虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)第4章

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)第4章虛擬現(xiàn)實(shí)建模言語VRML4.1 VRML言語概述4.2 VRML的語法根底4.3 VRML的空間外型4.4 VRML的場景效果4.5 VRML的動(dòng)態(tài)交互4.1 VRML言語概述VRML〔VirtualRealityModelingLanguage，虛擬現(xiàn)實(shí)建模言語〕是一種用于創(chuàng)建三維外型和渲染的圖形描畫言語。4.1.1 VRML的開展歷程4.1.2 VRML的特點(diǎn)4.1.3 VRML編輯器4.1.4VRML閱讀器4.1 VRML言語概述4.1.1 VRML的開展歷程1994年，MarkPesce和TonyParisi創(chuàng)建了可用來閱讀Internet上三維畫面的閱讀器原型，稱為Labyrinth〔迷宮〕，初次提出了VRML一詞。1994年，由SGI公司的工程師GavinBell組織制定了VRML1.0的規(guī)范草案，并于同年10月在芝加哥召開的第二屆萬維網(wǎng)國際會議上公布。VRML2.0是以SGI公司的MovingWorlds提案為根底的，節(jié)點(diǎn)類型被擴(kuò)展為54種，支持的對象也已包括動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類。VRML的國際規(guī)范草案于于1998年1月正式獲得ISO的認(rèn)定和發(fā)布，通常被稱為VRML97。1998年，VRML組織更名為Web3D組織，并制定了一個(gè)新的規(guī)范X3D〔Extensible3D〕。4.1 VRML言語概述4.1.2 VRML的特點(diǎn)基于Internet共享的虛擬世界較低的配置需求真正的動(dòng)態(tài)交互適用于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的技術(shù)開放式的規(guī)范4.1 VRML言語概述4.1.3 VRML編輯器編輯VRML源程序代碼，可以運(yùn)用幾乎任何一種文本編輯器。在此引薦一個(gè)功能強(qiáng)大并且運(yùn)用便利的VRML編輯器——VrmlPad。VrmlPad的安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)：VrmlPad的試用版可以從VRML的資源站點(diǎn)下載安裝即可。VrmlPad主要功能包括文件管理、文本編輯、閱讀等。4.1 VRML言語概述4.1.4VRML閱讀器閱讀VRML虛擬空間，需求運(yùn)用閱讀器插件，常用的有：CosmoPlayerVRML閱讀器MicrosoftVRML2.0閱讀器其它閱讀器，如SVR〔兼容

VRML97〕，CommunityPlace，

LiquidReality等。顯示在CosmoPlayerVRML閱讀器中的三維虛擬會議大廳4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素4.2.2 VRML的文件構(gòu)造4.2.3 VRML的空間計(jì)量4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素1、節(jié)點(diǎn)〔Node〕和域〔Field〕

節(jié)點(diǎn)是VRML文件中最根本也是最中心的組成部分。單個(gè)節(jié)點(diǎn)可描畫外型、顏色、光照、視點(diǎn)、傳感器等。VRML虛擬世界的對象往往是由一組具有一定層次構(gòu)造關(guān)系的節(jié)點(diǎn)來構(gòu)造。4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素1、節(jié)點(diǎn)〔Node〕和域〔Field〕典型節(jié)點(diǎn)語法定義如下：4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素2、事件〔Event〕和路由〔Route〕事件的接口類型有事件入口和事件出口兩種：事件入口〔eventIn，也稱入事件〕是節(jié)點(diǎn)的邏輯接納器，它擔(dān)任監(jiān)聽和接納外界事件；事件出口〔eventOut，也稱出事件〕是節(jié)點(diǎn)的邏輯發(fā)送器，它擔(dān)任向外界發(fā)送節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的事件。4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素2、事件〔Event〕和路由〔Route〕事件出口和事件入口經(jīng)過途徑相連，這就是VRML文件中的另一個(gè)根本組成部分——路由。路由為事件的傳播提供了傳輸通道，使事件在事件鏈中依次向前傳送，每經(jīng)過一個(gè)節(jié)點(diǎn)就改動(dòng)該節(jié)點(diǎn)的一些域，從而引發(fā)VRML世界一系列的變化。4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素2、事件〔Event〕和路由〔Route〕典型的事件路由定義如下：DEFSENSORTouchSensor{}#定義一個(gè)觸摸傳感器……DEFSOUNDSound{}#定義一個(gè)聲音對象……ROUTESENSOR.touchTimeTOSOUND.startTime#建立事件的路由4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素3、腳本〔Script〕

Java、JavaScript行為腳本、插補(bǔ)器、C++函數(shù)、VRMLScript、LiveConnect、VRML外部制造界面等，都是用于生成動(dòng)態(tài)、復(fù)雜及逼真的VRML場景的技術(shù)、言語和API〔ApplicationProgrammingInterface〕。Script節(jié)點(diǎn)可以看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)的外殼：它擁有域、eventIn事件、eventOut事件。其本身沒有任何動(dòng)作，但可以經(jīng)過程序來賦予腳本節(jié)點(diǎn)動(dòng)作。4.2VRML的語法根底4.2.1 VRML的組成要素4、原型〔Prototype〕

