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文檔簡介
1、摘要VRML(VirtualRealityModeling Language)即虛擬現(xiàn)實建模語言。是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構(gòu)的三維世界的場景建模語言,也具有平臺無關(guān)性。是目前Internet上基于 WWW的三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。VRML是虛擬現(xiàn)實造型語言(Virtual Reality Modeling Language)的簡稱,本質(zhì)上是一種面向web,面向?qū)ο蟮娜S造型語言,而且它是一種解釋性語言。 VRML的對象稱為結(jié)點,子結(jié)點的集合可以構(gòu)成復(fù)雜的景物。結(jié)點可以通過實例得到復(fù)用,對它們賦以名字,進(jìn)行定義后,即可建立動態(tài)的 VR(虛擬世界)。VRML不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過程的
2、三維表示,而且能提供帶有音響效果的結(jié)點,用戶能走進(jìn)視聽效果十分逼真的虛擬世界(如簡易迷宮、國際象棋)。用戶使用虛擬對象表達(dá)自己的觀點,能與虛擬對象交互,為用戶對具體對象的細(xì)節(jié),整體結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系的描述帶來的新的感受。本文主要介紹了以VRML為工具實現(xiàn)室內(nèi)布線可視化, 將室內(nèi)裝修和布線數(shù)字化形式呈現(xiàn)在您面前。設(shè)計的制作利用了虛擬現(xiàn)實建模語言VRML,三維動畫渲染和制作軟件3Dmax等將標(biāo)準(zhǔn)戶型家具家裝室內(nèi)燈光和室內(nèi)布線,生動地表達(dá)出來。它的目的是使人們可以身臨其境的觀察和調(diào)整室內(nèi)布局和布線。主要包括了:家具的建模,燈光布置,室內(nèi)框架建模,室內(nèi)布線等。關(guān)鍵詞:多媒體數(shù)字化 虛擬現(xiàn)實 VRMLAbs
3、tractVRML (Virtual Reality Modeling Language) or virtual realit y modeling language. For the establishment of a real-world peo ple to the scene model or a fictional scenario of three-dimens ional modeling of the world's languages, also has a platform-i ndependent nature. Internet is the www-base
4、d three-dimensional interactive website produced by the mainstream language.VRML is Virtual Reality Modeling Language (Virtual Reality Modeling Language) in short-oriented nature is a web, the thr ee-dimensional object-oriented modeling language, and it is an interpretative language. VRML node calle
5、d the target, sub-nod e can be a complex collection of features. Examples of node ca n be reused, enabling them to name, define, you can create a d ynamic of VR (virtual world).VRML is not only to support the data and said three-dimens ional process, but also with sound effects provided by the nod e
6、, the user can enter the audio-visual effect is very realistic virtual worlds (such as the simple maze, chess). Virtual obj ect users to express their views, can interact with the virtua l object, the object for the user to the specific details of the relationship between the overall structure and t
7、he descript ion of the new feelings.This paper introduces VRML as a tool to achieve the interi or layout visualization, the interior decoration and wiring ina digital format before you. The design of the production useof Virtual Reality Modeling Language VRML, animation and rend ering software, such
