VRML及其在虚拟现实中的应用
VRML技术及应用
收稿臼期 ：２０—３ ９ ０６０－ ２ 作者简介 ： 谢杰（ ７－男， Ｉ ８） 河南洛阳人， ９ ， 学士， 助教， 主要从 事多媒体应
Ｖ ＭＬ Ｒ 技术及应用
谢杰 ，姬晓辉
（ 洛阳工业高等专科学校 １ ． 计算中心；２ ． 计算机系，河南洛阳 ４ １０ ） ７０３ 摘 要： 虚拟现实技术是一门涉及众多学科的新兴技术，在许多领域具有广泛的应用前景 。概括介绍了 Ｒ 发 Ｖ ＭＬ
展 、定义及特点 ，最后介绍 了 Ｒ 在机 械设 计方面的应用。 Ｖ Ｍｌ 关键词 ：虚拟现 实；Ｖ ＲＭＬ ；机械设计
自主性 ，是 指虚拟 环境 中的特体 依据现 实世 界物理运动 定
律 动作 的程度 。 Ｖ ＲＭＬ 提供 的技术 能够 把三维 、二 维、文本和多媒 体
集 成为统一 的整体 ，在 支 持经典 二维桌面模 型的同时 ， 体类型和脚 本
网络并行处理等技 术的最新发 展成果 ，是一种 由计算机 生 成的高技术模拟系统。 Ｖ 是一种可 以创建和体验虚拟 世界的计算机系统 。其 Ｒ
Ｖ ＲＭＬ是面 向网络 的虚拟现 实技术 。由于Ｖ ＲＭＬ 一 是
种三维造 型和渲染 的图形描述性语 言 因此其生成 的ＷＲ 文 Ｌ
件是记 录虚拟场 景 的描述 ，而 不是 实际创建 的模 型，这样 由Ｖ ＲＭＬ的文件 相对 于其 它 图形 媒体就非 常小 ，适合 于 网
虚拟现实VRML(与“虚拟现实”有关的文档共7张)
1998年1月，获得iso批准，成为虚拟现实行业的国际标准
第五页，共7页。
1998年 VRML组织改名为web3D组织 1999年 VRML 整合 XML JAVA 流技术的X3D草案发
布 2004年 X3D国际规格标准正式通过。
第六页，共7页。
第一页，共7页。
什么是虚拟现实
虚拟现实技术的发展历史
VRML的发展和特点
第二页，共7页。
虚拟现实是从英文“Vitual Reality”（简称）翻译而来的。虚拟现实主要依靠计算机技术，同时借助于其 他输入输出设备，生成逼真动人的三维虚拟场景，模仿一个客观存在的真实世界，或者模仿一个人们想象中 的梦幻之境。这项技术涉及硬件技术和软件技术。比如，硬件技术中的虚拟现实系统的数据采集设备，尤 其是其中的传感器技术；如何产生身临其境的人性化的试、听、触效果；如何收集真实动物的形体动 作等等。软件技术设计三维空间的形成和控制，目前流行的三维软件3DMAX、MaYa等是很好的三维软 件，但三维空间中的人机交互、行为控制、场景控制，包括互联网环境下的文件规模约束都是虚拟现实中必
1996年，公布VRML2.
第Vrm一l讲的含虚义拟为现1虚实9拟技9现术6实年概建述，模语公言布VRML2.0，增加交互、动画、变成、原形定义等多项功能
文件容量小，适用于网络传输
1并9具94有年沉3月浸 在性日1（内9im瓦9m召7er开s年io的n，)第、V一交R届互Mw性wL（w作（Int互为er联a国c网tiv国际ity际）标）准大会正上式，首发次布提出VRML
语言简单易学，容易掌握，给开发提供了方便
11999978年年，VRVMRML1组L9作织9为改4国年名际为3标w月e准b正在3D式组日发织布内瓦召开的第一届www（互联网国际）大会上，首次提出VRML
虚拟现实与VRML-VRML编程
b) 域(Fields) : 节点可以有零或多个域值。 c) 节点名称 : VRML中的节点不一定要指定
名称但若指定名称则必须唯一。
d) 子节点 : 节点与节点之间可以有阶层式的 从属关系。具有子节点的节点称为「父 节点」；父节点可以有零或多个子节点。
1. 坐标系统 ：VRML采用的是卡氏右手立 体 坐 标 系 统 (Cartesian Right-Handed dimensional System)，测量长度和距离的 基本单位是公尺，而测量角度的基本单 位是弧度。
2. 节点(Nodes) : VRML以节点为基础，每个节 点都具有以下四项特性 。
Appearance 节点描述外观
-- 可通过Material 节点控制材料属性，如 颜色、高
4. 域 (Fields) 所含域的数目分为两类 : 只含单一的「单值」 与含多个值的「多值」，分別以“SF” 与 “MF”为名称的开头。 SF开头的数值只是 一个单一的数或数组，而MF开头的是一个 数或数组的列表。各有11个和7个种类。
例）SFBool : 开关值 SFFloat/MFFloat : 浮点值 SFString/MFString : 字符串
基本体素的建立
-- Shape节点 -- 形状几何由几何节点描述，如Box, Cone,
Cylinder等。
几何形状的建立（续1.1）
复杂形状的建立
-- 动物、植物、地表、机械零件，等等... -- 可借助点、线、面来构建 -- 对于地表等，甚至有特定的节点描述，如
ElevationGrid节点
几何形状的建立（续2.1）
Extrusion
vrml文档
VRML什么是 VRML？VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一种用于描述3D图形和多媒体的编程语言。
它是一种基于文本的标记语言，用于创建虚拟现实（VR）环境，使用户能够在计算机中沉浸式地体验3D场景。
VRML最初由Silicon Graphics公司于1994年推出，被定义为ISO标准（ISO/IEC 14772）。
它的目标是向Web浏览器添加3D图形功能，以便人们可以通过互联网访问和交互式地浏览虚拟3D环境。
VRML的特点和功能•描述三维图形和交互性：VRML可以用于描述物体的形状、纹理、材质和位置等，以及用户与物体之间的交互行为，例如单击、拖动、旋转等。
•可移植性：VRML文件可以在多个平台和设备上运行，并且与不同的Web浏览器兼容。
这使得用户可以轻松地在不同的操作系统和设备上获取相同的虚拟现实体验。
•开放性和扩展性：VRML是一个开放标准，可以通过扩展来支持新的功能和技术。
用户可以自定义节点、传感器和动画等，以创建更复杂的3D场景和交互效果。
•轻量级和高效性：与其他3D图形格式相比，VRML 文件相对较小，加载速度快。
这对于在互联网上传输和浏览大规模3D场景非常重要。
VRML文件结构VRML文件由一系列的节点组成，每个节点都有一个节点类型和一组字段。
节点类型定义了节点的功能和属性，而字段用于存储节点的值。
以下是一个简单的VRML文件示例：#VRML V2.0 utf8#声明一个场景节点DEF SCENE Scene {#声明一个转换节点Transform {#定义平移变换属性translation 0 0 -2#定义旋转变换属性rotation 0 1 0 0#定义缩放变换属性scale 1 1 1#声明一个形状节点Shape {#定义外观属性appearance Appearance {#定义材质属性material Material {diffuseColor 1 0 0}}#定义几何体属性geometry Box {size 1 1 1}}}}在上面的示例中，SCENE是场景节点，Transform是转换节点，Shape是形状节点，Appearance是外观节点，Material是材质节点，Box是几何体节点。
虚拟现实技术4-3(VRML篇-基本造型)
