基于VRML技術(shù)的虛擬展示平臺設(shè)計

PAGE23摘要科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是以計算機和網(wǎng)絡(luò)為特征的信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會生活的各個方面從觀念到形式都發(fā)生了巨大的變化。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是近十年來研究的熱點問題之一，并逐漸從傳統(tǒng)的在軍事、國防和科研等高端領(lǐng)域走向普通民用。虛擬展示是其中的應(yīng)用之一，在文物復(fù)原、房地產(chǎn)開發(fā)、企業(yè)和產(chǎn)品展示等方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文主要討論了以下內(nèi)容：概述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外研究動態(tài)以及課題的研究背景及意義。研究了VRML中紋理映射、陰影、光照等技術(shù)，對于虛擬現(xiàn)實建模及系統(tǒng)的優(yōu)化做了簡單的介紹?；赩RML技術(shù)設(shè)計完成的良渚文化虛擬展示平臺，闡述了平臺的基本構(gòu)造及完成的具體內(nèi)容和步驟。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)，交互，虛擬展示W(wǎng)eb-basedinteractivedisplayofvirtualrealitydesignplatformABSTRACTThedevelopmentofscienceandtechnology,especiallythequickdevelopmentinITfields,whichtakecomputerandwebascharacteristiceveryaspectofsociallifehasbeenchangedgreatlyfromconcepttostyle.VirtualReality(VR)isoneofthehotsubjectincomputersciencesincethepastdecade.OriginallyVRtechnologiesmainlyareusedinsomehigh-levelfields,suchasmilitary,defenseandscientificresearches,buttheynowgraduallyareusedinsomepopular-orientedfields.Oneofthelow-levelapplicationsisVRExpowhichcanbeusedindigitalheritage,realty,enterprise/productshowandsoon.Itwillbeusedinmorewidelydomainsinthefuture.Followingresearchworkhasbeendoneinthisthesis:Thedevelopment,thefutureandcurrentsituationofVirtualRealitySystemareintroduced.Thepurposeofthisthesisisintroduced.StudyofVRMLtexturemapping,shadows,lightandothertechnologiesForvirtualrealitymodelingandoptimizationofthesystemtodoasimplepresentation.BasedonVRMLtechnologiesanddesigntheLiangzhuculturevirtualdisplayplatform,expoundedonthebasicplatformstructureandcompletionofthespecificdetailsandsteps.Keywords：Virtualrealitytechnology,Interactive,virtualdisplay目錄摘要 IABSTRACT II第一章引言 11.1研究的目的與意義 11.2交互式虛擬展示平臺的研究現(xiàn)狀 11．3論文的組織結(jié)構(gòu) 3第二章虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言 42.1VRML的概述 42.2VRML建模 52.3VRML的交互 52.4VRML的優(yōu)化 7第三章基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬展示平臺 93.1虛擬展示平臺的特點 93.2虛擬展示平臺的關(guān)鍵技術(shù) 103.2.1三維物體的建模 103.2.2紋理映射 113.2.3光照 133.2.4陰影 133.2.5交互 14第四章基于網(wǎng)絡(luò)的良渚文化交互式虛擬展示平臺 154.1系統(tǒng)的提出 154.2平臺開發(fā)工具的介紹 164.2.1DREAMWEAVER的概述 164.2.23DSTUDIOMAX技術(shù) 174.2.3VRMLPAD開發(fā)工具 174.2.4PHOTOSHOP工具 174.2.5JS腳本語言的擴(kuò)充與交互功能 174.3系統(tǒng)總體設(shè)計 174.3.1系統(tǒng)功能需求 174.3.2系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 184.4系統(tǒng)功能模塊設(shè)計 18第五章總結(jié)與展望 21參考文獻(xiàn) 22致謝 23第一章引言1.1研究的目的與意義過去,不管是企業(yè)展示商品還是對良渚古文物的介紹其表現(xiàn)的方式多是以文字、圖片、flash動畫等形式。