8、 as the standard units 3Dmax furniture and indoor decoration lighting indoor wiring, vividly expressed.Its purpose is to allow people to observe and adjust the immer sive indoor layout and wiring. Mainly includes: Modeling furni ture, lighting layout, interior framework for modeling, such a s indoor
9、 cabling.Keywords: digital multi-media virtual reality VRML目錄1 虛擬現(xiàn)實概述 .21.1虛擬現(xiàn)實簡介 .21.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展概述 .21.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 .31.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征 .41.5論文研究的目的和意義 .52 虛擬現(xiàn)實建模語言 VRML.62.1 VRML 簡介 .72.2 VRML 的發(fā)展歷程 .72.3 VRML 的應(yīng)用 .92.3.1VRML 典型的應(yīng)用領(lǐng)域 .92.3.2成功案例 .103 VRML的工作原理及基本特性 .113.1 VRML 的文件結(jié)構(gòu) .123.1.1文件頭.123.1.2
10、文件注釋 .123.1.3節(jié)點 .133.1.4事件和路由 .163.2 VRML 的基本節(jié)點 .173.2.1Shape節(jié)點 .173.2.2群節(jié)點.183.2.3環(huán)境節(jié)點 .203.2.4Viewpoint 與 Navigationinfo節(jié)點 .203.3 VRML 的高級節(jié)點 .213.3.1動態(tài)節(jié)點 .213.3.2傳感器節(jié)點 .223.3.3Script節(jié)點 .244 室內(nèi)裝飾布線設(shè)計與展示系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù).264.1三維虛擬場景的建模 .264.2 VRML 三維模型的生成 .274.3 VRML 文件導(dǎo)出及優(yōu)化 .304.4簡單交互性建模 .334.5復(fù)雜交互功能的實現(xiàn) .3
11、75 基于 VRML室內(nèi)布線可視化系統(tǒng)的實現(xiàn) .385.1系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) .385.2室內(nèi)綜合布線注意事項和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) .385.2.1家庭弱電布線施工規(guī)范與工藝 .385.2.2布線設(shè)計注意事項 .415.3整體規(guī)劃和設(shè)計步驟 .445.3.1整體設(shè)計規(guī)劃 .445.3.2具體設(shè)計流程和步驟 .456 結(jié) 論.51致 謝 .52參考文獻(xiàn) .531 虛擬現(xiàn)實概述1.1虛擬現(xiàn)實簡介虛擬現(xiàn)實技術(shù)( Virtual Reality),又稱靈境技術(shù),是90 年代為科學(xué)界和工程界所關(guān)注的技術(shù)。它的興起,為人機(jī)交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域;為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具;為各類工程的大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化
12、提供了新的描述方法。這種技術(shù)的特點在于,計算機(jī)產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境,這種虛擬的環(huán)境是通過計算機(jī)圖形構(gòu)成的三度空間,或是把其它現(xiàn)實環(huán)境編制到計算機(jī)中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”,從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。這種技術(shù)的應(yīng)用,改進(jìn)了人們利用計算機(jī)進(jìn)行多工程數(shù)據(jù)處理的方式,尤其在需要對大量抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時。同時,它在許多不同領(lǐng)域的應(yīng)用,可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展概述1965 年,Sutherland在篇名為 <<終極的顯示 >>的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設(shè)備以及聲音提示的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本思想,從此,人們正式開始了對