第三部分虚拟现实技术--VRML篇3 VRML基本语法及应用3.1 VRML造型VRML造型主要通过几何节点和几何属性节点来实现。
由于这些节点属于辅助节点，不能直接放进场景图，因此要实现VRML造型还需要一个Shape节点。
几何节点是通过Shape 节点的geometry域来包含的，几何属性节点是通过Shape节点的appearance域来包含的。
用于造型的节点：共22个形状（Shape）节点1个几何节点10个：Box（长方体）、Cone（圆锥）、Cylinder（圆柱）、ElevationGrid（标高格阵）、Extrusion（挤出面）、IndexedFaceSet（索引面集）、IndexedLineSet（索引线集）、PointSet（点集）、Sphere（球面）、Text（文本）几何属性节点10个：Appearance（外观、Color（颜色）、Coordinate（坐标）、ImageTexture （图像纹理）、Material（材质）、MovieTexture（影像纹理）、Normal（法线）、PixelTexture （像素纹理）、TextureCoordinate（纹理坐标）、TextureTransform（纹理变换）字型（Fontstyle）节点：1个3.1.1 基本造型由Shape节点、Appearance节点、Material节点和基本几何节点共同实现。
3.1.1.1 Shape节点3.1.1.2. 基本的几何造型节点基本的VRML造型节点有Box，Cylinder，Cone，Sphere节点。
例3-1-1：#创建一个长宽高分别为4.0,1.0,4.0个vrml单位的长方体#VRML V2.0 utf8Shape{appearance Appearance {material Material { }}geometry Box{size 4.0 1.0 4.0}}例2：#创建一个底面半径为4.0高为1.0只有底面的圆柱体#VRML V2.0 utf8Shape{appearance Appearance {material Material { }}geometry Cylinder {radius 4.0height 1.0top FALSEside FALSE}}例：#创建一个底面半径为2.0单位高为1.0单位的圆锥#VRML V2.0 utf8Shape{appearance Appearance {material Material { }}geometry Cone {bottomRadius 2.0height 1.0}}3.1.1.3 节点的编组例：航空塔模型以sphere、box、cylinder、cone为节点创建一个航空塔的三维模型，其中用DEF定义了一个名字为bwhite的appearance的节点。
虚拟现实(VRML语言)
虚拟现实（VRML语言）摘要：虚拟现实技术是利用计算机的图形环境和电子技术外设产生逼真的视、听、触、力等伪物质三维感觉环境。
VRML 是面向实时漫游的虚拟现实造型语言。
本文简要介绍了虚拟现实技术的概念、技术特征、应用及VRML的概念、发展与构造，并讨论了VRML在虚拟现实技术应用中重要地位。
关键词：计算机；虚拟现实；VRML1 虚拟现实技术1．1虚拟现实技术的概念虚拟现实(Viamal Reality)技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，是一种新的人一机界面形式。
它追求的是将传统的计算机从一种需要人用键盘、鼠标对其进行操作的设备变成了人处于计算机创造的人工环境中。
用户借助物定装备(如数据手套、头盔等)以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。
1．2虚拟现实技术的发展过程虚拟现实技术的起源可以追溯到1970年，任Ivan Suther Land领导下研制成功了第一个头盔显示器。
人们戴上头盔显示器，可以看到一个边长5厘米的立方体线框图飘浮在自己眼前。
当实验者转动头部时，可以看见这个发光的立方体的不同侧面，可以像真实世界中那样来确定这个物体的形状和位置。
1972年Nolan·Bushnell发明了电子游戏rorh；1985年，Apple公司的Macintosh开始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。
NASA的Ames研究中心利用Radioshaek公司的袖珍式液晶显示电视的屏幕研制成为头戴式虚拟现实眼镜，并研制成第一台商用虚拟现实硬／软件，美国空军的Supemoelwit 飞行模拟器。
虚拟现实这个名词已成为平常生活话题。
1．3虚拟现实技术的特征虚拟现实技术具有以下三个基本特征：(1)沉浸性。
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。
虚拟现实技术―VRML篇
虚拟现实技术――VRML篇一、VRML介绍1.什么是VRML？VRML是“Virtual Reality Modeling Language”的缩写形式，意思是“虚拟现实造型语言”。
第一代Web是以HTML为核心的二维扫瞄技术，受HTML语言的局限性，VRML之前的网页只能是简单的平面结构，而且实现环境与参与者的动态交互是特不烦琐的。
第二代Web是以VRML 为核心的三维扫瞄技术。
第二代Web把VRML与HTML、Java、媒体信息流等技术有机地结合起来，形成一种新的三维超媒体Web。
VRML是用来描述三维物体及其行为的，能够构建虚拟境地（Virtural World), 能够集成文本、图像、音响、MPEG影像等多种媒体类型，还能够内嵌用Java、ECMAScript等语言编写的程序代码。
以VRML为核心构建的虚拟世界中用户如身处真实世界，能够和虚拟物体交互，人们能够以适应的自然方式访问各种场所，在虚拟社区中“直接”交谈和交往。
事实上，目前采纳VRML技术取得成功的案例差不多专门多，例如探路者到达火星后的信息确实是利用VRML在因特网上即时公布的，网络用户能够以三维方式随探路者探究火星。
2.VRML的工作原理VRML定义了一种把3D图形和多媒体集成在一起的文件格式。
从语法角度看，VRML文件是显式地定义和组织起来的3D多媒体对象集合；从语义角度看，VRML文件描述的是基于时刻的交互式3D多媒体信息的抽象功能行为。
VRML文件描述的基于时刻的3D空间称为虚拟境地(Virtual World)，简称境地，所包含的图形对象和听觉对象可通过多种机制动态修改。
VRML文件能够包含对其他标准格式文件的引用。
能够把JPEG、PNG和MPEG文件用于对象纹理映射，把WAV和MIDI文件用于在境地中播放的声音。
另外，还能够引用包含Java或ECMAScript代码的文件，从而实现对象的编程行为。
VRML使用场景图（Scene Graph）数据结构来建立3D实境，VRML的场景图是一种代表所有3D世界静态特征的节点等级：几何关系、质材、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。
论述VRML的虚拟现实技术的构建与运用
信 息 通 信
１ ＦＯＲＭ ＡＴＩ Ｎ ｏＮ ＆ Ｃ０ Ｍ Ｍ ＵＮ Ｉ Ｔ１ ＣＡ ０Ｎ Ｓ
２ ２ ０１