用戶還可以經(jīng)過原型構(gòu)造機(jī)制定義新的節(jié)點(diǎn)類型，例如新的幾何節(jié)點(diǎn)、新的外型、新的資料和新的聲音節(jié)點(diǎn)等。新節(jié)點(diǎn)類型既可以在該原型定義的文件中援用〔即內(nèi)部原型，PROTO〕，也可以在外部文件中定義后在其它VRML文件中援用〔即外部原型，EXTERNPROTO〕。4.2VRML的語法根底4.2.2 VRML的文件構(gòu)造典型的VRML文件構(gòu)造如下：#VRMLV2.0utf8#VRML文件頭節(jié)點(diǎn)名{#創(chuàng)建VRML中各種類型的節(jié)點(diǎn)以構(gòu)成外型域名域值#設(shè)置節(jié)點(diǎn)的各個(gè)域和域值……}……Scipt{#添加腳本節(jié)點(diǎn)，編寫腳本程序……}ROUTE……TO……#建立出事件與入事件間的路由4.2VRML的語法根底4.2.2 VRML的文件構(gòu)造1、文件頭頭文件向閱讀器表述了如下含義：本文件是一個(gè)VRML文件。本文件遵照VRML規(guī)范的2.0版本。本文件運(yùn)用國際UTF-8字符集。4.2VRML的語法根底4.2.2 VRML的文件構(gòu)造2、外型物體的外型〔又稱場景圖〕由節(jié)點(diǎn)按一定的層次關(guān)系組成，它用于構(gòu)造虛擬世界的主體——各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)對象。在外型層次模型中，上下層節(jié)點(diǎn)之間存在兩種關(guān)系：包容關(guān)系和父子關(guān)系。節(jié)點(diǎn)的包容關(guān)系是指后代節(jié)點(diǎn)作為祖先節(jié)點(diǎn)的一個(gè)屬性域而存在。在父子關(guān)系中，子節(jié)點(diǎn)并不直接出如今父節(jié)點(diǎn)的屬性域中，它們集中在父節(jié)點(diǎn)的MFNode〔多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)類型〕子域內(nèi)，依次陳列。4.2VRML的語法根底4.2.2 VRML的文件構(gòu)造3、路由路由不是節(jié)點(diǎn)，路由語句可以放置在節(jié)點(diǎn)內(nèi)域可以出現(xiàn)的任何地方。建議將一切ROUTE語句集中放置在文件的末尾，以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的事件體系。路由中援用的節(jié)點(diǎn)稱號都應(yīng)該在ROUTE語句之前被定義。4.2VRML的語法根底4.2.2 VRML的文件構(gòu)造4、注釋注釋信息以符號“#〞開場，終了于該行的末尾，VRML不支持多行注釋。文件頭中的“#〞不代表注釋含義。4.2VRML的語法根底4.2.3 VRML的空間計(jì)量1、VRML空間坐標(biāo)系VRML的立體空間采用三維坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于VRML閱讀器的中心，X軸的正向程度向右，Y軸的正向垂直向上，Z軸的正向垂直向前，即指向閱讀者，如下圖。4.2VRML的語法根底4.2.3 VRML的空間計(jì)量2、VRML的計(jì)量單位VRML描畫長度的計(jì)量單位是VRML單位。它與現(xiàn)實(shí)世界或其它三維建模工具的計(jì)量單位都沒有可比性。VRML描畫旋轉(zhuǎn)等角度的計(jì)量單位是弧度。常用角度與弧度的對應(yīng)關(guān)系如表所示。角度030456090120135150180弧度00.5230.7851.0471.5712.0942.3562.6183.1414.2VRML的語法根底4.2.3 VRML的空間計(jì)量3、VRML的顏色規(guī)范VRML運(yùn)用紅綠藍(lán)〔RGB〕顏色規(guī)范來描畫外型、光線和背景等的顏色。RGB顏色包含三個(gè)域值均在0.0～1.0之間的浮點(diǎn)數(shù)，它們分別對應(yīng)紅、綠、藍(lán)三種顏色的取值。0.0值表示該顏色被封鎖，1.0值表示該顏色完全翻開。4.3VRML的空間外型任何一個(gè)VRML虛擬場景中的空間外型都必需運(yùn)用Shape〔外形〕節(jié)點(diǎn)加以創(chuàng)建。Shape節(jié)點(diǎn)的語法格式如下： Shape{ appearanceNULL#SFNode geometryNULL#SFNode }4.3VRML的空間外型4.3.1 根本外型4.3.2 空間變換4.3.3 文本外型4.3.4 復(fù)雜外型4.3VRML的空間外型4.3.1 根本外型VRML的根本幾何外型節(jié)點(diǎn)有4種：Box〔立方體〕節(jié)點(diǎn)Cone〔圓錐體〕節(jié)點(diǎn)Cylinder〔圓柱體〕節(jié)點(diǎn)Sphere〔球體〕節(jié)點(diǎn)[例4-1]制造燈籠參見教材P57。