13、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究探索歷程。隨后的 1966 年,美國 MIT 的林肯實驗室正式開始了頭盔式顯示器的研制工作。在這第一個HMD的樣機(jī)完成不久,研制者又把能模擬力量和觸覺的力反饋裝置加入到這個系統(tǒng)中。1970 年,出現(xiàn)了第一個功能較齊全的 HMD系統(tǒng)?;趶?60 年代以來所取得的一系列成就,美國的 Jaron Lanier 在 80 年代初正式提出了“ Virtual Reality ”一詞。80 年代,美國宇航局( NASA)及美國國防部組織了一系列有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究,并取得了令人矚目的研究成果,從而引起了人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的廣泛關(guān)注。1984 年, NASA Ames研究中心虛擬行星探
14、測實驗室的 M.McGreevy 和 J.Humphries 博士組織開發(fā)了用于火星探測的虛擬環(huán)境視覺顯示器,將火星探測器發(fā)回的數(shù)據(jù)輸入計算機(jī),為地面研究人員構(gòu)造了火星表面的三維虛擬環(huán)境。在隨后的虛擬交互環(huán)境工作站(VIEW)項目中,他們又開發(fā)了通用多傳感個人仿真器和遙現(xiàn)設(shè)備。進(jìn)入 90 年代,迅速發(fā)展的計算機(jī)硬件技術(shù)與不斷改進(jìn)的計算機(jī)軟件系統(tǒng)相匹配,使得基于大型數(shù)據(jù)集合的聲音和圖象的實時動畫制作成為可能。人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計不斷創(chuàng)新,新穎、實用的輸入輸出設(shè)備不斷地進(jìn)入市場。而這些都為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。例如1993 年的 11 月,宇航員利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)成功地完成了從航天飛機(jī)的
15、運輸艙內(nèi)取出新的望遠(yuǎn)鏡面板的工作,而用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計波音777獲得成功,是近年來引起科技界矚目的又一件工作??梢钥闯?,正是因為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,如娛樂、軍事、航天、設(shè)計、生產(chǎn)制造、信息管理、商貿(mào)、建筑、醫(yī)療保險、危險及惡劣環(huán)境下的遙操作、教育與培訓(xùn)、信息可視化以及遠(yuǎn)程通訊等,人們對迅速發(fā)展中的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的廣闊應(yīng)用前景充滿了憧憬與興趣。1.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀計算機(jī)的發(fā)展提供了一種計算工具和分析工具,并因此導(dǎo)致了許多解決問題的新方法的產(chǎn)生。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展也同樣如此,就虛擬現(xiàn)實本身而言,它主要涉及到三個研究領(lǐng)域:(1)通過計算機(jī)圖形方式建立實時的三維視覺效果;(2)
16、建立對虛擬世界的觀察界面;(3)使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)加強(qiáng)如科學(xué)計算技術(shù)等方面的應(yīng)用。如圖 1-1 表示的是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)領(lǐng)域的組成示意圖。虛擬現(xiàn)實研究人機(jī)界面超級計算機(jī)體系應(yīng)用研究結(jié)構(gòu)三維圖形立體顯示人機(jī)界面視覺三維遠(yuǎn)程遙控工程仿真學(xué)理論技術(shù)圖形場景描述操作Photo三維圖形立體幾何 無障礙人 realis圖 1-1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)領(lǐng)域的組成示意圖1.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征多感知性( Multi-Sensory)-所謂多感知是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外,還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知,甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技
17、術(shù),特別是傳感技術(shù)的限制,目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺、聽覺、力覺、觸覺、運動等幾種。浸沒感( Immersion )-又稱臨場感,指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假,使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中,該環(huán)境中的一切看上去是真的,聽上去是真的,動起來是真的,甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的,如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。交互性(Interactivity )- 指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度(包括實時性)。例如,用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體,這時手有握著東西的感覺,并可以感