這些方式缺少人機交互性,顧客對產(chǎn)品沒有感性認(rèn)識，這無疑是影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要原因之一。同樣簡單的形式讓人們很難多面的了解古文物一些狀況。全球市場競爭的出現(xiàn)，使企業(yè)面臨著更多的壓力，用盡可能低的成本，生產(chǎn)出更高的產(chǎn)品，成為企業(yè)生存和發(fā)展的重要條件。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是上個世紀(jì)末出現(xiàn)的一種以先進(jìn)的計算機、電子等技術(shù)為基礎(chǔ)的新的學(xué)科。虛擬產(chǎn)品設(shè)計是建立在利用計算機完成產(chǎn)品開發(fā)過程構(gòu)思的基本上，以計算機防真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，集計算機圖形學(xué)、人工智能、并行工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬顯示技術(shù)等技術(shù)為一體，在虛擬條件下，對產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計、制作、測試和分析，在短短出現(xiàn)的幾年時間，虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點。因此考慮運用虛擬現(xiàn)實技術(shù),構(gòu)建具有真實感的3D虛擬產(chǎn)品展示系統(tǒng),讓觀眾能夠從不同角度瀏覽物品,并交互地選擇物品的細(xì)部進(jìn)行審視,從而為觀眾提供一個全面了解物品的新體驗,為企業(yè)提供展示其產(chǎn)品的新模式。良渚文化是我國長江下游太湖流域一支重要的古文化，因1936年原西湖博物館施昕更先生首先發(fā)現(xiàn)于余杭市良渚鎮(zhèn)而命名。距今約5300－4000年。本論文做的是基于網(wǎng)絡(luò)的交互式虛擬展示平臺的設(shè)計，對良渚文化玉器進(jìn)行的三維建模、渲染表現(xiàn)，人們可以從多個角度對良渚文化特別其精美的玉器進(jìn)行不同角度的觀賞，可以讓更多的人認(rèn)識它了解它愛護(hù)它，也希望能為良渚文化申報《世界文化遺產(chǎn)》做一點貢獻(xiàn)。1.2交互式虛擬展示平臺的研究現(xiàn)狀1.2.1虛擬現(xiàn)實的定義虛擬現(xiàn)實（VirtualReality,簡稱VR）是由美國公司的JARONLANIER在1989年創(chuàng)造的一個新詞。他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)造出的用以體驗或感知虛擬境界的一種計算機軟、硬件環(huán)境，擁護(hù)使用這些高級設(shè)備以自然的技能（如頭的轉(zhuǎn)動、身體的運動以及人類自然語言等）向計算機發(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時反饋[1]。虛擬現(xiàn)實簡明的定義為：由計算機及其他軟、硬件技術(shù)生成的，給人們多種感覺刺激的虛擬境界（VirtualEnvironment,VE,又稱之為虛擬環(huán)境），是一種高級的自然人機交互系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實作為一項實用技術(shù)，在建筑設(shè)計、城市規(guī)劃、古跡恢復(fù)、產(chǎn)品原型設(shè)計、娛樂、可視化仿真等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。1.2.2虛擬現(xiàn)實的盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一項投資大難度高的使用技術(shù)，因其具有廣泛的應(yīng)用背景，在最近幾十年得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。美國是虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的發(fā)源地，近年來，美國致力于虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的有名機構(gòu)在開發(fā)航空、醫(yī)學(xué)等重要領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)，并取得了卓越的成果。如北卡羅來納大學(xué)(UNC)的計算機系是進(jìn)行VR研究最早最著名的大學(xué),他們主要研究分子建模、航空駕駛、外科手術(shù)仿真、建筑仿真等。LomaLinda大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的DavidWarner博士和他的研究小組成功地將計算機圖形及VR的設(shè)備用于探討與神經(jīng)疾病相關(guān)的問題,首創(chuàng)了VR兒科治療法。麻省理工學(xué)院(MIT)是研究人工智能、機器人和計算機圖形學(xué)及動畫的先鋒,這些技術(shù)都是VR技術(shù)的基礎(chǔ),1985年MIT成立了媒體實驗室,進(jìn)行虛擬環(huán)境的正規(guī)研究。