏中无法体验到其所在的场景如现实世界的真实感觉等不足之处，本发明的目的在于提供一种能够体验如同现实世界真实场景的3D全景实景网络游戏平台构建方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明3D全景实景网络游戏平台构建方法，将基于全景实景图像的场景绘制技术应用于3D网络游戏场景构建，包括以下步骤：

构建3D全景实景网络游戏平台基本系统架构；

采集构建3D全景实景网络游戏平台所需要的数据；

利用上述建立的游戏平台基本系统架构以及采集得到的数据，通过创建全景实景游戏场景显示外幕、创建虚拟地面以及设定用户在3D游戏前台中的漫游方式对3D全景实景游戏场景进行构建，并将用户在3D游戏场景中的位置与地理信息同步，得到3D全景实景网络游戏平台的游戏场景环境；

在上述游戏场景环境中添加游戏场景的3D道具实体，得到3D全景实景网络游戏平台。

所述3D全景实景网络游戏平台基本系统架构为：

由服务器和客户端通过网络连接构成，其中服务器由数据管理单元、数据存储器、用户信息管理单元、3D实体资源管理单元、物理引擎与碰撞检测单元组成；网络由网络数据传输协议构成；客户端由图形渲染单元、3D游戏前台以及地理信息平台组成。

所述采集构建3D全景实景网络游戏平台所需要的数据包括以下步骤：

1)利用数据采集平台采集构建3D全景实景网络游戏平台所需要的原始数据，将一帧的全景实景图像数据与该帧所对应的地理信息数据按照连续的方式在数据采集存储器中分别进行存储，并转存到服务器的数据存储器中；

2)将在数据存储器所存储的每一帧图像数据的存盘路径与该帧对应的地理信息数据建立关系表，将关系表存储于服务器的数据管理单元中。

所述创建全景实景游戏场景显示外幕为：

采用3D图形程序接口创建虚拟空间的三维环境，并在虚拟空间中绘制场景显示外幕；

将采集到的全景实景图像数据从服务器的数据存储器传送到当前客户端的3D游戏前台；

采用3D图形程序接口中的纹理映射方法将全景实景图像数据纹理映射到场景显示外幕，得到全景实景显示外幕。

所述创建虚拟地面方法为：

在已经构建好的场景显示外幕所在的虚拟空间中建立一个不可见面作为虚拟地面；

确定上述虚拟地面在虚拟空间中的位置，以保证在场景显示外幕上显示的图像与虚拟空间的透视关系相一致。

所述将用户在3D游戏场景中的位置与地理信息同步为：

将全景实景显示外幕当前帧图像数据所对应的地理信息数据，以及该用户所处地理位置在指定范围内的其他用户地理信息通过3D游戏前台及地理信息平台之间的程序接口实时传输给事先准备好的真实场景的环境地图，在环境地图上标定并更新该用户漫游的当前位置及其附近其他用户漫游的当前位置。

所述在游戏场景环境中添加游戏场景的3D道具实体包括以下步骤：

在服务器的3D实体资源管理单元中预先将3D道具实体的属性信息进行存储；

将利用3D建模工具建立好的3D道具实体的模型文件存储到3D实体资源管理单元中，得到3D实体的包括3D实体模型在空间中的点和线的位置以及表面贴图的原始数据；

利用3D图形程序接口以及得到的原始数据在3D全景实景网络游戏场景中绘制3D道具实体，实现用户在真实世界的游戏场景下能够与虚拟的3D道具实体以及其他用户实体进行交互游戏。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.应用本发明方法所构建的3D全景实景网络游戏平台中的游戏场景完全由现实世界的真实场景构成，因此玩家能够通过在3D网络游戏平台游戏的过程中感受到如同置身在现实世界的真实场景中游戏一般，体验一种与真实世界的互动，这种虚拟和现实的有机结合增强了3D网络游戏的娱乐性。