18、覺物體的重量,視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。構(gòu)想性(Imagination )- 強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間,可拓寬人類認(rèn)知范圍,不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境,也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。一般來說,一個完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由虛擬環(huán)境、以高性能計算機(jī)為核心的虛擬環(huán)境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統(tǒng)、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統(tǒng)、以方位跟蹤器、數(shù)據(jù)手套和數(shù)據(jù)衣為主體的身體方位姿態(tài)跟蹤設(shè)備,以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統(tǒng)等功能單元構(gòu)成。1.5論文研究的目的和意義迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對建筑行業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊,計算機(jī)科學(xué)止從多方面改變著
19、傳統(tǒng)的設(shè)計觀念、設(shè)計方法和表現(xiàn)手段。傳統(tǒng)的家居設(shè)計師一般采用效果圖來表達(dá)設(shè)計思想,但效果圖只能靜態(tài)地表現(xiàn)整個設(shè)計的某一視角,擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)為室內(nèi)設(shè)計師和用戶設(shè)計、評價方案提供了新的技術(shù)手段。作為一種輔助設(shè)計手段,虛擬現(xiàn)實技術(shù)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計方式,不但可以簡化設(shè)計流程,縮短設(shè)計周期,更重要的是較大程度地提高了設(shè)計質(zhì)量圈。設(shè)計師在設(shè)計期間可以隨時看到與實物最接近的三維設(shè)計結(jié)果,并以虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供的各種交互方式直接與其設(shè)計對象進(jìn)行交互,這有助于設(shè)計師更加準(zhǔn)確地了解形體、空間、色彩、光照、布線乃至聲學(xué)效果,從而對設(shè)計做出修改和補(bǔ)充,這樣一個過程自然地符合了設(shè)計思路。設(shè)計以滿足用戶的需求為最終目標(biāo)作
20、為一種展示手段。擬現(xiàn)實技術(shù)為用戶參與設(shè)計過程、進(jìn)行決策提供了極大的方便。利用虛擬建筑的真實性,設(shè)計師以最直觀的方式向用戶呈現(xiàn)其設(shè)計意圖,用戶通過在虛擬建筑中漫游, 獲得最直觀的體驗, 對其做出相應(yīng)的評價。另一方面,在虛擬的三維空間中,用戶可以實時比較不同的設(shè)計方案,以便進(jìn)行下一步?jīng)Q策。事實上,用戶不但能夠?qū)Σ煌桨高M(jìn)行比較,甚至可以直接通過各種交互手段提出某些修改意見,并實時地與修改前的方案進(jìn)行分析比較。傳統(tǒng)電子商務(wù)網(wǎng)站多以文字、二維圖片和 flash 展示、發(fā)布產(chǎn)品信息顧客在瀏覽產(chǎn)品、查詢產(chǎn)品信息時缺乏互動,沒有真實購物體驗,這與現(xiàn)實中企業(yè)和商家竭盡所能地展示產(chǎn)品以激發(fā)用戶購物欲望的做法相去
21、甚遠(yuǎn)。如何在網(wǎng)站上更好地向用戶真實地展現(xiàn)商品的外觀以及各種功能成為企業(yè)和商家急待解決的問題。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為電子商務(wù)提供了一個友好的可視化人機(jī)界面。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù),使得位于不同地區(qū)的顧客不但能享受到普通電子商務(wù)網(wǎng)站提供的方便、快捷的服務(wù),而且可以身臨其境般的觀察、操縱虛擬環(huán)境和置于虛擬環(huán)境中的各種產(chǎn)品。近年來,計算機(jī)軟硬件性能均得到極大的提高,加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,普通 PC機(jī)上實現(xiàn) Internet瀏覽和更高級的交互功能成為可能。在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行室內(nèi)裝飾設(shè)計和展示己成為家裝行業(yè)的必然趨勢,具有很好的應(yīng)用前景,因此對基于 VRML的可視化室內(nèi)布線設(shè)計的研究室很有價值。2 虛擬現(xiàn)實建模
