基于VRML的三維虛擬校園的設(shè)計與實現(xiàn)_百度文庫

1、·36· 計算機與信息技術(shù) 開發(fā)與應(yīng)用基于VRML 的三維虛擬校園的設(shè)計與實現(xiàn)孫文霞 顧翔（南通大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南通 226019）摘 要 VRML 是可以用來創(chuàng)作桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的建模語言。本文在介紹了VRML 的基礎(chǔ)上，以南通大學(xué)三維虛擬校園為例，討論了虛擬場景的構(gòu)建技術(shù)，介紹了一些常用的建模的方法。關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實；VRML；虛擬校園0 引言VRML （Virtual Reality Modeling Language），是一種用于描述交互式三維空間的虛擬現(xiàn)實建模語言。借助VRML，可以建造虛擬的房間、建筑物、城市甚至星球等現(xiàn)實中的和想象中的事物；可以

2、編寫小程序來控制虛擬空間，賦予瀏覽者和虛擬空間進行交互的能力。VRML 制作的三維空間是以文本文件的形式保存的，由已安裝過插件的瀏覽器來解釋展示。文件短小的特點使之能夠很方便的在網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸。因此，這一語言為軟件實現(xiàn)網(wǎng)上的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供了重要途徑。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)上的三維虛擬校園就是VRML 的一個有效應(yīng)用。1 VRML 要點VRML 是解釋展示的，瀏覽器就是其解釋器。為了使IE 瀏覽器能夠支持VRML，需要安裝相應(yīng)插件。一種比較流行的插件是Intervista 公司的World View，另有一種是SGI （Silicon Graphics Inc）公司的Cosmo Player。VRML 使用

3、場景圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D 實境，這是以SGI 的Open Inventor 3D 工具包為基礎(chǔ)的一種數(shù)據(jù)格式，其基本單元被稱為節(jié)點，場景圖規(guī)定了節(jié)點之間的等級關(guān)系與嵌套關(guān)系。VRML 總共定義有54個節(jié)點，它大致可以分為如下幾類：造型節(jié)點：用于表示各種基本的幾何體和用于任意幾何體的線框圖和面框圖。屬性節(jié)點：用于定義相關(guān)對象的顏色、材質(zhì)、紋理以及攝像機組、燈光組、視點、背景等。 組節(jié)點：用于將節(jié)點分組，把相關(guān)節(jié)點組合成為同一個對象。感應(yīng)節(jié)點：用于感知用戶的輸入或動作，以觸發(fā)相應(yīng)的動作。其它節(jié)點：包括移動和旋轉(zhuǎn)動作，腳本（Script）節(jié)點、超鏈接節(jié)點等。每個具體節(jié)點都包含有一個或多個域（Fiel

4、d），VRML對域名、域值類型以及缺省值都有規(guī)定。下面就是一個造型(Shape節(jié)點的結(jié)構(gòu)。Shapeappearance NULL /exposed SFNode geometry NULL /exposed SFNode 這個節(jié)點包含2個域：appearance域用于指定節(jié)點的外觀，；geometry域用于指定造型的3D 構(gòu)造或幾何構(gòu)造，缺省的NULL 值表示沒有幾何結(jié)構(gòu)。VRML 使用符合右手規(guī)則的三維坐標系統(tǒng)，原點在屏幕中心，它也是使用這一坐標系統(tǒng)的各種幾何體的中心。所以，當(dāng)根據(jù)構(gòu)圖要求，某個幾何體的中心不在屏幕中心時，就需要移動坐標系統(tǒng)，即使用Transform 節(jié)點，在該節(jié)點內(nèi)定義的

