虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述課件

1、第六講 虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言X3D1X3D概述 Web3D出自Web3D聯(lián)盟(Web3D Consortium (W3DC)，其前身是VRML聯(lián)盟。所謂X3D標(biāo)準(zhǔn)就是XML標(biāo)準(zhǔn)與3D標(biāo)準(zhǔn)的有機(jī)結(jié)合，X3D被定義為可交互操作，可擴(kuò)展，跨平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)3D內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)。1.1坐標(biāo)系統(tǒng)與計(jì)量單位X3D采用常用的三維笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)。屏幕的正右方默認(rèn)為X正軸，屏幕的正上方默認(rèn)為Y正軸，屏幕向外默認(rèn)為Z正軸。X3D的計(jì)量單位主要包括三維空間的長度、角度、時(shí)間、顏色等單位的約定。1.2 X3D瀏覽器和制作軟件X3D瀏覽器主要可以分成兩種類型：第一種是獨(dú)立應(yīng)用程序，即不依賴Web瀏覽器獨(dú)立執(zhí)行的應(yīng)用程序，如Octagon

2、 Player、Xj3D等。第二種是Web瀏覽器的插件形式，需內(nèi)嵌至WWW瀏覽器內(nèi)，如BS Contact、Flux Player等。X3D制作軟件有：X3D-Edit、BS Editor、Vivaty Studio、SwirlX3D Editor、Wings3D、Octaga Exporter、VrmlPad等。1.3 X3D文件的類型X3D的檔案可以采用XML或VRML的語法，也可以使用UTF-8文本格式或二進(jìn)制編碼格式。不同的格式可以通過文件的后綴表示出來，一般的X3D制作軟件也同時(shí)支持VRML格式的.wrl文件。2.1 場景圖、節(jié)點(diǎn)與字段場景結(jié)構(gòu)圖2.2 字段的數(shù)據(jù)類型X3D中字段的值

3、，可以是布爾值、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、向量、字符串甚至表示圖片的點(diǎn)陣值。2.3 文檔頭2.4 注釋和保留字在編寫X3D代碼時(shí)，為了使代碼結(jié)構(gòu)合理、清晰、具有層次感，經(jīng)常需要在代碼重添加注釋信息。2.5 X3D文檔結(jié)構(gòu)有些節(jié)點(diǎn)可以包含子節(jié)點(diǎn)，因而產(chǎn)生父節(jié)點(diǎn)子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系，但這樣的關(guān)系并不是可以任意建立的。例如，Shape（形狀）節(jié)點(diǎn)可以包含一個(gè)Box（立方體）節(jié)點(diǎn)以表示其幾何形狀：2.6 節(jié)點(diǎn)復(fù)用（DEF與USE）在X3D場景中往往有多個(gè)相同屬性的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)，為了不重復(fù)添加節(jié)點(diǎn)屬性，X3D中的節(jié)點(diǎn)屬性窗口中提供了DEF 和 USE兩個(gè)屬性可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)屬性的復(fù)用。只需要使用 DEF 語法命名第一次出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，

4、再以 USE 語法使用該命名的節(jié)點(diǎn)，并不需要每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都重新定義一遍。3.1 X3D的編輯器-X3D-EditX3D-Edit 是圖形化Extensible 3D (X3D) 文件的開源編輯器。它支持X3D和VRML格式，它基于XML編輯器Xeena，并且在JAVA平臺(tái)上運(yùn)行。在編輯 VRML 或 X3D 場景圖文件時(shí)，X3D-Edit 可以提供簡化的無錯(cuò)的創(chuàng)作和編輯方式。X3D-Edit 通過 XML 文件定制了上下文相關(guān)的工具提示，提供了每個(gè)節(jié)點(diǎn)和屬性的概要，以方便作者對(duì)場景圖的創(chuàng)作和編輯。3.2 X3D-Edit最基本的安裝和配置安裝和配置步驟如下：1.安裝 VRML /X3D瀏覽器，本

5、書使用BS Contact 7.2作為Web瀏覽器插件。2.安裝 Java 虛擬機(jī)或Java SDK (/j2se/1.3/download.html)文件。3.下載 X3D-edit。并安裝。我們將使用X3D-Edit進(jìn)行X3D的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。3.3創(chuàng)建一個(gè)新的X3D文件1 運(yùn)行X3D-Edit，出現(xiàn)如圖所示的界面。3.4 修改head節(jié)點(diǎn)下的內(nèi)容head 是 X3D的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，放在場景節(jié)點(diǎn)的開頭。它對(duì)應(yīng)于HTML中的標(biāo)記。4.1 Shape及外觀材質(zhì)節(jié)點(diǎn)在X3D 文檔中，Scene 是X3D場景圖的根節(jié)點(diǎn)，所有的場景節(jié)點(diǎn)都應(yīng)添加到該節(jié)點(diǎn)下，并且在每個(gè)文件里只允許有一個(gè)Scene 根節(jié)點(diǎn)。4