22、語言VRML2.1 VRML 簡介VRML(VirtualRealityModeling Language)即虛擬現(xiàn)實建模語言。是一種用于建立真實世界的場景模型或人們虛構(gòu)的三維世界的場景建模語言,也具有平臺無關(guān)性。是目前Internet上基于 WWW的三維互動網(wǎng)站制作的主流語言。VRML是虛擬現(xiàn)實造型語言(Virtual Reality Modeling Language)的簡稱,本質(zhì)上是一種面向web,面向?qū)ο蟮娜S造型語言,而且它是一種解釋性語言。 VRML的對象稱為結(jié)點,子結(jié)點的集合可以構(gòu)成復(fù)雜的景物。結(jié)點可以通過實例得到復(fù)用,對它們賦以名字,進(jìn)行定義后,即可建立動態(tài)的 VR(虛擬世界)
23、。VRML不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過程的三維表示,而且能提供帶有音響效果的結(jié)點,用戶能走進(jìn)視聽效果十分逼真的虛擬世界(如簡易迷宮、國際象棋)。用戶使用虛擬對象表達(dá)自己的觀點,能與虛擬對象交互,為用戶對具體對象的細(xì)節(jié),整體結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系的描述帶來的新的感受。2.2 VRML 的發(fā)展歷程VRML l.0 標(biāo)準(zhǔn)是許多人的共同合作的結(jié)果。 1993 年 9 月, Tong Pa ri-si 和 MarkPesce 開發(fā)了第一個 VRML測覽器。在第一屆 www大會上(1 994 年秋于日內(nèi)瓦),由 Tim Berners-Lee 和 Dave Raggett 所組織的一個名為 BOF的小組提出了VRML這個名字
24、,但當(dāng)時所代表的含義VirtualReality Mark-up Language,只是在后來由于為了反映三維世界的建立而將 Markup 改為了 Modeling ,縮寫仍為 VRML。在這次大會后,一個名WWW-VRMLMAIL LIST的組織成立了,并于1994 年秋在第二次 WWW大會上發(fā)布了 VRMLl.0 的草稿。 VRMLl.0 允許單個用戶使用非交互功能,且沒有聲音和動畫,它只允許建立一個可以探索的環(huán)境,但沒有別的。雖然VRMLl.0 給人的最初印象看起來十分有限,但它的確形成了一組開發(fā)者可以用的工作核心, 以便建立 VRML2.0、VRML3.0或更新的版本。 VRML 2.
25、0 的規(guī)范于 1996 年 8 月通過,它在 VRMLl.0 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善。它以 SGI 公司的 Move World 提案為基礎(chǔ)。業(yè)界范圍內(nèi)對于 V RML2.0的支持非常大。 許多重要的廠商明確表示, VRML2.0將是他們產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。SGI 公司,最有影響力的 VRML廠商,已經(jīng)引進(jìn) Cosmo3D一個 VRML2. 0 的 API,作為其新的工具結(jié)構(gòu) Viper 的基礎(chǔ)。 Cosmo3D的附件支持為 SGI 公司已有工具而編寫的應(yīng)用程序,而這些應(yīng)用程序也就變成了Viper內(nèi)置的專用功能。SGI 公司許多廣為傳播的工具也支持VRML2.0。Sun Microsyst
26、em公司, Java的先驅(qū),最近選擇VMML2.0作為其基于 Java 的 3DAPI Java3D 的功能內(nèi)核。 Microsoft公司已經(jīng)采納了VRML2.0 標(biāo)準(zhǔn),并已利用 DimensionX 基于 Java 的 Liquid Reality來生成用于 XML2.0瀏覽的 ActiveX 組件。可在 WindowsNT4.0上找到的 Microsof t 公司的優(yōu)化 OpenGL 1.1,而 Micmsoft 的 Direct3D 與已通過硬件加速顯示了它強(qiáng)大無比的功能。IBM 公司和 Apple 公司正在與 ParaGraph 公司合作,開發(fā)以圖形壓縮為特點的 VRML二進(jìn)制格式,這
27、項工作不僅可以使文件大小減少 50%,還可以把 VRML使用者的范圍拓寬。 VRML發(fā)展大事年表:日期大事記1993.12 Parisi和 Pesce 開始開發(fā)第一個VRML測覽器;1994.03 首屆 www大會在日內(nèi)瓦召開,提出VRML;1994.06 開始 VRML郵件列表;1994.10 產(chǎn)生了基于 SGI 的 OpenInventor 文件格式的 VRML1.0第一稿;1996.03 VRML 結(jié)構(gòu)組通過 Moving World ,并就 VRML2.0標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行投票;1996.08 通過 VRML2.0標(biāo)準(zhǔn)。VRML發(fā)展已經(jīng)成為新的國際標(biāo)準(zhǔn)X3D,它在 VRML的基礎(chǔ)上做了很多改動。