華盛頓大學(xué)華盛頓技術(shù)中心的人機界面技術(shù)實驗室(HITLAB),將VR研究引入了教育、設(shè)計、娛樂和制造領(lǐng)域。英國、法國、德國、芬蘭等國在推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展做了很大貢獻(xiàn)。如在VR開發(fā)的某些方面,特別是在分布并行處理、輔助設(shè)備(包括觸覺反饋)設(shè)計和應(yīng)用研究方面,英國是領(lǐng)先的，特別是在歐洲。日本主要致力于建立大規(guī)模VR知識庫的研究,在虛擬現(xiàn)實的游戲方面的研究也處于領(lǐng)先地位[2]。與世界發(fā)達(dá)國家相比，我國在這個領(lǐng)域有一定的差距，但現(xiàn)在已引起國家有關(guān)部門和科學(xué)家們的高度重視,并根據(jù)我國的國情,制定了開展VR技術(shù)的研究計劃。九五規(guī)劃、國家自然科學(xué)基金委、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等都把VR列入了研究項目。國內(nèi)一些重點院校,已積極投入到了這一領(lǐng)域的研究工作。國內(nèi)最早進(jìn)行VR研究的北京航空航天大學(xué)計算機系，浙江大學(xué)CAD&CG國家重點實驗室開發(fā)出了一套桌面型虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng),還研制出了在虛擬環(huán)境中一種新的快速漫游算法和一種遞進(jìn)網(wǎng)格的快速生成算法;哈爾濱工業(yè)大學(xué)已經(jīng)成功地虛擬出了人的高級行為中特定人臉圖像的合成、表情的合成和唇動的合成等技術(shù)問題;清華大學(xué)計算機科學(xué)和技術(shù)系對虛擬現(xiàn)實和臨場感的方面進(jìn)行了研究;西安交通大學(xué)信息工程研究所對虛擬現(xiàn)實中的關(guān)鍵技術(shù)———立體顯示技術(shù)進(jìn)行了研究。目前的虛擬技術(shù)與真正的“虛擬現(xiàn)實”還有很大的距離，一方面網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度還遠(yuǎn)不能滿足視頻信息的實時傳輸和海量信息的數(shù)據(jù)交換；另一方面虛擬現(xiàn)實所使用的各種軟、硬件設(shè)備和技術(shù)目前還處于初級階段，遠(yuǎn)未達(dá)到實用和普及的程度；此外，還有信號延時所造成的交互操作的非實時性以及三維空間定位困難有悖于人的自身經(jīng)驗等突出問題。然而由于虛擬現(xiàn)實的廣泛應(yīng)用前景，我們相信21世紀(jì)虛擬現(xiàn)實會大放異彩。1．3論文的組織結(jié)構(gòu)本課題我們深入研究了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以介紹良渚文化為例，詳細(xì)的介紹了良渚文化的歷史形成、發(fā)展?fàn)顩r及完美的藝術(shù)表現(xiàn)，本文共為五章，主要內(nèi)容如下所述：第一章：緒論表明了研究的目的與意義，并簡單的介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一些基本概念，虛擬展示平臺的研究現(xiàn)狀，指出本文研究的主要內(nèi)容。第二章：分析了當(dāng)前虛擬現(xiàn)實的各種實現(xiàn)的各種實現(xiàn)手段，介紹了VRML技術(shù)的基本概念、特性及工作原理，詳細(xì)的介紹了建模、交互與優(yōu)化的特性。第三章：這章是本文的技術(shù)關(guān)鍵點，介紹了網(wǎng)絡(luò)的虛擬展示平臺的特點有技術(shù)，包括模型的添加表面紋理的紋理影射技術(shù)，光照陰影等一些關(guān)鍵技術(shù)的描述。第四章：虛擬展示平臺系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)的設(shè)計思路與想法，基本功能的實現(xiàn)，還簡單的介紹了系統(tǒng)的開發(fā)工具。第五章：結(jié)論部分，對研究工作做了簡要的總結(jié)，并對下一步需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)的地方做了展望。第二章虛擬現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言2.1VRML的概述VRML是一種網(wǎng)頁設(shè)計語言,是三維網(wǎng)頁的國際標(biāo)準(zhǔn).利用它可以設(shè)計出各種各樣的立體圖畫,并且這些立體圖畫還可以在屏幕上以動畫的形式顯現(xiàn),而生成的文件不大,非常便于網(wǎng)上傳輸.其優(yōu)點:簡單易學(xué),幾乎不需要畫立體圖的經(jīng)驗就可以上手;編程環(huán)境簡單,最簡單的時候只用WINDOWS自帶的記事本就可以編寫立體圖程序;與AUTOCAD,SOLIDWORKS,3DSMAX,PRO2E等三維動畫軟件有標(biāo)準(zhǔn)的接口,這使得復(fù)雜的物體商品可先由其他的軟件生成,再導(dǎo)出為VRML的格式,減少工作量.它最大的優(yōu)點就是能夠在網(wǎng)頁上實現(xiàn)立體動畫過程,并與用戶實現(xiàn)交互,目前利用JAVASCRIPT或者VBSCRIPT腳本語言可以方便對它進(jìn)行控制.