（園林植物與觀賞園藝專業(yè)論文）基于VRML的蝴蝶蘭虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)的建立.pdf

求農(nóng)：引琉f l 。lj j 缸論文 擱要 基于v r m l 的蝴蝶蘭虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)的建立 摘要 虛擬植物( a lp l a nl s ) 是以虛擬現(xiàn)實( v ir l i l 1r e a l i lv ) 技術(shù)為依托，利用汁 算機模擬植物在三維空間中的生長發(fā)百狀況的一項新技術(shù)。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)與互聯(lián) 網(wǎng)技術(shù)的逐漸結(jié)合，從小型的的虛扣產(chǎn)品到大型的虛擬建筑園區(qū)郝在網(wǎng)上得到了很好 的展示和應用，也促進了相關行業(yè)的實際發(fā)展。盡管人們對網(wǎng)絡虛擬植物也有同樣的 渴求，虛擬植物技術(shù)卻并未因此在互聯(lián)網(wǎng)上得到很好的發(fā)展。 本文選擇蝴蝶蘭為研究對象，選用v r m i 這種基于網(wǎng)絡的虛擬現(xiàn)實技術(shù)對蝴蝶蘭的 生長發(fā)育及栽培養(yǎng)護等過程進行表達研究，以求豐富網(wǎng)絡三維世界中的虛擬植物資源， 同時為網(wǎng)絡教學和課堂教學開拓一個新的視點。 本文首先使用v 川i ，的多個造型節(jié)點對蝴蝶蘭植株的各個部分進行了三維建模，并 與使用3 d 洲a x 創(chuàng)建蝴蝶蘭模型、生成的文件量及模型的后瑚應用問題進行了比較與說 明，而且針對v i 【的植物建模進行了規(guī)律性的總結(jié)；模型完成后分別介紹了使用 v l 的外觀節(jié)點和材質(zhì)編輯器設置材質(zhì)和帖圖的方法；在生長動畫的添加工作中，使 用了v r 、1 l 中的動畫控和j 節(jié)點將蝴蝶蘭從小苗到開花結(jié)束的全過程以動畫的形式表達 了出來：本文還分別構(gòu)建了蝴蝶蘭生長發(fā)育、授粉與結(jié)果、花卉組合以及栽培養(yǎng)護要 點共四個虛擬場景，并在各個場景十添加了動畫和設置了交互控制，同時還設置了各 場景間的相互鏈接，以便于場景問的跳轉(zhuǎn)：在蝴蝶蘭6 整個虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)建完成后， 本文根據(jù)網(wǎng)上傳播的嵩要設計并制作了虛擬蝴蝶蘭演示網(wǎng)站，并把創(chuàng)建的虛擬場景嵌 入到網(wǎng)頁中，經(jīng)多次測試與調(diào)整之后進行了網(wǎng)站的發(fā)布。最后，對研究結(jié)論和本文創(chuàng) ：昕點進行了總結(jié)，并對以后的研究工作進行了展型。 關鍵詞：虛擬植物、虛擬現(xiàn)實、互聯(lián)網(wǎng)、v r m l 、蝴蝶蘭，虛擬再現(xiàn)系統(tǒng) 墨【! ! _ ! 壘：蘭莖塑生型! 堡：蘭 壘墜! ! 竺! s t u d i e so nt h ep h a l a e n o p s i sv i r t u a lr e - b u i l d i n g s y s t e mb a s e d o nv l ：u l a b s t r a c t v j r l u a lp l a n l sl e c h n o l o g yi so n ei y p ：o fv i n l l a lr e a t yl e c h n o l o g i e s 1 ii si in e wi c c h n o l 【) g yw h i c h s i r n u l a i c sp i a n i s g r o w i hc o n d i l i o nj nal h r e e - ( i i n l e n s 沁n a i ( 3 d ) s p a c ew 兒hc o m p u i e r a l o n gw l i hl h eg r a d u a l l y j n i e g r a 【i o no fv m u a l r c a l i l yt c c h n o i o g ya n dl n l e r n e l i e c h n o l o g y ，i t ) i so rv u a iob j e c 【s f r o ms m a l lp r o d u c i s l ol a r g e - s c a i ec o n 吼r u c l i o nz o n 幅，w c r cd 1 5 p i a y e do n i i n e ，w h l c hp r o m 【) i c ii h ed c v e i o p m e n lo fr c l a l e d i n d us i r i ：s p r a c l i c a l l y v i r l u a lp l a n 【s 【c c h n o l o g yi ni h ei n l e r n e l h a sn o l l c c nw e l ld e v e l o i ) c di ns p i i eo f i h e s a m ec a r n e s i l ys c c k i n gf o rv i r l u a lp i a n bo n l i n cb ? p c o p l e l nor 【i e oc nr i c hl h ev jr t u a ip l a n hr c s o u r c e so fi n i er n e 【3 dw o d ，a n di od c v e i o pan c wv l e w p o i n tf o r n e l w u i kl e 。