28、 X3D是一種支持 XML編碼格式的開放式3D 標(biāo)準(zhǔn) ,3D 數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實時交流,具有可移植性,頁面整合性,易于和下一代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合,另外采用了組件化結(jié)構(gòu)設(shè)計減少了系統(tǒng)資源的占用且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。2.3 VRML 的應(yīng)用VRML在遠(yuǎn)程教育、科學(xué)計算可視化、工程技術(shù)、建筑、電子商務(wù)、交互式娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景,利用它可以創(chuàng)建多媒體通信、分布式虛擬現(xiàn)實、設(shè)計協(xié)作系統(tǒng)、實境式電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)游戲、虛擬社區(qū)、賽博空間等全新的應(yīng)用系統(tǒng)。2.3.1 VRML 典型的應(yīng)用領(lǐng)域( 1) 教育應(yīng)用,把 VRML用于建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結(jié)構(gòu)顯示等領(lǐng)域。 由于數(shù)據(jù)更加逼
29、真, 大大提高了人們的想象力、激發(fā)了受教育者的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)習(xí)效果十分顯著。隨著計算機(jī)技術(shù)、心理學(xué)、教育學(xué)等多種學(xué)科的相互結(jié)合、促進(jìn)和發(fā)展,能夠提供更加協(xié)調(diào)的人機(jī)對話途徑。華盛頓大學(xué)外語系Carlos Seligo說:“外語系設(shè)想通過遠(yuǎn)程教學(xué)授予學(xué)位,但一直苦于找不到具有交互能力的虛擬教室。我認(rèn)為 VRML將成為虛擬教室的黑板,而教師們知道該使用什么樣的粉筆?!保?2) 工程應(yīng)用,當(dāng)前的工程很大程度上要依賴于圖形工具,以便直觀地顯示各種產(chǎn)品,目前 CAD/CAM已經(jīng)成為機(jī)械、建筑等領(lǐng)域必不可少的軟件工具。 VRML將使工程人員能通過全球網(wǎng)或內(nèi)部網(wǎng)按協(xié)作方式進(jìn)行三維模型的設(shè)計、交流和發(fā)布,從而進(jìn)一
30、步提高生產(chǎn)率并削減成本。(3) 商業(yè)應(yīng)用,對于那些期望與客戶建立直接聯(lián)系的公司,尤其是那些在他們的主頁上向客戶發(fā)送電子廣告的公司, Internet 具有特別的吸引力。 VRML有可能大幅度改善顧客購買商品的經(jīng)歷。例如,顧客可以訪問虛擬世界中的商店, 在那里挑選商品, 然后通過 Internet 辦理付款手續(xù),商店則及時把商品送到顧客手中。(4) 娛樂應(yīng)用,娛樂領(lǐng)域是 VRML的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。 VRML是一個功能十分強(qiáng)大的在 Internet 網(wǎng)上交換三維場景的描述性語言, 它能提供更好的多人之間的交互,提供更加逼真的虛擬環(huán)境,從而使人們能夠享受其中的樂趣,帶來更好的娛樂感覺。 VRML目
31、前正朝著實時通信、大規(guī)模用戶交互的方向發(fā)展。2.3.2成功案例( 1) 科技探索一個對火星好奇的學(xué)生登上虛擬的宇宙飛船,從地面點火起飛,并嘗試各種飛行路徑飛向這個紅色星球。在火星表面登陸后驅(qū)車?yán)@著科學(xué)上正確的軌跡運動帶有合適的重力和光照。這一景象在火星探路者登上火星時已經(jīng)借助 VRML技術(shù)發(fā)生在全球 Internet 用戶的眼前:利用三維的虛擬太陽系模型和來自火星的大量數(shù)據(jù),物理和天文學(xué)世界被帶入生活中,而且比任何書本或第一代 Web頁面更為吸引人,并具有交互性。( 2) 商業(yè)宣傳百事可樂公司在自己的網(wǎng)站上創(chuàng)建一個廣告畫面:探路者在火星表面走動且發(fā)現(xiàn)了一瓶百事可樂!所有文件只有 12KB,因此
32、能十分方便地配置在一個普通的 Web站點上。美國 Construct 公司最近完成了一個 VRML項目,目的是展示 VRML作為一個故事片媒介。片長11 分鐘,高分辨率逼真圖形的故事占了不到1MB磁盤空間。相似長度和質(zhì)量的一個 MPEG電影將比它大 300 倍。( 3) 電子購物珠寶加工商為遠(yuǎn)距離客戶加工珠寶,為了確保最終樣式符合客戶的期望, 可應(yīng)用 VRML創(chuàng)作工具建立一個項鏈模型, 然后把設(shè)計通過 Web傳送給顧客。雖然客戶沒有拿到真正的東西,但仍能從所有角度考察這種項鏈, 檢查反射面的形狀, 以決定作為基片的寶石高度。因此,在設(shè)計階段就把客戶的需求呈現(xiàn)出來。 類似的 VRML應(yīng)用范圍很廣
33、,從醫(yī)療構(gòu)圖、分子造型、工程與設(shè)計、建筑到包含更多娛樂的游戲、各種廣告、虛擬劇場以及日常生活的習(xí)俗,如起居室的選擇和家具擺設(shè)、周未公園旅游計劃、汽化器維修等。( 4) 文物保護(hù)意大利教堂的壁畫被破壞已經(jīng)很長時間了,但是仍有足夠的信息使它恢復(fù)原來的模樣。采用建筑造型恢復(fù)教堂和采用圖像掃描技術(shù)恢復(fù)壁畫,然后把它們集成到 VRML文件中,這樣,藝術(shù)學(xué)院的學(xué)員就能在走廊里行走,觀看頭頂?shù)谋诋嬙谝惶熘械牟煌瑫r候,隨著光線的不同而呈現(xiàn)的不同圖案,當(dāng)然還可以增加鑒賞評論等有關(guān)壁畫的信息。這種需求在我國更多,也更為緊迫,如敦煌石窟、兵馬傭、長城以及眾多的園林。( 5)娛樂業(yè) Blitom 與 Cosmo軟件公
