利用VRML进行简单人机交互系统的创建

利用VRML进行简单人机交互系统的创建
（一）实验目的
1．通过建立一个简单的基于IE和VRML 浏览插件CORTVRML 的人机交互系统，使同学了解基于INTERNET的简单人机交互系统的基本特征和基本构建方法。

2．了解和掌握VRML 插件CORTVRML 的使用方法
3．掌握基本的网络虚拟现实标记语言VRML的使用方法。

4．掌握在网络环境下的人机交互的实现技术。

（二）实验硬件软件环境
普通PC机
Windows XP操作系统
IE 浏览器
（三）实验开发工具简介
1．虚拟现实建模语言VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language)是一种建模语言，也就是说，它是用来描述三维物体及其行为的，可以构建虚拟境界（Virtural
World)。

VRML的基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体，基本特征包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境界逼真性等。

（1）VRML 基本工作原理
用文本信息描述三维场景, 在Internet网上传输,在本地机上由VRML
的浏览器解释生成三维场景,解释生成的标准规范即是VRML规范。

VRML执行模式如下图所示。

由图可以看出VRML的交互与动画都是由事件驱动的。

VRML场景可以接受两种事件驱动：从路由语句传过来的入事件及由外部程序接口写入的直接事件。

（2）VRML的基本特性
①平台无关性；②网络传输高速性；③实时性；④可扩充性
（3）VRML的建模
VRML为虚拟环境的建立提供了规范,综合了现有三维软件景象描述语言的优点。

它有基本元素、顶点、线和面的定义,坐标变换有缩放、旋转和平移,并有优化的数据结构。

VRML浏览器的主要功能是读入VRML代码文件,并把它解释成图形映像。

VRML语言具有的基本物体有:球体、锥体、柱体、立方体和文本等,这些基本物体为创建景像提供了方便。

VRML的语法虽然并不复杂,但比较烦琐,如果需要设计房间内的装饰不仅需要设置各种器材的材质,还需要设置相应的位置,因
此其代码量是相当可观的,因而目前有许多创建VRML文件模型的软件,可以把其它三维格式的文件转换成VRML文件,如3DSMAX、RAW 等。

但是若采用上述软件完成的三维模型都是手工在各个视图中绘制出来的,费时费力,而且不够
真实准确,对于那些需要采用大量数据来准确描述构造物时,或者被描述的这些
物体非常不规则,则很难用手工精确创制。

（4）VRML开发设计开发工具Vrml Pad
VRML的发展历史不长，但由于其强大的功能和诱人的应用前景，许多支持VRML的专业编辑系统不断涌现，如常见的Internet 3D Space Builder、Cosmo World、VrmlPad、3dsmax等。

这些编辑系统功能专一且强大，更可贵的是使用方便、简单。

下面介绍的是一款由ParallelGraphics公司出品的VRML专业程序编辑系统VrmlPad，版本为2.1版。

VrmlPad具有以下主要功能特点：
(a)可编辑本地或网络上的远程文件，可压缩存储；
(b)支持高级查找、使用书签、分色显示、自动侦错等编辑功能；
(c)支持多步取消和重复操作；
(d)采用树形结构显示场景构造；
(e)支持在浏览器中对场景预览；
(f)有功能强大的软件发布向导；
(g)VrmlPad环境中可以处理和执行其他语言编写的外部应用程序；
(h)提供文件列表功能，方便用户管理系统目录。

VrmlPad 2.1版专用编辑器可以从网上下载或从FTP服务器上下载获得。

把VrmlPad专用编辑器软件复制到C盘根目录的某个目录下，双击(vpad2.1)图标，出现如图1：5所示的对话框。

在对话框中选(Setup)按钮，然后单击(OK)按钮，便会自动完成VrmlPad 2.1版编辑器安装。

双击(VrmlPad)图标，可以启动VrmlPad专用编辑器。

启动后的VrmlPad编辑器主界面如下图所示。

VrmlPad编辑器工作环境由标题栏、菜单栏、常用工具栏、功能窗口和编辑窗口等组成。

标题栏位于整个VrmlPad编辑器主界面的顶端。

菜单栏位于VrmlPad 编辑器标题栏下方，包括文件、编辑、视图、工具和帮助菜单。

常用工具栏位于VrmlPad编辑器菜单栏的下方，主要包括文件的打开、存盘、剪切、粘贴、运行等常用快捷工具。

功能窗口位于VrmlPad编辑器的左部，包括FileList(文件列表)、Resources(资源)、SceneTree(场景树)。

文件列表显示所有目录文件；场景树显示VRML源文件中的节点树；资源显示编辑代码的.class文件。

编辑窗口位于VrmIPad编辑器的右部的空白处，是编写VRML源程序的场所。

每当创建一个新的VRML源文件时，在编辑窗口的第一行自动显示#VRML V2.0 utf8，然后在此基础上可以编写VRML源程序。

VrmlPad编辑器具有自动检错功能，在编写VRML源程序的过程中，如果出现编写错误或语法错误等，系统会自动进行检查，将出现错误的地方用红色点下划线加以标注。

使用者可以根据自己的需要重新设置VrmlPad编辑器的各种功能。

依次选择“Tools(工具)”→“Options(设置)”，显示选项设置界面，如下图所示。

选项设置界面包含General、Editor、Format、Node Folds、Tree、FileList、Shortcut Keys和Preview 8个选项卡，用以对编辑器进行设置。