l c h j n gd n dc i a s s r o o mi n s 盯u c 【j o n ，1 1 1 j sp a f c rc h o s cp h a i a e n o p s i sf o rv u a ls l u ( 1 y w i i hv r m i ， w h i c hl so n ew e l h a s c dv i n u a ir c a l i i yi c c h n o l o g y ，l h cp a p e rs i m u l ；i f e il h cg r o w 【h ，d c v c p m c n 【a n d c i i l l i v a 【i o np r o c e s s c sn fp h a i a c n o p s i s f i 吲i y u s i n gm a n y 訂v r m ls h 3p t = n o j c s ，i h i sp a i ) c rn l a d ei h e3 dm o ( i c l so fp h a i a e “【1 p s nc a c hp a 幾 a n dm a d eac o m p a r i s n ) f 【h em o d e l l i n gm u h o d s ，m o d e l sd o c u m e n l s ，l n d 【h el a t e ru s cc o n d i t i o no fi h e m o d c kb c l w c e nv r ml a n d3 d s m a x ，a n di h e n ，c a r r j e do nl h er c g u i a rs u m n l a r i c so fv r m lp l a n i s n l o d e l i n g ；a f i e fc o m p i c i e di h cm o d c l s i h 酞p a p c ri n i r o d u c e d l h ee s l a b i i s h m e n tm e l h o d so f3 p p c a r a n c e n l a i e r i ；l la n ( im a p ss 。p a r a i c i yw i l hv r m l p p c ar a n c en o d ca n dv r m lm a 【e a l e i i l o r ；w i l hi h ca n i m a i i o n c o n l r o ln o i e so fv r ml ，i h i p a 畔rs i m u i a i c i l h cc n l i r cg r o w l hp r o c e s so fp h 北i e n o p “sf r o mai i i 【i cs c c dj j n g i oaf u l l yn o w e f e da d u i 【p l a n t ；t h 沁p a p c ra m a d cf o u rv ir l u a i3 ds c e n c s ：p ；i e n o p 娥g r o w i h ，p l 】i n a i j o n a n df r u i in o w e r sc o m b i n a i i o n ，d sw c l la si h cs c e n co fc u l l i v a i i o nn l e l h o l s i m i o na n dc o n i r 0 jn 【h o d s w er ca d d e di ne a c hs c e n c a n di i r 止sw e r ce 引：i b “s h e db ec w e c ne v er y1 w oo fl h es c e n c si no r d e j u m pf r o m ( ) n c a n o i h c rc o n v e n l e n i l y ；a n e rl h ev lr l u a lr e _ b u i l d i n gs y s l c mw a sc m p l c l e d ，l h i sp a p e rm a d eav ir l uj l l p h a i a c n o d s i sd e m o n s c r a “o nw e b “l(fā) cb a s c do nl h co n l i n ec o m m u n i c 蛐o nn c e 【i s ，a n dn l a d ei h ev i r i u a ls c e n e s c m b c d d e dl ni h ew e bp a g e s a n e h cw c l ) s i i ew er ci c s 【e da n da d j u s l e dm a n yi i m e s ，i 【w a sp u b l l s h c d f j n a l l y ， l h 。p a p e rm a d ec o n c l u s l o n sa n das e l 卜c v a l u a i i o n 訂i h cw h o i ew o f k a n dm a d eo u i i o o k so fi h cl a i c r r c s c a r c h k e yw o r d s ：v ir l u a lp l a n l s ，v ir l u a lr e a l j iy i n i e r n c i ，v r m l ，p h a i a e l l o p s i s v j r l u a ir e - b u i l d i n gs y s 【c m 萊k ，院順f j 學何淪文 川鬲 日u舌 計算機投術(shù)的r 新廠| 異把我們帶入了一個信息的時代，并為創(chuàng)建虛擬世界提供了技 術(shù)卜的可能。