使關(guān)心愛護(hù)良渚文化的人們不需要親自走到良渚博物館就可以領(lǐng)受到五千前的風(fēng)采。VRML建模語言有以下主要技術(shù)特征[2]：（1）C/S工作方式。其中服務(wù)器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)絕大多數(shù)防真活動，提供VRML文件極其資源，并維護(hù)環(huán)境中所有虛擬對象的狀態(tài)。（2）獨立平臺。VRML瀏覽器解析VRML文件描述虛擬場景，而瀏覽器由本地平臺提供。實現(xiàn)了平臺上的獨立性。（3）ASCII文本格式的描述性語言。VRML是用的是ASCII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)的通訊量，從而提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。（4）增強了靜態(tài)場景。VRML2.0新增的一些功能可以使三維靜態(tài)場景的真實感更強。（5）可交互性與動畫。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以對三維造型進(jìn)行實時交互仿真。（6）三維視聽效果。通過SOUND節(jié)點，用戶可以具體設(shè)置聲音的大小、音源的位置、傳播方向等空間屬性。（7）實時3D渲染。（8）腳本支持。Java或者JavaScript支持。VRML通過Script節(jié)點引入Java或JavaScript語言編寫的腳本程序來擴(kuò)展其功能。2.2VRML建模如同HTML一樣，VRML也是一種ASCII的描述語言，如前所述，其來源為Openinventor，是SGI公司為其本身需要而開發(fā)的3D圖形描述語言。在語法上，HTML以標(biāo)記（Tag）指定文字樣式、排版格式、多媒體檔案插入或超鏈接等功能，而VRML則以節(jié)點（Node）作為基本單位，下面為一個最基本的VRML語言程序，建立一個球，可以看出半徑大小的設(shè)置，顏色等屬性值。#VRMLV2.0utf8#文件頭Shape{#節(jié)點定義開始 appearanceAppearance{#外觀定義 materialMaterial{#定義顏色 diffuseColor1.00.00.0球體顏色為紅色 } } geometrySphere {#定義一個半徑為0.3的球體 radius0.3 }}VRML是一種用來描述可在WORLDWIDEWEB上運行的、可交互的3D世界和對象的文件格式，是一種描述性語言，以節(jié)點為基本單位，但由于用節(jié)點來寫模型不夠直觀，且不易描述具有復(fù)雜面的形體，3DSMAX正好彌補了這個缺陷。模型建好以后點擊File/Export，出現(xiàn)一個對話框，單擊“存為類型”下拉列表框，選取“VRML97(＊.WRL)"文件類型，最后取一個相應(yīng)的名稱，單擊“保存”,會出現(xiàn)一個VRMLEXPORT對話框，取默認(rèn)值，單擊OK就生成了一個以WRL為后綴的文件，該文件就可以用安裝有VRML瀏覽器的IE打開瀏覽。VRML的訪問方式是基于客戶/服務(wù)器模式，其中服務(wù)器提供VRML文件及支持資源客戶通過網(wǎng)絡(luò)下載希望訪問的文件，并通過本地平臺上的VRML瀏覽器（Browser）交互式訪問該文件描述的虛擬環(huán)境，因為瀏覽器是本地平臺提供的，從而實現(xiàn)了和硬件平臺的無關(guān)性。2.3VRML的交互虛擬場景的交互是通過VRML的交互機制來實現(xiàn)的。具體來說，交互是通過節(jié)點來實現(xiàn)的。節(jié)點的交互就是一個節(jié)點某狀態(tài)的變化能引起另一個節(jié)點狀態(tài)的變化。VRML中將狀態(tài)的變化一記為一個“事件”，代表輸入的稱為“事件輸入”，代表輸出的稱為“事件輸出’。引起其他節(jié)點變化的節(jié)點為“源節(jié)點”，發(fā)生變化的節(jié)點為“宿主節(jié)點”。“源節(jié)點”發(fā)出“事件輸出”，“宿主節(jié)點”接受“事件輸入”，節(jié)點的任何一個參量都可能成為一個“事件’，。通常，按照在VRML中有沒有引用第三方語言，將交互分成非編程交互和編程交互。本章討論非編程交互(基于VRML內(nèi)建節(jié)點)和編程交互(基于VRML與Java語言的接口)的方法?；赩RML內(nèi)建節(jié)點的交互方式。VRML提供了多種感知器，主要有:TouchSensor、CylinderSensor、TimeSensor、PositionInterpolator、ColorInterpolator、ProximitySensor、SphereSensor、VisibilitySensor等。利用這些感知器可交互控制場景中的物體產(chǎn)生行為動作。其中以CylinderSensor為例，下面是對于史前柄的旋轉(zhuǎn)NavigationInfo{ type"walk"}DEFbingTransform{children[Shape{appearanceAppearance{ textureImageTexture{ url"bing.png" }materialMaterial{}}geometryBox{ size1.520 }}]}DEF sensorCylinderSensor{}ROUTEsensor.rotation_changedTObing.rotation其中上面的一大段是建一個史前柄的建模，最后兩句文字是對柄的旋轉(zhuǎn)處理。圖2-1圖2-2兩幅便是對柄旋轉(zhuǎn)側(cè)面的圖形，可以讓觀眾從不同角度瀏覽。