6、.1 Shape及外觀材質(zhì)節(jié)點(diǎn)Shape、Appearance和Material三個(gè)節(jié)點(diǎn)可以搭建X3D顯示三維幾何體的基本框架，常用的代碼編碼方式如下4.2 文本節(jié)點(diǎn)(Text)Text 是一個(gè)用于文本顯示的幾何節(jié)點(diǎn)， Text節(jié)點(diǎn)的使用語法為：4.2 文本節(jié)點(diǎn)(Text)【例5-1】顯示文字信息，代碼如下4.3 2D圖形的創(chuàng)建【例5-2】顯示四個(gè)像素點(diǎn)4.3 2D圖形的創(chuàng)建【例5-3】顯示4個(gè)不同顏色點(diǎn)的像素點(diǎn)。4.4 基本3D造型X3D提供了立方體(Box)、圓柱(Cylinder)、圓錐(Cone)、球體(Sphere)等基本3D造型節(jié)點(diǎn)。4.4 基本3D造型【例5-6】定義一個(gè)長為2，

7、寬和高均為1的立方體。5 移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放在X3D場景空間中，每一個(gè)造型都有其空間坐標(biāo)，通過修改空間坐標(biāo)系就可以使該造型在場景空間中移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和縮放等。平移使用Transform節(jié)點(diǎn)的Translation屬性。旋轉(zhuǎn)使用Transform節(jié)點(diǎn)的Rotation屬性?？s放使用Transform節(jié)點(diǎn)的Scale屬性。6 背景環(huán)境的設(shè)計(jì)背景環(huán)境主要講兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，即Background背景節(jié)點(diǎn)和Fog霧節(jié)點(diǎn)。Background節(jié)點(diǎn)使用六張靜態(tài)圖片構(gòu)成X3D世界中的背景，此背景節(jié)點(diǎn)用來表示彩色的背景以模擬地表及天空，也是放在場景中所有幾何對(duì)象與地表天空之間的背景材質(zhì)、或全景畫背景。Fog節(jié)點(diǎn)將對(duì)象與co

8、lor域指定的色彩相混合而營造出一種類似現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的霧的大氣效果7 視點(diǎn)和導(dǎo)航在X3D場景空間中，為了能夠讓瀏覽者方便地控制自己的觀察位置和角度，X3D提供了視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)Viewpoint。同時(shí)為了能以不同方式來瀏覽，X3D提供了NavigationInfo導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)。Viewpoint節(jié)點(diǎn)指明了一個(gè)X3D場景空間中的觀察位置和視角方向。NavigationInfo節(jié)點(diǎn)用來指定場景的觀看方式和替身的物理特征。7 視點(diǎn)和導(dǎo)航8 光源處理在X3D場景空間中，可以使用點(diǎn)光源節(jié)點(diǎn)(PointLight)、平行光源節(jié)點(diǎn)(DirectionalLight)和聚光性光源節(jié)點(diǎn)(SpotLight)來處理造型物體的光

9、照明亮程度。9 紋理映射通過紋理映射和處理可以為物體的表面細(xì)節(jié)增強(qiáng)表現(xiàn)力。10 多媒體效果X3D對(duì)多媒體的支持是通過這三個(gè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的：AudioClip(音頻數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn))、Sound(音頻播放節(jié)點(diǎn))以及MovieTexture(影像紋理節(jié)點(diǎn))?！纠?-25】影像紋理11.1動(dòng)畫與交互實(shí)現(xiàn)原理在X3D中，除了節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的層次體系結(jié)構(gòu)之外，還有一個(gè)“事件體系”?！笆录w系”由相互通信的節(jié)點(diǎn)組成。事件(Events)是在 X3D 運(yùn)行時(shí)環(huán)境中產(chǎn)生行為的主要方法，這種方法用來改變域的輸入值或接受域的輸出值。11.2動(dòng)畫和交互節(jié)點(diǎn)在X3D中，動(dòng)畫的產(chǎn)生除事件路由之外，必然涉及到事件產(chǎn)生的源和作用的目標(biāo)，包括時(shí)間觸發(fā)器、各種類型的插值