虛擬現(xiàn)實技術(shù)( v i n u a lr c a l i t y ) l f 是n 這個時代發(fā)腱起來的一項高新科技。 虛擬植物f v m u a lp l a n l s ) 足虛擬現(xiàn)實技術(shù)與植物領域相結(jié)合的產(chǎn)物，在重視環(huán)境、同! j 二l 閂 然的今天，虛擬植物技術(shù)的計究和應用l i ：在受到越米越多的關注。 1 問題的提出 虛擬現(xiàn)實技術(shù)( v j r n ir e a i i l y 簡稱v r ) ，又稱為靈境技術(shù)，是一項綜合集成技術(shù)， 涉及訓算豐j 【圖形學、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人一i i 智能等領域。它是用計算機產(chǎn)生一 個i 維立體空問，剛戶可以完全胃身于這個虛擬世界巾，也可以和虛擬山：界。i - ，的物體進 行交。隨著仨i 息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領域的深入應仟j ，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也逐漸和植物的研究結(jié) 合起來，研究： 作也改過去的傳統(tǒng)方式從大 h 、溫室的觀測、統(tǒng)計和人： 處型數(shù)據(jù) 發(fā)展成為利用現(xiàn)代化科技手段獲取數(shù)據(jù)、用計算機進行數(shù)理統(tǒng)計、模式識別等力法，提 取植物形態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)則，乃至應用可視化技術(shù)往計算機上艾i 見虛擬植物m l 。， 成擬植物( v i r t u a ip l a l l l s ) 就是利用訓算機模擬植物在i 維空刪中的生長發(fā)行狀況。其 士要特征足以植物個體或群體為研究對琢，以怕物的形念結(jié)構(gòu)為研究重點，建立= 維模 型，以_ j 視化的方式反映植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)規(guī)律1 4 5 l 。虛擬值物技術(shù)是研究植物生命現(xiàn)緣的 一個很重要的方法和手段具何解釋現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預測未知等功能。 植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生長發(fā)育郡很復雜，不僅受遺傳f 型子的控制，而h & 各種壞境條 件和隨機兇崇的影響卜，植物的生長會隨時m 和空問望觀隨機性、非線性和突變性i “， 【到此要實現(xiàn)網(wǎng)i ：的動態(tài)虛擬植物仍然存在許多障礙。幾前，網(wǎng)上植物知識的傳播還足以 文字耵1 圖片的形，為主，以。維動i f m 形式：u 現(xiàn)的【1 3 l 不足很多，而三維的州交n i 式動態(tài)虛 擬植物更加少見。 蝴蝶蘭( p h a l a c n o p s i s ) 作為近年柬悄然興起的一種年銷花深受人們喜愛但因原產(chǎn)：丁 亞洲的熱帶阿林地區(qū)，h 塵長發(fā)育和栽培過程多數(shù)人f i 是太了解，在栽培養(yǎng)護過程- ，也 就會遇到許多意想不至i j 的問題”。蝴蝶蘭的k 產(chǎn)栽培者及家庭養(yǎng)護者只有j 解蝴蝶蘭 的i ! 活習性并學會其栽培養(yǎng)護方法，才能為養(yǎng)好蝴蝶蘭打下旗礎。 兇此，本文以單株螂j 蝶蘭為研究劉織提 了建立其虛擬再現(xiàn)系統(tǒng)這。課題，意在通 過適當?shù)奶摂M現(xiàn)實技術(shù)征三維的虛擬廿f 。界。m 、j 蝴蝶蘭的：七長發(fā)育及奠栽培養(yǎng)護個過科 進行表達，并將其掛到h 聯(lián)網(wǎng)l j 運行，使用戶通過這一系統(tǒng)能方便直接地進 r 觀看和學 習，也可以作為甲機版的資料進行學爿，或者作為諜什輔助丁課鼗教學。 前； 2 課題的研究背景現(xiàn)狀和意義 2 1 虛擬植物研究背景與現(xiàn)狀 虛擬植物技術(shù)是h 晌i 物學、農(nóng)學、，i ! 態(tài)學、數(shù)學、汁算機圖形學等諸多學考 交叉麗 迅速發(fā)展起來的一項技術(shù)，h ；神農(nóng)、j k 科研方血的應用已有3 0 多年的歷史，l 斫日逐漸成 為虛擬現(xiàn)實技術(shù)巾的f i f 究熱點之一1 1 3 】。 ( 1 ) 植物模擬模型的研究 虛擬植物披術(shù)的硼f 究力m 大體分為植物生理7 l ：念過程的模擬和植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的模 擬，其一- f ，以虛擬作物生】i l ! 牛態(tài)模型的研究丌始的較早。 1 9 6 5 印至1 9 7 0 年為作物模擬的丌創(chuàng)州期。d u n c a n 等人于1 9 6 7 年發(fā)表了玉米葉 積與葉j i 角度劉群體圯合作_ ：| 影響的模憶d cw i l 研制出第一個作物計算機模刈 e l c r o s 。他俐的 創(chuàng)性工作存h 際上產(chǎn)：lj 深遠影響，掀起了算機作物模擬的浪潮 。2 0i i l 紀7 f ) q ：代n - 物模擬存r 皮年n 濃餿上州時發(fā)展。方而，美、衙、蜒、演、 n 等幽家已i i j f ：圳成1 0 多種作物f 如棉花、小友、馬鈴薯、大豆、菜、| l 葵等) 的_ f ：c ! 