通過非編程的方法，一些簡單的交互能夠?qū)崿F(xiàn)，但是無法實現(xiàn)較理想的動態(tài)效果，在編程交互中，VRML引入SCRIPT節(jié)點，為JAVA和JAVASCRIPT等外部編程語言提供了應(yīng)用平臺，大大拓展了自身的動態(tài)交互能力。VRML與其它實現(xiàn)三維場景的技術(shù)手段（如OpenGL,Cult3D,3DSMAX,Viewpoint）相比，具有語法簡單、三維建模功能強大、便于網(wǎng)上發(fā)布等優(yōu)點。但由于VRML本身僅僅是一種標(biāo)準(zhǔn),不可能滿足各行各業(yè)的所有需要。所以，高級交互功能的實現(xiàn)必須借助于Java等功能強大的高級語言。這樣，可以有效地彌補VRML本身的一些不足（例如邏輯判斷、文件操作、鍵盤輸入、精確控制場景等），進(jìn)而完善與HTML等其它媒體的交互,也可實現(xiàn)復(fù)雜的虛擬環(huán)境系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課件。2.4VRML的優(yōu)化VRML是一種三維場景的應(yīng)用，只所以未能真正推廣開來，最重要的一點也就是它的下載速度慢，對復(fù)雜場景的渲染給系統(tǒng)帶來的開銷很大，為保證能順暢的瀏覽場景，對VRML文件的優(yōu)化是必不可少的，下面介紹幾種常用優(yōu)化方法[3]：(一)刪除程序中不必要的間隔。檢查是否有語法、值類型的錯誤，提供的域值是否在適當(dāng)范圍內(nèi)，檢驗是否有語法、值類型的錯誤，應(yīng)盡量刪除文件中不必要的空格、空行等，(二)導(dǎo)入模型的優(yōu)化，刪除和隱藏場景中的不可見面。通過建模工具建立的模型。雖然有逼真的效果，當(dāng)導(dǎo)出為VRML文件時，數(shù)據(jù)的精確度會非常高，從而使文件的體積過大，影響其網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，壓縮數(shù)據(jù)，減小精確度是必不可少的。(三)多使用DEF/USE命名方式，減少文件的代碼長度。(四)原型（PROTO）封裝。通過原型定義，可以創(chuàng)建新的類型節(jié)點，為架枸個性化場景帶來了很大方便。(五)有效使用紋理。紋理是可重復(fù)使用和具有延展性的，可用以使用小紋理代替大紋理，利用SCALE將紋理映射為多輻紋理，從而提高場景的渲染速度。(六)使用紋理圖產(chǎn)生復(fù)雜的幾何體。一些復(fù)雜的幾何體應(yīng)盡量用BILLBOARD將紋理圖映射為復(fù)雜的幾何體。(七)利用壓縮工具壓縮VRML文件。經(jīng)壓縮后的VRML文件只有原來的1/3，壓縮相當(dāng)高，具體可采用GZIP壓縮工具，也可以采用VRMLPAD提供的壓縮工具。第三章基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬展示平臺3.1虛擬展示平臺的特點隨著數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展，人們已不再滿足在網(wǎng)上瀏覽一些靜態(tài)的、文本類、二維的產(chǎn)品圖片，而對那些具有動態(tài)的、三維可視化效果的產(chǎn)品需求越來越迫切。目前，在一些行業(yè)如家電、輕工業(yè)產(chǎn)品和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，三維數(shù)字化產(chǎn)品虛擬展示已初步得到應(yīng)用，其中的一個重要特點就是，基于用戶需求，以三維實體形式構(gòu)建產(chǎn)品模型，并將三維的（包括結(jié)構(gòu)和性能特點）設(shè)計信息及時展現(xiàn)給客戶，讓用戶盡早了解產(chǎn)品的特點、性能等因素。這里的產(chǎn)品信息主要包括兩部分：一是三維模型信息，包括產(chǎn)品的外觀、色彩、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等三維模型信息；二是動態(tài)運行信息，包括在運行過程中所傳達(dá)出來的特征及運行狀態(tài)等。虛擬現(xiàn)實具有多感知性（multi-sensation）、沉浸感（immersion）、交互性(interaction)和自主性(autonomy)這四個重要特征[4]。沉浸感：是指計算機生成的虛擬世界能給人一種身臨其境的感覺，即計算機技術(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、甚至還包括味覺感知、嗅覺感知等，理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難辨真假的程度。多感知性：指除一般計算機所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現(xiàn)實應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。交互性：是指人能夠很自然地跟虛擬世界中的對象進(jìn)行交互操作或者交流；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。構(gòu)想：是指用戶通過對虛擬環(huán)境中物體的操縱與觀察加深對事物的認(rèn)識和理解，提高感性與理性認(rèn)識，從而啟發(fā)新的構(gòu)思。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的每一步發(fā)展都是圍繞它的特性而進(jìn)行的，讓人們能沉浸到計算機所創(chuàng)建的環(huán)境在，激發(fā)人類的靈感。