虚拟设计-虚拟设计软件

虚拟设计软件

完整意义上的虚拟环境由硬件、软件和用户界面三个部分组成。如果把虚拟环境的硬件部分看作其肢体，则虚拟现实环境的软件控制部分就是其大脑。

(1)语言类软件

语言类软件如VRML、Fortran、C＋＋、Java、OpenGL等都可以作为开发应用程序的语言工具。下面主要介绍VRML。

虚拟现实造型语言VRML(Virtual Reality Modeling Language)是描述3D虚拟场景的一种标准，利用它可以在Internet上建立交互式的三维多媒体的境界。虚拟现实造型语言定义了三维应用系统中常用的语言描述，如层次变换、光源、试点、几何、动画、雾、材料特性和纹理映射等，并具有简单的行为特征描述功能。

VRML的基本特征包括分布式、交互式、平台无关、三维场景、多媒体集成、逼真自然等，被称为“第二代WEB”，其应用范围相当广泛。VRML技术诞生于1994年，1997年VRML2.0成为第一个在网页上发布的ISO国际标准(ISO/IECl4772)。发展至今，VRML已经有了不少成功的案例。例如在美国火星探测器的行动中，人们用VRML实现了该探测器的3D动画现实，从而使无数人得以在网上观察这—探险过程。

VRML的作用就是用来创建VRML虚拟现实场景，它把“虚拟世界”看成一个“场景”，而场景中的一切都看成“对象”(也就是一个“节点”)，对每一个对象的描述就构成了VRML 文件。VRML的目的主要是为了在网页中实现三维动画效果及其与三维对象的交互，应用VRML动态显示的功能如能够实现虚拟设计中的动态仿真，应用VRML具有交互性的功能可实现用户参与的虚拟设计。

VRML本质上是一种用于造型的脚本语言，与目前比较成熟的造型软件如AutoCAD、3D Studio MAX等相比，其最大特色是实时渲染。使用已有的造型软件可以制作出效果极为丰富的三维效果，但不能实时渲染和实时交互，只能预渲染后，以一种旁观者的身份观看渲染效果，而不能以参与者的身份参与到虚拟环境中。

VRML文件的基本单元是节点，每个节点都可以有五个方面的特征，即名字、类型、域、事件、实现。

1)节点的命名是通过DEF语句来实现的，节点命名后可通过USE语句引用，达到共享的目的。

2)每个节点都属于某个类型，VRML2.0共定义了54种基本节点类型，同时用户还可通过PROTO和EXTERN-PROTO来定义自己的节点类型。

3)各种类型的节点都可能包含一套可以接收和发送的事件，事件又分为入事件(eventIn)和出事件(eventOut)，节点利用出事件报告自身的状态变化，而入事件将导致节点状态的改变。VRML通过ROUTO语句把事件入口联系起来，构成事件体系。如：ROUTO TouchBox isActive To Viewpoint set-bind就是把接触检测器节点TouchBox的事件出口isActive连结到视点节点Viewpoint的事件入口set-bind。

4)节点的实现包括如下的内容：

①节点在虚拟世界中展现给浏览者的视觉外观和听觉外观；

②对接收到的入事件做何反映，以及如何产生出事件。

除此之外，VRML节点之间的层次关系是用编组节点把一组节点组织起来，通过节点定义的特定域包含特定的节点，也就是说节点类型定义的域可以引用特定的节点。而在VRML 中共定义了8个组节点，每个组节点都有一个children域，它又可以包含一组子节点。例如：#VRMLV2.0utf8

Group{#组节点

Children{#组节点的子域

Shape{#Shape节点为children引用的节点

Appearance{

Material{diffuseColor100}

}

geometryBox{}

}

}

}

在这个场景中，一个红色的立方体将位于屏幕的中心，Material节点的漫反射域diffuseColor中的1、0、0依次表示红、绿、蓝的当前取值（红、绿、蓝可根据需要在0～1取值）。

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。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，并成构建虚拟现实应用系统的基础。VRML 将创造一种融多媒体、三维图形、网络通讯、虚拟现实为一体的新型媒体，兼具先进性和普及性。

(2)建模软件

建模软件有Auto CAD、SolidWorks、Catia、Pro/Engineer等。现有3D建模软件，一般是基于ACIS或Parasolid实体建模功能建立几何模型，或是生成经裁剪和非经裁剪的NURBS IGES 曲面。

应用3D建模软件生成的模型具有以下特性：

1)准确性因为三维模型都是基于现有模型数据生成的；

2)真形性正因为其准确，故而模型与真实模型具有几何拓扑结构相似性，也就产生出视觉效果的外形真形性；

3)工程属性工程属性是CAD模型的固有属性，CAD模型的几何造型同于真实模型，本身也具有物理属性，如质量、材质、转动惯量、一定的刚性和柔性；

4)数据的一致性通常CAD建模软件提供标准的接口，可以令该软件和其它相关软件无缝连接，有效实现CAD、CAM、CAE的集成和统一。

AutoCAD技术利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点，优化设计产品，缩短产品设计周期，降低产品设计成本，使工程师们从繁重的体力劳动中解放出来，大大提高了设计效率，最大限度地发挥设计人员的创造性和经验。

AutoCAD是通用的CAD系统软件，是事实上的通用图形平台。AutoCAD是一个开放环境，它能让用户根据需要定制许多功能。AutoCAD建模用键盘输入坐标、位移、角度、从物