虛擬現(xiàn)實(shí)VRML論文

1、密級：公開VRML虛擬現(xiàn)實(shí)場景設(shè)計 及動態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)VRML virtual reality scene designAnd dynamic simulation to achieve學(xué) 院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 班 級：計算機(jī)1001學(xué) 號：100405116學(xué) 生 姓 名：魏國亮指 導(dǎo) 教 師： 劉陽（副教授） 2014年 6月 摘 要 虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是由美國VPL公司的Jaron Laniner在1989年創(chuàng)造的一個新詞。它通常是指采用頭盔顯示器，數(shù)據(jù)手套等一系列新型交互設(shè)備構(gòu)造出的用以體驗(yàn)或感知虛擬境界的一種計算機(jī)軟件，硬件環(huán)境，用戶使用這些高級設(shè)

2、備以自然的技能（如頭的轉(zhuǎn)動，身體的運(yùn)動以及人類的自然語言等）向計算機(jī)發(fā)送各種指令，并得到環(huán)境對用戶，視覺，聽覺，觸覺等多種感官信息的實(shí)時反饋。 世界上首個具有虛擬現(xiàn)實(shí)思想的裝置是由Morton Heilig在1962年研制成功的，它是一種被稱之為Sensorma的具有多種感官刺激的全景式立體電影設(shè)備。該設(shè)備主要由三維視頻（由一對并排的35mm攝像機(jī)同時拍攝）組成，并具有立體聲功能，能產(chǎn)生不同的氣味，能產(chǎn)生自然風(fēng)的吹拂，座椅還可以隨劇情的變化震動。這所有的一切都使電影觀看者這是體驗(yàn)到騎著摩托車漫游紐約市區(qū)，看見高樓，聽見鳥語，聞到花香，和風(fēng)吹拂面龐以及不時顛簸所帶來的神奇感受。自20世紀(jì)90年代

3、以來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)一直是信息領(lǐng)域研究、開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)方向之一。它借助計算機(jī)構(gòu)建出一個與現(xiàn)實(shí)環(huán)境十分逼真的虛擬環(huán)境，而且支持用戶使用自然的技能親身感受它。目前己經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、科學(xué)計算可視化、教育與培訓(xùn)、設(shè)計與規(guī)劃、虛擬測試、虛擬游覽、購物、交互式娛樂、工程技術(shù)、科技探索等多方面領(lǐng)域。本文介紹了使用虛擬建模語言VRML來構(gòu)建的3D虛擬場景的技術(shù)和它在虛擬風(fēng)力發(fā)電廠環(huán)境中的動態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)。用虛擬現(xiàn)實(shí)語言構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電廠可以在風(fēng)力電廠竣工前就可以提前展示電廠全貌，給投資方以及即將工作的人們一個直觀的展示?？梢栽诮ㄔ祀姀S前調(diào)試風(fēng)車的位置，提高風(fēng)能的利用率。還可以將宿舍和工廠的位置提前預(yù)定有計劃有步驟

4、的去進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電廠的建造。極大的節(jié)省的人力物力資源，節(jié)約財力。關(guān)鍵詞：VRML；虛擬現(xiàn)實(shí)；動態(tài)仿真Abstract VR (Virtual Reality, VR) is a new word by the U.S. VPL 's Jaron Laniner created in 1989.It usually refers to the use of helmet-mounted display , data gloves, and a series of new interactive device constructed out of the virtual realm to e

5、xperience or perception of a computer software and hardware environment , users of these advanced devices to natural skills ( such as turning the head, movement of the body and the natural human language, etc. ) to send various commands to the computer and get the user environment , visual, auditory

6、, tactile and other sensory information , real-time feedback.The world's first virtual reality devices have thought by Morton Heilig successfully developed in 1962 , it is called a multi- sensory stimulation Sensorma has panoramic stereoscopic film equipment. The equipment consists of a three-di

7、mensional video ( shot by a pair of side by side while the 35mm camera ) composition , and has stereo function , can produce different smells , can produce natural wind blowing , the seat can also change with the story of vibration. This is everything to make the film the viewer to experience riding

8、 a motorcycle which is roaming New York City area , saw the tall , hear the birds, smell the flowers , and from time to time the wind blows faces bumpy brought magical experience.Since 1990s virtual reality technique has been one of the hot spots in IT field .Itcreates a living virtual environment b

9、y using computer and allows the users communicate with it freely. Now VR is widely used in the military, medicine,education, virtual travel，shopping, interactive entertainment etc.This article describes the technology and its use of dynamic simulation modeling language VRML to build a virtual 3D vir

10、tual scene in a virtual environment, the realization of wind power plants . People build wind power plants can use virtual reality modeling language can be displayed in front of the wind power plant power plant completed ahead of schedule the whole picture , to investors and the upcoming work of a v

11、isual display . Before you can debug build windmill power plant location , improve the utilization of wind energy. You can also position the factory dormitory and book in advance of a planned steps to carry out the construction of wind power plants. Great human and material resources saving , saving