（ ｕ ． Ｎ １ １ Ｓｍ ｏ ２）
论述 ＶＲ ＭＬ的虚拟现 实技术 的构建与运用
余 丽 华
（ 福建广播 电视大学， 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 ５０ ３
另在贴 图时可以用 ６ 宽度稍 小的 Ｂ ｘ来组成一个长方体 ， 个 ｏ 也可 以用一个 Ｂｏ ｘ对其 ６个面分别贴 图， 不过这样数据量偏
大 ， 适 合 在 Ｖ Ｍ Ｌ 中运 行 。 不 Ｒ 在场 景 中 选 择 物 体 类 型 为 Ｂｏ ， ｘ 确 定 其 长 、 、 ； 成 宿 舍 模 型 ； 行 贴 图设 置 ， 其 更 接 近 宽 高 生 进 使
络虚拟现 实建模语言，由于其简 单、 较强的交互能力、 低带宽 运行等特 点， 在系统仿真 、 教育培训以及 工业 生产等领域得到
了 广泛 应 用 ， 已成 为 构 建 虚 拟 现 实应 用 系统 的基 础 。在 此 情 况 下，探 讨 其 开 发 流程 、 掌握 其 开 发 工 具 ， 研 究 其 开 发 策 略 并
２１ 置场 景 的单位 ， ．设 设置 系统 单位
在 场 景 中 设 置 系 统 单 位 ， 其 在 导 出 Ｖ ＭＬ文 件 后 能 产 使 Ｒ 生 正 常 的 单 位 ，方 便 用 户 的观 察 。 点击 Ｃ ｓ ｍｉ ｕｔ ｚ 单 下 的 ｏ ｅ菜
ＵｎｔＳ ｔｐ命令如 图。再点击 Ｓ ｓｅ Ｕｎｔ ｅｕ ｉ ｅｕ ｓ ｙｔ ｍ ｉＳｔｐ按钮设置系
虚拟场景， 使用者戴上特殊的头盔 、 数据手套传感设备， 或利用
键盘、 鼠标等输入设备， 进行实时交互， 感知和操作虚拟世界
虚拟现实VRML论文
VRML虚拟现实场景设计及动态仿真的实现VRML virtual reality scene design And dynamic simulation to achieve学院：信息科学与工程学院专业班级：计算机1001学号：100405116学生姓名：魏国亮指导教师：刘阳（副教授）2014年6月摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）是由美国VPL公司的Jaron Laniner在1989年创造的一个新词。
它通常是指采用头盔显示器，数据手套等一系列新型交互设备构造出的用以体验或感知虚拟境界的一种计算机软件，硬件环境，用户使用这些高级设备以自然的技能（如头的转动，身体的运动以及人类的自然语言等）向计算机发送各种指令，并得到环境对用户，视觉，听觉，触觉等多种感官信息的实时反馈。
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（由一对并排的35mm摄像机同时拍摄）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，座椅还可以随剧情的变化震动。
这所有的一切都使电影观看者这是体验到骑着摩托车漫游纽约市区，看见高楼，听见鸟语，闻到花香，和风吹拂面庞以及不时颠簸所带来的神奇感受。
自20世纪90年代以来，虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。
它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境，而且支持用户使用自然的技能亲身感受它。
目前己经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。
本文介绍了使用虚拟建模语言VRML来构建的3D虚拟场景的技术和它在虚拟风力发电厂环境中的动态仿真的实现。
用虚拟现实语言构建风力发电厂可以在风力电厂竣工前就可以提前展示电厂全貌，给投资方以及即将工作的人们一个直观的展示。
基于VRML的交互技术及应用
基于VR ML的交互技术及应用凌 宇① 唐明浩② 摘 要 本文阐述了用Scri p t节点实现V RM L世界与Java平台之间的交互技术和实现方法。
根据该原理可以实现用户与V RM L空间的互动。
最后以虚拟人体的变形为例,介绍了V RM L互动技术的应用。
关键词 虚拟现实 交互技术随着In ternet的普及和计算机性能的提高,二维的、平面的h tm l式的虚拟空间已经渐渐不能满足人们的要求,人们希望能够通过一种语言三维的、立体的表现现实世界,V RM L (V irtual R eality M odeling L anguage)技术是人们实现这一目的的一种良好工具。
V RM L为三维空间——一个与现实一致或完全想象概念上的场景描述——提供了详细的说明。
通过V RM L技术,人们可以建立丰富的三维场景。
但是V RM L本身并没有直接和用户进行交互的能力,它需要与其他语言结合才能实现三维场景和用户交互的要求。
Java语言提供了这种可能性: V RM L能够构造网点所必须的三维结构模块,Java则使三维场景具备交互能力,更加生动,更加丰富多彩。
本文主要论述了V RM L与外部世界的交互方式以及它在三维人体变形当中的应用。
一、VR ML简介V RM L定义了一种包含三维图像和多媒体的文件格式。
从概念上讲,每一个V RM L文件都是一个包含可以通过不同机制进行改变的图像和声音对象的基于时间的三维空间。
每个V RM L文件都应该具备以下特点:隐式创建一个包括文件中定义的所有物体的三维空间;显式定义和包括一系列的三维和多媒体对象,创建到其他文件或项目的超级连接;能够定义对象行为,内联其它V RM L文件等。
V RM L是一个三维造型和渲染的图形描述性语言,它把一个“虚拟世界”看作一个“场景”,而场景中的一切都看作“对象”(也就是“结点”),对每一个对像的描述就构成了W RL文件;V RM L的图形渲染是“实时”的;V RM L是面向网络的,它是为网络而生的,并随网络而发展的,它的巧妙之处在于避免了在网上传输无限容量的一帧帧视频图像,而传输的是有限容量的W RL文件,即只传送描述场景的模型,而把动画帧的生成放在本地。
VRML及其在虚拟现实中的应用
V ol. 29 Supp. Aug . 2001
文章编号: 1000- 2243( 2001) S0- 0029- 06
VRM L 及其在虚拟现实中的应用
吴英杰, 王晓东
( 福州大学信息科学与技术学院, 福建 福州 350002)
摘要: 虚拟现实是计算机模拟的三维环境, 用户在 W WW 中可以 走进这 个环境 并操纵系 统中的 对象, 使其实
时性和交互性变为现实. V RM L 是 HT M L 的 3D 模拟, 它 不仅可 以用来建 立三维 场景的 模型, 也可 以用来实
现虚拟场景中的人机交互.
关键词: 虚拟现实; 建模语言; 交互性
中图分类号: T P 391
文献标识码: A
仅用文字、图象很难说明事物动态的过程. 用三维、动画的方式, 制作一个沿着某一条路径浏览的动 画, 而且, 这个动画可以沿着这条路径反复播放. 虚拟现实是计算机模拟的三维环境, 用户可以走进这个 环境并操纵场景中的对象, 它的图形渲染是 实时 的, 这种 实时性 导致了在虚拟场景中的人机 可交互 性 . 目前, 利用 VRML 技术已部分实现网上虚拟科技馆场景模型的设计和部分科普作品的开发, 能较好 地体现虚拟现实的模拟三维性和人机 可交互性 .
