VRML课件_虚拟现实基础与VRML编程_2
合集下载
VRML文件与VRML基本造型培训资料(PPT 24张)
节点类型
造型节点
节点层次性
Shape Geometry IndexedFaceSet Color Coordinate TextureCoordi nate Normal ElevationGrid Color TextureCoordi nate Normal IndexedLineSet Coordinate Color Coordinate Extrusion
2019/2/26
江西农业大学Байду номын сангаас计算机与信息工程学院
第 22 页
5.Shape节点(续)
Appearance节点语法格式
Appearance节点用以指定所有造型的外观属性，常作为
Shape节点appearance域的域值使用。Appearance节点由3 个重要的属性组成，即造型的材质属性、纹理渲染属性以 及纹理变换属性。 Appearance{ material NULL #exposedField SFNode texture NULL #exposedField SFNode textureTransform NULL #exposedField SFNode }
脚本节点
其他节点
Script
Background Fog ViewPoint NavigationInfo WorldInfo
脚本
空间背景 空间大气 视点 导航 世界信息
2019/2/26
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 15 页
2.VRML文件基本内容(续)
VRML数据类型 SFBool, SFColor, MFColor, SFFloat,MFFloat,SFImage,SFInt32, MFInt32, SFNode, MFNode, SFRotation, MFRotation, SFString, MFString, SFTime, MFTime, SFVec2f,MFVec2f,SFVec3f,MFVec3f. 程序注释 为VRML文件添加注释要求以”#”字符开头，并结束于该行的 末尾。
造型节点
节点层次性
Shape Geometry IndexedFaceSet Color Coordinate TextureCoordi nate Normal ElevationGrid Color TextureCoordi nate Normal IndexedLineSet Coordinate Color Coordinate Extrusion
2019/2/26
江西农业大学Байду номын сангаас计算机与信息工程学院
第 22 页
5.Shape节点(续)
Appearance节点语法格式
Appearance节点用以指定所有造型的外观属性，常作为
Shape节点appearance域的域值使用。Appearance节点由3 个重要的属性组成，即造型的材质属性、纹理渲染属性以 及纹理变换属性。 Appearance{ material NULL #exposedField SFNode texture NULL #exposedField SFNode textureTransform NULL #exposedField SFNode }
脚本节点
其他节点
Script
Background Fog ViewPoint NavigationInfo WorldInfo
脚本
空间背景 空间大气 视点 导航 世界信息
2019/2/26
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 15 页
2.VRML文件基本内容(续)
VRML数据类型 SFBool, SFColor, MFColor, SFFloat,MFFloat,SFImage,SFInt32, MFInt32, SFNode, MFNode, SFRotation, MFRotation, SFString, MFString, SFTime, MFTime, SFVec2f,MFVec2f,SFVec3f,MFVec3f. 程序注释 为VRML文件添加注释要求以”#”字符开头，并结束于该行的 末尾。
2.第2章 虚拟现实建模语言——VRML
4
络所能传播的信息有了越来越高的要求。不再仅仅满足 于文字表达的信息以及传统的平面和三维技术带来的 信息表达方式，更希望以接近于现实的甚至是身临其 境的感觉交流信息。这样，以虚拟现实为特征的网络 3D 技术的出现和发展势在必行的。而 VRML就是网络 3D 的核心技术。
1994 年 5 月，第一届因特网国际会议上，有关专家发表 的在网络上运行三维立体世界的研究引起了广泛的讨 论。短短的几个月，1994 年 10 月，VRML 1.0规范正 式发布。
路由的功能是连接一个节点的接收事件eventIns和另外 一个节点的发送事件eventouts。通过简单的语法结 构，建立两个节点之间事件传送的通道。当有事件 发生时，沿着这条通道传送事件。
借助于事件和路由，可以创建动画效果以及浏览者和场 景的交互，使得所建立的虚拟场景更接近于现实。
精选完整ppt课件
1996 年，VRML 2.0规范正式确定。到 1998 年1 月被ISO 正式批准为国际标准，这就是现在我们常说的 VRML 97。从此 VRML的发展更为迅速，更为成熟。