12、 money .Keyword：VRML；Virtual reality；Dynamic Simulation目 錄摘 要IIAbstractIII第1章 引言11.1課題的研究目的和意義11.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21.3研究內(nèi)容及目標(biāo)31.4本章小結(jié)4第2章 VRML概述52.1VRML概述55VRML的技術(shù)特征67BSContact瀏覽器92.2VRML技術(shù)11VRML文件格式及MIME類型11VRML中的節(jié)點(diǎn)分類12VRML的時間體系132.3本章小結(jié)13第3章 虛擬風(fēng)力發(fā)電廠實(shí)體造型的創(chuàng)建143.1 風(fēng)力發(fā)電廠廠區(qū)地面的制作1414163.2風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)樓宇的制作1819222528第4章

13、 主場景的渲染和生成324.1平行光源的使用324.2背景的創(chuàng)建334.3音源節(jié)點(diǎn)的引用34第5章 多視點(diǎn)的創(chuàng)建和樹木的創(chuàng)建355.1多視點(diǎn)的創(chuàng)建355.2樹木的實(shí)現(xiàn)37第6章 結(jié)論40參 考 文 獻(xiàn)41第1章 引言1.1課題的研究目的和意義虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界(Virtual World)的計算機(jī)系統(tǒng)。從本質(zhì)上說，就是一種先進(jìn)的計算機(jī)用戶接口，它通過給用戶同時提供諸如視、聽、觸等各種直觀而又自然的實(shí)時感知交互手段、最大限度地方便用戶的操作，從而減輕用戶的負(fù)擔(dān)、提高整個系統(tǒng)的工作效率。根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí) 所應(yīng)用的對象的不同，虛擬現(xiàn)實(shí) 的作用可以表現(xiàn)為

14、不同的形式，例如將某種概念設(shè)計成構(gòu)思可視化和可操作化，實(shí)現(xiàn)逼真的模擬現(xiàn)場效果，達(dá)到任意復(fù)雜環(huán)境下的廉價模擬訓(xùn)練目的等。VR是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動時，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場感。該技術(shù)集成了計算機(jī)圖形(CG)技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計算機(jī)技術(shù)輔助生成的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。 概括地說，虛擬現(xiàn)實(shí)是人們通過計算機(jī)對復(fù)雜數(shù)據(jù)

15、進(jìn)行可視化操作與交互的一種全新方式，與傳統(tǒng)的人機(jī)界面以及流行的視窗操作相比，虛擬現(xiàn)實(shí)在技術(shù)思想上有了質(zhì)的飛躍。 虛擬現(xiàn)實(shí)中的“現(xiàn)實(shí)”是泛指在物理意義上或功能意義上存在于世界上的任何事物或環(huán)境，它可以是實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)的，也可以是實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)的或根本無法實(shí)現(xiàn)的。而“虛擬”是指用計算機(jī)生成的意思。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)是指用計算機(jī)生成的一種特殊環(huán)境，人可以通過使用各種特殊裝置將自己“投射”到這個環(huán)境中，并操作、控制環(huán)境，實(shí)現(xiàn)特殊的目的，即人是這種環(huán)境的主宰。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特征： 1.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

16、知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。由于相關(guān)技術(shù)，特別是傳感技術(shù)的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的感知功能僅限于視覺,聽覺,力覺,觸覺,運(yùn)動等幾種。 2.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(shí)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(shí)世界中的感覺一樣。 3.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

17、然程度（包括實(shí)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。 4.構(gòu)想性 （Imagination）強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用極為廣泛，Helsel與Doherty在1993年對全世界范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行的805項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)研究項(xiàng)目作了統(tǒng)計，結(jié)果表明：目前在娛樂、教育及藝術(shù)方面的應(yīng)用占據(jù)主流，達(dá)21.4，其次是軍事與航空達(dá)12.7，醫(yī)學(xué)方面達(dá)6.13，機(jī)

18、器人方面占6.21，商業(yè)方面占4.96，另外在可視化計算、制造業(yè)等方面也有相當(dāng)?shù)谋戎?。下面簡要介紹其部分應(yīng)用。1. 醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。在虛擬環(huán)境中，可以建立虛擬的人體模型，借助于跟蹤球、HMD、感覺手套，學(xué)生可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)有的采用教科書的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于兩個SGI工作站建立了一個虛擬外科手術(shù)訓(xùn)練器，用于腿部及腹部外科手術(shù)模擬。這個虛擬的環(huán)境包括虛擬的手術(shù)臺與手術(shù)燈，虛擬的外科工具(如手術(shù)刀、注射器、手術(shù)鉗等)，虛擬的人體模型與器官等。借助于HMD及感覺手套，使用者可以對虛擬的人體模型

19、進(jìn)行手術(shù)。但該系統(tǒng)有待進(jìn)一步改進(jìn)，如需提高環(huán)境的真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，使其能同時培訓(xùn)多個使用者，或可在外地專家的指導(dǎo)下工作等。另外，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)的計劃安排，手術(shù)過程的信息指導(dǎo)，手術(shù)后果預(yù)測及改善殘疾人生恬狀況，乃至新型藥物的研制等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)都有十分重要的意義。2. 娛樂、藝術(shù)與教育豐富的感覺能力與3D顯示環(huán)境使得虛擬現(xiàn)實(shí)成為理想的視頻游戲工具。由于在娛樂方面對虛擬現(xiàn)實(shí)的真實(shí)感要求不是太高，故近些年來虛擬現(xiàn)實(shí)在該方面發(fā)展最為迅猛。如Chicago(芝加哥)開放了世界上第一臺大型可供多人使用的虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂系統(tǒng)，其主題是關(guān)于3025年的一場未來戰(zhàn)爭7；英國開發(fā)的稱為“Vir