对于需重复出现的物体采用了重复引用的方法即只对一个原始造型进行属性定义并用def语句定义该对象所属节点的名称在以后的相同对象定义中只需用use语句引用已定义的节点名便可获得对象的完整复制再通过几何变换得到其他位置的物体
第 29 卷 增刊 2001 年 8 月
福州大学学报( 自然科学版)
Jour nal of Fuzhou U niversity ( N atural Science)
一个典型的 V R ML 文件包括: 文件头、注释、节点及其域、事件和路由等[ 2] : 1) 文件头. 文件均以 # VRML V2. 0 utf 8 开头. 文件头告诉浏览器该文件是: 一个 VRM L 文件; 符合 VRML 规范的 2. 0 版本; 是一个使用国际 UT F - 8 字符集的文件. 2) 注释. 注释以# 号开始, 结束于该行的最后. 3) 节点. VRML 文件包含描述空间造型及其属性的节点, 这些是 VRM L 的构件. 单个节点描述造 型、颜色、光照、视点, 以及动画定时器、传感器、内插器等的定位和朝向等等. 节点一般包括 节点类 型; 一对括号; 括在括号中的一定数目描述节点属性的域( 可选) 和域值. 由节点及其相关域定义的造 型或属性在空间中被视为一个整体. 4) 域及域值. 域定义节点的属性. 在一个节点中, 可能有一个域, 也可能有数个域, 域的顺序是不重 要的. 域是可选的, 因为每个域都有一个缺省域值, 如果你不指定域值, VRML 浏览器将使用缺省域值. 域值定义如颜色、尺寸和位置等属性, 每个值属于特定的域值类型, 如浮点型、布尔型等. 5) 定义及使用节点名称. VRM L 文件中每个节点都可认为是一个对象, 我们在定义后可以任意引用. 6) 事件和路由. 为了使虚拟空间具有动感, 便于用户交互, VRML 提供事件和路由的定义和使用. 在 两个节点间创建一条通路( 路由) , 通过发送事件使一个节点控制另一个节点的状态. 其语法为 ROU T E 输出节点及事件 T O 输入节点及事件 . 2. 4 一个简单实例 # VRML V2. 0 utf 8 # 文件头 Group{ # 基本组节点, 将以下各节点编组 children [ # 子节点列表 Shape{ # Group 的子节点之一: 桌面 appearance DEF Blue Appearance{ # 定义蓝色外观节点即桌面的颜色
基于VRML的在线虚拟现实场景设计与实现
1引 言
在基于 W EB 的虚拟现实技术方面, VRM L 的研究已经 达到 了实用的程度, VRM L 在基于 W EB的虚拟现实技术取得的 广泛 的应用。本文试 图对 VRM L 结合 A SP 技术 的在线 虚拟 现实 技 术进行探讨, 提出构造有 VRM L 特性 的场景 的数据 库并能 进行 查询、调用、重构表现等, 从而设计了在线虚拟现实场景, 提供设 计管理人员与用户之 间可以便 利地、快速地 共享利 用关键 场景 数据, 通过结合 A SP 技术并实现了一个 在 Interne t上 表现的, 能 和用户交互的, 可由用户设计的, 可扩展 的一个在线虚拟现实场 景平台, 让用户能 够按照 自己 的意 愿漫游 的 虚拟 现实场 景 。 本文的软件原型设计 了在网络上表现商品房开发商的样板房的 3D 模型, 实现了 一套系统多次 设置不 同样 板房模 型的 展示, 实 现了能和 用 户 动 态 交互 的 实 例 来 表 现 的 在 线数 据 库 驱 动 的 VRM L 场景系统。
很少的数据, 就可以 在 W EB 上 实现 三维 虚拟 场景 浏览 成为 可 能。用 VRM L 实现与 Interne t虚 拟现 实 交互 有下 面几 个 好处: 丰富了媒体表现形式、协同工作角色的可视化管理、改善了协 同 环境的用户界面、增强了协同环境的交互性 [ 2] 。可见, 将 VRM L 融合到在线虚拟现实场景 的开发 过程中, 既可 以增强 表现力 和 用户的 接 受 力, 又 可 以 实 现 较 好 的 协 同 工 作 虚 拟 化 环 境。 VRM L 是一种基于文本的通用语言, 它定义了 3D 应用中大多数 常见概念, 如光源、视点、动画、雾化、材质属性、纹理映射等 。一 个 VRM L 的 3D 立体景像, 一般是由成百上千 个多边形 组成, 这 些多边形是构建计算机 3D 景像 的基本材 料 [ 3] 。 VRM L 是面 向 网络的, 它的优 势在于: 避免了在网上传输无限容量的一帧帧 视 频图像, 而传输有限容量的 WR L文件。即只传送 描述场景的模 型, 而 把动画帧的生成放在客户机上。也就是说: 当您在虚拟 世 界中漫游时, 您依 靠的 是本 地主 机的 性能 , 而与 网络 无关。 这 样, 对 于 硬 件 的 要 求 和 网 络 传 输 速 度 的 要 求 都 会 比 较 低。 VRM L 的这些特性使得基于 网络 的虚拟 现实 的应 用比较 广泛, 也比较容易实现。用 VRM L 建立 VRM L 场景和 三维物 体模型, 建模部分可采用 Pa ra lle lG raphics公司 的 VRM L专 业建模可视化 工具 Interne t Space Bu ilder( ISB), 用 Internet Scene A ssemb ler P ro
第8章 VRML应用
第8章 VRML应用随着计算机网络技术的快速发展, 人们已不满足于从网上查询一般静态的结果，而是希望能通过视、听、触、嗅觉及形体、手势，参与到具体的实际环境中去，获得身临其境的体验，虚拟现实建模语言（VRML）就提供了这样一种在网络上既能创建又能体验虚拟世界的沉浸式交互环境，使用户可以以自然的方式与虚拟环境中的对象交互影响，从而产生等同真实环境的感受和体验。
8.1 VRML概述VRML是一种建模语言，用来在Web 环境中描述三维物体及其行为，从而在Web 环境中构建虚拟场景。
VRML的基本目标是建立Internet上的交互式三维多媒体，它以Internet 作为应用平台，作为构筑VR 应用的基本构架。
8.1.1 VRML基本概念VRML即虚拟现实建模语言，是Virtual Reality Modeling Language的简称，本质上是一种面向web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。
是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，也具有平台无关性。
是目前Internet上基于WWW的三维互动网站制作的主流语言，VRML是一种国际标准，其规范由国际标准化组织(ISO)定义。
熟悉WWW的人都知道，受HTML的限制，网页只能是平面的结构，就算JAVA语言能够为网页增色不少，但也仅仅停留在平面设计阶段，而且实现环境与浏览者的动态交互是非常繁琐的，于是VRML应运而生。
1．VRML 发展历史(1)VRML1.01994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。
1994 年10月，VRML1.0规范正式发布。
现在，VRML1.0已基本被淘汰。