精选完整ppt课件
6
2.2 VRML 文件的基本要素
精选完整ppt课件
7
2.2.1 节点（node）和域（field）
VRML文件的扩展名为wrl，文件中最为重要的两个基本 要素是节点和域。
精选完整ppt课件
19
出信号，颜色改变了，可以表示为：Color_changed。这 些是事件的通常用法，随情况的不同，表达也会有 些差别。事件有两种：入事件EventIn，表示接收事 件；出事件EventOut，表示发送事件。输入事件 EventIn和输出事件EventOut表示节点之间的联系方 式，也就是一种接口。许多节点中域的接口类型是 exposed field，通称为可见域，以后在具体讨论事件 和路由时再详细说明。
虚拟现实vrml程序设计1-2-3节资料
拇指的指向是Z方向。在默认情况下， X坐标向
右为正；Y坐标向上为正；而Z坐标指向观察者，
如图所示。
• 2.VRML长度单位
• 长度及坐标的计量单位采用VRML单位计量，在三维空
间中，它是统一的，简称为单位。需要注意的是，这
里表示的单位和实际环境中的计量没有任何可比性，
和一些三维建模软件如3DSMAX的计量单位也没有可 比性。在VRML场景中，只有物体间的大小和相对位置 都用VRML单位计量，才能模拟出真实的现实。
• （3）具有强大的网络功能，文件容量小，适宜网络传输， 并可方便地创建立体网页与网站。
• （4）具有多媒体功能，在其程序中可方便地加入声音、图 像、动画等多媒体效果。
• （5）具有人工智能功能，在VRML中具有感知功能，可以 利用各种传感器节点来实现用户与虚拟场景之间的智能交 互。
• （6）在当前各种浏览器中还不能直接运行，必须安装 VRML相关插件才能看到其效果。
它们的颜色都是由红、绿、蓝（RGB）组合而成，它 们分别对应3个浮点数，其域值为0.0-1.0之间，由这三 原色组合成各种颜色。
• 节点和域
• 节点是VRML文档中最基本的组成单元，是
VRML的精髓与核心。VRML借助于节点描述对
象某一方面的特征，如各种形状、材质以及颜 色等等。VRML场景往往由一组具有一定层次
VRML 程序设计
一 、虚拟现实技术概述
Chapter 1
• 1.1 虚拟现实
• 概念 • 特点 • 系统基本构成 • 关键技术 • 应用
• 1.2 VRML
1.1 虚拟现实
• 虚拟现实的概念
• 虚拟现实是利用计算机生成一个逼真的视觉、
听觉、触觉以及嗅觉等的模拟环境(如飞机驾驶 舱、分子结构世界等)，通过多种传感设备使用 户“投入”到该环境中，用户可通过其感官与 这一生成的虚拟实体进行交互沟通，如同与真 实的环境直接进行自然交互的技术。这里所谓 的“模拟环境”一般是指用计算机生成的有立 体感的图形，它可以是某一特定现实环境的表 现，也可以是纯粹构想的世界。虚拟现实技术 实现的是人所感受到的虚拟幻境，所以钱学森 建议把Virtual Reality的技术叫做“灵境技术”， 由它构成的信息处理环境称作“灵境” 。
右为正；Y坐标向上为正；而Z坐标指向观察者，
如图所示。
• 2.VRML长度单位
• 长度及坐标的计量单位采用VRML单位计量，在三维空
间中，它是统一的，简称为单位。需要注意的是，这
里表示的单位和实际环境中的计量没有任何可比性，
和一些三维建模软件如3DSMAX的计量单位也没有可 比性。在VRML场景中，只有物体间的大小和相对位置 都用VRML单位计量，才能模拟出真实的现实。
• （3）具有强大的网络功能，文件容量小，适宜网络传输， 并可方便地创建立体网页与网站。
• （4）具有多媒体功能，在其程序中可方便地加入声音、图 像、动画等多媒体效果。
• （5）具有人工智能功能，在VRML中具有感知功能，可以 利用各种传感器节点来实现用户与虚拟场景之间的智能交 互。
• （6）在当前各种浏览器中还不能直接运行，必须安装 VRML相关插件才能看到其效果。
它们的颜色都是由红、绿、蓝（RGB）组合而成，它 们分别对应3个浮点数，其域值为0.0-1.0之间，由这三 原色组合成各种颜色。
• 节点和域
• 节点是VRML文档中最基本的组成单元，是
VRML的精髓与核心。VRML借助于节点描述对
象某一方面的特征，如各种形状、材质以及颜 色等等。VRML场景往往由一组具有一定层次
VRML 程序设计
一 、虚拟现实技术概述
Chapter 1
• 1.1 虚拟现实
• 概念 • 特点 • 系统基本构成 • 关键技术 • 应用
• 1.2 VRML
1.1 虚拟现实
• 虚拟现实的概念
• 虚拟现实是利用计算机生成一个逼真的视觉、
听觉、触觉以及嗅觉等的模拟环境(如飞机驾驶 舱、分子结构世界等)，通过多种传感设备使用 户“投入”到该环境中，用户可通过其感官与 这一生成的虚拟实体进行交互沟通，如同与真 实的环境直接进行自然交互的技术。这里所谓 的“模拟环境”一般是指用计算机生成的有立 体感的图形，它可以是某一特定现实环境的表 现，也可以是纯粹构想的世界。虚拟现实技术 实现的是人所感受到的虚拟幻境，所以钱学森 建议把Virtual Reality的技术叫做“灵境技术”， 由它构成的信息处理环境称作“灵境” 。
虚拟现实Chapter2-4VRML--new
（3）节点 VRML文件中最基本的单位，节点还 包含子节点(Child Node)和描述节点属性的 字段(Fields)。 如Shape节点：用来形容对象的几何形 状(Geometry节点，如球体、长方体和圆柱 体)及外观 (Appearance节点，如表面的颜 色、透明度和光滑度)的节点。