擬 中萸型：*方【f i l ，列一此皿要作物生i 隊朽! j 量化研究_ ) i 日趨深入，如t h o r n l e v 關j - 作 物呼吸過秤模擬的m 究，c h a n i c r j 二1 9 7 6 ：r 天r 生氏曲線的概括竹 t ，8 ( ) 年代則是作 物模擬向綜合化與應川化方陽發(fā)展的時劃， 墮要標忠是c e r 卜s ( c m p e n v i r o n m e l l i a l r e s o u r c es v n l h e s i s l 的研制成功，c e r e s 系統(tǒng)覆蓋了上米、水平舀、小麥、高粱等多種作 物，不儀能模擬怍物的生理生長過程，還能模擬：卜壤養(yǎng)分半衡和水分f ，衡。芙【| 研制的 較為成功的作物，i i k 模型還有s i m c o t 模型，c ( ) s s y m c o m a x 模型和s l c m 模。叫等， s i m c o t “j 以莊不州的7c 候、l 壤、播j j j 條什卜模擬棉花地l 部備器官的發(fā)生發(fā)展，并 與專家系統(tǒng)棚結(jié)合船肋j j 戶制定棉竹理措施。荷；? 存作物生k 模擬方的研究也十 分活躍。n ：6 0 8 0 年代，w a g c a j n g e n 大學的科學緣先后研制 n 了e l c r o s 、s u c r o s 、 a c r o s 、m a c r o s 等模型l ”1 。我因的作物模擬研究肝始r2 ( ) t 名l8 0 年代初期，升 n 得刮r 快速發(fā)腱，水稻栽培計算扒優(yōu)化決鑲系統(tǒng)( r c s o d s ) 、棉花牛產(chǎn)決策系統(tǒng) ( d e c o c a ) 、小友巾j 。管理算機輔助決策系統(tǒng)( d s s w p m ) 等， ；| 繼成功并鈕一。定地區(qū) 得到j 虹用j 。 與植物生恥生態(tài)過程的模擬j f i _ f 【匕，值物形態(tài)結(jié)構(gòu)的模擬起步較晚。2 0f 忖：紀7 ( ) 年代， b b m a n d c l b r o t 提出r “分肜方法”，這是一種純斛形學的虛擬植物建模方 ：，可以j = = | 糶 硼f 究 j 然抖中具有fj 干h 似上i 沒響特征k 皮的形狀和現(xiàn)緣，它可以通過定義各級枝條的偏 轉(zhuǎn)角度、錐度、螺旋狀掃i 曲以及子f 和時十之間的比例j t 度很好地捕述出樹木的分枝結(jié) 構(gòu)：1 9 8 5 年，w 1 1 l 陽n s 和h u l c h i n s o n 以分形力法為堆礎j r 創(chuàng)r 迭代函數(shù)系統(tǒng)，i ! l j1 f s 系 泉農(nóng)學院碩斗。、? 忙論義 前育 統(tǒng)f i i e r a l e df u n c l i o ns v m e i n ) ，并且用i f s 系統(tǒng)t i i 成了j ： 自極強自相似特征疑類植物 片：1 9 8 3 年i t c c v c s 提出j 適合描述火、云、水、森林、草原等復雜自然景物的粒子系 統(tǒng)，能夠允分體現(xiàn)不規(guī)則模型的動態(tài)忖和隨機性，捕長描述隨時川變化的物體對琢。 1 9 6 8 年生物學家林德梅( l i n d e n m a v e r ) 提出了l 一系統(tǒng)( l 廣s y s l c m ) ，規(guī)定了植物形態(tài) 模擬的一般框架。l 系統(tǒng)的小質(zhì)足個重寫系統(tǒng)，它通過對自然界。p 植物塵k 過程的研 究，進行抽象和概括，構(gòu)造一條公理和幾條廣：生- 弋，通過對公埋應用產(chǎn)生式進行有限迭 代之后，對產(chǎn)生的字符串進行j l 何奄4 1 釋。從而生成非常復雜的圖形。l 系統(tǒng)適合于描述 分形現(xiàn)象，也適合捌i 述_ f i ! 【物的形態(tài)結(jié)構(gòu)。后來在p r u s j n k i c w i c z 管人的發(fā)展卜，l 系統(tǒng)得 到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)rd o l - 系統(tǒng)、d i l 系統(tǒng)、d 2l - 系統(tǒng)、隨機l 系統(tǒng)、參數(shù)l 一系統(tǒng)和 0 p e nl 系統(tǒng)，使l 系統(tǒng)成為植物l 長建模的主要力濁之一阻2 ”。l 系統(tǒng)雖然應用廣泛， 橢述具有j 叫各分形結(jié)構(gòu)的物體非常精練，但是這種用字符書表達的形式語言在，“生式中 將植物的j l 何坌古構(gòu)信息和拓撲結(jié)構(gòu)信息例州捕述，因此理解和使用都比較困難。特別是 描述植物的生長過程時，顯得非常繁瑣。 圖ll 系統(tǒng)分形原理模擬的植物 f i g 1p i a n t sm t ，d c i sm a d eb yl s y s l e m 此外，莢困的c l a u s n j t z e r 年h o d n l a n s 利用有限元的方法進行了二維恨的生長和瞬 n 十二e 壤水流的模擬建 _ 5 | | ，j f 編程實現(xiàn)了其模型；法國農(nóng)、i i ，發(fā)展幽際合作。p 心( c l r a d ) 研 究出的a m a p ( a d v a n c c dm o d c i i n g o f a r ch i i e c l u t e f p l a n l ) 模，足一種模擬植物! | 三長的典 型隨機過程方法，通過對植物的結(jié)構(gòu)進行觀測、研究，獲得對其形態(tài)與結(jié)構(gòu)的定性理解 和認以，再測定植物形態(tài)的定髓數(shù)j l i ：，m 此構(gòu)建植物的幾十模刑，并制作坫丁此模型的 參數(shù)表，最后布：汁算機 ：，+ 成植物的氍i 形。