2.本发明将基于全景实景图像的三维场景空间与现实世界的二维地图(地理信息平台)相结合共同构建一个具有现实世界场景和地理信息的3D网络游戏平台，使用户在以现实世界场景为背景的虚拟空间中游戏的同时，还能够了解自己当前所处的现实世界中的地理位置，进一步增强了3D全景实景网络游戏平台给玩家带来的娱乐性。

3.本发明将全景实景图像映射到场景显示外幕来创建具有现实世界景观的游戏场景，这种方法为网络游戏平台的构建提供一条新的技术路线，并且本发明的用户界面简洁友好，易于操作，信息量大。

附图说明

图1为3D全景实景网络游戏平台系统架构示意图；

图2为数据采集平台系统结构示意图；

图3为用户在3D全景实景网络游戏平台中的漫游流程图。

具体实施方式

本发明将基于全景实景图像的场景绘制技术应用于3D网络游戏，构建出一个能够使玩家在网络虚拟游戏环境中体验到如同在现实世界的真实场景中进行游戏一般的3D全景实景网络游戏平台。

本发明3D全景实景网络游戏平台构建方法包括以下步骤：

1.构建3D全景实景网络游戏平台基本系统架构

如图1所示，3D全景实景网络游戏平台的系统架构由服务器和客户端通过Internet连接构成，其中服务器由数据管理单元101、数据存储器102、用户信息管理单元103、3D实体资源管理单元104、物理引擎与碰撞检测单元105组成；网络106由网络数据传输协议(FTP或HTTP等网络数据传输协议)构成；客户端由图形渲染单元107、3D游戏前台108以及地理信息平台109组成。

3D全景实景网络游戏平台中各个单元功能如下：

数据管理单元101可采用SQL Server、Oracle或Sybase等数据库将预先准备好用于绘制游戏场景的全景实景图像数据在服务器中的URL与该帧全景实景图像数据对应的地理信息数据(指采集全景实景图像时摄像机所在现实世界中实际的地理位置)一起存储，地理信息数据指采集全景实景图像时摄像机所在现实世界中实际的地理位置。当客户端通过网络向服务器请求用户在3D全景实景网络游戏环境中漫游时所需要的下一帧全景实景图像数据的URL与其对应的地理信息数据时，数据管理单元101将通过该帧全景实景图像数据的URL在数据存储器102找到对应的全景实景图像数据以及该帧全景实景图像数据URL对应的地理信息数据，并通过网络传回客户端。

数据存储器102是在服务器中预留出的磁盘空间用于存储预先准备好的用户构建游戏场景的全景实景图像数据，本实施例中采用JPEG格式对全景实景图像数据进行保存。

用户信息管理单元103通过网络收集各客户端用户的当前信息，包括用户在当前3D游戏场景中的地理位置、用户当前的漫游状态以及用户IP地址等信息，并通过网络将与当前用户地理位置指定范围内的其他用户信息传递给该用户。

3D实体资源管理单元104用于存储3D实体(如游戏场景中道具的3D实体模型等)所在场景环境中的地理位置以及3D实体信息等数据。

物理引擎与碰撞检测单元105用于跟踪在3D游戏场景中每一个3D实体的位置，当3D实体发生碰撞或者方向和速度变化等情况下，物理引擎与碰撞检测单元105对3D实体的位置进行更新，并将其新的位置、速度等动力学信息发送给客户端，在客户端的3D游戏前台中进行渲染。

网络106用于服务器与客户端之间的信息交互，通常采用FTP、HTTP以及RTSP等网络数据传输协议进行通信。

图形渲染单元107是将从服务器中3D实体资源管理单元104中获取到的3D实体、通过用户信息管理单元103更新后的3D人物实体以及通过物理引擎与碰撞检测单元105更新位置后的场景道具3D实体等，利用OpenGL、Direct3D等3D渲染引擎进行渲染绘制。

3D游戏前台108是全景实景图像与3D实体相结合的3D网络游戏空间的显示平台。通过在3D游戏前台108中写入网络数据传输协议如FTP或HTTP等，客户端可利用网络协议，通过网络向服务器发送数据请求。