前例中的一个节点 geometry Cylinder {
radius 0.5
height 4.0
}
一个节点通常包含节点的名称(如Cylinder)， 一对大括号{ }，以及字段和字段值(如radius 0.5)。
字段和字段值
字段和字段值描述节点的属性。
字段可以分成两类，一类是字段只包 含一个单独值，开头的名称为 SF(Single.value fields)；另一类则是包含多 重值，开头名称为(Multiple.valued fields)。
Windows 95/NT SGI IRIX, Linux Windows9x/NT Windows 95/NT
VRML 1.0 VRML 97
产品名称 (开发公司) Cortona (ParalleGraphics) Macintosh Cosmo Player (Platinum)
可浏览的 三维语言 VRML 1.0
（2）VRML的文件注释
上例的第二行 #Draw the column
文件注释说明程序的目的：画柱子。注释帮 助程序设计师记录本段程序的意义，以便日后修 正；可以帮助程序设计师修改错误时，先将部分 程序转成注释；还可以帮助非此程序设计者阅读 此程序时了解程序的目的。
在VRML的程序中，注释的使用方式就是在 每行程序的开头加上“#”
5. VRML 97(VRML 2.0的国际标准)
基于VRML的虚拟建模培训ppt课件
TRUE 2 1 TRUE TRUE
# (0, ∞) # (0, ∞)
24
#VRML V2.0 utf8 Shape{
appearance Appearance { material Material {} } geometry Cylinder {
radius 1.5 height 3 side TRUE bottom TRUE top FALSE } }
Shape节点：用来形容对象的几何形状 (Geometry节点，如球体、长方体和圆柱体 )及外观 (Appearance节点，如表面的颜色、 透明度和光滑度)的节点。
8
前例中的一个节点
geometry Cylinder { radius 0.5 height 4.0
}
一个节点通常包含节点的名称(如Cylinder)， 一对大括号{ }，以及字段和字段值(如radius 0.5)。
25
几何球体节点——Sphere
Sphere节点是一个最基本的Geometry节 点。用于构建球体，只有一个字段，控制半 径的radius字段，其默认几何中心位置在原 点( 0 , 0 , 0 ) 。
26
+y radius +z
+x
27
Sphere Node Syntax
Sphere {
field SFFloat radius
# (-, )
field
SFBool ccw
TRUE
field
SFBool colorPerVertex TRUE
field
SFFloat creaseAngle
0 # [0, ∞]
field
SFBool normalPerVertex TRUE
VRML课件制作
∙VRML课件制作- [虚拟VR]∙虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、工程技术、建筑设计、医学实习、军事训练、艺术等许多领域。
在发达国家，虚拟现实技术已应用于远程教育及课堂教学。
虚拟现实领域中的VRML技术的出现，无疑将对网络教学产生深远的影响。
1.VRML概念VRML是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称。
这种技术的目的主要是为了在网页中实现三维动画效果以及基于三维对象的用户交互。
和其他三维图形软件相比较，VRML三维图形的特点是在运行时才进行着色，而普通的三维图形软件是在制作时进行着色的。
虽然使用诸如3ds max之类的软件可以制作出效果极为丰富的三维效果，但是将这种三维效果导出为文件之后通常是体积庞大。
显然用这种方式在网页中实现三维动画是很不现实的。
而VRML有效地解决了这个问题，其原理是在用户端提供一些基本的三维图形库，并且在网页运行时实时进行上色。
这使得在网络上传输的数据量大大减少。
而且，我们还可以在虚拟世界中添加声音、动画，使之更加真实生动，甚至还可以是具有和浏览者的交互性更接近于现实世界的虚拟空间。
VRML在电子商务、教育、工程技术、建筑、娱乐、艺术等领域的广泛应用，将会促使它迅速发展，并成为构建虚拟现实应用系统的基础。
虚拟现实作为一种全新的人机接口技术，必须研究用户和计算机之间的协调关系问题，这样一个问题只有通过大量的使用才能逐步解决，VRML以因特网作为应用平台，最有希望成为构筑虚拟现实应用的基本构架。
由于VRML能与Web紧密的结合，故由VRML所建造的模型、场景，都可容易在Internet上传送，未来的远程教育及合作学习，也可以由VRML来完成。
利用V RML建造的模型，基本上是放置于Web Server上，使用者则是透过一般网页浏览器或虚拟实境浏览器来取得虚拟实境模型。
利用VRML技术建构的学习环境，将会是建构未来网络化教学环境的新模式。
VRML基础教程
中陆续介绍。这里我们定义一个开关节点lightSwitch （这是一个组节点），并定义一个接触检测器作为它 的子节点： DEF lightSwitch Group { children [ 各几何造型子节点... DEF touchSensor TouchSensor {} ] }