20、tuality”的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲系統(tǒng)，配有HMD，大大增強(qiáng)了真實(shí)感；1992年的一臺稱為“Legeal Qust”的系統(tǒng)由于增加了人工智能功能，使計算機(jī)具備了自學(xué)習(xí)功能，大大增強(qiáng)了趣味性及難度，使該系統(tǒng)獲該年度虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品獎。另外在家庭娛樂方面虛擬現(xiàn)實(shí)也顯示出了很好的前景。 作為傳輸顯示信息的媒體，虛擬現(xiàn)實(shí)在未來藝術(shù)領(lǐng)域方面所具有的潛在應(yīng)用能力也不可低估。虛擬現(xiàn)實(shí)所具有的臨場參與感與交互能力可以將靜態(tài)的藝術(shù)(如油畫、雕刻等)轉(zhuǎn)化為動態(tài)的，可以使觀賞者更好地欣賞作者的思想藝術(shù)。另外，虛擬現(xiàn)實(shí)提高了藝術(shù)表現(xiàn)能力，如一個虛擬的音樂家可以演奏各種各樣的樂器，手足不便的人或遠(yuǎn)在外地的人可以在他生活的居室中

21、去虛擬的音樂廳欣賞音樂會等等。對藝術(shù)的潛在應(yīng)用價值同樣適用于教育，如在解釋一些復(fù)雜的系統(tǒng)抽象的概念如量子物理等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)是非常有力的工具，Lofin等人在1993年建立了一個“虛擬的物理實(shí)驗(yàn)室”，用于解釋某些物理概念，如位置與速度，力量與位移等8。3.軍事與航天工業(yè)模擬與練一直是軍事與航天工業(yè)中的一個重要課題，這為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了廣闊的應(yīng)用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力于研究稱為SIMNET的虛擬戰(zhàn)場系統(tǒng)，以提供坦克協(xié)同訓(xùn)1練，該系統(tǒng)可聯(lián)結(jié)200多臺模擬器。另外利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可模擬零重力環(huán)境，以代替現(xiàn)在非標(biāo)準(zhǔn)的水下訓(xùn)練宇航員的方法。4.管理工程虛擬現(xiàn)實(shí)在管理

22、工程方面也顯示出了無與倫比的優(yōu)越性。如設(shè)計一新型建筑物時，可以在建筑物動工之前用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)顯示一下；當(dāng)財政發(fā)生危機(jī)時可以幫助分析大量的股票、債券等方面的數(shù)據(jù)以尋找對策等等。以上僅列出虛擬現(xiàn)實(shí)的部分應(yīng)用前景，可以預(yù)見，在不久的將來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將會影響甚至改變我們的觀念與習(xí)慣，并將深入到人們的日常工作。1.3研究內(nèi)容及目標(biāo)虛擬現(xiàn)實(shí)早期應(yīng)用集中在軍事仿真系統(tǒng)和航空航天領(lǐng)域，如VIEW系統(tǒng)；現(xiàn)在科學(xué)計算可視化，建筑漫游，產(chǎn)品設(shè)計，教育，培訓(xùn)和娛樂等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用可劃分為兩類：一類是真實(shí)世界仿真，另一類是抽象概念建模，也稱為“可視化”。真實(shí)世界仿真類的應(yīng)用實(shí)例有：大規(guī)模戰(zhàn)爭戰(zhàn)略和戰(zhàn)

23、術(shù)演練，飛行訓(xùn)練，航天飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)仿真，核彈爆炸模擬及醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬等。此類應(yīng)用主要針對那些采用實(shí)物仿真困難，或代價巨大，或受條件限制難以實(shí)現(xiàn)的場合。抽象概念建模類的應(yīng)用實(shí)例有：綜合環(huán)境模型的建立與評估，自然災(zāi)害的預(yù)測，大氣數(shù)據(jù)分析，石油勘探，新型藥物分子結(jié)構(gòu)合成，虛擬原型設(shè)計與制造，遠(yuǎn)程教育，文物保護(hù)等，此類應(yīng)用大多與科學(xué)計算可視化技術(shù)相結(jié)合?？茖W(xué)計算可視化主要解決如何通過虛擬現(xiàn)實(shí)的手段生動的表現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的內(nèi)部規(guī)律與計算過程，如天氣云圖運(yùn)動規(guī)律，空氣湍流特性等。在科學(xué)計算可視化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的信息可視化技術(shù)則更進(jìn)一步，主要用于表現(xiàn)系統(tǒng)中信息的種類，結(jié)構(gòu)，流程以及相互間的作用等。信息可視化能有效

24、地揭示復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)部規(guī)律，解決無法定量，而定性又很難準(zhǔn)確表達(dá)的科學(xué)問題。1.4本章小結(jié)本文介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)的概念，虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展前景以及虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。正是因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)的廣闊發(fā)展前景和它的在現(xiàn)實(shí)用的實(shí)用性，使得虛擬現(xiàn)實(shí)與我們的現(xiàn)代生活緊密相連。正因如此虛擬現(xiàn)實(shí)才會在現(xiàn)代生活中大放光彩，我們的計算機(jī)科研人員在這個方面大力的努力。第2章 VRML概述2.1VRML概述 VRML的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀(jì)的最后10年，自1991年開始投入運(yùn)營的Web是VRML發(fā)生和發(fā)展的強(qiáng)大動力源。1994年5月，Mark Pesce和Tony Parisi在瑞士日內(nèi)瓦召開的第一屆萬維網(wǎng)國際會議上介紹了他們開發(fā)的可