a m a p 系統(tǒng)己成功地徂：訓算機上構(gòu)矬了多個 種類的植物。為了獲取真。爻植物的特征數(shù)掘，必須測定植物結(jié)構(gòu)，模型為此引入了，+ 長 犖元、節(jié)間和t 卜k j 不的概念【2 2 ”。a m a p n l o d 根掬：采集的數(shù)掂年l 玎問觀察建立梭型，始 前言 個過秸! 為：列f i ! c 物進行觀察一- i 挫行編剛一j 髟成彩繳樹一：i 找規(guī)則一迎立擻型。 a m a 繇灑別是螯卡a 鹺a l ，m f 汨之上，斛箋予寢貔靜橫： ：i 。 隨著植物虛擬技術(shù)在q 羽坩i 悉和形態(tài)結(jié)構(gòu)兩個方向上的發(fā)展，一齊也，l ：始有悃融合 豹趨勢。強蓊將海蠢羹- 行考慮麴羧鱉露不多琵。佟為梭羧轅穆彤態(tài)結(jié)構(gòu)鶼l ，系絞也囂 貽考慮! 匕理生念過程，= i = 已取得定成效：c l r a d 根據(jù)一已的建模思想，也設計 = j 綜 會 落態(tài)l 黎1 理的瀅綴饞物，弗散了褶痊靜驗剮2 8 y 捌。 ( 2 ) 使用常用建模軟中| 虛擬植物 舀髓常用秘3 d s m a x 、醅懿a 等j 維動嘲軟件落及+ 垡淺秀鮑撩物驥犁插 警幫h f 以建造出十分遺：真的植物模型平動i 國l ，將_ j ；l ；1 了適當?shù)奶摂M樅實技術(shù)相結(jié)合比可以刈植物 的形態(tài)結(jié)鞠及芟宏豌卜辯動態(tài)生長送行筷羧。 從3 d s m a x 6 o 玎始r 帶了i 維植物的模刑用戶一叮以直接佗川，也i v 以通過修改 葵株贏、彼條數(shù)、分棱角浚等參數(shù)徭列小溺形狀的摟壁，邑還t 唾隧結(jié)會擘罄疆鎊談燮銹 件制作出更為追虹的二維 直物：m a y a 內(nèi)砧宵一個很好的植物慢耍9 數(shù)掘庫，并釘徽姒的 時實渲繁功能，逡巾裝一爭| l 筏物骺點擊l i 俸器蘸魏可以犖椿萃孛懿，迓可以穗動鼠櫟耱滋 t 人片此類植物，這位創(chuàng)建托澤蚪目j 植物造林方i 矗i 有很人n ，j 川處：x h o g 是 個川束創(chuàng) 建存靜l 安蜘彭 結(jié)搦的3 d 較籜，其一 ：要針對辯、花朵，澎本叢等島霧l 迭 臻系蘩穩(wěn)及醺 念奇圭j l 體進行建模及動m 的創(chuàng)作，是。個川以方便地表現(xiàn)機物生長的軟件。它足個獨 曉附軟作，并且?guī)в衜 a x 的接n 。其m a v a 6 o 的版本是g r t 卜n w o r k s 黼r o g 伊。”。 圈i 23 d s m a x 創(chuàng)建的撞物 圖l ，3m a l 阻倒建的植犍辯 f j l 羞2p i a n tm o d e im a d eb y3 1 ) s m a x f i g 3p l a n tm d e i sm a d eb ym a y a 這璧= 維較饞到建的縐狻袋裂酃具囊綴火的數(shù)攝最，輸出約橫型文 牛庭落通魍跨夔 機- | 二就卟能很好地瀏覽。m 月動堿和交互的設霄也有困難。此，丌j 這種方法進行虛擬 轅物靜疆究甄蠶精確l 奪經(jīng)漭，邋瑟勢沒蠢褥到綴好瓣施捌。 糶水j 皖順：r ；：付| 史 開 ( 3 ) 虛擬現(xiàn)實矬模語言( v r m l ) 與虛擬植物 v r m u v l lr c - l l ym 0 d c l i “gi m “g u a g c ) 是一利一虛擬現(xiàn)實建校譜c 0 也是：f t l 劂頁 語言，刪米拙述一個三維的目標對象是如何生現(xiàn)在w e b 頁而上的。它是一利哆e 文本的 編羈! 語吉，j 以通j 生臺造型節(jié)點中設筒點的方式創(chuàng)矬出j 維的兒何造型j f ：善十砹胃動 砸和交一：控制，其最大的特點還是能夠和h t m l 語言一樣 = = i 瀏覽器束解釋執(zhí)行它所描 述的3 d 環(huán)境羊u 日杯的布局。 同創(chuàng)建其它幾何造型一樣，在v r m l 晤吉中砹簧不l 刊數(shù)曼。的點可以創(chuàng)建出精細度 不同的植物造型，并通過路由和開放式的s c r i d l 外接口設訓出生動的動廁和交互。在 v r m l 的專川瀏覽器之一c o r l o n a 瀏覽囂h 籃安裝后的初始場撼中就足一朵徐徐綻 放的攻瑰?？梢妚 r m l 語言的本意足可以在植物虛擬方面有所作為的。 圖4c o r l o n a 瀏覽器初始場景盛開的玫瑰 f i g 4b i o o m i n gr o s e ；ni n ；t a lc o r t o n ab m w s c r 盡管如此，川v r m l 編程的方式創(chuàng)建植物模型的例子仍不多見。雎i 外刪站上一l 獲 得的這方面的資料并1 i 多，而困內(nèi) 6 4 站上也幾f 見4 i 到這方【a j 資料的發(fā)和。幽內(nèi)的二l ：吳 鵬等人存v r m l 實i 見基于遙感信息的植物仿鲺系統(tǒng)一文中簡單介糾了利川v r m l 語高中的e x l r u s i o n 造型竹點創(chuàng)建上米叫片模型的過稃，上并未列j ! i ；進行洋細晚 ! 和 r 展應用1 3 4 3 州。 2 2 研究意義 虛擬 _ i ! f 物技術(shù)的 l5 現(xiàn)是一個全新的現(xiàn)代農(nóng)、j t 塒傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的挑戰(zhàn)，奠意義在j 。虛擬植 物技術(shù)在省時、省力、省資源的叢礎上做到r 對植物體從宏觀劍微觀的史縱深的研究， 以及對植物知以的迎泛的傳播和應川。