第 20 页
}
geometry Cone { }
}
]
}
]# end of Group children
}
第 17 页
增加交互能力
➢ 上一节我们学习了用几何体建立虚拟境界以及为几何 体赋予色彩和材质的方法，这样建立的虚拟境界是静 态的。这一节我们将使一个几何体（为了更具一般性， 下面我们称之为对象）能够根据用户动作做出反应， 即交互能力，这是VRML2.0 最突出的特征。
增加交互能力
➢ 我们的目的是使用户可以通过触发开关节点来切换视 点。现在先研究一下这两个视点节点，其中的坐标表 示视点在场景中的位置，坐标的单位是米，这在前面 已经提到过，视点的名称将会在浏览器菜单中提示出 来供用户选择。把上述视点说明加入helloworld5.wrl 中（放在Group 节点之前），并把其中的方块节点修 改成可触发节点：
第 18 页
增加交互能力
➢ 1、检测器 在VRML 中，检测器（Sensor）节点是交互能力的基础。
检测器节点共九种。在场景图中，检测器节点一般是 以其它节点的子节点的身份而存在的，它的父节点称 为可触发节点，触发条件和时机由检测器节点类型确 定。
第 19 页
增加交互能力
➢ 接触检测器（TouchSensor）是最常用的检测器之一 ➢ 最典型的应用例子是开关。其它检测器将在后续章节
第 20 页
}
geometry Cone { }
}
]
}
]# end of Group children
}
第 17 页
增加交互能力
➢ 上一节我们学习了用几何体建立虚拟境界以及为几何 体赋予色彩和材质的方法，这样建立的虚拟境界是静 态的。这一节我们将使一个几何体（为了更具一般性， 下面我们称之为对象）能够根据用户动作做出反应， 即交互能力，这是VRML2.0 最突出的特征。
增加交互能力
➢ 我们的目的是使用户可以通过触发开关节点来切换视 点。现在先研究一下这两个视点节点，其中的坐标表 示视点在场景中的位置，坐标的单位是米，这在前面 已经提到过，视点的名称将会在浏览器菜单中提示出 来供用户选择。把上述视点说明加入helloworld5.wrl 中（放在Group 节点之前），并把其中的方块节点修 改成可触发节点：
第 18 页
增加交互能力
➢ 1、检测器 在VRML 中，检测器（Sensor）节点是交互能力的基础。
检测器节点共九种。在场景图中，检测器节点一般是 以其它节点的子节点的身份而存在的，它的父节点称 为可触发节点，触发条件和时机由检测器节点类型确 定。
第 19 页
增加交互能力
➢ 接触检测器（TouchSensor）是最常用的检测器之一 ➢ 最典型的应用例子是开关。其它检测器将在后续章节
虚拟现实与VRML-第四章 VRML编程
}
ElevationGrid
Shape { appearance Appearance { . . . } geometry ElevationGrid { xDimension 3 zDimension 2 xSpacing 1.0 zSpacing 1.0 height [……] ... }
}
二。VRML的历史
日期
主要内容
5月 第1次 Web会议 – 开始使用VRML用语
1994
6月 10月
开始VRML Mailing List – Mark Pesce 等 第2次 Web会议 –发布VRML草案
11月 发布VRML 1.0草案
4月 发布VRML浏览器 WebSpace – TGS，SGI
山东理工大学虚拟现实实验室 虚拟现实与VRML
VRML简单场景示例
VRML文件结构
VRML文件包括：
-- 文件头 //描述版本和编码集
-- 注释
-- 节点（Nodes）//描述场景内容 -- 域 （Fields）// 节点的属性 -- 值 （Values）//属性值 -- 等等. . .
其中每一部分均区分大小写。
WebSpace
2. VRML 编辑器 目前有较多的编辑器，其中下面的四个编辑
器使用率比较高 : 1）Cosmo Software 的 Cosmo World。 2）ParallelGraphics 的 Internet Space
Builder （ISB）。 3）Superscape 的 3D Webmaster。 4）Ligos的 V-Realm Builder（VRB）。
VRML文件示例
#VRML V2.0 utf8 # A Cylinder Shape {
ElevationGrid
Shape { appearance Appearance { . . . } geometry ElevationGrid { xDimension 3 zDimension 2 xSpacing 1.0 zSpacing 1.0 height [……] ... }
}
二。VRML的历史
日期
主要内容
5月 第1次 Web会议 – 开始使用VRML用语
1994
6月 10月
开始VRML Mailing List – Mark Pesce 等 第2次 Web会议 –发布VRML草案
11月 发布VRML 1.0草案
4月 发布VRML浏览器 WebSpace – TGS，SGI
山东理工大学虚拟现实实验室 虚拟现实与VRML
VRML简单场景示例
VRML文件结构
VRML文件包括：
-- 文件头 //描述版本和编码集
-- 注释
-- 节点（Nodes）//描述场景内容 -- 域 （Fields）// 节点的属性 -- 值 （Values）//属性值 -- 等等. . .