25、在Web上運(yùn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)界面，獲得廣發(fā)好評。該會議同時決定制定一種能夠連結(jié)Web的三維場景式的描述語言，VRML這一術(shù)語也正是在這次會議上有惠普公司歐洲研究實(shí)驗(yàn)室的Rava Raggett首先提出。不久，虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)記語言（Virtual Reality Markup Language）就被研究人員以虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言（Virtual Reality Modeling Language）所代替（縮寫是VRML），因?yàn)镸odeling更能反映VRML的目的。 在1994年10月，在芝加哥召開的第二屆萬維網(wǎng)國際會議上，VRML1.0規(guī)范正式出臺。但是由于VRML1.0無法實(shí)現(xiàn)互動，在三維建模世界里相對

26、于HTML并沒有特別大的優(yōu)勢所以當(dāng)時VRML并沒有被廣泛的接受。所以也促使研究人員進(jìn)一步去使VRML的規(guī)范更加完美，各個國家的計算機(jī)研究人員開始加深對VRML的深層次的研究。通過在1996年春天在多方的對于幾種VRML2.0版規(guī)范的建議草案的討論中，最終在1996年5月，VAG以投票的方式?jīng)Q定采納Moving Worlds方案作為VRML2.0版規(guī)范，并于1996年8月在新奧爾良舉辦的SIGGRAPH96回憶上公布實(shí)施。VRML的國際標(biāo)準(zhǔn)草案（Draft of International Standard，DIS）就是以VRML2.0為基礎(chǔ)指定的，它于1997年4月提交國際標(biāo)準(zhǔn)化組織委員會（I

27、SO）審議，并于1997年12月正式批準(zhǔn)，按照國際慣例定名為VRML97（ISO/IEC4772-1：1991）。1997年是VRML技術(shù)發(fā)展的里程碑，之后，為進(jìn)一步推動VRML技術(shù)發(fā)展，VRML協(xié)會組織了十多個工作組（Working Group，WG），開展各項(xiàng)研究工作。每個工作組都采取自愿組織，自我約束的原則，并經(jīng)VRML協(xié)會認(rèn)可，專門負(fù)責(zé)某項(xiàng)與VRML有關(guān)的技術(shù)研究一起實(shí)現(xiàn)。近兩年，Web3D協(xié)會（其前身是VRML協(xié)會）計劃發(fā)布VRML的下一代國際標(biāo)準(zhǔn)X3D（eXtensible 3D，基于XML的新一代VRML）。X3D的主要目標(biāo)是整合正在發(fā)展的XML，Java，流技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，使之

28、具有更強(qiáng)大，更高效的三維計算能力，渲染質(zhì)量，傳輸速度和交互功能，以及對數(shù)據(jù)流強(qiáng)有力的控制等。X3D與MPEG-4（用于數(shù)字化影視的新技術(shù)，基于VRML）兼容，實(shí)用XML語法，并于VRML97向后兼容。X3D的主要任務(wù)是把VRML的功能封裝到一個輕型和可擴(kuò)展的內(nèi)核之中。由于X3D可擴(kuò)展，任何用戶都可以根據(jù)自己的需求，任意擴(kuò)展其功能。VRML的技術(shù)特征 將VRML作為建模語言，有很多種好處。其主要技術(shù)特征為以下幾點(diǎn)：（1）基于客戶及/服務(wù)器（Client/Sever，C/S）模式的訪問方式。服務(wù)器作為中心工作站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)絕大多數(shù)仿真活動，提供VRML文件及其資源（視頻，圖像，聲音等），并維護(hù)環(huán)境中所

29、有虛擬對象的狀態(tài)?？蛻艏皠t通過Internet下載期望訪問的文件，運(yùn)行客戶進(jìn)程，管理用戶化身。 （2）分布式場景可擴(kuò)充性。VRML文件的一個重要特性是其內(nèi)建了支持多個分布式文件的內(nèi)聯(lián)機(jī)制（Inline節(jié)點(diǎn)），通過內(nèi)聯(lián)機(jī)制嵌入其他.wrl文件，從而允許將一個巨大的虛擬環(huán)境進(jìn)行分割設(shè)計而后合并展示。同時，VRML還提供了外部原型引用機(jī)制（EXTERNPRO-TO語句），錨鏈機(jī)制（Anchor節(jié)點(diǎn)），腳本語言（Script Language）等機(jī)制，允許以超鏈接方式在本地節(jié)點(diǎn)中指向并組織Internet網(wǎng)上資源，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)充性。 （3）ASCII文本格式的描述性語言。VRML與HTML相同，使用ASC