5、幾何體都使用該節(jié)點中所定義的平移后的坐標系統(tǒng)。最后，在場景圖結(jié)構(gòu)中需要提及的Group 節(jié)點，即組節(jié)點。由于VRML 只提供最基本的幾何體，因而，要表現(xiàn)一個三維對象或場景，設(shè)計者只能通過組合這些基本幾何體來實現(xiàn)。Group節(jié)點為這種組合提供了支持。VRML 規(guī)定使用“#”來標記注釋。2 南通大學(xué)三維虛擬校園設(shè)計使用VRML，可以構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的三維虛擬校園，下面就以南通大學(xué)三維虛擬校園為例，進行討論。 2.1 構(gòu)建南通大學(xué)三維虛擬校園的目的虛擬的南通大學(xué)校園是一個規(guī)模較大的三維場景，旨在通過網(wǎng)絡(luò)展示南通大學(xué)的校園風(fēng)貌。游覽者可以走進校園，觀賞校園的自然風(fēng)貌，領(lǐng)略校園的生活氛圍，在虛擬旅游中了解通

6、大。為了較真實的反映校園的風(fēng)貌，可以通過兩個方面來表現(xiàn)這個虛擬境界：第一，要根據(jù)南通大學(xué)實際的景觀風(fēng)貌對校園內(nèi)的各個場景進行建模。這些場景包括道路、樓宇、校門、花草樹木及其它一些建筑物。通過對這些場景的建模構(gòu)建出虛擬的南通大學(xué)校園。并且有一定的交互能力，例如游覽者可以進行開發(fā)與應(yīng)用 計算機與信息技術(shù) ·37·門、窗的開關(guān)。第二，通過聲音、文字、圖片等多媒體技術(shù)手段輔助性的介紹南通大學(xué)的概況、歷史等情況，從而實現(xiàn)介紹南通大學(xué)的目的。 2.2 虛擬校園的場景結(jié)構(gòu)考慮到整個場景中的各個對象是通過空間相對位置的關(guān)系組織在一起的，因此我們先建立一個對象，然后將它作為參考來放置其它的對

7、象。經(jīng)過分析，我們首先建立整個校園的主干道。主干道在整個校園中起到基線的作用。這然后以這條道路作為參照，把獨立構(gòu)建的各個樓群、校門、花草樹木及其它場景組合安放在相應(yīng)的位置。完整的南通大學(xué)三維虛擬校園如圖1所示。 圖1 南通大學(xué)三維虛擬校園結(jié)構(gòu)3 南通大學(xué)三維虛擬校園實現(xiàn)3.1 校園背景為了更逼真的表現(xiàn)出虛擬現(xiàn)實所描述的環(huán)境，需要給虛擬校園設(shè)置背景。建立的虛擬校園處于大地中心。背景可以通過Background 節(jié)點實現(xiàn)。具體代碼如下：Background skyColor 0 0 0frontUrl "tian.jpg" #為前景選擇文件tian.jpg 作為貼圖，下同bac

8、kUrl "tian.jpg" leftUrl "tian.jpg" rightUrl "tian.jpg" 其效果如圖2所示。 3.2 校園正門任何一所學(xué)校，校園正門都是最為突出的標志性景觀。也是整個學(xué)校給游覽者的第一印象。就南通大學(xué)而言，整個校門由“南通大學(xué)”校名、傳達室、自動伸縮門等場景組成。圖2 三維虛擬校園背景圖3 校名建模在場景構(gòu)建中要解決的第一個問題是造型的外觀的控制。造型的外觀是通過材料控制的，材料屬性包括造型的顏色，是否發(fā)光，所發(fā)光的顏色，是否半透明，透明到什么程度等等。使用Appearance 和Material

9、節(jié)點，就能控制造型的顏色，發(fā)光顏色和透明度。例如，在校門的建模中，傳達室是由三個正方體造型構(gòu)成的，外部是半透明的玻璃。在場景構(gòu)建中要解決的第二個問題是漢字的顯示。按照VRML 規(guī)范，它應(yīng)該支持包括漢字在內(nèi)的所有UTF8字符，但許多插件都不支持漢字的顯示。VRML不能顯示漢字的原因不在于其語言本身，而是在于VRML 瀏覽器的3D 引擎。為了在VRML 中實現(xiàn)3D 字的渲染，通常有兩種方法：第一中是用多邊形圍成字體，第二中是對字體進行紋理渲染。我們采用的是第二種方法。校名場景的具體實現(xiàn)代碼如下：Transform rotation 0.0 1.0 0.0 -0.52 translation 6 0