(1)在General选项卡中，可对系统、保存选项、下载选项、VRML扩展进行设置。

(2)在Editor、Format选项卡中，可对编辑器和文本显示进行设置，包括字体、大小、前景、背景、颜色等设置。

(3)在Node Folds选项卡中，可以对不敏感节点进行设置。

(4)在Tree选项卡中，可对SceneTree(场景树)、ResourceView(资源显示)进行设置。

(5)在File List选项卡中，可对文件进行有关设置，包括常规、鼠标选择、是否在新窗口中打开文件夹和起始目录等设置。

(6)在Shortcut Keys选项卡中，可对快捷键进行管理，修改原始定义的快捷键及定义新的快捷键等。

若想恢复对系统快捷键的默认值，单击“Reset All”按钮。

(7)在Preview选项卡中，一个区用来设置当从外部浏览器打开文件进行预览时浏览器的尺寸，另一个区用来设置当前打开文件夹时浏览器的尺寸。

VrmlPad编辑器支持在浏览器中预览，采用树型结构显示场景，具有高级查找、分色显示、自动侦错、取消操作、重复操作和使用书签等功能。

VrmlPad编辑器可以编辑本地和远程文件，可以处理和执行其他语言编写的外部应用程序，有强大的网络发布向导功能，并提供文件列表功能，便于用户编程和文件的目录管理。

2．C ORTVRML VRML 浏览器
该浏览器是ParallelGraphics公司推出的VRML浏览器，除了很好的支持VRML97 NURBS外，还支持多种自己规定的扩展功能，如键盘输入、拖放控制FLASH 等，它也是业内第一个（也是唯一）支持最新EAI功能的VRML浏览器。

(1)下载安装
从网上搜索VRML浏览器插件CORTVRML.EXE
安装插件后直接集成在ie中了，如果是完整版本的ie就不用插件了，ie自己就能打开wrl格式的文件。

(2) 使用
安装VRML插件cortvrml后的浏览器主要包括以下部分：工具栏一，工具栏二，控制菜单框。

其操作界面如下图所示：
# 工具栏一的使用
自上而下的按钮分别是：
（a）Walk模式，这是缺省的用户观察方式选项,观察者在空间中是以漫步的方式进行的,按下鼠标左键往不同的方向拖动鼠标,可以实现前进、后退、左转、右转等观察行为,也可以用键盘上的四个方向键,上键向前,下键后退,左右键转头；
(b) Fly模式,该种模式是方便观察者在空间中以飞行的方式浏览的(即取
消了重力),操作大体同Walk模式；
(c) Study模式,该种模式下,浏览者可以对于观察物体进行旋转观察；
(d) Plan方式,是前后平移按钮；
(e) Pan方式,左右平移按钮；
(f) Turn方式,观察者在空间中无法改变自己的位置,只能改变自己的观察
方向；
(g) Roll方式,观察者在空间中无法改变自己的位置,只能以观察方向为轴线
旋转自己的观察方向。

#工具栏二的使用:
自左到右的按钮分别是：
(a) Go to方式,是将鼠标变成瞄准状态,点击虚拟场景中的任何物体的任何一点,就使观察者迅速移动到其旁边；
(b) Align方式,是当观察者的视角进行多次变换后,视角经常发生倾斜,通过点击该按钮后,以便用户的视角恢复正常；
(c) View选择方式,点击后,进入上个视角；
(d) View选择方式,进入下个视角；
(e) Restore按钮,是重新装载VRML文件按钮；Fit按钮,是将整个观察物体放于视角中最合适的位置。

# 控制菜单框的使用
是在场景中通过点击鼠标右键调出的菜单，其中的选项自上而下分别是：（a）Viewpoints，选择视角；
(b) Headlight，浏览的时候是否要头顶灯；
(c) Navigation Speed，控制浏览速度；
(d) Full Screen，屏幕显示大小；
(e) Hide Toolbars，控制工具栏的显示与否；
(f)Show Console，控制平台显示与否。

(四)实验内容
利用VRML构造一个如图所示的模型（可以使用各种建模工具建模，然后导入VRML），可以在通过浏览器够从各个角度观察此模型，并能使之简单地运动。

要求有简单交互功能。

(五)实验步骤
1．使用VRML编辑器编写该系统的VRML代码，设计场景和对象模型，进行人机交互操作的代码设计
2．体会交互过程和实现方法
3．在CORTVRML VRML 浏览器中
4．在CORTVRML VRML 浏览器中使用菜单和工具条观察模型的运动，进行对象运动和场景运动人机交互的操作。

（六）实验报告要求
1．整理实验结果，编写实验报告；
2．总结实验心得体会。