(2)VRML2.01996年8月，VGA决定设计小组决定将SGI的Moving Worlds方案改造为VRML2.0。
VRML2.0已经完全脱离HTML的影响，被正式命名为：虚拟现实建模语言。
2.第2章 虚拟现实建模语言——VRML
例 2.1 #VRML V2.0 utf8 Shape { appearance Appearance { material Material {} } geometry Box {} } 例 2.2 #VRML V2.0 utf8 Shape { appearance Appearance { } geometry Box {} }
造出来。例如：
Shape{ appearance Appearance{ material Material{} } geometry Cylinder{ radius 0.5 height 6.0 } }
上述的一段VRML文档描述了一个圆柱体的造型，其中 Shape、Appearance、Material以及Cylinder等等都是节 点。
第2章 虚拟现实建模语言—— VRML
本章各小节目录
2பைடு நூலகம்1 VRML的基本概念 2.2 VRML文件的基本要素 2.3 VRML的通用语法结构 2.4 VRML的空间计量单位 2.5 VRML场景的编辑与浏览 本章小结
通过前面章节的学习，对于虚拟现实技术有 了一定的了解。本章主要学习在网络上实 现虚拟现实场景建模的技术术——虚拟现实 建模语言 (Virtual Reality Modeling Language)， 该技术专门用来在网络上实现三维虚拟场 景。
⑥ SFNode和MFNode 单域值节点型和多域值节点型。取值为一个或者多个节 点，用来更进一步描述该域的特征。例如：表示材 质属性的域material其域值是构建材质的节点 Material，该节点带有一些域，用来表述造型的材质。 ⑦ SFImage 单域值图像型。取值为一些描述图像特性的数值，可以 绘制造型表面的纹理图像。比如在纹理贴图中的像 素贴图。 ⑧ SFRotation和MFRotation 单域值旋转型和多域值旋转型。取值为4个浮点数构成 的一组数值，前三个确定旋转轴，第四个指定绕轴 旋转的角度。用来描述对象的旋转特征。
虚拟现实技术与VRML(一)
虚拟现实技术与VRML(一)摘要：虚拟现实技术是利用计算机的图形环境和电子技术外设产生逼真的视、听、触、力等伪物质三维感觉环境。
VRML是面向实时漫游的虚拟现实造型语言。
本文简要介绍了虚拟现实技术的概念、技术特征、应用及VRML的概念、发展与构造，并讨论了VRML在虚拟现实技术应用中重要地位。
关键词：计算机；虚拟现实；VRML1虚拟现实技术1．1虚拟现实技术的概念虚拟现实(ViamalReality)技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，是一种新的人一机界面形式。
它追求的是将传统的计算机从一种需要人用键盘、鼠标对其进行操作的设备变成了人处于计算机创造的人工环境中。
用户借助物定装备(如数据手套、头盔等)以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。
1．2虚拟现实技术的发展过程虚拟现实技术的起源可以追溯到1970年，任IvanSutherLand领导下研制成功了第一个头盔显示器。
人们戴上头盔显示器，可以看到一个边长5厘米的立方体线框图飘浮在自己眼前。
当实验者转动头部时，可以看见这个发光的立方体的不同侧面，可以像真实世界中那样来确定这个物体的形状和位置。
1972年Nolan·Bushnell发明了电子游戏rorh；1985年，Apple公司的Macintosh开始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。
NASA的Ames研究中心利用Radioshaek 公司的袖珍式液晶显示电视的屏幕研制成为头戴式虚拟现实眼镜，并研制成第一台商用虚拟现实硬／软件，美国空军的Supemoelwit飞行模拟器。
虚拟现实这个名词已成为平常生活话题。
1．3虚拟现实技术的特征虚拟现实技术具有以下三个基本特征：(1)沉浸性。
虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。
基于VRML的在线虚拟现实场景设计与实现
很少的数据 ， 可 以在 ＷＥ 就 Ｂ上实 现三维 虚拟 场景 浏览 成 为可
１ 引 言
在基 于 ＷＥ Ｂ的虚拟现实技术方面 ， Ｒ Ｖ ＭＬ的研 究 已经达 到 了实用的程度 ， Ｒ Ｌ在基 于 ＷＥ Ｖ Ｍ Ｂ的虚拟 现实 技术 取得 的广 泛 的应用。本文试 图对 Ｖ ＭＬ结合 Ａ Ｐ技 术 的在线 虚拟 现实 技 Ｒ Ｓ 术 进行探讨 ， 提出构造有 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ特性 的场 景 的数 据库并 能进行
在 线虚拟现实的场景环境原型 ， 通过结合 Ｖ Ｒ技 术和 Ａ Ｐ技术 实现 了一个在 Ｉｔ ｔ Ｓ ｎｅ 上表 现 的、 ｍｅ 能和用 户交互 的、 由用户设 计的、 可 可扩展 的平 台， 让用 户能够按 照 自己的意愿设置 的虚 拟现 实场景 应用 系统。 关键词 虚拟现实 场景 Ｖ ＭＬ Ａ Ｐ Ｒ Ｓ
ｓ ｅ ｅｍｏ ｅｉ ｇ ａ ｄ ｉ ｐ ｌ ａｉｎ ｗｉ ｅｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｂ ｓｎ ｃ ｎ ｄ ｌ ｎ ｓ ａ ｐ ｉ ｔ ｌ ｂ ｒ ｓ ｎｅ ． ｙ ｕ ｉｇ ＶＲＭＬ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎ ｏ ｌ ｅ ｖｒ ａ ｃ ｎ ’ ｍａｎ ｓ ｅ ｅ ｈ ｅ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ，ｕ － ｎ ｔ ｃ ｏ ｌ ｅ ｈ ｏ ｏ ａ ｎ ｉ ｉ ｕ ｌｓ ｅ ｅＳ ｙ ｎ ｔ ｉ ｃ ｎ ａ ｂ ｅ ｅ ｉ ｎ ｄ ｆ ｒ ｓ ｎ ｖ ｏ ｎ ｌ ｅ ｆｍ ｌ ｔ ｅ ， ｃ ｏ ａ ｉ ｄ ｂ ｈ Ｐ ＶＲ ｈ ｒ ａ ｃ ｍｐ ｎ ｅ ｙ ｔ ｅ ＡＳ ／ ＭＬ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎ ｉｅ ｅ ｔ ｎ ｉｌ ｓ ｒｉｔ ｒｃ ｉｅ ｐ ａｆｒ ｈ ｓｔ ｒ ｅ ｎｏ ｒ ａ ｉ ． ｔ ｓａ ｐａ ｏ ｌｗ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｏ ｌ ｘ ｅ ｓｂ ｅ ｕ ｅ － ｅ ａ ｔ ｌ ｔ ｍ ａ ｕ ｄ ｉ ｔ ｅ ｚ Ｉ ｉ ｌｔ ｒ ａ ｏ ｓ ｎ ｎ
Java与VRML在虚拟现实中的应用
要用于整个界 ｃｍ ｒ．ｏ ．ｎ下载。 ｗ ．ｏ ｐｇｃｌ ｃ ｎ
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的 、解 释 的 、健 壮 的 、安 全 的 、结 构 中立 的 、可 移 植 的 、性 能