其中每一部分均区分大小写。
WebSpace
2. VRML 编辑器 目前有较多的编辑器，其中下面的四个编辑
器使用率比较高 : 1）Cosmo Software 的 Cosmo World。 2）ParallelGraphics 的 Internet Space
Builder （ISB）。 3）Superscape 的 3D Webmaster。 4）Ligos的 V-Realm Builder（VRB）。
VRML文件示例
#VRML V2.0 utf8 # A Cylinder Shape {
VRML文件与VRML基本造型培训资料(PPT 24页)
2019/10/13
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 17 页
4.VRML关键字
VRML 2.0共使用14个系统关键字
关键字 field exposedField eventIn eventOut TRUE FALSE NULL DEF USE
典型格式 USE节点名
语法说明 定义私有域 定义公共域 定义入事件 定义出事件
2019/10/13
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第6页
2.VRML文件基本内容
VRML节点。每个VRML文件都是一个基于时间的三维空 间表示，它包含了可通过多种机制动态变化的由视、听和 对象组成的虚拟环境。
通过VRML建模的虚拟环境专业上又称之为场景图。场景 图由一系列无序节点组成，节点则用以描述环境中的对象 及其属性。
2019/10/13
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 15 页
3. VRML空间
VRML的场景建设默认情况下使用VRML系统缺省空间坐标系 ，用户也可以使用Transform节点对缺省空间进行变换， 以形成相对于父坐标系的子坐标系。
1.VRML空间坐标系。VRML系统默认的坐标系为一个立体三 维的空间坐标系。该坐标系的原点位于VRML平面浏览器的 中心位置，X轴正向由原点指向屏幕右侧，Y轴正向由原点 指向屏幕上方，Z轴正向由原点垂直指向用户。
节点类型 面造型
标高网络 造型
线造型Βιβλιοθήκη 江西农业大学 计算机与信息工程学院
第9页
2.VRML文件基本内容(续)
节点类型 声音节点
节点层次性 Sound
AudioClip MovieTexture
节点类型 光源节点
虚拟现实基础与VRML编程_PPT教学课件
➢ 虚拟现实技术在很大程度上基于计算机图形学技术发展而 来。
➢ 1965年，Ivan Sutherland博士发表”The Ultimate Displa y”一文，提出了一种全新的图形显示技术。观察者可以自 然地转动头部和身体即可改变视点，所看到的场景即计算 机生成的虚拟境界也将实时地发生变化；观察者还可以以 自然的方式直接与虚拟境界中的对象进行交互操作。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 6 页
1.虚拟现实技术(续)
➢ 虚拟现实可以概括为3个方面：真实性、沉浸性和交互性。 ➢ 真实性是指由计算机生成看起来像真的、听起来像真的、
触摸起来像真的虚拟境界，该境界同时还可以向介入者提 供视觉、听觉、触觉等多种人类具有的感官刺激。 ➢ 沉浸性是指计算机控制下的虚拟境界应给人一种身临其境 的沉浸感。 ➢ 交互性是指人能以纯自然方式与虚拟境界中的对象进行交 互操作，即不使用鼠标、键盘等常规设备，而要求使用手 势、体势、人类语言等自然方式进行交互操作。 ➢ 能够满足以上要求的系统称之为虚拟现实系统，构建此系 统所需要的各种软、硬件技术被定义为虚拟现实技术。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 5 页
1.虚拟现实技术(续)
➢ 世界上首个具有虚拟现实思想的装置是由Morton Heilig在 1962年研制成功的，它是一种被称之为Sensorma的具有 多种感官刺激的全景式立体电影设备。
➢ 该设备主要由三维视频组成，并具有立体声功能，能产生 不同的气味，能产生自然风的吹拂，座椅还可以随剧情变 化而振动。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 2 页
参考资料
➢ 段新，虚拟现实基础与VRML编程，武汉大学出版社
➢ 1965年，Ivan Sutherland博士发表”The Ultimate Displa y”一文，提出了一种全新的图形显示技术。观察者可以自 然地转动头部和身体即可改变视点，所看到的场景即计算 机生成的虚拟境界也将实时地发生变化；观察者还可以以 自然的方式直接与虚拟境界中的对象进行交互操作。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 6 页
1.虚拟现实技术(续)
➢ 虚拟现实可以概括为3个方面：真实性、沉浸性和交互性。 ➢ 真实性是指由计算机生成看起来像真的、听起来像真的、