30、II文本格式的三維場景式描述語言進(jìn)行編程。這在保證各種平臺通用的同時，也降低了數(shù)據(jù)通信量，從而提高個數(shù)據(jù)傳輸率。而且當(dāng)VRML在本地機(jī)器上運(yùn)行時，由于不再受網(wǎng)絡(luò)帶寬及傳輸率限制，其效果更佳。 （4）增強(qiáng)了的靜態(tài)場景。VRML2.0新增的一些功能節(jié)點(diǎn)可以是三位靜態(tài)場景的真實(shí)感更強(qiáng)。例如background節(jié)點(diǎn)可以為場景設(shè)置環(huán)境背景圖片，使用戶置身于真實(shí)的三維空間之中；使用Fog節(jié)點(diǎn)還可以產(chǎn)生逼真的環(huán)境物化大氣效果等。 （5）可交互性動畫。VRML2.0設(shè)置的接觸傳感器，環(huán)境傳感器，感知傳感器以及碰撞傳感器可用于對三維造型進(jìn)行實(shí)時交互方針，以避免物體穿墻而過等現(xiàn)象發(fā)生；而系統(tǒng)動畫插補(bǔ)器則可以在場景

31、中實(shí)時渲染關(guān)鍵幀動畫。 （6）三維視聽效果。VRML所創(chuàng)建的虛擬環(huán)境已完全不同于HTML以及其他系統(tǒng)的二維平面效果。隨著瀏覽者的移動，VRML場景中再行的各種屬性（例如方位，光照等）也將隨之改變，以實(shí)現(xiàn)立體視覺。VRML場景中的聲音也不再是簡單的二維聲音。通過Sound節(jié)點(diǎn)，用戶可以具體設(shè)置聲音大小，音源位置，傳播方向等空間屬性，從而使聲音表現(xiàn)出高低有別，遠(yuǎn)近不同的三維立體音效。 （7）Java或JavaScript支持。VRML通過Script節(jié)點(diǎn)引入Java或JavaScrip （8）t語言編寫的腳本程序來擴(kuò)展其功能。Java與VRML具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性：Java具有Internet環(huán)境下程

32、序設(shè)計的優(yōu)勢，而VRML具有虛擬現(xiàn)實(shí)場景建模的優(yōu)勢，兩者結(jié)合可開發(fā)出較為復(fù)雜點(diǎn)點(diǎn)滴滴滴滴滴的，交互性強(qiáng)的虛擬三維系統(tǒng)。 VRML與HTML一樣，均為ASCII文本格式的描述性語言，因此，原理上講可使用任何一種文本編輯系統(tǒng)（例如Windows環(huán)境下的Notepad）驚醒VRML編程設(shè)計。一般而言，這些非專業(yè)的編輯系統(tǒng)使用簡單，但相關(guān)功能也少，不完全適合超大規(guī)模的VRML場景設(shè)計。VRML的發(fā)展歷史不長，但由于其強(qiáng)大功能和誘人的應(yīng)用前景，許多支持VRML的專業(yè)編輯系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，如常見的Internet 3D Space Builder ，Cosmo World，VrmlPad等。這些編輯系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)

33、移且強(qiáng)大，更可貴的是使用方便，簡單。1.VrmlPad功能特點(diǎn) VrmlPad具有以下主要功能特點(diǎn)：（1） 可編輯本地或網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程文件，可壓縮存儲；（2） 支持高級查找，使用書簽，分色顯示，自動偵錯等編輯功能；（3） 支持多步取消和重復(fù)操作；（4） 采用樹形結(jié)構(gòu)顯示場景構(gòu)造；（5） 支持在瀏覽器中對場景預(yù)覽；（6） 有功能強(qiáng)大的軟件發(fā)布向?qū)?；?） VrmlPad環(huán)境中可以處理和執(zhí)行其他語言編寫的外部應(yīng)用程序；（8） 提供文件列表功能，方便用戶管理系統(tǒng)目錄。2.VrmlPad工作界面VrmlPad工作界面如圖2.1所示圖2.1VrmlPad工作界面 VrmlPad工作界面是標(biāo)準(zhǔn)的Window

34、s應(yīng)用程序窗口，有標(biāo)題欄，菜單欄，常用工具欄，系統(tǒng)左右兩個主工作去以及狀態(tài)欄組成。系統(tǒng)右工作區(qū)主要用于編輯VRML場景造型節(jié)點(diǎn)。其使用方法非常簡單，工作區(qū)中任意輸入VRML規(guī)則允許的合法名稱首字母，VrmlPad將自動彈出一個滾動列表，列表中包含了所有醫(yī)改字母開頭的系統(tǒng)可用的名稱或相關(guān)名稱，用戶只需在其中選擇一個合適的名稱，單擊回車即可，非常方便。3. VrmlPad自動偵錯 VrmlPad工作界面支持自動偵錯。對于打開或編輯的VRML文件，系統(tǒng)自動執(zhí)行錯誤檢查及標(biāo)示。對于檢查到的程序錯誤，系統(tǒng)右工作區(qū)中將使用紅色波浪線下劃線予以標(biāo)注，同時系統(tǒng)左工作區(qū)中場景結(jié)構(gòu)圖相應(yīng)位置處也將出現(xiàn)提示標(biāo)記“？