优越 的、多线程 的动态语 言 ，这种 面向网络 的程 序设计语 言使
得 网页更加 生动 ，丰富多彩 。这两 种语 言的结合将使 得在网络
上 创建 的 虚 拟世 界更 加 真 实 、 更 加 生 动 ，而 人 机 交互 也 将 更 加 Ｖｃｆ ｅ３ ，其 中 Ｔｎ３ ｉｙ Ｄ为 主 类 ，首 先 介 绍 Ｔｎ ３ ｉ Ｄ类 ，这 个 类 里 主 ｙ
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这 里 有 四 个 类 即 ： Ｔｎ３ Ｔｎ Ｃｕ ｐ Ｖ Ｒ ｔ ｉ 、 Ｖ ． ｉｙＤ、 ｉｙ ｌｍ 、 ｂ ｏ ｔ ｎ ｂ ａｏ
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虚拟现实技术之VRML简介课件
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。
VRML技术应用于虚拟仿真场景中的研究
・ １ห้องสมุดไป่ตู้８ ７ ・
复杂模 型的渲染 比较慢 ， 有 时还会 出现 图像抖动 现象 。为 了解决这 种文本格 式的文件 ， 空行只会增加文件 的长度 ， 但 浏览器在解 释 些问题 ， 为了使设计更适合 网络浏览 ， 必须 采用一系列对 Ｖ Ｒ ＭＬ模 程序时 ， 并不需要这些空行 、 空格 ， 所以应注意删除文件中多余 的空 型文件进行优化 处理的方法 ， 优化文件 中的导 入模 型 ， 方法包括减 格 、 空行等 ， 以减少文件 的数据量 。 小文件长度 和提高渲染速度等。 为了有效地降低 了用户刷新所需 的 ３ ． ２ ３最大可能 的重用机制 （ Ｄ Ｅ Ｆ节点和 Ｕ Ｓ Ｅ节点 ） 。场景 中重 时间 ， 对该虚拟实验室进行优化从多个方面对。 复使用 的对象 ，可在该对象第一次使用 时 ，用 Ｄ Ｅ Ｆ节点 给物体命 ３ ． １ 从提高渲染速度角度来优化 名， 再用到该物体时使用 Ｕ Ｓ Ｅ节点进行引用 ， 能避免大量重 复代码 ３ ． １ ． １ 控制场景模型 的复杂程度 ， 从建模环节就开始 优化 。在实 的出现 。这是对场景的重 复使用 ， 而不是简单的代码复制 。如 ： Ｄ Ｅ Ｆ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ｂ ｉ ｌ Ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｛ …… ｝ 验室 门和窗的细节操作 中， 使用贴 图的方法创 建模 型 ， 不仅不会影 响浏览效果 ， 而且还能降低文件 的数据量 。 Ｇ Ｉ Ｆ文件或 Ｊ Ｐ Ｅ Ｇ文件的 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ｛ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ０ ０ ０ 图形效果来 取代不必要强调精度的对象 ， 这两种图形 基本 上可以在 浏览 时避免模型纹 理的失真 。例如在 ３ Ｄ Ｓ Ｍ Ａ Ｘ中创建 窗户 的模 Ｃ ｈ ｉ ｌ ｄ ｒ ｅ ｎ Ｕ Ｓ Ｅ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ ｂ ｉ ｌ ｝ 型， 再添加材质所生成的 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ文件 １ ５ Ｋ Ｂ， 而使用真实窗户的图片 例如组成实验室 四周 的墙壁 ， 造型相 同而位置不 同。程序设计 直接贴在同一尺寸的平面上模拟出窗户的模 型， 生成 的 Ｖ Ｒ ＭＬ文件 时可先将基本造型定义成原型节点 ， 然后通过在适当位置采用实例 ３ Ｋ Ｂ， 远 远小于直 接创建窗 户模 型 的文件 ， 而且 贴 图出来 的窗 户模 化 （ Ｄ Ｅ Ｆ ／ Ｕ Ｓ Ｅ） 该 原 型节点进 行复 制 ， 可 以将 文件 的数 据量 大 大减 少。 型看上去更加 自然。 ３ ． １ ． ２在 ３ Ｄ Ｓ Ｍ Ａ Ｘ中所创建的模型 ， 要 减少 点 、 分段数 、 多边形 ３ ． ２ ． ４使 用压缩工具。通过 ３ Ｄ Ｓ Ｍ Ａ Ｘ创 建的模型 ， 会 导出数据 数和删除多余 的面。以不影响浏览效果为前提 ， 尽量降低模型的复 庞杂的 ＷＲ Ｌ文件 ，在这里使用压缩工具可将文件减小到原来文件 杂度 ， 严格控制模型的数据量。 例如在创建实验设备时 ， 面对墙面和 的 １ ／ ３ 。使用 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ Ｐ ａ ｄ专门的压缩插件 ， 可以大规格化 、 简化代码 ， 桌面的多边形是看不 到的面， 对于这种多余 面的处理可以删除也可 使 执行效率更高 ， 体积更小 。Ｇ Ｚ ｉ ｐ 压缩工具也能很好地被 Ｖ Ｒ ＭＬ支 以隐藏 ＷＲ Ｌ文件不记 录隐藏的面 ， 而３ Ｄ Ｓ Ｍ Ａ Ｘ会 记录隐藏 的面 。 持。而且 出于安全方面的考虑 ， 普通文本编辑器打开压缩后 的文件 只显示乱码 ， 可在一定程度上实 现文件 的保密 。Ｖ Ｒ ＭＬ文件 的大小 经过这样的处理 ， 实验设备的大小最少 能降低 ４ ０ Ｋ Ｂ左右。 ３ ． １ ． ３在室 内植 物的创建 中 ，使用 了布告牌节点 。如果 用 ３ Ｄ Ｓ 不但决定 了它在 网络上的传输 速度 ， 而且还影 响着文件装入 内存后 ＭＡ Ｘ中 Ａ Ｅ Ｃ扩展 中的植物创建 ， 再导 出为． ｗ ｒ ｌ 格式 ， 最小精度植物 的浏览速度 。本虚 拟实验室在没有压缩前 Ｖ Ｒ ＭＬ的文件大小将近 的模型也要 ５ ０ ０ Ｋ Ｂ， 而用布告牌的方法创建出 的文件大小仅 ５ ０ ０个 ２ ＭＢ， 而压缩后该文件 只有不到 ５ ０ ０ Ｋ Ｂ ， 非常适合在网络上传输 。 字节 ， 很好地 降低 了场景文件的数据量。 结束语 虚拟现实是 利用计算 机发展 中的高科 技手段构 造 出一个 虚拟 ３ ． １ ． ４在虚拟实验室 中会 出现文字模型 ，例 如实 验设 备上会 出 现该设备的型号或者墙壁 上出现一些标语等 。在 ３ Ｄ Ｓ ＭＡ Ｘ中制作 的境界 ， 使参与者获得 与现实一样 的感觉 。Ｖ Ｒ ＭＬ真正在 Ｗｅ ｂ 上实 的三维文字为 了提高精 细度 ， 会 含有 大量的点和面 ， 增加 程序的数 现了动态页面 ， 并加强了互动功能 ， 达到真正虚拟的效果 。 在 虚拟实 据量 。所 以采用二次建模 的方法将文字在 Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｓ ｈ ｏ ｐ中输 出为一个 验室的制作 过程 中， 利用 Ｖ Ｒ ＭＬ技术 以及一些辅助性制作工具实现 背景透 明的贴图 ， 再贴到实验设备上即可。 了可供浏览 的 、 比较完整的虚拟场景 。本文对 Ｖ Ｒ Ｍ Ｌ技术在软件 和 ３ ． １ ． ５ 使用 引入节点 Ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ， 该 节点是场景建模 中使用最频繁 的 场景方面的设计 同时对场景的优化进行详细 的探讨。 