10、 2 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.5 0.50.5#使用學(xué)校創(chuàng)始人張謇先生手書“南通大學(xué)”的紋理貼圖texture ImageTexture url"hanzi.jpg" geometry Box size 6.75 2.0 0.5 校名建模的效果如圖3所示。整個學(xué)校正門場景如圖4所示。 圖4 學(xué)校正門場景3.3 校內(nèi)建筑舉例方肇周教學(xué)樓校內(nèi)建筑在虛擬校園中是比較重要的建模對象，特別是對相關(guān)教學(xué)樓的建模要比較細致。在我們的設(shè)計中，對教學(xué)樓外觀的建模要求較高，對于樓

11、外觀上標志性的對象進行了仔細的設(shè)計，讓熟悉校園的游覽者一眼就能認同這就是那幢教學(xué)樓。在教學(xué)樓的建模中應(yīng)該做到以下幾點：由于這個系統(tǒng)虛擬的是一個現(xiàn)實存在的環(huán)境，為了取得較真實的效果，現(xiàn)實存在的樓在虛擬環(huán)境中都應(yīng)該進行建模。為某一樓宇建模時，要盡可能的利用重用機制簡化程序代碼。這一方面可以減少工作量，另一方面可以減輕瀏覽器負擔(dān)，提高瀏覽速度。選擇校園中的典型樓宇作細化場景，其它樓可進行復(fù)制，或稍做修改。教學(xué)樓的建模是一個較復(fù)雜，較大的場景，需要將整個教學(xué)樓分割建模，例如：窗戶、單個房間、由多個房間構(gòu)成的樓層、由多個樓層構(gòu)成的大樓。在方肇周教學(xué)樓的建模中，由于教學(xué)樓的前后大部分是對稱的，因此我們可以

12、先對前面的部分進行建模，最后用rotation 節(jié)點旋轉(zhuǎn)，再進行修改。下面的代碼描述了模型插入和旋轉(zhuǎn)的運用：Group children Transform Translation -6.9 -8.2 -3 children DEF Part Inline bboxSize 5.0 8.0 2.0 bboxCenter 1.0 4.0 0.0 url "part.wrl" #這一段用于插入教學(xué)樓的一部分Transform Translation -6.9 -4.2 -3 children USE Part #對上面的建模重用 Transform Translation -3

13、.6 -0.2 -12 rotation 0 1 0 3.14 children USE Part #旋轉(zhuǎn) 方肇周教學(xué)樓建模的效果如圖5所示。圖5 方肇周教學(xué)樓建模3.4 植物在真實校園中，種植有大量景觀植物。這一點在構(gòu)建虛擬校園時也應(yīng)當(dāng)加以考慮。以樹為例，在建模過程中可以遵循以下步驟： 節(jié)點使用Billboard，它有一項特殊的功能，就是使它的子節(jié)點永遠面向觀看者。Box 的設(shè)置是根據(jù)樹的高低來決定的，并且要使長方體基本沒有厚度。使用PhotoShop 生成和處理樹的紋理映像。首先將拍攝的樹的照片上除了樹以外的其它事物處理掉，最好樹葉間的空隙也能處理出來，使樹的最終效果更好；然后把圖像的背景

14、設(shè)置為背景透明；調(diào)整圖像的大小，將其存儲為GIF 文件格式。這是因為GIF 文件格式可以存儲一些背景顏色并將其轉(zhuǎn)換成透明性信息，而JEPG 和MEPG 不能存儲透明性信息。將處理好的樹的圖像映射到Box 節(jié)點上去。 樹的建模代碼具體如下：BillboardChildren Shapeappearance Appearancetexture ImageTextureurl”tree.gif” geometry Boxsize 2 5 0.00001下轉(zhuǎn)第104 頁因此，為了提高員工在網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中信息搜索效率，為員工舉辦的培訓(xùn)既要包括專業(yè)培訓(xùn)，也要包括信息技術(shù)的培訓(xùn)；加強咨詢、提供更多員工與員工之間