35、”。此時，單擊狀態(tài)欄上相應(yīng)報警信息，系統(tǒng)將提示有關(guān)錯誤信息；雙擊狀態(tài)欄上相應(yīng)報警信息，系統(tǒng)將定位錯誤代碼。4. VrmlPad材質(zhì)編輯 系統(tǒng)有工作區(qū)中，鼠標(biāo)雙擊以選擇某Appearance節(jié)點(diǎn)或Material節(jié)點(diǎn)，再單擊常用工具欄中的按鈕，或使用“Tools”菜單項(xiàng)中的“Material Editor”命令，將打開“Material Editor”對話框，如圖2.2所示，可以非常方便地按照所見即所得方式進(jìn)行造型材質(zhì)編輯。圖2.2“Material Editor”對話框 在圖2.2所示對話框中，Categories下拉列表框用于對材質(zhì)的類別進(jìn)行選擇：“Color Set-tings”區(qū)域，可以

36、對Red，Green，Blue三原色分別進(jìn)行調(diào)整；“Apply to”單選框用以設(shè)置調(diào)整的顏色所使用的目標(biāo)是該節(jié)點(diǎn)的diffuseColor域，specularColor域還是emissiveColor域；“Material Properties”區(qū)域用以單獨(dú)調(diào)整材質(zhì)的ambientIntensity，shininess，transparency屬性。對話框中，單擊“Save”按鈕可以將調(diào)整的材質(zhì)屬性保存在“Categories”下拉列表的User Defined Colors類別中；單擊“OK”按鈕自動將調(diào)整的材質(zhì)屬性應(yīng)用到當(dāng)前場景選中的Appearance節(jié)點(diǎn)或Material節(jié)點(diǎn)中；單擊

37、“Cancel”按鈕將放棄對材質(zhì)屬性的調(diào)整及應(yīng)用。BSContact瀏覽器B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器模式），是WEB興起后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，WEB瀏覽器是客戶端最主要的應(yīng)用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和使用?？蛻魴C(jī)上只要安裝一個瀏覽器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explorer，服務(wù)器安裝Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server等數(shù)據(jù)庫。瀏覽器通過Web Server 同數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。B/S最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在任何地方

38、進(jìn)行操作而不用安裝任何專門的軟件，只要有一臺能上網(wǎng)的電腦就能使用，客戶端零安裝、零維護(hù)。系統(tǒng)的擴(kuò)展非常容易。B/S結(jié)構(gòu)的使用越來越多，特別是由需求推動了AJAX技術(shù)的發(fā)展，它的程序也能在客戶端電腦上進(jìn)行部分處理，從而大大的減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)；并增加了交互性，能進(jìn)行局部實(shí)時刷新。BS瀏覽器特點(diǎn)：（1） 維護(hù)和升級方式簡單。（2） 成本降低，選擇更多。（3） 應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行數(shù)據(jù)負(fù)荷較重。BSContact Player工作界面如圖2.3圖2.3BSContact Player工作界面2.2VRML技術(shù)VRML文件格式及MIME類型VRML文件可以包括下列四個主要成份：VRML文件頭、原型、造型和腳

39、本、路由。并不是所有的文件都包括這些要素，唯一必須的是VRML文件頭。 VRML 2.0標(biāo)準(zhǔn)的文件頭為#VRML V2.0 utf8。這不同于1.0標(biāo)準(zhǔn)中的文件頭，1.0標(biāo)準(zhǔn)中文件只支持ASCII字符集，所以文本頭為#VRMLV1.0ASCII。為了向下兼容，VRML 2.0文件格式兼容1.0文件格式。這個文件頭有三個含義：第一、表明這個文件是一個VRML文件；第二，符合VRML 2.0版本；第三，文件使用的是utf8字符集(這是多種語言中鍵入字符的一種標(biāo)準(zhǔn)方式，包括英語，也支持朝鮮語、日語和阿拉伯語的字符)。 VRML注釋允許在不影響VRML空間外觀情況下，在VRML中包括其他信息?？梢约尤?/p>

40、對文件內(nèi)容、文件繪制的不同部分的注釋。注釋以一個符號開始，結(jié)束于該行的最后。 VRML中包含描述空間中造型及其屬性的節(jié)點(diǎn)。這些是VRML的構(gòu)件。單個節(jié)點(diǎn)描述造型、顏色、光照、視點(diǎn)、以及造型、動畫定時器、傳感器、內(nèi)插器等的定位和朝向等等。節(jié)點(diǎn)一般包括： 1.節(jié)點(diǎn)的類型(必需)。 2.一對括號(必需)。 3.括號中的一定數(shù)目描述節(jié)點(diǎn)屬性的域(可選)和域值。 4.括號將節(jié)點(diǎn)的域信息組織在一起。組織在括號中的域是屬于節(jié)點(diǎn)的。由節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)域定義的造型或?qū)傩栽诳臻g中被視為一個整體。 所有的域類型，要么是單值類型，要么是多值類型。單值類型是單一的值，如一種顏色和一個數(shù)字，該類型命名以“SF”開始。多值類型

41、可以很有值，比如顏色和數(shù)字的列表，命名以“MF”開始。當(dāng)指定多值類型時，使用括號將值的列表擴(kuò)起來。 VRML文件以擴(kuò)展名.wrl或.wrz結(jié)尾,表示這是一個包含VRML空間的文件。 MIME是英文Multipurpose Internet Mail Extensions多用途Internet郵件擴(kuò)展的縮寫17。它用來定義Internet上傳送的文件內(nèi)容類型的軟件標(biāo)準(zhǔn)，所有的Web瀏覽器都能夠理解MIME所定義的文件類型，并使用它們在瀏覽器上自動決定顯示的信息內(nèi)容。例如：如果一個MIME類型顯示一個文件中包含VRML文本，那么瀏覽器將格式化VRML文本使其顯示在瀏覽器的窗口中。一個MIME內(nèi)容類