节点 。例如在本软件所使 用的实验设备 等不 写在 主程 序中 ， 而是将 总之 ， 随着计算 机技术 、 通信技术及其他相关技术 的飞速发展 ， 其分别 写出独立 的小 程序 ， 然后通过 Ｉ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ 节点将这 些独立程序引 人们对虚拟现实技术 的要求也将越来越高 ， 这项技术也将会有越来 入 到主程序 中从而构成完整的虚拟环境 ， 减少 主程序 的代码量 。 越广的扩展空间。 ３ ． １ ． ６对近似物 体使用 原型封装 ： 原型 （ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ） 是 一种特 殊类型 参考文献 的封装机制 ， 利用 它可 以在 已定义节点类型 的基础上定义新 的节点 【 １ ］王梅艳 ． 虚拟现 实技 术的历 史与未来 ［ Ｊ ］ ．中国现代教 育装备 ， ００ ７， １ ： １ ０８ —１ １ ０． 类型， 通过外部原 型（ ｅ ｘ ｔ ｅ ｍｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ） 还可 以跨越 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｔ 引用 自定义 的 ２ 节点类 型 ， 一旦定 义原 型节点类型就可 以像 内部节点类型一样在场 【 ２ ］ Ｔ－ ￣ ４ ， 魏 昕等． 基 于 ｗｅ ｂ的虚拟现 实的研 究与应 用『 Ｊ １ ． 电脑知识 与 景 图中实例化 。因此对一些类 似的实物 ， 例如按键 、 设 备垫脚等 ， 可 技术 ， ２ ０ ０ ９ ， ５ （ ３ ３ ） ： ８ ８ — ９ ０ ． 以采用原型法复制 ， 通过原型定义 ， 可以创建新 的类型节点 ， 为构建 【 ３ ］ 胡小强． 虚拟现 实技术与应用【 Ｍ】 ． 北京 ： 高等教 育出版社 ， ２ ０ ０ ９ ． 整个场景提供 了方便 ， 而且减少 了文件量。 【 ４ ］ 蔡妙娴 ． 计算机硬件虚拟 实验平 台的研 究与 开发【 Ｄ ］ ． 长沙 ： 中南大 ３ ． １ ． ７ 有节制地使用碰撞检测。默认情况下 ， ＶＲ ＭＬ场景 的物体 学， ２ ０ ０ ５ ． 是 不可穿越的 ， 如果进行碰撞检测将会 占用 Ｃ Ｐ Ｕ大量 的工作 时间 ， 【 ５ 】 方振 汉 ， 严萍． 构建 电子技 术虚拟 实验 室ｆ Ｊ １ ． 中国计 量 学院学报 ， 减 少碰撞检测一般只为用户可能穿越 的物体设置碰撞 检测 。 还可 以 ２ ０ ０ ３ ， １ ４ （ ２ ） ： １ ４ ４ － １ ４ ６ ． 实用 Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ节点 的碰撞替身 ｐ ｒ ｏ ｘ ｙ 来提高对 于复杂物体 的碰撞检 ［ ６ ］ 金 凤莲， 兰振平 ， 牛悦苓． 仿真虚拟 实验教 学的探 索与 实践『 Ｊ ］ ． 中国
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3 种技术要素间的关系.
1) 图像( Imagery) . 虚拟物体要有三维结构的显示, 其中包括主要 由以双目视差、运动视差提供的深度信息; 图像显示要有足够大的视
场, 造成 在图像世界内观察 而不是 窗口观察 的感觉; 显示画面符
合观察者当前的视点, 能跟随视线变化; 物体图像能得到不同层次的 细节审视.
图 1 虚拟现实的 技术要素
与用户的交互作用中, 其动态都要有一定的表现, 这些表现或者服从
于自然规律, 或者遵循设计者想象的规律,. 自主性是指虚拟环
收稿日期: 2001- 05- 20 作者简介: 吴英杰( 1979- ) , 男, 硕士研究生.
增刊
吴英杰: VRM L 及其在虚拟现实中的应用
31
mat erial Material{ dif fuseColor 0 0 1} # 蓝色( RGB 为 0 0 1) } geometry Box{ size 6. 0 0. 1 4. 0} # 桌面的几何形状: 长方体( Box ) } T ransform{ # Group 的子节点之二: 桌腿一, 同时也是只拥有一个子节点的组节点 translat ion - 2. 5 - 1. 5 1. 75 # 本组节点的基本坐标位置 children DEF Deskleg Shape{ # 定义桌腿的形状, 也是 T ransform 组节点的唯一子节点 appearance U SE Blue # 桌腿颜色用已定义的蓝色 geometry Cylinder{ # 桌腿的几何形状为圆柱( Cylinder) radius 0. 2 # 圆柱的半径域和域值 heig ht 3. 0 # 圆柱的高度域和域值 } }} T ransform{ # Group 的子节点之三: 桌腿二 translat ion 2. 5 - 1. 5 1. 75 # 桌腿二的坐标位置 children U SE Deskleg # 桌腿二的形状使用已定义的桌腿一的形状 } T ransform{ # Group 的子节点之四: 桌腿三 translat ion - 2. 5 - 1. 5 - 1. 75 children U SE Deskleg } T ransform{ # Group 的子节点之五: 桌腿四 translat ion 2. 5 - 1. 5 - 1. 75 children U SE Deskleg } Group{ # Group 的子节点之六: 桌面上的球, 同时也是一个编组节点 children [ DEF M ysphere T ransform{ # 定义桌面上的球 translat ion 0 0. 55 0 # 球的坐标位置 children Shape{ # 球的形状 appearance Appearance{ # 球的外观 mat erial Material{ } # 球的颜色用缺省的白色 } geometry Sphere{ radius 0. 5} # 球的半径 }} DEF M ysphereSensor PlaneSensor{ # 定义球的平面传感器 max Posit ion 2. 8 0. 55 # 和下一句一起限制球的移动范围 minPosition - 2. 8 0. 55 } ] } ]} ROUT E MysphereSensor. translat ion_changed T O M ysphere. set_translat ion # 路由: 将球的平面传感器 的输出( 鼠标移动位置) 连接到球的输入( 球的坐标位置) 将这段文字以文本形式存为 desk. w rl, 然后从带有 VRM L 插件的浏览器中打开, 即可欣赏这一实例 了. 在这个简单的实例中, 绘制了一个拥有四个桌腿的蓝色桌子, 在桌面上有一个白球. 当将鼠标放在白 球上方时, 可以按住鼠标来水平移动白球, 且白球的移动范围被限制在桌面内.