34、司演示了第一部 VRML動畫片。3 VRML的工作原理及基本特性3.1 VRML 的文件結(jié)構(gòu)VRML文件是一個后綴名為wrl 的文件,它主要包括VRML文件頭、注釋、節(jié)點、事件和路由等部分。并不是每一個VRML文件都需要全部包括這些部分,但其中文件頭是每一個VRML文件都必需的部分。3.1.1文件頭VRML文件頭的語法形式如下所示:#VRML V2.0 utf8注意:這是每一個VRML2.0文件所必需的開頭,必須放在文件的第1 行,而且必須要按照如上所示的語法格式出現(xiàn)。文件頭分為3 部分:( 1) #VRML:打開該文件的瀏覽器該文件是一個 VRML文件;( 2) V2.0 :該 VR ML文
35、件遵循的 VRML規(guī)范是 2.0 版本;( 3) utf8 :該文件使用的字符是國際UTF-8 字符集。 UTF是 UCSTransformFormat的縮寫,其中 USC是 Universal Multiple - Octet Coded Character Set的縮寫,UTF-8是一個廣泛支持多種語言的字符集,由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 提出和規(guī)范的。3.1.2文件注釋在 VRML文件中允許編寫者在文件的任何部分進(jìn)行注釋說明, 以增強(qiáng)該文件的可讀性。 VRML文件的注釋部分是以“ #”開頭,結(jié)束于該行的末尾,也就是說不支持多行的注釋。新一行的注釋也必須以“ #”開頭。瀏覽器在瀏覽 VRML文
36、件的時候?qū)⑻^“ #”之后本行的所有內(nèi)容。另外在瀏覽器瀏覽 VRML 文件的時候?qū)⒆詣拥睾雎?VRML 所有的空格和空行, VRML文件編寫者可以用任何合適的格式進(jìn)行編寫,但是應(yīng)該使VRML文檔易于閱讀和修改。3.1.3節(jié)點VRML文件的最基本的組成部分是節(jié)點(Node), VRML文件的主要內(nèi)容就是節(jié)點的層層嵌套以及節(jié)點的定義和使用,由此構(gòu)成整個的虛擬世界。在 VRML文件中可以為節(jié)點定義一個名稱, 然后在本文件的后面就可以反復(fù)地引用該節(jié)點。 例如,在某一個 VRML空間中需要創(chuàng)建多個相同的類型,就可以首先用一個或一組節(jié)點創(chuàng)建一個造型,然后為這一個或一組節(jié)點命名,反復(fù)地引用這個造型數(shù)次就可以
37、方便地創(chuàng)建多個完全相同的造型。被定義名稱的節(jié)點稱為源節(jié)點( OriginalNode );對被命名節(jié)點的引用稱為實例( Instance )。節(jié)點由節(jié)點類型、 、域和域值組成。VRML中的節(jié)點有以下幾種類型:造型尺寸、外觀節(jié)點:Shape、Appearance、Material原始幾何造型節(jié)點: Box、Cone、Cylinder 、Sphere造型編組節(jié)點: Group、Switch 、Billboard文本造型節(jié)點: Text 、 FrontStyle造型定位、旋轉(zhuǎn)、縮放節(jié)點:Transform內(nèi)插器節(jié)點: TimeSensor、PositionInterpolaternterpolate
38、r、ColorInterpolator、 ScalarInterpolator、 OrientationI、 CoordinateInterpolator感知節(jié)點:TouchSensor、 CylinderSensor、 PlaneSensor 、 SphereSensor、VisibilitySensor、ProximitySensor、Collision點、線、面集節(jié)點: PointSet 、IndexedLineSet 、IndexedFaceSet 、Coordinate海拔節(jié)點: ElevationGrid擠出節(jié)點: Extrusion顏色、紋理、明暗節(jié)點:Color 、 Image
39、Texture 、PixelTexture、MovieTexture 、Normal控制光源的節(jié)點: PointLight、 DirectionalLight、 SpotLight背景節(jié)點: Background聲音節(jié)點: AudioClip 、MovieTexture 、Sound細(xì)節(jié)控制節(jié)點: LOD霧節(jié)點: Fog空間信息節(jié)點: WorldInfo錨點節(jié)點: Anchor腳本節(jié)點: Script控制視點的節(jié)點: Viewpoint 、NavigationInfo用于創(chuàng)建新節(jié)點類型的節(jié)點: PROTO、EXTERNPROTO、IS在同一個節(jié)點中的域有以下特點:(1)無序性:各個域之間沒有先
40、后的次序之分,以不同順序排列一一對應(yīng)相同的域和域值得到的最后效果完全一致;(2)可選性:各個域都有自己相應(yīng)的缺省值,即當(dāng)沒有說明域的域值時,瀏覽器將用相應(yīng)的缺省值代替創(chuàng)建相應(yīng)的造型。域值的類型:不同的域?qū)?yīng)的域值也分為不同域值類型,例如,說明高度的域的域值和說明顏色的域的域值當(dāng)然不同, 前者只需要單個的數(shù)值即可, 而后者則需要多個數(shù)值共同描述才能準(zhǔn)確地說明所要說明的對象。節(jié)點的域值在源節(jié)點中應(yīng)已設(shè)定,在實例中這些域值將被不能修改的完全相同地引用。當(dāng)源節(jié)點中的域值被修改,所有的實例也將自動同時修改。總之,實例創(chuàng)建和源節(jié)點完全相同的造型。定義節(jié)點名稱的語法如下:DEF節(jié)點名節(jié)點類型引用節(jié)點的語法如