地理信息平台109以电子地图形式嵌入客户端。电子地图可通过地理信息平台109与3D游戏前台108在程序中的数据接口函数获取用户当前位置的地理信息数据。

本实施例采用基于MFC的单文档程序作为3D全景实景网络游戏平台的客户端，在客户端中构建和显示3D游戏前台108以及地理信息平台109。

2.采集构建3D全景实景网络游戏平台所需要的数据

如图2所示，利用数据采集平台采集建立3D全景实景网络游戏平台所需要的原始数据。数据采集平台由数据采集控制程序201、地理信息采集设备202、全景图像采集设备203以及数据采集存储器204组成。全景图像采集设备202(如全景摄像机)负责采集全景实景图像数据；地理信息采集设备202对地理信息数据进行采集，本实施例在室内情况采用移动机器人上的里程计以及陀螺仪记录全景实景图像采集点的位置、在室外情况采用GPS系统；数据采集控制程序201对地理信息采集设备202进行控制(本实施例采用等间隔全景实景图像数据采样)，由地理信息采集设备202对全景图像采集设备203进行触发，对等间隔地理位置的全景实景图像数据进行采集，并将每帧的全景实景图像数据与该帧所对应的地理信息数据按照连续的方式分别在数据采集存储器204中进行存储。将每一帧全景实景图像数据进行单独保存，比如存为JPEG格式或BMP格式等，本实施例选用JPEG图像格式进行存储；最后将在数据采集存储器204中存储的全景实景图像数据转存到服务器的数据存储器102中；将每帧图像在服务器的数据存储器102的统一资源定位符(Uniform Resource Locator，URL)与该帧对应地理信息数据建立关系表，将关系表存储于服务器的数据管理单元101中。于是，在数据管理单元101中每帧全景实景图像的URL与该帧全景实景图像数据地理信息数据一一对应，通过每帧全景实景图像的URL可以获得该帧全景实景图像数据以及它所对应的地理信息数据。

3.通过创建全景实景游戏场景显示外幕、创建虚拟地面以及设定用户在3D游戏前台中的漫游方式对3D全景实景游戏场景进行构建，并将用户在3D游戏场景中的位置与地理信息同步

(1)在客户端的3D游戏前台108中创建球形全景实景显示外幕

基于图形渲染单元创建虚拟空间的三维环境，并在虚拟空间中绘制场景显示外幕(本实施例的场景显示外幕采用球形场景显示外幕)；将采集到的全景实景图像数据从服务器的数据存储器102传送到当前客户端的3D游戏前台108。采用3D图形程序接口中的纹理映射方法将全景实景图像数据纹理映射到球形场景显示外幕，可以得球形全景实景显示外幕；

(2)创建虚拟地面并设定用户在虚拟地面上的漫游方式

在已经构建好的球形全景实景显示外幕所在的虚拟空间中建立虚拟地面：

虚拟地面为一个不可见面，在整个3D全景实景网络游戏平台所构建的游戏环境中承载用户的3D人物实体、游戏场景的3D道具实体等。为了保证从用户视点上观测3D实体与球形全景实景显示外幕上的图像景物的位置相对应，需要对虚拟地面在3D空间中的位置进行调节，使球形全景实景显示外幕上显示的图像与3D游戏前台108中的3D空间的透视关系相一致。该透视关系由用户观察视点高度、虚拟地面位置以及球形全景实景显示外幕上图像透视关系共同决定。本实施例在虚拟地面上绘制两条平行直线，与图像上所显示的两条平行直线相对应。通过调节用户视点与虚拟地面的高度，当虚拟地面上的两条平行直线与图像上两条平行直线相重合时，则表明透视关系标定完成，从而确定了虚拟地面的位置以及用户视点的位置。