虛擬產(chǎn)品展示設(shè)計平臺最主要的功能是為企業(yè)提供一個設(shè)計具體產(chǎn)品交互式虛擬展示系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，以便于顧客在虛擬環(huán)境下了解產(chǎn)品的各種信息。借助該平臺，企業(yè)能簡單、全面、直觀地為顧客發(fā)布產(chǎn)品。3.2虛擬展示平臺的關(guān)鍵技術(shù)3.2.1三維物體的建?？茖W(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、全球化信息網(wǎng)絡(luò)和全球化市場形成及技術(shù)變革的加速，一方面網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用具備了更好的載體；同時，對于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的研究工作也提出了更高的要求。我國具有悠久的歷史，數(shù)千年的文明史為我們留下了不計其數(shù)的珍貴文物，其品種之豐富，制作之精致，無不具有很強的中華民族的特色。良渚文化中出土了很多文物，其中不乏文物精品，具有極高的藝術(shù)和歷史價值，特別是良渚玉器的精美是絕無僅有的。建立基于虛擬現(xiàn)實與人機交互、網(wǎng)絡(luò)以及其它相關(guān)技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺的開發(fā)，實現(xiàn)資源共享，保護(hù)珍貴的文物。3DSMAX是集實體造型、圖象與三維動畫制作于一體的功能強大的應(yīng)用軟件。虛擬現(xiàn)實涵蓋了較多的學(xué)科與領(lǐng)域，需要綜合運用多種手段，以真實模擬現(xiàn)實為目的，3DSMAX則扮演了重要的角色世界事物很多，它在3DSMAX中建模方法各有不同，依據(jù)不同目標(biāo)物體的形狀可以分為以下幾種建模方法及其運用的對象：旋轉(zhuǎn)建模：用line工具繪出對稱截面,加入lathe(旋轉(zhuǎn))修改器可得到三維實體，用于具有中心軸對稱的物體如各種陶器,以及大部分的水果。LOFT放樣建模：用于在一段路徑上具有一致截面或有少數(shù)截面的情況。BOOLEAN建模：用來將兩個造型物體進(jìn)行BOOLEAN合成。細(xì)分建模：主要用于具有較為規(guī)則的平面或光滑曲面的物體。復(fù)制、堆積建模：用于具有不規(guī)則形態(tài)的形體陣或堆積如樹木，石塊。依附建模：用于帶有空間扭曲或變形的物體建模。面片建模：用于左右對稱的生物。NURBUS曲面建模：用于大部分的曲面物體。材質(zhì)建模：形狀一些特殊的效果，實現(xiàn)主要由材質(zhì)來完成。組合建模：用于工業(yè)中的復(fù)雜零件，大部的家用電器、交通工具等[5]。一些簡單的玉器的制作則在3DMAX7.0中創(chuàng)建一些基本的模型即可，比如玉壁的制作相對來說比較簡單，直接創(chuàng)建一個TUBE（圖3-1），然后在下面的屬性欄（圖3-2）里設(shè)定相應(yīng)的比例值，也可在修改（MODIFY）面版中執(zhí)行。圖3-1圖3-2可以得到一個類似這樣的模型（圖3-3）圖3-3一般的玉器則相對來說沒有這么簡單，如柄形器，牌飾，玉冠形器等等，諸如此類的3D模型的構(gòu)造。以玉冠形器為例構(gòu)建相對復(fù)雜的模型。首先還是建一個長方體，然后在修改面版中確定它們的比例，[6]在下面的SEGS值中每個面的設(shè)定一些值（相對來說值越大，其模型的精確值越高），然后選定編輯網(wǎng)格（EDITMESH）修改器選項，單擊卷欄下的多邊形按鈕（圖3-4），選擇其中的某些平面進(jìn)行拉伸，得到自己想要的結(jié)果，最后退出在修改面版中選擇平滑網(wǎng)格（MESHSMOOTH），使物體更真實些。其中對于中間的洞孔則可以用布爾運算獲得。有時3DSMAX生成的VRML文件比較大。由于受到Internet的帶寬及傳輸速率的限制，在利用3DSMAX建模時不宜太精細(xì)，貼圖不要太復(fù)雜（盡量不用貼圖），場景盡量簡單。在建模時減少基本幾何體的分段數(shù)以節(jié)約面數(shù)[7]，刪除場景中不可見的面，在權(quán)衡存儲數(shù)據(jù)和外形美觀的條件下，做到小而精。還有對于3DSMAX導(dǎo)出的有些元素并不能生成，比如一些隱藏面，其它類型的材質(zhì)，光滑組等等一些無法顯示，所以在3DSMAX建模中就必須注意這些。3.2.2紋理映射紋理映射是近幾年來發(fā)展最快的技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于三維真實感圖形的生成與顯示中。運用紋理映射可以方便地制作真實感圖形而不花更多的時間去考慮物體的表面細(xì)節(jié)，只有物體的形狀是不夠的，要使物體具有真實感，還需要設(shè)計和制作物體的屬性和表面圖案，如材質(zhì)、貼圖，最后把這些內(nèi)容有機的結(jié)合起來就可以制作出一個具有強烈真實感的三維物體建模，建模后，要對形狀模型的每一部分分配材質(zhì)和貼圖，既簡化了模型的設(shè)計，又不會對視覺產(chǎn)生很多的影響。在設(shè)計過程中就遇到了一些類似的問題，比如貼圖的處理，用紋理映射的技術(shù)貼圖，效果好多了。下面是設(shè)計中的兩次貼圖，明顯可以看出第二幅更真實些，雖然第一幅圖的顯示其中有作者本身的紋理技術(shù)有關(guān)，但使用第二幅的技術(shù)相對簡單也不會產(chǎn)生很大的影響。