触摸起来像真的虚拟境界，该境界同时还可以向介入者提 供视觉、听觉、触觉等多种人类具有的感官刺激。 ➢ 沉浸性是指计算机控制下的虚拟境界应给人一种身临其境 的沉浸感。 ➢ 交互性是指人能以纯自然方式与虚拟境界中的对象进行交 互操作，即不使用鼠标、键盘等常规设备，而要求使用手 势、体势、人类语言等自然方式进行交互操作。 ➢ 能够满足以上要求的系统称之为虚拟现实系统，构建此系 统所需要的各种软、硬件技术被定义为虚拟现实技术。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 5 页
1.虚拟现实技术(续)
➢ 世界上首个具有虚拟现实思想的装置是由Morton Heilig在 1962年研制成功的，它是一种被称之为Sensorma的具有 多种感官刺激的全景式立体电影设备。
➢ 该设备主要由三维视频组成，并具有立体声功能，能产生 不同的气味，能产生自然风的吹拂，座椅还可以随剧情变 化而振动。
2020/12/10
江西农业大学 计算机与信息工程学院 第 2 页
参考资料
➢ 段新，虚拟现实基础与VRML编程，武汉大学出版社
虚拟现实技术之VRML简介课件
在航空航天发射中，也可以制造一个“模拟航天器”，模拟整个航 天器的生产、发射、运行和回收的全过程，从而可以节约大量的经 费。
虚拟现实技术还可以应用于工业、农业、商业、教学、娱乐和科研 等方面
应用前景非常广阔。虚拟现实建模语言VRML是21世纪计算机网络、 多媒体及人工智能为一体的最为优秀的开发工具和手段。 虚拟现实技术之VRML简介 11
1.3 VRML的发展前景
虚拟现实建模语言VRML设计源于虚拟现实技术。 I. 虚拟现实技术是20世纪末发展起来的涉及众多学科的 高新技术，它是集计算机、仿真、微电子、传感与测 量技术于一体的高新科技的融合。
II. 而虚拟现实建模语言VRML正是利用虚拟现实技术在计 算机中创建一种虚拟环境，通过视觉、听觉、触觉、 味觉、嗅觉及生理反映等感知器，使用户产生一种与 现实生活相同的感受，有身临其境的感觉，甚至生理 感觉，可实现用户与虚拟现实环境直接进行交互。
虚拟现实技术之VRML简介 16
什么是事件？ 每一个节点一般都有两种事件， 即一个“入 事件”和一个 “出事件”。 在多数情况下，事件只是一个要改变域值的 请求:
1. “入事件”请求节点改变自己某个域的值 2. “出事件” 则是请求别的节点改变它的某个域值。
虚拟现实技术之VRML简介 17
什么是原型？
虚拟现实技术之VRML简介 6
VRML主要为了在网页中实现三维动画效果及基于 三维对象用户的交互。由于HTML网页不支持三维 图像和立体声音文本的显示，因而只能停留在平面 设计阶段，更不要说动态交互了。 VRML改变了原 来WWW上的单调、交互性差的弱点，将人的行为 作为浏览器的主体， VRML创造的是一个可进入、 可参与的世界。你可以在计算机网络上看到生动活 泼、逼真的三维立体世界，并可以自由地在网络上 遨游、驰骋。
虚拟现实技术还可以应用于工业、农业、商业、教学、娱乐和科研 等方面
应用前景非常广阔。虚拟现实建模语言VRML是21世纪计算机网络、 多媒体及人工智能为一体的最为优秀的开发工具和手段。 虚拟现实技术之VRML简介 11
1.3 VRML的发展前景
虚拟现实建模语言VRML设计源于虚拟现实技术。 I. 虚拟现实技术是20世纪末发展起来的涉及众多学科的 高新技术，它是集计算机、仿真、微电子、传感与测 量技术于一体的高新科技的融合。
II. 而虚拟现实建模语言VRML正是利用虚拟现实技术在计 算机中创建一种虚拟环境，通过视觉、听觉、触觉、 味觉、嗅觉及生理反映等感知器，使用户产生一种与 现实生活相同的感受，有身临其境的感觉，甚至生理 感觉，可实现用户与虚拟现实环境直接进行交互。
虚拟现实技术之VRML简介 16
什么是事件？ 每一个节点一般都有两种事件， 即一个“入 事件”和一个 “出事件”。 在多数情况下，事件只是一个要改变域值的 请求:
1. “入事件”请求节点改变自己某个域的值 2. “出事件” 则是请求别的节点改变它的某个域值。
虚拟现实技术之VRML简介 17
什么是原型？
虚拟现实技术之VRML简介 6
VRML主要为了在网页中实现三维动画效果及基于 三维对象用户的交互。由于HTML网页不支持三维 图像和立体声音文本的显示，因而只能停留在平面 设计阶段，更不要说动态交互了。 VRML改变了原 来WWW上的单调、交互性差的弱点，将人的行为 作为浏览器的主体， VRML创造的是一个可进入、 可参与的世界。你可以在计算机网络上看到生动活 泼、逼真的三维立体世界，并可以自由地在网络上 遨游、驰骋。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 12 页
3. 虚拟现实跟踪技术
三维位置跟踪是虚拟现实要求实现的关键技术之一，
它的任务是检测相关对象的位置及其朝向(方位)，并 将这些信息报告给虚拟现实系统。 虚拟现实系统中位置跟踪器最常见的应用是跟踪用户 的头部(HMD或立体眼睛)位置和朝向以确定用户的视 点和视线方向，而视点位置和视线方向是确定虚拟视 觉场景的最关键信息。 另一种常见应用是跟踪用户手的位置和方向，而手 (数据手套或三维鼠标)的位置和方向是基于自然方式 的人机交互工具----传感手套所必需的重要信息。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 16 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