15、、員工與技術(shù)人員之間、員工與管理者之間的溝通機會，等等。這些行為都會讓員工在學(xué)習(xí)過程中吸收更多的相關(guān)知識，同時得到更多的信息知識，逐漸培養(yǎng)信息鑒別、吸收能力，由此增加問題解決策略制定的有效性。4 結(jié)論知識的管理是一項復(fù)雜的管理活動。處于知識經(jīng)濟的社會環(huán)境下，企業(yè)主管信息化建設(shè)的領(lǐng)導(dǎo)者要開闊眼界和思路，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)中不僅注重知識的傳播，還要更多地關(guān)注培養(yǎng)員工的信息處理能力；要明確信息搜尋的原則，對于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)的知識、內(nèi)容、機制等方面進行全盤的考慮，在傳播信息的同時，不僅提高自身的信息素質(zhì)，同時提高企業(yè)整體的信息素質(zhì)，提高解決問題的能力，為實現(xiàn)知識型企業(yè)、實現(xiàn)知識與生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)企業(yè)利

16、用信息化技術(shù)高速進和發(fā)展的企業(yè)目標。參考文獻1 賈利軍. 基于網(wǎng)絡(luò)傳播的經(jīng)濟學(xué)分析北京理工大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版-2006年2期:17-192 王甦 汪安圣. 認知心理學(xué). 北京大學(xué)出版.2003 3 甘利人，高依曼. 科技用戶信息搜索行為特點初探情報學(xué)報，2005(1:26334 甘利人 李恒. 科技用戶信息搜尋過程中的問題解決機制解釋 情報學(xué)報 2006(8:441-4505 Lin Shin-jeng. Modeling and supporting multiple information seeking episodes over the Web, Ph.D. Rutgers The

17、State University of New Jersey - New Brunswick. 2001收稿日期：6月28日 修改日期：7月2日作者簡介：王志兵，系天津濱?？焖俳煌òl(fā)展有限公司干部；彭維系北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院研究生，研究方向為認知模型在信息化中的應(yīng)用。 上接第38頁 其建模的效果如圖6所示。 校園中的花草也可以通過類似方法實現(xiàn)。圖6 樹的建模3.5 場景組合當(dāng)各部分場景構(gòu)建完成后，即可使用行插入節(jié)點Inline 將這些場景組合成為一個完整的三維虛擬校園。Inline 節(jié)點有一個url 域，該域值指定了一個URL，這個URL 就是將要插入到VRML 世界中的文件位置。URL告訴了

18、VRML 瀏覽器如何能獲得這個文件，在哪里能找到這個文件以及這個文件的文件名。URL還可以指出該文件是在WEB 上還是在本機的硬盤中。在場景組合時，經(jīng)常需要調(diào)整個部分場景之間的物理位置和比例。下面的代碼將構(gòu)建好的方肇周教學(xué)樓安置在虛擬校園中。Transform translation 0 0 -150 rotation 0 1 0 -1.396 children DEF JSJ Inline url"jsj.wrl" 最終構(gòu)建完成的三維虛擬校園效果如圖7 所示。圖7 南通大學(xué)三維虛擬校園4 結(jié)束語VRML 提供了較為完善的節(jié)點來構(gòu)建具有真實感的三維場景。使用VRML 構(gòu)建的三維虛擬校園，可以供瀏覽者在網(wǎng)上進行參觀。瀏覽者在參觀時可以自由走動，而不是象一般的三維造型軟件那樣必須預(yù)先設(shè)定好一條參觀路徑。需要說明的是，目