4.3VRML的空間外型4.3.2 空間變換利用Transform〔變換〕節(jié)點(diǎn)可以在VRML空間創(chuàng)建新的坐標(biāo)系，可以隨意translation〔平移〕、rotation〔旋轉(zhuǎn)〕和scale〔縮放〕。[例4-2]制造茶幾參見教材P58。4.3VRML的空間外型4.3.3 文本外型Text〔文本〕節(jié)點(diǎn)用來創(chuàng)建文本外型，通常運(yùn)用Shape節(jié)點(diǎn)的geometry域的域值。VRML文本外型是一個(gè)沒有厚度的平面外型，但也可以具有不同的外觀和材質(zhì)屬性。[例4-3]恭賀新年參見教材P60。4.3VRML的空間外型4.3.4 復(fù)雜外型VRML提供了一些非常靈敏的節(jié)點(diǎn)運(yùn)用戶可以經(jīng)過運(yùn)用點(diǎn)、線和面等來構(gòu)造所需的幾何形體。這些節(jié)點(diǎn)主要包括：PointSet〔點(diǎn)〕、IndexedLineSet〔線〕、IndexedFaceSet〔面〕以及ElevationGrid〔海拔柵格〕、Extrusion〔擠出外型〕。[例4-4]制造椅子參見教材P62。4.4VRML的場景效果4.4.1 紋理映射4.4.2 聲音技術(shù)4.4.3 光照效果4.4.4 其它效果4.4VRML的場景效果4.4.1 紋理映射紋理是一種位圖，把紋理圖按照一定規(guī)那么包裹到幾何體外型外表的過程稱為紋理映射。VRML提供了3種紋理節(jié)點(diǎn)，包括ImageTexture〔圖像紋理〕節(jié)點(diǎn)、PixelTexture〔像素紋理〕節(jié)點(diǎn)和MovieTexture〔電影紋理〕節(jié)點(diǎn)。[例4-5]制造書柜參見教材P64。4.4VRML的場景效果4.4.2 聲音技術(shù)在VRML中參與聲音涉及到兩個(gè)部分：聲源和聲音發(fā)射器。Sound〔聲音〕節(jié)點(diǎn)用于創(chuàng)建聲音發(fā)射器，并指定場景中聲源的位置以及立體化的表現(xiàn)方式。AudioClip節(jié)點(diǎn)和MovieTexture節(jié)點(diǎn)那么用于提供聲源，僅可以作為Sound節(jié)點(diǎn)中source域的域值。VRML場景中可援用的聲音文件類型主要包括WAV、MID和MPEG等3種。[例4-6]放映電影參見教材P66。4.4VRML的場景效果4.4.3 光照效果在VRML中創(chuàng)建光源時(shí)，除了要指定光源的空間位置、光線的發(fā)射方向等，還需求設(shè)置發(fā)射光線的顏色和亮度等。VRML中光源節(jié)點(diǎn)的分類及特點(diǎn)如下：PointLight點(diǎn)光源DirectionalLight平行光源SpotLight錐光源[例4-7]光照與陰影參見教材P67。4.4VRML的場景效果4.4.4 其它效果Background〔背景〕節(jié)點(diǎn)：可以控制VRML世界中天空和地面的顏色，指定一組全景圖放置在VRML世界的上方、下方或周圍。Viewpoint〔視點(diǎn)〕節(jié)點(diǎn)：用來設(shè)置閱讀者在VRML世界中的察看位置、空間朝向和視野范圍等。NavigationInfo〔導(dǎo)航〕節(jié)點(diǎn)，用來提供閱讀者的替身信息以及該替身如何在VRML世界中進(jìn)展導(dǎo)航。[例4-8]宇宙飛行參見教材P70。4.5VRML的動(dòng)態(tài)交互4.5.1 動(dòng)畫設(shè)計(jì)4.5.2 傳感器交互4.5.3 腳本設(shè)計(jì)4.5VRML的動(dòng)態(tài)交互4.5.1 動(dòng)畫設(shè)計(jì)在VRML中，經(jīng)過時(shí)間傳感器和插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)最常用的線性關(guān)鍵幀動(dòng)畫。VRML提供了諸如PositionInterpolator〔位置〕、OrientationInterpolator〔朝向旋轉(zhuǎn)〕、ColorInterpolator〔顏色〕、ScalarInterpolator〔標(biāo)量〕等多個(gè)插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)來控制動(dòng)畫。TimeSensor〔時(shí)間傳感器〕節(jié)點(diǎn)的作用是創(chuàng)建一個(gè)虛擬時(shí)鐘。[例4-9]地月運(yùn)轉(zhuǎn)參見教材P72。4.5