本文所進行的石卅究課題也l f 是秉樂r 虛擬植物 技術(shù)的這優(yōu)點，并且從不同的角度以不州的程f ! ：! ：將這一優(yōu)點進行了體現(xiàn)和發(fā)揚。具體 有以下幾_ ，i ： ( 1 ) 濃縮了植物的牛k 劇期，使植物的整個l 二長動態(tài)日了然。 菜。代t | = _ 訕卯l 化淪文川l 午1 1 f 物的生k 刁i 1 州j j 機械的制造，它必頸繹過足夠的叫m i 適當?shù)腻?、水、肥管j _ ! | ! ， j 能從一 t 利，子成長為一個健壯的柄株，然后再孕育f 一代。即便足當今的科、待劍了 長足的發(fā)展，人f 使用溫室栽培、棒芽、掛花、崔熟等= f 段，也只能將原漿生長期為一 年的f p l 物變?yōu)閜 u 零收扶， 為j 解決赴較氟叫間內(nèi)能觀看到盡量多的植物t 卜長的：狀態(tài)這一題，人們在拍攝植 物生長的過程巾發(fā)明了“定格拍攝”的方法，拍攝到的植物影像資料綈過后期的剪輯， 就可以將植物扯，l 天內(nèi)的! l 長狀況濃縮存。個很短的鏡頭t 曠”】。但是塒 直物從種二f 到 種于的整個g i 命周期，這種拍攝方法所使j n 時州的漫長就譴人們無法接受r 。虛擬梢物 技術(shù)這種汁： 1 7 ：機“j 視化農(nóng)業(yè)二f 段的產(chǎn)。二使設計者可以將植物的糕個塵k 蝴期濃縮在慰 要的仃童叫川內(nèi)，m 每個生k 階段都能消晰地表達出來，使人同r 然。 小文邵 究的虛擬蝴蝶、? 的，r k 發(fā)育就是將蟲6 | j 蝶蘭從小m 繹j ：= i 抽苔、i i 見莆、直到花朵 的完爭丌放的整個過桴縮短存。分鐘之內(nèi)，使人在較短的州川內(nèi)鐵得對蝴蝶蘭植株襤個 ! i - k 過科的媾性認u 。 f 2 ) 變平面植物為立體植物使植物的形態(tài)更生動逼真。 仡二維的植物模型出璣以響，以梢! 沏為刈象進行的訓究那是半麗的，存沒自吱戰(zhàn)的 情況l j 人們只能通過課本、插圖結(jié)合自己的想象力米埋解所學的植物，：i i u ，等到實踐 時仍1 i 能將所學致_ 】所用：網(wǎng)絡；卜j 代肝始后，人量的文字信息和圖片、影片存網(wǎng)上得到 了共事，他人們l 】j 以對所需植物，i l ju 自更多的了解。們是圖片和影j l 仍然足二紲的資料， 不管拍攝占選取怎樣的角度挪不能真正完成植物4 ：三維審問內(nèi)的完紹銜拔：虛擬柏物技 術(shù)在植物形態(tài)結(jié)構(gòu)模擬1 的應用，實璣r 完整意義卜的奇體植物，只要選擇了合適的設 汁軟件用卜了足夠的州心就可以設計創(chuàng)建m 逼真的三維植物。 木義使 lv r m l 編程話苦和3 d s m a x 鄙創(chuàng)建出r 三維的蝌i 蝶蘭，j mjv r m l 編 輯l i j 了鯽! 蝶蘭在一維啦擬空問中的動態(tài)生長、授粉、結(jié)糶等動畫，通過融虛擬場景中拖 到j 鼠棲、uj 以倉，j 位地f 細脫察填構(gòu)造細節(jié)，譙其g i 長發(fā)奇的t 山態(tài)過秤中同 ￥可以進行觀 察研究。 ( 3 ) 突破植物牛長的不l l r 逆性和不可控性，使之更加人性化。 眾所用知，。切， ：物的小長過程都足4 i i j 逆的，植物也是如此。住現(xiàn)實的植物，i i k 過程中，n i 然“r 以通過溫、水、肥的管罔! 刈其生長狀況進行改變，：k 遠f i 可能人為地 將其乍臣定格或各位兌巫新丌始生長。這樣，人們在想要觀察研究植物的菜個l 長狀態(tài) 時就只能選擇往j s 塌：一致的外界條件i - 進行：仙條件是州刻改變的，植物的：狀態(tài)也是州 刻小同的，這就造成了實驗的誤差，t 至實驗紿糶的不司重復性。通過虛擬植物技術(shù)， 我們可以模擬植物在不同條件下的狀態(tài)，也j 以他用特疋手段將比生k 過榭改甜為可逆 萊hl ：k 亨院f 碩。h 學位論文 神】口】 拿。 _ 奉義? 塵用v r m l 中的路山發(fā)潯、事件體系和接f 1 披術(shù)列蝴蝶蘭的動態(tài)生k 砹胃了 多處交互，通過點擊按鈕、移動敞標等搽作方法“j 以計其_ ik 和投粉過程隨吲丌始、停 j i 和照新丌始，也可以隨時改變其花朵的顏色。交衛(wèi)拎制的添加使植物的虛擬更j 1 人性 化。 ( 4 ) 變豐l ! i 燥的植物栽培養(yǎng)護知識為生動有趣的視聽享受。 從書本獲得間接的栽培養(yǎng)護知識并不代表剝植物的栽培養(yǎng)護方法有了很好的恥解 和接受，更不代表能對它進行很好的運用。存豐i ! 【物知識的學習過朽 ，豐占燥的義字說明 年n 小夠洋細的圖片解釋不能使學習桿得到很快的領f = 吾：，l 二傳播效果一卜，影像資料的應用 就會具有很大優(yōu)勢。但足影像資料的拍攝卻又以劉緣植物的存在為f j i 提，而且耍預防剝 象植物的染病、死亡等切意外事仲的發(fā)生，所以對鯫俏物：必須足同一種類的多株植物 舊例。一部影片下來，并不定是以h 一株植物為拍攝對象，這也造成r 栽培養(yǎng)i j ：過程 中管理方法的誤差：除此之外上，學習戕培養(yǎng)護知識域直接的方法就是實踐，人們只有 經(jīng)歷了植物整個生長用期的般培養(yǎng)護管理，爿能狀得完整的栽培養(yǎng)護紛驗，這也是最耗 州耗j 耗資源的種方法。 利用虛擬 = l ! f 物技術(shù)就可以攔脫時空的限制，i 要有一臺配罱合適的計算機，有合理 的數(shù)據(jù)，就”，以將植物的整個栽培養(yǎng)護嗵程做成虛擬動面的形式展示給學列者；還可以 添加+ 交蟲，汁學爿嵩親自動手操作練習。 奉史在蝴蝶蘭的栽培養(yǎng)護要點介寶f 部分使用了v r m l 和j a v a s c r i p t 相結(jié)合的技術(shù)， 將其栽培過程中的要點羊u 需要注意的n 0 題做成生動訂趣的z 力畫形式，同時配以文了介紹 和聲音解說，增加學習冉的興趣，并加深i = | j 緣，使整個學習過程變成 種輕松的視l ! j i _ 享 受。 ( 5 ) 為網(wǎng)絡傳播、課堂教學和社會科普丌拓一個新視點。 v r m l 語言足 利，拱r 網(wǎng)絡的建模浯言，在創(chuàng)建蜒r 刪絡的虛擬世界方面存以：1 i 可 否認的優(yōu)勢。返鑒十刪絡而j “生的虛擬現(xiàn)實披術(shù)同樣并f i 防6 s 其脫離網(wǎng)絡i f l l 存矗：，而 _ h 在其他方面n j 樣具有很大優(yōu)勢。 教學澡堂i p o w e f p o j l l t 的使玎j 也是近年j 在再：人尚校流行j f ：來的，很多教師在 p o w e r p o i n li ：插入人量的俐片和畫f 動l 米吸引學生的汴意力，增加學生學二j 興趣，這 也確實取得了很盤_ 的效果，但在與學生的互動性上仍然沒自很人成效；多媒體課件的使 f j 比p o w e r p o i n l 講稿史進j 一層，它除了叫以插入大量圖片，還t ，j 以插入影像文件，而 且可以設臀大量交且，似足不能捅入_ - 維f _ ；! 型，這也限制j 課堂教學的視型。 并不是所釘?shù)奶摂M現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的虛擬世界古1 f “r 以帶入課堂，但是v r m l 。這利，文 萊農(nóng)、i 院瓜l 中嗆) ( 本編稃函。j 所刨矬的虛擬眥界卻可以小爻使刖v r m l 編程i “高創(chuàng)矬的虛擬蚓蝶蘭的 牛長發(fā)育過程返一場景，山十場蟥。9 i 仃物體的模型都是使川v r m i ，文小訊高編輯而 成所以義r | 最搬小，總萸才自_ f 兒個k b ，加上其0 川瀏覽器拭件總0 不到2 個m b ， 一個很小的u 擻就可以帶走j 。 使用v r m i 。編程這種方法創(chuàng)建的虛擬場景，只需一臺般配置的f 皂臟i ，安裟上 v r m l 專用的瀏覽器，然后打j i ：場景文件就i i f 以觀看和擻作控制了，非常力便實刖。它 1 i 但可以創(chuàng)矬| j ；i | 上運行的虛擬世界，也_ j 以將其帶至漯堂或家中進 j ：觀看學爿，還_ j 以 刻成光盤，作為資糊保存和使川。這利t 簡便易用的虛擬現(xiàn)實技術(shù)：必將為網(wǎng)絡傳播、課堂 教學和社會科普展叫i 個令新的視野。 3 本文主要內(nèi)容與技術(shù)路線 3 1 主要內(nèi)容 首先，州本課題的選擇作j 閘述，硝兒詳細地介紹了課題的研究岢景、研究脫：隊和 研究意義，= 然后，對v r m l 的產(chǎn)卜、發(fā)展、語矗體系及其用的編輯器平瀏覽器進行了較為 系統(tǒng)的介紹| 兌明， 淪文i - 體 1 5 分分為建模、吼材質(zhì)、設置動畫和交f 、場累構(gòu)業(yè)、h j 建設和發(fā)巾n 個模塊：，i ：蝴蝶蘭的建模 ! f ；分，完今他j hv r m l 編樣爵言對虹捌童! ；5 蘭植株的各個部位進 行矬模，并j3 d s m a x 建模上掛行比較，i n j 時總結(jié)了使用v r m l 編程方式創(chuàng)建植物模型 的 些枷讓：賦材質(zhì)部分使川v r m l 的外觀節(jié)點及利質(zhì)編輯器塒蝴蝶蘭的材質(zhì)進行了 編輯設置：丌 v r m l 的動面i 控制節(jié)_ i 和幣制體系將蝴蝶蘭的塵k 發(fā)行設置成動畫并添 加交五拎制：介糾j 彰個虛擬場景的構(gòu)矬過程，分刖對場景中的z 力畫改置、聲音添羊u 交互控制逍r 洋細說叫：為了達到虛擬植物州上傳播的日的，小文規(guī)劃改計了懂擬蝴 蝶3 7 網(wǎng)站并x f 凡i i 叫發(fā)和過程進行j 簡要說叫二 最后，總結(jié)本文的研究結(jié)論，提本更的創(chuàng)新點，灃指f “需迸一步l 嗖進的地力，刈 以后的研究 i 。作做l 展望! 。 3 2 技術(shù)路線 根掘本文所做內(nèi)容，毆計技術(shù)路線圖如卜： 柴| 5 | ! | 農(nóng)學院碩十學付論文 圖5 本文技術(shù)路線圖 f g 5r 0 u t ec h a r to fi h 語p a p e r v r m l 技術(shù)簡介 v r m l 技術(shù)簡介 虛擬班實技術(shù)閂2 ( ) f i ! ：紀6 0 年f 誕生以來，爺2 0 紀木已發(fā)展成為集理論、技術(shù)、 犍備丁一體的新的信息研究領域。v r m i 。即為在這發(fā)聰過槲中脫穎而出，并已被廠泛 應j f j 的虛擬現(xiàn)實語言。 v r m i ，小完全等同于虛擬現(xiàn)實，但將對席擬現(xiàn)實披術(shù)j “生重要影l(fā) 響。典型的虛擬規(guī) 實意味新川。借助復雜設備( 如數(shù)據(jù)手套等) 進入虛擬j 不境，獲得沉浸式體驗，州：1 j 研：境 進jj ：交j 72 。而v r m l ! j ! i j 作為、v c b 上種拙述虛擬環(huán)境的j ；! ，佻磐育獨立存在，它j 設備 尢關、丑然v r m l 所構(gòu)造的成擬環(huán)境j 巫相對簡單，類似j 嗅弦、味覺以及表【f u 變形、 表m f f 睫度等i e 嬰虛擬特 ：【 ：還沒柯涉及劍，但豐勾造一個堪本的啦擬環(huán)境所需要的麒浯、i 。 凡及其實現(xiàn)已經(jīng)j f ：v r m l 2 ( ) t f t 得劃允分體現(xiàn)4 2 1 。 1v r m l 語言 1 1v r m l 語言的發(fā)展 v r m l 足以 1 9 9 4 f 的訛屆互聯(lián)網(wǎng)舊際會議f mm a r kp c s c c 提 l5 的。