能解决在工程、医学、军事等方面的问题, 这些应用是 VR 与设计者并行操作, 为发挥它们的创造性而设
计的. 这极大地依赖于人类的想象力, 这就是 VR 的第二个特征 想象性. VR 的最主要的技术特征是沉浸感, 即身临其境的感觉. 导致 沉浸感 的原因是用户对计算机环境的
虚拟物体产生了类似于对现实物体的存在意识或幻觉. 为此, 必须具备 3 种基本技术要素. 图 1 表示出了
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福州大学学报( 自然科学版)
第 29 卷
3 VRML 在三维场景建模中的应用[ 3, 4]
3. 1 建模原理
简单定义一个对象的静态三维几何特性对于 VR 系统中的物体来说还远远不够, 在虚拟空间中的物
体还具有动态特征如位置、碰撞、抓取、放缩、表面扭曲的改变等. 物体对象位置的变化主要由平移、旋 转、比例缩放等几何变换所引起.
则缩放矩阵为:
sx 0 0 0
0 sy 0 0 S=
0 0 sz 0
0 0 01
则缩放变换可以表示为:
P = SP
3. 1. 3 旋转变换
设点 P ( x , y , z , 1) 的坐标在三维空间的旋转角度为 x 、 y 、 z , 其中: x 、y 和 z 分别为坐标在 YZ、X Z 和 X Y 平面的旋转角, 令:
3. 1. 1 平移变换 设点 P( x , y , z , 1) , 若用 T 代表平移变换矩阵,
1 0 0 dx
0 1 0 dy T=
0 0 1 dz
从而平移可表示为:
000 0
P = TP
3. 1. 2 缩放变换 设点 P( x , y , z , 1) 在 X , Y , Z 3 个方向分别乘以比例因子 sx , sy , sz 后得到P ( x , y , z , 1 ) ,
一个典型的 V R ML 文件包括: 文件头、注释、节点及其域、事件和路由等[ 2] : 1) 文件头. 文件均以 # VRML V2. 0 utf 8 开头. 文件头告诉浏览器该文件是: 一个 VRM L 文件; 符合 VRML 规范的 2. 0 版本; 是一个使用国际 UT F - 8 字符集的文件. 2) 注释. 注释以# 号开始, 结束于该行的最后. 3) 节点. VRML 文件包含描述空间造型及其属性的节点, 这些是 VRM L 的构件. 单个节点描述造 型、颜色、光照、视点, 以及动画定时器、传感器、内插器等的定位和朝向等等. 节点一般包括 节点类 型; 一对括号; 括在括号中的一定数目描述节点属性的域( 可选) 和域值. 由节点及其相关域定义的造 型或属性在空间中被视为一个整体. 4) 域及域值. 域定义节点的属性. 在一个节点中, 可能有一个域, 也可能有数个域, 域的顺序是不重 要的. 域是可选的, 因为每个域都有一个缺省域值, 如果你不指定域值, VRML 浏览器将使用缺省域值. 域值定义如颜色、尺寸和位置等属性, 每个值属于特定的域值类型, 如浮点型、布尔型等. 5) 定义及使用节点名称. VRM L 文件中每个节点都可认为是一个对象, 我们在定义后可以任意引用. 6) 事件和路由. 为了使虚拟空间具有动感, 便于用户交互, VRML 提供事件和路由的定义和使用. 在 两个节点间创建一条通路( 路由) , 通过发送事件使一个节点控制另一个节点的状态. 其语法为 ROU T E 输出节点及事件 T O 输入节点及事件 . 2. 4 一个简单实例 # VRML V2. 0 utf 8 # 文件头 Group{ # 基本组节点, 将以下各节点编组 children [ # 子节点列表 Shape{ # Group 的子节点之一: 桌面 appearance DEF Blue Appearance{ # 定义蓝色外观节点即桌面的颜色
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福州大学学报( 自然科学版)
第 29 卷
境中物体依据物理定律动作的程度. 如当受到力的推动时, 物体会向力的方向移动、翻倒或从桌面落到地 面等等.
上述技术要素之间是相互关联的, 它们对于用户的 存在 意识的影响, 进而导致 沉浸感 的过程实 际上是基于人的认知机理, 可以说心理学是虚拟现实的物理学.
第 29 卷 增刊 2001 年 8 月
福州大学学报( 自然科学版)
Jour nal of Fuzhou U niversity ( N atural Science)
V ol. 29 Supp. Aug . 2001
文章编号: 1000- 2243( 2001) S0- 0029- 06
VRM L 及其在虚拟现实中的应用
2) 交互( Interact ion) . 虚拟物体与用户间的交互是三维的, 用户是
交互的主体; 用户能觉得自己是在虚拟环境中参与对物体的控制; 交
互是多感知的, 用户可以使用与现实生活不同的方式( 例如手语) 与虚 拟物体交互.
3) 行为( Behavior) . 虚拟物体在独自活动时、或相互作用时、或在
无论平台是 PC 还是 SGI, 都可以浏览 VRM L 世界; 基于 Web, 能够建立三维可视化服务器; 能够快 速建模, 支持 PROT O 等灵活的编程方式. 2. 3 语法
VRM L 三维空间是以浏览器的中点为缺省原点, 从原点向右、向上和向前 分别为 X、Y 和 Z 轴的正 向. 要想创建不在缺省位置的对象, 必须使用调整原点位置的节点.
吴英杰, 王晓东
( 福州大学信息科学与技术学院, 福建 福州 350002)
摘要: 虚拟现实是计算机模拟的三维环境, 用户在 W WW 中可以 走进这 个环境 并操纵系 统中的 对象, 使其实
时性和交互性变为现实. V RM L 是 HT M L 的 3D 模拟, 它 不仅可 以用来建 立三维 场景的 模型, 也可 以用来实
2 VRML 技术简介
2. 1 现状 VRM L 是 H T ML 的 3D 模拟, 它使用 VRM L 浏览器来描述现实世界和链接. VRM L 既可以用来建立
真实世界场景的模型, 也可以建立虚构的三维世界, 就像许多游戏中的那样. 在 3D 中浏览, 并不等于把 2D 抛掉, 你仍可以保留图像、视频和音频. VRML 提供了 6+ 1 度的自由, 用户可以沿着三个方向移动, 也可以沿着三个方位旋转, 同时还可以建立其它 3D 空间的超链接. 2. 2 优点