引言

三维场景提供全面直观的视觉信息，在数字孪生[1]、虚拟现实[2]、游戏开发[3]、技能训练[4]等众多领域都发挥着重要作用。出色的三维展示效果能有效提升用户体验，但这需要高质量的三维场景设计工作。三维场景的设计工作涉及三维设计和程序设计两个领域，涵盖的知识范围广、门槛高。此外，三维场景设计工作细节较多，并且开发过程中需要持续进行修改和迭代，工作内容重复繁琐是常见问题。为了简化开发流程、减少工作负担，可视化工具被引入到越来越多的三维场景开发产品中。

可视化工具使开发人员能够以图形化方式进行设计，利用其直观、模块化的优势，简化设计开发工作，降低学习曲线，并有助于二次迭代、交流合作等工作开展。Unity3D是目前代表性面向游戏的三维引擎，具备强大且泛用的三维场景开发功能。作为Unity3D产品下最受欢迎的开发工具之一，PlayMaker被众多成功开发案例所使用，而其核心功能即是提供可视化编程的开发方式。Autodesk Fusion 360是一款面向工程设计的三维模拟软件，José教授团队发现该软件的教学内容实施难度高，于是使用Autodesk Inventor软件，向架构中加入可视化任务构建的方案，从而改善了问题[5]。此外，Autodesk公司的Dynamo、虚幻引擎中BluePrint工具等都是面向三维场景开发的可视化编程工具且受到好评。

根据产品所面向用户群体的区别，三维场景设计工作相关的可视化工具呈现出不同的特点。以Dynamo为代表的可视化工具面向设计师群体，以快速构建、批量处理三维模型为目标。这类工具适合静态三维场景开发，却很少涉及三维场景中的动态内容。而面向程序设计的可视化工具，如PlayMaker、BluePrint等，在简化程序开发的同时可进行动态设计。但这类工具需要用户输入程序逻辑，存在学习门槛，设计师无法使用。在现有工具帮助下，设计师仍很难触及有关程序设计的三维场景动态设计部分。

因此，本文设计实现了一个面向三维场景的可视化工具软件，关注动态设计，并能简化开发逻辑，降低门槛。借助该工具，用户可按需编辑操作内容和执行逻辑。软件实现了对用户输入的准确执行，提供了通俗逻辑到程序逻辑的映射。所有操作都以模块化的形式呈现以供组装并实现基本的程序逻辑，即通过可视化编程的方式对三维场景进行设计。

优质的视觉效果是三维场景设计工作的目标，但现实中受限于网络、硬件等物理条件，且三维应用需求大量的运算资源，最终视觉效果容易出现卡顿问题。在关键信息延迟过大时，三维应用效果更差。因此本文设计了关键信息优先处理策略。在信息的重要程度判断方面，本文纳入生物学因素，考虑动态注意力理论，即强调动态元素（如运动物体）对注意力的吸引。Wooley基于眼动追踪技术探讨了动态内容如何影响视频广告中的视觉注意力[6]，结果表明动态内容（如运动物体）确实能够显著影响观众的视觉注意力。除了动态内容，环境切换和视角改变等变化都能很大程度影响视觉效果，同样为重要操作。软件中的多操作控制模块属于实时任务调度范畴，将在此加入调度算法，以重要任务优先处理，缩短视觉延迟为目标。

实时任务调度算法的目标是根据特定的需求、约束，在给定若干实时任务时确定执行顺序。任务价值是调度的重要特征，价值导向是提高灵活度，改善效率的重要方向。价值最高最优先算法、价值密度最大最优先（Highest Value Density First, HVDF）算法等价值导向的调度算法通过不同方式依据价值大小对任务顺序进行控制[7]。但李龙提到现有价值优先调度算法中模型均为独立任务集，过于理想化[8]，并未考虑任务之间的依赖关系和执行难度等，且会导致被抢占任务延迟过高。除价值导向外，时间导向算法也常被用于保障各个任务的执行延迟。经典最早截止期优先算法以截止期作为关键参数，最小富余时间优先调度算法（Least Slack First, LSF）在预估任务执行时间后，按延迟时间不断提高优先级[9-10]。但这类算法并未考虑任务价值。在价值、影响力等优先级导向的算法中加入时间参数是一种更为综合且平衡的考虑，可以改善低优先级任务处理消极的问题[11]。为进一步完善三维场景编辑工具，本文提出了结合任务价值、影响力以及紧迫度三种要素的动态任务调度算法。算法关注视觉效果影响大的高价值任务，同时综合考虑了调度灵活度和低优先级任务延迟等问题，最终构建评价函数实现优先级调度。

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作者信息：

席柏意，王斌，高鸿儒，焦冬冬

（华北计算机系统工程研究所，北京 100083）