合群性。合群性是指一种跟踪技术对多用户系统的支持能
力，它包括两方面的内容，即大范围的操作空间和多目标 的跟踪能力。实际跟踪系统并不能提供无限的跟踪范围， 它只能在一定区域内进行跟踪和测量。多用户系统还必须 具有多目标跟踪能力，它决定于一个系统的组成结构以及 多边作用的抵抗能力。
有源立体眼镜的镜框上装有电池及液晶调制器控制的镜片。 无源立体眼镜是根据光学偏振原理设计而成的。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第4页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
3.三维显示器
边光显示器：它是将光源从显示器的下面向上发射，通过
显示器内部结构的反射与折射，使用户看到立体影像。 还有一种被称之为”透视棱镜”的技术，它是将一层特殊 镜面附着在普通的显示屏之前，左右眼分别透过不同镜面 观看三维影像。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 14 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
1.跟踪器性能指标 位置跟踪器通常有以下几方面性能指标，分述如下： 精度和分辨率。精度和分辨率决定了一种跟踪技术反馈其 跟踪目标位置的能力。分辨率是指使用某种技术所能检测 的位置的最小变化值，小于这个距离或角度的变化将不能 被检测出。精度是指系统所报告的目标位置的正确性或误 差范围。 响应时间。响应时间是对一种跟踪技术在时间上提出的要 求，它又分为4个指标，即采样率、数据率、更新率以及 延迟时间。采样率是传感器测量目标位置的频率，为防止 丢失有效数据，采样率应尽可能高。数据率是系统向主机 报告新的位置数据的时间间隔，它决定了整个虚拟系统追 求的目标。(接下页)
6.大学 计算机与信息工程学院
第1页
1.虚拟现实立体显示技术与设备
人类左右双眼之间的距离大约是65mm，两只眼睛所看到的 立体空间的影像略有差别，这个随空间深度而变化的差别 称为双眼视差，正是这个视差为人类提供了空间除平面信 息之外的第三维信息，也正是人眼的立体视觉机制所在。 1.1 立体显示原理 平面立体图产生的基本原理是通过对图片深度信息的恢复 来实现的。由于一般的二维照片仅保存了部分三维信息， 这是信息是通过图像的灰度变化存储的。因此，在人眼的 视觉系统中，平面立体图只能获得有限深度信息的恢复。 三维立体图形形成的基本原理是通过让人类左右眼分别接 收各自的图像，该图像是对同一场景产生两幅分别对应于 左右双眼的不同图像，由于两者具有一定的视差，因而保 存了完整的深度立体信息。通过人眼后可以完美地恢复三 维立体信息。 江西农业大学 计算机与信息工程学院 2014-9-1 第2页
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第8页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
7.墙式立体显示装置
墙式立体显示装置的主要目的是为了使更多的观众可以共
享虚拟现实带来的奇思妙想。技术上存在的问题： (1)性能指标。并非任何型号的投影显示器都适用于构建 墙式立体显示装置，主要的性能指标是要求提供较高的刷 新频率(刷新频率大于120Hz)。投影显示器一般由发光器 件和液晶光阀组成。发光器件可以是阴极射线管CRT或液 晶显示器LCD。 (2)主动及被动系统。立体显示系统有主动系统和被动系 统之分。 在主动系统中，左右眼球视图分别以标准刷新频率(60Hz) 交替投影到大屏幕上，用户必须佩戴有源立体眼镜观看。
Duplex理论，该理论认为，两耳时间差和两耳强度差。 致力于耳部复杂结构的研究。声波从声源到鼓膜处的变化可 以看作是人的双耳对声波的滤波作用。科研人员在研究与头 部相关的传递函数HRTF(Head – Related Transfer Functio n)基础上，已成功地将单声道声音转换为具有双耳听觉效果 的三维空间声，从而模拟出人耳对不同频率和不同位置的声 音的感知情况。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 17 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
超声跟踪技术。超声跟踪技术使用超声波进行跟踪。它的
基本原理是利用不同声源的声波到达某一特定地点的时间 差、相位差和声压差等参数进行空间位置跟踪。它有两种 基本的测量方法：飞行时间测量法(Time of Flight, TOF) 和相位相干测量法(Phase Coherent, PC)。 TOF的工作原理是首先由发射器发射一个超声脉冲，然后 控制系统开始计时，直到接收器测量到反射回来的脉冲波 计时停止。 PC技术较好地克服了TOF数据率不高的缺点。PC测距的基 本原理是比较参考信号的相位与发射出去又反射回来的声 波的相位而进行测量的。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 10 页