41、下:USE節(jié)點名在定義和引用節(jié)點名稱的時候要注意以下幾個方面:( 1)命名節(jié)點的數(shù)目沒有限制,但在同一個VRML文件中不能有兩個名稱相同的節(jié)點。( 2)節(jié)點名稱可以有字母、數(shù)字和下劃線,但不能以數(shù)字開頭。( 3)節(jié)點名稱中的字母區(qū)分大小寫, 就是說字母完全一樣而大小寫不相同的節(jié)點名稱被視為不同的節(jié)點名稱。( 4)節(jié)點名稱不能包括諸如空格、 Tab 等不能打印的字符。( 5)命名節(jié)點也不能包括單雙引號、加號、減號、句號、逗號、方括號、彎括號和英鎊符號等字符。( 6)在 VRML中以下有特殊用途的字符也不能用作節(jié)點名稱:DEF,USE,ROUTE,NULL,TURE,FALSE,IS,TO,EXT
42、ERNPROTO,PROTO,eventln,eventOut,field等。 VRML文件的節(jié)點層次圖可見圖3-1 。VRMLFileBackgroundViewPointGroupChildrenGroupInlineFogTransformShapeSoundGroupGroupGroupGroupGroup圖 3-1 VRML 中的節(jié)點層次圖3.1.4事件和路由節(jié)點可以通過接收事件 Event )而改變。大部分的節(jié)點有能力處理進(jìn)入事件( eventIn )。通過接收 eventIn 的指示,節(jié)點可以改變目前的狀態(tài),例如節(jié)點的顏色可以改變, setcolor 。當(dāng)一個節(jié)點改變了,它會對改
43、變的狀態(tài)有所反應(yīng),送出一些發(fā)生事件(eventout ),例如colorchanged 。路由( Route)的功能是連接一個節(jié)點的eventout事件和一個節(jié)點的 eventin 事件。 Route 并不是節(jié)點,它只是簡單的語法結(jié)構(gòu),告訴一個事件該如何從某個節(jié)點到達(dá)另一個節(jié)點。 Route 用于建立兩個節(jié)點之間的路徑。在綁定路由的過程中應(yīng)注意:( 1)和節(jié)點的域和域值一樣, eventin 和 eventout 同樣具有一定的數(shù)值類型。例如 Sffloat 類型的輸入和輸出接口只能輸入和輸出單值浮點數(shù),而 Sfcolor 類型的輸入和輸出接口只能輸入和輸出相應(yīng)的顏色值。與此同時,綁定在一起的
44、輸入和輸出接口就應(yīng)該具有相同的數(shù)值類型,否則將導(dǎo)致意想不到的錯誤。( 2)綁定兩節(jié)點的路由在沒有被觸發(fā)之前一直都處于休眠的狀態(tài),只有在被觸發(fā)時,才有事件從輸出接口的節(jié)點產(chǎn)生,并且通過路由傳送到輸入接口的節(jié)點,引起相應(yīng)的虛擬世界中的變化。( 3)可以將多個節(jié)點綁定在一起,從而創(chuàng)建復(fù)雜的線路,在虛擬世界中實現(xiàn)更真實的交互性。3.2 VRML 的基本節(jié)點3.2.1 Shape節(jié)點Shape 節(jié)點的功能是構(gòu)建一個虛擬對象的輪廓,即造型。造型的屬性、幾何結(jié)構(gòu)和外觀,由Shape節(jié)點的域值設(shè)置。Shape 節(jié)點的語法格式如下:ShapeAppearance nullGeometry nullShape節(jié)點
45、的 Geometry 域的值指定一個節(jié)點,即Geometry 節(jié)點,該節(jié)點定義造型的幾何結(jié)構(gòu),其默認(rèn)值null表示不創(chuàng)建任何幾何結(jié)構(gòu):Shape節(jié)點的 Appearance 域的 值指定一個節(jié)點,即Appearance 節(jié)點,該節(jié)點定義造型的外觀, 包括顏色和表面紋理, 其默認(rèn)值 null表示造型的外觀為發(fā)光白色。Geometry 節(jié)點Geometry 節(jié)點包括基本造型節(jié)點和高級造型節(jié)點基本造型節(jié)點四種基本造型節(jié)點及其語法格式如下:Box節(jié)點語法:BoxFiled sfvecsf size 2 2 2 #( 0,+)其中 2 2 2為長方體長、寬、高的缺省值。cylinder節(jié)點語法:cyli
46、nderfiled sffload radius 1 #半徑filed sffload height 2 #高度是否創(chuàng)建側(cè)面,缺省為ture。3.2.2群節(jié)點群節(jié)點可以將所有的節(jié)點(群節(jié)點或子節(jié)點)包含在其中,視為一個整體對象。群節(jié)點一共有8 種:( 1) Group 節(jié)點Group節(jié)點是群節(jié)點中最基本的節(jié)點。 利用 Group節(jié)點中的 children域可以包含任意個節(jié)點。在 Group 節(jié)點中所有的節(jié)點都可以視為一整體, 當(dāng)作一個對象,若利用DEF指令對 Group 節(jié)點命名,則可以使用USE指令在相同的文件中繼續(xù)重復(fù)使用該節(jié)點,以增加方便性和重用性。( 2) Transform 節(jié)點Transform 節(jié)點包含一個子節(jié)點的列表,這些子節(jié)點可以是 shape 節(jié)點、其他 Group 節(jié)點或 Transform 節(jié)點。在 Transform 節(jié)點中的所有子節(jié)點將在 Transform 節(jié)點的坐標(biāo)系原點處創(chuàng)建。如果該坐
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