设定用户在虚拟地面上的漫游方式：

首先要对虚拟地面上的距离与现实世界中的距离关系进行标定。在3D空间中对从用户视点到虚拟地面距离以及全景摄像机主光轴到地面实际距离进行测量。这两个距离的比例即可作为虚拟空间距离到现实世界的实际距离的转化标尺。于是，虚拟地面上的每一个位置都对应着现实世界中环境地图上的一个实际的地理信息。

用户在3D全景实景网络游戏平台所构建的游戏环境中的漫游方式如图3所示：

(301)开始执行用户漫游程序；

(302)在初始化过程中对用户的3D人物实体在当前帧游戏场景所在虚拟地面位置的漫游范围进行限定；本发明对漫游范围的形状没有特别规定，可以为圆形或矩形等形状的区域；本实施例采用圆形区域，用户3D人物实体在当前帧漫游区域半径由球形场景外幕的半径决定，本实施例选择球形全景实景显示外幕半径的1/2左右，该区域可按具体要求对参数进行调整；

(303)操纵用户的3D人物实体在当前帧所处的虚拟地面上进行漫游(具体操纵方法属现有技术，在程序中体现)；

(304)当用户操纵3D人物实体远离初始位置时，计算3D人物实体的当前位置与初始位置在3D空间中的距离以及相对于初始位置的摄像机旋转角；将这个虚拟空间中的距离按照标定好的虚拟空间与现实世界距离的转换关系进行转换，得到3D人物实体当前位置与其初始位置在现实世界中的实际距离；

(305)用户判断是否跳转至3D人物实体所在位置；如果不跳转，则转至步骤(304)，否则接续步骤(306)；

(306)将计算所得的3D人物实体在虚拟地面上所在位置对应的实际地理位置传送回服务器，在数据管理单元101中查找与该地理位置最邻近的全景实景图像数据的URL，在数据存储器102中将全景实景图像数据进行提取，一并传输回客户端中的3D游戏前台108；在当前用户的3D人物实体所在位置上绘制球形场景外幕，并在其上进行纹理贴图，同时在地理信息平台109上更新用户当前的地理位置；

(307)判断是否退出程序，如退出，则结束用户在虚拟地面上漫游程序(308)，否则返回步骤(304)。

将用户在3D游戏场景中的位置与地理信息同步：

用户在3D全景实景网络游戏平台所构建的环境中漫游时，随着游戏场景的改变，其地理位置也应当随之改变。将球形全景实景显示外幕当前帧图像数据所对应的地理信息数据，以及该用户所处地理位置在指定范围(即球形全景实景显示外幕在虚拟空间中的半径长度换算成现实世界的真实距离)内的其他用户地理信息通过3D游戏前台108及地理信息平台109即电子地图之间的程序接口实时传输给事先准备好的真实场景的环境地图，在环境地图上标定并更新该用户漫游的当前位置及其附近其他用户漫游的当前位置。

4.在构建好的3D全景实景网络游戏平台的场景环境中添加游戏场景的3D道具实体等

3D全景实景网络游戏平台的场景中，会存在一些如虚拟3D建筑物、3D指示路标以及3D掩体物等3D道具实体。这些3D道具实体与球形全景实景显示外幕上的景象相映衬，能够丰富游戏场景并增强游戏的娱乐性。在3D游戏前台环境中添加3D道具实体的具体方法如下：

在服务器的3D实体资源管理单元104中预先将3D道具实体的属性信息进行存储，如3D道具实体在场景中的地理位置，3D道具实体的朝向角等信息。将利用3D建模工具(如Maya或3Dmax等3D建模软件，本实施例采用Maya)建立好的3D道具实体的模型文件以.max、.ma或.smd等文件格式存储到3D实体资源管理单元104中，得到3D实体的原始数据。这些原始数据包括3D实体模型在空间中的点和线的位置，以及表面贴图数据；最后利用3D图形程序接口在3D全景实景网络游戏场景中绘制3D道具实体，实现用户在真实的游戏场景下能够与虚拟的3D道具实体以及其他用户实体进行交互游戏。

以上实施例仅供说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变形，因此所有等同变形的技术方案也应该属于本发明权利要求保护的范畴之内。