2.虚拟现实空间声技术(续)
听觉与视觉构成人类感知外部世界的两种最重要的信
息通道，其信息载体分别为声音与图像。 传统意义上的声学仿真是指对声音产生与传播的物理 过程使用计算机进行模拟或辅助处理，而虚拟环境这 一特定应用领域使传统声学仿真技术的内涵和外延都 发生了很大变化。 声音感知和定位的研究：
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 18 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
在一个小的工作空间里，TOF具有较好的准确性和响应
时间；但在工作空间增大时，TOF的数据率会严重下降； 同时TOF系统也易受一些刺激性声波脉冲的干扰。 PC具有较好的准确性、响应时间、工作范围和强壮性， 这一切都是建立在高数据率之上的。 TOF的合群性差，因为它只能在小范围工作；而PC的合 群性就很好，因为在一个很大的工作空间内，PC也能提 供较高的数据率。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第3页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
2.台式立体显示装置
台式立体显示装置由立体显示器和立体眼睛组成。
立体显示器有两种工作方式，即标准方式和立体方式。工
作在立体方式时，显示器屏幕以一定频率交替显示按立体 显示原理生成的左右眼视图，用户需佩戴立体眼睛，使左 右眼只能看到屏幕上显示的、对应的左眼视图或右眼视图， 从而最终在人眼视觉系统中形成立体影像。 现有两类立体眼睛：有源眼睛，用以构成主动系统(Activ e System);无源眼睛，用以构成被动系统(Passive Syste m)。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第9页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
在被动系统中，用户只需佩戴价格便宜的无源立体眼球，
但投影显示器的镜头前需添加”起便振片”，将显示器显 示的左右眼视图分别调制成两个正交方向的偏振光。 (3)多显示屏 将多台投影显示器组合起来以构成显示面积更大的墙式立 体显示系统，此类系统又称为墙式全景立体显示系统，有 平面式、360全景式以及可支持多用户协同工作的投影屏 幕几种类型。 将多个显示屏拼接在一起的关键在于拼接处的无缝过渡技 术。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 13 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
为了检测头和手在三维空间中的位置和朝向，需要跟踪6 种不同的运动模式，即沿X、Y、Z轴的平移运动以及沿X、 Y、Z轴的旋转运动。由于这6种运动彼此相互正交，因此 使用6个独立变量(即x,y,z,水平角、俯角、偏转角，又称 为6自由度空间)可以全面表征对象在三维空间中的具体位 置及其朝向。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第7页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
6.响应工作台式立体显示装置
响应式工作台是一种非沉浸式、支持多用户协同工作的立
体显示装置。 响应式工作台为一台式装置，硬件由投影机、一面大的反 射镜和一块既做桌面又做显示屏的特种玻璃组成。 允许多用户同时观察虚拟境界；但立体视图只能受控于一 位观察者的视点位置和视线方向，其他观察者则通过各自 的立体眼镜被动观察虚拟对象，因此响应工作台比较适合 于教学，即教师、学生共同参与的工作模式。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第5页
1.虚拟现实立体显示技术与设备(续)
4.头盔式立体显示装置
头盔式显示器，顾名思义是安装在头盔上的显示装置，而
头盔显示器整体上戴在头部，并采用机械方向固定。当头 部运动时，头盔显示器随头部运动而运动，但头盔和头部 之间则不产生任何相对运动。头盔上装有位置跟踪器，位 置跟踪器实时测量头部的空间位置和朝向，并输入计算机。 计算机则根据这些数据生成反映当前位置和朝向的场景图 并显示在头盔显示器的屏幕上。
2014-9-1
江西农业大学 计算机与信息工程学院
第 15 页
3. 虚拟现实跟踪技术(续)
更新率是指系统向主机报告新的位置数据的时间间隔，它
决定了整个虚拟系统的显示更新时间，低更新率的系统会 缺乏真实感。延迟时间是指从一个位置变化发生到主机收 到反映这一变化的跟踪数据的时间间隔，虽然低延迟依赖 于高数据率和高更新率，但两者都不是低延迟的决定性因 素。 强壮性和抗干扰能力。强壮性是指一个系统在相对恶劣的 条件下避免出错的能力。由于跟踪系统处在一个充满了各 种噪声和外部干扰的实际世界中，跟踪系统必须具有一定 的强壮性。一般的外部干扰可分为两种：遮变和畸变。 融合性。融合性是指系统所检测的物体与实际位置的一致 性。一个融合性好的系统能始终保持两者的一致性。