42、型由用斜杠分開的兩部分指定。第一部分說明內(nèi)容的一般類型，象文本、音頻、視頻類型。第二部分說明內(nèi)容的子類型，用于指定內(nèi)容使用的確切格式。 MIME內(nèi)容類型由Internet協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化，臨時的或最新的MIME內(nèi)容類型都以x-開始(x表示擴(kuò)展) 。VRML非常新，以至于它現(xiàn)在使用下列擴(kuò)展的MIME內(nèi)容類型：x-world/x-vrml。將來，VRML的內(nèi)容類型將融合進(jìn)正式的MIME標(biāo)準(zhǔn)，并成為下列MIME內(nèi)容類型:model/vrml。 VRML中的節(jié)點(diǎn)分類 VRML中的節(jié)點(diǎn)有以下幾種類型： 造型尺寸、外觀節(jié)點(diǎn)：Shape、Appearance、Material 原始幾何造型節(jié)點(diǎn)：Box、Cone、

43、Cylinder、Sphere 造型編組節(jié)點(diǎn)：Group、Switch、Billboard 文本造型節(jié)點(diǎn)：Text、FrontStyle 造型定位、旋轉(zhuǎn)、縮放節(jié)點(diǎn)：Transform 內(nèi)插器節(jié)點(diǎn)：TimeSensor、PositionInterpolater、OrientationInterpolater、ColorInterpolator、 ScalarInterpolator、CoordinateInterpolator 感知節(jié)點(diǎn)：TouchSensor、CylinderSensor、PlaneSensor、SphereSensor、VisibilitySensor、ProximitySe

44、nsor、Collision 點(diǎn)、線、面集節(jié)點(diǎn)：PointSet、IndexedLineSet、IndexedFaceSet、Coordinate 海拔節(jié)點(diǎn)：ElevationGrid 擠出節(jié)點(diǎn)：Extrusion 顏色、紋理、明暗節(jié)點(diǎn)：Color、ImageTexture、PixelTexture、MovieTexture、Normal 控制光源的節(jié)點(diǎn)：PointLight、DirectionalLight、SpotLight 背景節(jié)點(diǎn)：Background 聲音節(jié)點(diǎn)：AudioClip、MovieTexture、Sound 細(xì)節(jié)控制節(jié)點(diǎn)：LOD 霧節(jié)點(diǎn)：Fog 空間信息節(jié)點(diǎn)：WorldIn

45、fo 錨點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：Anchor 腳本節(jié)點(diǎn)：Script 控制視點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)：Viewpoint、NavigationInfo 用于創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)類型的節(jié)點(diǎn)：PROTO、EXTERNPROTO、IS VRML的時間體系節(jié)點(diǎn)是由域和事件組成的，其中域的取值決定了節(jié)點(diǎn)的取值，從而決定了世界的當(dāng)前狀態(tài)，事件則為節(jié)點(diǎn)提供了接收外界消息以及向外界發(fā)送消息的能力。節(jié)點(diǎn)通過事件入口(eventIn)接收事件，通過事件出口(eventOut)發(fā)出事件，一個節(jié)點(diǎn)的事件出口和另一節(jié)點(diǎn)的事件入口之間用于傳遞事件的通路稱為路由(Route)。通過路由聯(lián)系起來的節(jié)點(diǎn)組成事件體系。事件體系是場景圖除層次體系之外的另一基本組成部分，通

46、過事件體系，事件可以蔓延傳播從而引起其它節(jié)點(diǎn)的變化。產(chǎn)生事件的最初原因是環(huán)境變化、用戶交互或時間的推移，檢測器節(jié)點(diǎn)(Sensor)能夠檢測到這種變化并發(fā)出初始事件。事件一旦產(chǎn)生，就按時間順序向路由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送，并被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)處理，這種處理可能改變節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，產(chǎn)生其它事件，或者修改場景圖的結(jié)構(gòu)，從而為世界提供了動態(tài)性。2.3本章小結(jié) 本章從VRML的發(fā)展歷史，開發(fā)工具，使用的瀏覽器插件，VRML節(jié)點(diǎn)以及VRML中的各個屬性進(jìn)行了詳細(xì)介紹。使讀者更加深入的了解VRML技術(shù)，了解VRML是如何形成三維立體圖形的，以及如何與使用者進(jìn)行交互。第3章 虛擬風(fēng)力發(fā)電廠實(shí)體造型的創(chuàng)建因?yàn)楸敬沃谱鞯氖秋L(fēng)力發(fā)電廠的虛

47、擬場景，因此應(yīng)該包含很多物品，這里既包括樓體，如辦公樓、宿舍、餐廳等，又包含草坪、樹木、公路、水等物體。有些造型是已經(jīng)包含在主程序中。還有一些造型是在主程序之外獨(dú)立創(chuàng)建的，在主程序外創(chuàng)建之后由主程序進(jìn)行整合和調(diào)用。這樣才成為一個完整的基于VRML的風(fēng)力場電廠造型圖。3.1 風(fēng)力發(fā)電廠廠區(qū)地面的制作制作廠區(qū)地面時用到VRML中Shap造型節(jié)點(diǎn)中的構(gòu)造幾何面造型節(jié)點(diǎn)IndexedFaceSet該節(jié)點(diǎn)基本語法形式如下：IndexedFaceSetCoord 用于在VRML空間中設(shè)定頂點(diǎn)coordIndex 用于在VRML空間中告知如何將這些定點(diǎn)鏈接以形成所需的平面或幾何體Color 用來給造成的平面