會“經(jīng)過k 期的多玖i 0 淪與研究于1 9 9 4 印的笫二界w 3 會議f 提卅j v r ml 1 0 豐，j 、準。1 9 9 6 年的 第= 次w 3 會( ；( 中v r m l 年j a v a 體第一次會阱，1 9 9 7 年制j v r m l 9 7 ，【l | l v r m l 2 0 標“l(fā) ：，并直延川下今m 。4 ”。 1 2v r m i 。文件體系 v r m l 的編軔語言艱小i 使用英義單洲，理解起柬比較容易。編丐v r m i ，文什也 很簡t 7 i ，只要遵j 其語法規(guī)定，斤jw i n d o w s 的記事本或仟何一個文本編輯 鄙可以編 輒。 v r m l 史竹士要包括v r m l 文件頭、造型、事件、蹄山、“件體系、腳本、原，州 等體系尢累。行小足所自v r m l 文件都包含以一i 二所有元素，f ! = l 每 個v r m i ，文件部必 須苗先聲叫v r m l 義什頭，t r j 就小能成為一個v r m i 。文件m 。4 8 1 。 ( 1 ) 文件類型 v r m l 文件是通丌1 殳什編輯系統(tǒng)或用v r m l 丌發(fā) ：j = _ 編輯的a s c i l 艾本格式 的場景描述性語言其文什類州擴展名為w r i 或wr z ，一般使川w r l 文件擴展名。 ( 2 ) 文件頭 住新建任t 一個v r m l 場景文件時，其系統(tǒng)右i i 作區(qū)的 j j 均缺省使川下述文本 二，符： # v r m i ，v 2 ( ) u l f 8 蕞農(nóng)學院碩i 。i 叫_ 論文v r m i 披術(shù)簡介 這就足v r m l 文什頭，該文件頭必須位rv r m i 。：艾件的锫一，凱兇頌按照其語 濁格式書寫不得有任更改。沒有v r m l 文件頭n 文件將f j 成為v r ml ，文什。 v r m i 。義件頭山4 ： f j 分組成第、= 、四翻；分之問川空格問隔。 ( i ) “# ”：為v r m l 文件頭的起始符，說i j 其后為個文本到的【 lh j j 字符串。 “v r m l ”：i ：幺符串提示瀏覽器該文什是 個v r m l 文件。 “v 2 ( ) ”：該字符串提示瀏覽器該v r m l 文件遵循v r m l 艦范2 0 版本。 “u t f 8 ”：該字符串提示瀏覽器該v r m l 文什是一個倥用閉際標準u t f 8 字符集 的文件。 u t f - 8 的英文全稱足u c st r a n s m r mf o r m a l ，而u c s 是u n i v c r s a lc h a r a c l c rs c t 的縮 寫。u n 7 8 是支持多種語言的字符集，包含了國際范圍內(nèi)使用的任何一個計算機鍵盤上 所能夠找到的字符，大多數(shù)計算機使用的a s c l l 字符集為其子臻。u t f 8 字符集山幽際 標準化組釤：i s o1 0 6 4 6 一l ：1 9 9 3 標準巾定義。 ( 3 ) v r m l 造型 v r m l 中的場景山造型組成，j 面造型則山前點( n o d e ) 創(chuàng)建。在最高抽象層，v r m l 定義了一組節(jié)j _ 機制用于三維場攢制作i f 山瀏覽： 進行實時渲染。 點分為兩個層次： 第層次用j 從視覺和聽覺角度展示場景，表l 劌虛擬環(huán)境當河狀態(tài)下的時、空結(jié)構(gòu)，如 m a l c r i a l 節(jié)j _ ：第二層次稱為編卦i1 t 點，用于組織場景i 矧中的子節(jié)點，從而形成父子層 次包含關系，以體現(xiàn)創(chuàng)作者的組織意圖，如g r o u p 節(jié)點?？偨Y(jié)起束，v r m l 的節(jié)點可分 為8 炎j i5 4 個，如表l 所示： 表iv r m l 的節(jié)點類型 i h k ln o d e so f v r m i ，電類型i 點 b o x 、c o n e 、c 0 0 r d i n a i e 、c v l j n d e r 、e l e v a i i o n g n d 、e x ln | s i o n 、1 1 1 d e x c d l i n c s c i 、 1 1 1 d e x e d f a c e sc l 、n o r n l a i 、p o i n t s e t 、s h a 肚、s p h c r c 、i x 【 a p p c a r a n c e 、c o j t l r 、 f 【m i s i y l c 、i m 3 9 c n x 【u r c 、 m a l e r j a l 、p i x c l t c x 【u r e 、 m o i v e r x l u r c 、1 t x i u r e n a n s f o r m 、1 l x l u 化c o o r d l n a l e a n c h 【r s 、b j l l b o a r ( i 、c ) i s i 【) n 、g m up 、i n l i n c 、l d d 、s w l i c h 、i r a n s f o r i t l a u d j o c 印、b a c k g r o u n d 、d i f “l(fā) i o n a ll i g h i 、f o g 、p o l n l l i g h l 、s o u n d 、s p ( ) i l i g h i n a v i g a l i o n l n f 0 、v i e w p o i n i c 1j o r i n l c r p o l a i o r、 c ) ) r d i n a l e l n l e r i ) 【，j a l o r 、 n o r m 三l l l n i e r p ) l ；l t ) r 、 o