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 平台无关性； 网络传输高速性 ；实时性 ；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。 2C 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