48、上色Colorindex 其域值是給該坐標(biāo)下定點(diǎn)所形成的平面進(jìn)行上色風(fēng)力發(fā)電廠地面簡略代碼如下：Shape appearance Appearance material Material ambientIntensity 2.0 diffuseColor 0.0 1.0 0.0# 漫反射 texture ImageTexture url "cd1.jpg" textureTransform TextureTransform scale 12.0 12.0 geometry IndexedFaceSet #3維形體 coord Coordinate point -200.0

49、0.0 200.0, 250.0 0.0 200.0, 250.0 0.0 -200.0, -200.0 0.0 -200.0, coordIndex 0, 1, 2, 3 風(fēng)力發(fā)電廠地面效果圖如圖3.1所示圖3.1風(fēng)力發(fā)電廠地面效果圖 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)車的風(fēng)車田多選在四季有風(fēng)的地帶，所以我想制作一片山巒，將風(fēng)車田置于其上。制作山巒就要用到VRML建模語言Shap造型節(jié)點(diǎn)中的地形標(biāo)高造型-ElevationGrid節(jié)點(diǎn)。ElevationGrid節(jié)點(diǎn)語法格式大致如下：ElevationGridxDimensionXspacingzDimensionZspacingHeight （1）xDimensi

50、on域和zDimension域的域值設(shè)置標(biāo)高造型在X和Z方向上柵格頂點(diǎn)的數(shù)量（注意其生長放向?yàn)閄軸和Z軸的正方向），其域值必須大于等于0.所創(chuàng)建的標(biāo)高柵格總數(shù)為（xDimension-1）*（zDimension-1）個。這兩個域的域值缺省為0，表示不創(chuàng)建標(biāo)高柵格。 （3）Height域的域值設(shè)置柵格頂點(diǎn)在Y方向上的海拔高度列表。注意每一個柵格頂點(diǎn)（不是柵格）都應(yīng)該設(shè)置其海拔高度（即使為0.0也必須寫出，而不能省略不寫），且柵格頂點(diǎn)排列按照先X行方向后Z行方向的方式進(jìn)行，總個數(shù)為xDimension*zDimension個。該域域值缺省為空列表，表示不設(shè)置柵格高度。風(fēng)力發(fā)電廠風(fēng)車田的制作簡略代

51、碼如下：Transform translation -200.0 -1 -360.0 children Shape appearance Appearance material Material ambientIntensity 0.7 diffuseColor 0.0 0.5 0.1 texture ImageTexture url "cd1.jpg" textureTransform TextureTransform scale 1.0 5.0 geometry ElevationGrid xDimension 10 zDimension 10 xSpacing 50.

52、0 zSpacing 25.0 solid FALSE creaseAngle 0.785 height 09.5, 55.0, 82.5, 44.0, 90.0, 77.0, 62.0, 68.0, 38.0, 13.5, 08.0, 45.0, 57.5, 35.0, 69.5, 62.0, 47.0, 41.0, 26.0, 08.0, 04.0, 12.0, 20.0, 26.0, 17.5, 12.5, 20.0, 14.0, 08.0, 04.0, 00.0, 04.0, 08.5, 11.5, 12.0, 08.0, 16.5, 03.0, 03.0, 01.5, 03.0, 3

53、2.0, 42.5, 34.0, 10.5, 23.5, 15.0, 12.5, 06.5, 03.0, 09.0, 16.5, 10.0, 13.5, 23.5, 32.5, 19.0, 10.0, 02.0, 01.0, 06.5, 15.0, 07.0, 10.5, 12.5, 15.0, 17.0, 03.5, 01.0, 00.5, 00.0, 01.0, 05.5, 08.5, 10.0, 17.0, 22.0, 07.5, 15.0, 07.5, 00.0, 01.0, 03.0, 04.0, 06.0, 05.0, 02.0, 01.5, 00.5, 00.0, 00.0, 0

54、0.0, 00.0, 00.0, 00.0, 02.0, 00.5, 00.0, 00.0, 00.0, 風(fēng)力發(fā)電廠山巒效果圖如3.2所示圖3.2風(fēng)力發(fā)電廠山巒效果圖3.2風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)樓宇的制作 風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的建筑大都使用了Shape節(jié)點(diǎn)，IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)，Appearance子節(jié)點(diǎn)，Geometry子節(jié)點(diǎn)等重要造型節(jié)點(diǎn)。(1) Shape節(jié)點(diǎn)任何一個VRML虛擬場景中的空間造型都必須使用shape節(jié)點(diǎn)加以創(chuàng)建，場景造型包括基本幾何造型（立方體，球體，圓柱體，圓錐體），文本造型以及點(diǎn)，線，面方式構(gòu)造的任意幾何造型。Shape節(jié)點(diǎn)語法格式如下：ShapeAppearance Null