圖3-4圖3-5紋理是由材質(zhì)、紋理和色彩組成的，需要運用PHOTOSHOP（圖象處理軟件）來實現(xiàn)，先從專業(yè)網(wǎng)站上尋找圖片的來源，然后對圖象一些處理，如平滑、銳化等處理，把起背景色截出來，保存為PNG格式，然后直接在VRML里貼圖。材質(zhì)是物體的表面經(jīng)過渲染之后所表現(xiàn)出來的特征，包含了物體的顏色、質(zhì)感、光線、透明度和圖案等特性，在3DSMAX中有顏色（COLOR）、光亮程度（SHININESS）、自發(fā)光度（SELF-ILLUMINATION）及不透明度（OPACITY），它們可使網(wǎng)格對象在著色時以真實的質(zhì)感出現(xiàn)。如其中的自發(fā)光選項，下面圖象分別以0，50，100為例。圖3-6圖3-7圖3-8貼圖是繼材質(zhì)之后又一個增強物體質(zhì)感和真實感的強大技術(shù)，如何很好的進(jìn)行貼圖處理，是一件作品的關(guān)鍵之處。其類型可分為二維貼圖、三維貼圖、合成貼圖與其他貼圖。點擊材質(zhì)編輯按鈕，在MAP卷欄下選擇DIFFUSE選項，在彈出的材質(zhì)瀏覽器復(fù)選[NEW]選項圖3-93.2.3光照光照是虛擬現(xiàn)實場景中必不可少的元素，場景中的光線可以來自多個光源，OpenGL在模擬光源和光照時將光分解為紅、綠、藍(lán)三種分量，根據(jù)光源的顏色設(shè)置和物體表面材質(zhì)屬性的設(shè)置可以表現(xiàn)不同的顏色效果。光照被分為4個獨立的部分：環(huán)境光、散射光、鏡面反射光和發(fā)射光，這4種光被分別計算，然后疊加起來。光源的屬性包羅顏色、位置和衰減以及方向。在現(xiàn)實世界中，離光源越遠(yuǎn)，光線越弱。由于定向光源位于無窮遠(yuǎn)處，根據(jù)距離衰減光強沒有任何意義，而對于定位光源，需要設(shè)置衰減。通過將發(fā)射光限定在物體內(nèi)，設(shè)定定位光源為聚光燈。在加光源的時候我們會注意到這樣一個問題，在場景中加入光源比較簡單，但是光源在場景中沒有具體的物體形態(tài)來表達(dá)，也就是只能看到光照效果但沒有具體的光源物體。這樣給更改光源位置和選擇光源帶來不便。對此我們就在光源所在的位置加入實物代表的方法。在OSG中實現(xiàn)燈光的功能相對簡單，主要借助OSG提供的兩個類osg::LightSource和osg::light完成。在三維場景中添加燈光節(jié)點的方法，首先定義Light類型并將其加入到LightSource中，再將LightSource加入到Group加入場景中，我們在引擎中實現(xiàn)了動態(tài)添加燈光，設(shè)置燈光的類型、位置、顏色等功能[8]。3.2.4陰影陰影可以給出有關(guān)物體間的空間關(guān)系和光源的位置信息，有了陰影可以極大地增強畫面的真實感。陰影分為本影和半影，位于中間的全黑的部分為本影，本影周圍半明半暗的區(qū)域為半影。本影是任何光線都照不到地區(qū)域，半影則可以接受部分光線。陰影的生成分為靜態(tài)過程和動態(tài)過程，靜態(tài)的陰影生成是根據(jù)光源和物體的位置關(guān)系，事先生成的一張陰影圖，在運行時將該陰影圖調(diào)入到場景中，靜態(tài)過程的優(yōu)勢在于對系統(tǒng)性能要求較低，資源占用不大，顯示速度快，但是它不會隨光源或視點的移動而實時變更，但是這種方式不能很好地體現(xiàn)真實性[8]。陰影的產(chǎn)生可以采用多遍掃描和深度紋理想結(jié)合的技術(shù)，判斷哪些面或者部分不能被光源照射到。這時可以逐個判斷哪些物體的表面會產(chǎn)生陰影，另一種方法采用texgen自動生成紋理坐標(biāo)。3.2.5交互VRML是一種用來描述可在WORLDWIDEWEB上運行的、可交互的3D世界和對象的文件格式，是一種描述性語言，以節(jié)點為基本單位，但由于用節(jié)點來寫模型不夠直觀，且不易描述具有復(fù)雜面的形體，3DSMAX正好彌補了這個缺陷[9]。模型建好以后點擊File/Export，出現(xiàn)一個對話框，單擊“存為類型”下拉列表框，選取“VRML97(＊.WRL)"文件類型，最后取一個相應(yīng)的名稱，單擊“保存”,會出現(xiàn)一個VRMLEXPORT對話框，取默認(rèn)值，單擊OK就生成了一個以WRL為后綴的文件，該文件就可以用安裝有VRML瀏覽器的IE打開瀏覽。下面是用3DSMAX建模后生成的VRML文件圖3-9之后對于VRML中的一些屬性的添加，比如能夠讓虛擬物品的旋轉(zhuǎn)（DEF sensorCylinderSensor{}ROUTEsensor.rotation_changedTOyuguan.rotation），背景光等等這些。第四章基于網(wǎng)絡(luò)的良渚文化交互式虛擬展示平臺4.1系統(tǒng)的提出良渚遺址已成為實證中國五千年文明史的最具規(guī)模和水平的地區(qū)之一，是中華民族和東方文明的圣地。目前在環(huán)太湖流域的浙江省、江蘇省、上海市共發(fā)現(xiàn)良渚遺址300多處，可劃分為5大片和若干個點，即莫角山片、茍山片、瑤山片、土垣片、匯觀山片，其中以余杭良渚最為集中。良渚文化單元共分為6類，即宮殿群、祭壇墓葬復(fù)合、墓葬、村落、城市防衛(wèi)工程、原始農(nóng)耕區(qū)，是中國新石器時代最完整而龐大的考古遺址之一。圖4-1（良渚文化遺址）圖4-2（良渚文化遺址）說到良渚文化，最優(yōu)秀的代表就是那些眾多的出土玉器，那些精美的璀璨晶瑩的古玉：玉琮、玉璧、玉鉞、玉鐲、玉璜、玉串飾、柱形器、冠形器、三叉形器、錐形器、冠飾、牌飾、墜飾、項鏈、帶鉤、管、珠、烏、蟬、龜、魚、蛙??據(jù)不完全統(tǒng)計，良渚文化玉器的品種有61種之多，按玉器的功能來分，有禮器、裝飾品、組裝件和雜器4大類。良渚文化時期，農(nóng)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入犁耕稻作，手工業(yè)趨于專業(yè)化，琢玉業(yè)尤為發(fā)達(dá)。當(dāng)時的玉器不僅以造型端莊對稱、品種豐富取勝，更以其堪稱鬼斧神工的精湛制作技藝令人拍案叫絕[10]。圖4-3（玉壁）圖4-4（玉琮）圖4-5（史前牌飾）圖4-6（玉冠形器）2001年，由分管副省長任組長的浙江省良渚遺址申報《世界遺產(chǎn)名錄》領(lǐng)導(dǎo)小組成立，良渚遺址“申遺”工作提上省及杭州市、余杭區(qū)各級政府議事日程，余杭區(qū)組織人員成立良渚遺址申請領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室。2006，經(jīng)指派專家考察，鑒于良渚遺址的突出價值和保存現(xiàn)狀，地方的保護(hù)積極性，國家文物局同意將良渚遺址列入重新審訂后的中國世界文化遺產(chǎn)預(yù)備名單[11]。創(chuàng)建一個基于虛擬現(xiàn)實與人機交互、網(wǎng)絡(luò)以及其它相關(guān)技術(shù)的關(guān)于良渚文化的系統(tǒng)，實現(xiàn)資源共享，保護(hù)珍貴的資源。4.2平臺開發(fā)工具的介紹4.2.1DREAMWEAVER的概述DREAMWEAVER是美國MACROMEDIA公司開發(fā)的集網(wǎng)頁制作和管理網(wǎng)站于一身的所見即所得網(wǎng)頁編輯器，它是第一套針對專業(yè)網(wǎng)頁設(shè)計師特別發(fā)展的視覺化網(wǎng)頁開發(fā)工具，利用它可以輕而易舉地制作出跨越平臺限制和跨越瀏覽器限制的充滿動感的網(wǎng)頁。DREAMWEAVER、FLASH以及在DREAMWEAVER之后推出的針對專業(yè)網(wǎng)頁圖像設(shè)計的FIREWORKS，三者被MACROMEDIA公司稱為DREAMTEAM(夢之隊)。DREAMWEAVER的特點（1）最佳的制作效率（2）網(wǎng)站管理：使用網(wǎng)站地圖可以快速制作網(wǎng)站雛形、設(shè)計、更新和重組網(wǎng)頁。改變網(wǎng)頁位置或檔案名稱，DREAMWEAVER會自動更新所有連結(jié)。使用支援文字、HTML碼、HTML屬性標(biāo)簽和一般語法的搜尋及置換功能使得復(fù)雜的網(wǎng)站更新變得迅速又簡單。（3）無可比擬的控制能力：DREAMWEAVER是唯一提供RoundtripHTML、視覺化編輯與原始碼編輯同步的設(shè)計工具。4.2.23DSTUDIOMAX技術(shù)3DSMAX是使用最廣泛的專業(yè)3D建模，動畫和圖像制作軟件。3DSMAX通過構(gòu)建虛擬的3維世界，來表現(xiàn)真實現(xiàn)實中的存在。它能創(chuàng)建耀眼奪目的視覺效果，越界引擎和進(jìn)行視化設(shè)計。通過輔助建模軟件，先建立三維物體，再在虛擬世界中進(jìn)行組合，形成豐富多彩的虛擬現(xiàn)實世界，在3DSTUDIOMAX中建立模型，再將這些物體以.wrl格式導(dǎo)出為VRML世界，編輯在它們在虛擬世界中的位置。4.2.3VRMLPAD開發(fā)工具VRML的發(fā)展歷史不長，但由于其強大的功能和誘人的應(yīng)用前景，許多支持VRML的專業(yè)編輯系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，VRMLPAD便是其中一種，功能專一且強大，并且使用方便、簡單。4.2.4PHOTOSHOP工具Photoshop是一個作圖軟件，功能強大，小到處理照片大到大型廣告設(shè)計制作都用它。處理圖片為網(wǎng)頁制作方面做了重要鋪墊。4.2.5JS腳本語言的擴(kuò)充與交互功能JS是JavaScript的縮寫，是應(yīng)用程序，可以與數(shù)據(jù)庫和其它數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，增加某些功能完善了系統(tǒng)的開發(fā)。在VRML中，利用Script節(jié)點定義用戶自定義行為。Script節(jié)點可以與虛擬場景外的程序相結(jié)合，可以支持由Java、Javascript編程語言寫成的腳本程序，以實現(xiàn)虛擬場景的動畫生成、邏輯控制以及瀏覽器交互，操縱場景的層次結(jié)構(gòu)等功能。4.3系統(tǒng)總體設(shè)計4.3.1系統(tǒng)功能需求本論文設(shè)計的是關(guān)于良渚文化的交互式虛擬展示平臺，工作內(nèi)容是設(shè)計一個關(guān)于良渚文化的全面介紹，其系統(tǒng)主要有如下的功能需求：良渚文化的全面信息展示，這是本設(shè)計的主要內(nèi)容，包括信息的收集等一些前期的準(zhǔn)備工作，把良渚文化的信息展示給觀眾?；谔摂M展示VRML開發(fā)，是本設(shè)計的核心部分。要達(dá)到視覺效果實現(xiàn)，系統(tǒng)性能優(yōu)化，與JAVA等編程的一些交互。網(wǎng)頁交互功能的實現(xiàn)，用ASP編程技術(shù)，創(chuàng)建與用戶溝通的問卷調(diào)查以及留言版的交流功能。4.3.2系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主頁面設(shè)計包括以下幾個部分。