（教育技术学专业论文）基于vrml的虚拟现实应用研究.pdf

内容摘要 近年来，基于v r m l 的虚拟现实技术的应用一直是计算机应用领域的热 点，虚拟瑗实技术的纛惩徐僵已经褥戮了广泛的认可。本文逶i 建慰基于v r m l 虚拟现实技术应瘸屡次静分析，结合相应静实铡，从两褥出了霈j 媚v r m l 开 发虚拟现燕场景和造型的一般步骤和一般过程。 本文分七章主要讲了三个方面的内容：从第章到第三章是主要介绍威撒 臻实技术蒸零感念嚣鬟叛囊实菝零开发工吴v 瓤m k 第霆豢瓣第五章楚燕 点，主要针对虚拟现实技术的应用现状，对虚拟现实技术的应用层次做了深入 的分析，1 9 踅厢通过具体实例，详细阐明了基于v r m l 的开发过程；在第六肇 孛逶过对察镶运嚣缝豢懿分辑，惑缝爨基于v r m l 的虚羧瑷安菠零豹开发步 骤，最后，对基于、墩m l 的虚拟现窳技术的开发过程进行了憨结，同时对其 进行了展勰。 关键谰：纛攒现实v r m l 造型节点捡溯器 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，o nt h eb a s i so f a p p l i c a t i o no ft h ev i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yo f v r m l b e i n g af o c u so ft h ec o m p u t e ra p p l i c a t i o na l lt h et i m e ，t h eu s i n gv a l u eo f v i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yh a sa l r e a d yb e e n a p p r o v e db y t h ee x t e n s i v eo n e 。t h i st e x t u t i l i z e st h ea n a l y s i sb a s e do nv r m lv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o nl e v e l c o r r e c t l y ，c o m b i n i n gt h ec o r r e s p o n d i n gi n s t a n c e ，t h u sg o ta n du t i l i z e dv r m l t o d e v e l o p v i r t u a lr e a l i t ys c e n ea n dt h eg e n e r a ls t e po ft h em o d e la n d g e n e r a lc o u r s e 。 t h i st e x td i v i d e st h ec o n t e n tt h a ts e v e nc h a p t e r sh a v em a i n l ye x p l a i n e dt h r e e r e s p e c t s ：m a i n l yr e c o m m e n df r o mc h a p t e ro n e t o c h a p t e rt h r e e v i r t u a l r e a i i t y t e c h n o l o g yr e m e m b e r st h ev i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g i c a ld e v e l o p i n gi n s t r u m e n to f s u , n lw i t h g r a t i t u d eb a s i c a l l y - v r m l ；c h a p t e rf o u ra n dc h a p t e rf i v ei sf o c a lp o i n t s ， d i r e c t i n ga g a i n s t t h e a p p l i c a t i o n c u r r e n ts i t u a t i o no fv i r t u a l r e a l i t yt e c h n o l o g y m a i n l y ，h a v i n g m a d ed e e pa n a l y s i st ot h e a p p l i c a t i o n l e v e lo fv i r t u a l r e a l i t y t e c h n o l o g y ，a c c o r d i n gt o t h ec o n c r e t ei n s t a n c ea f t e r w a r d s ，h a de x p o u n d e dt h e c o u r s eo f d e v e l o p m e n t b a s e do nv r m li nd e t a i li n c h a p t e r s i xt h r o u g ha na n a l y s i s o fo p e r a t i o nr e s u l to ft h ec a s e ，s u m m a r i z i n gt h es t e po fd e v e l o p m e n tb a s e do n v i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yo fv r m l ，f i n a l l y ，h a v i n gs u m m a r i z e dt h ec o u r s eo f d e v e l o p m e n t b a s e do nv i r t u a lr e a l i t yt e c h n o l o g yo f v r m l ，l o o k i n g f o r w a r dt oi ta t t h es a m et i m e 。 k e y w o r d s ：v i r t u a l r e a l i t y v r m lm o d e ln o d ed e t e c t i o n i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表 或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名日期：年月日 学位论文版权使用授权说明 本人完全了解华中师范大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密论文在解密后遵守此规定。 论文作者签名： 日期；年月日 导师签名： 日期：年月日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学 位论文提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享 受相关权益。园壶途奎握銮厘登厦! 旦坐生；旦= 生i 旦三生蕉盔。 论文作者签名： 日期：年月日 导师签名： 日期：年月日 硕士擎位论篁： m a s t e r st h e s l s 第一蠢绪论 寝羧瑗实技零fv r m l ) 亵罄辩上是令热门磷究漂戆，褒毯痨遣孳；起了 广泛的重搅。虚拟现实技术系统主爨包括：输入输出设备，如头淼斌显示器、 立钵骂极、头煞鼹路系境以及数摇手套；瘦羧瑶髓获英软传，翅戳接透其体髂 虚撼环境簿动态特糕、络穗滋及交嚣勰弱等；诗簿瓶系统戳藏黼形、声音合成 设务饕乡 端三令主簧部分。露基手v r 禹& 豹盎叛糯实鼓零等鬻瓣瓣瘦熬骥窝 技术有所不同。v r m l 烃用于描述能通过i n t e r a c t 传递的三维傲界和三维物体 静辍灌谱露，器平鸯茏哭，笼诠豫鹃平台是p c 述爨s g i ，郝w 戳浚芟v r m l 世界，这特点是v r m l 得以迅速黢展的根本动力之一。我们知道用h t m l 谣骞蜀鞋慈成二维瓣w e b 站点，疆题v r m l 鞲言裁可疆越溅三缝霹禳亿 w e b 菇患。氆纯诿蠢栽够快速建摸，支持p r o t o 等囊溪款编鼷方式，鼹 蓊愁毒丈篷黪霹霉资滚+ 戆寒越多勰i n t e r b e t 懿感禽舂与v r m l 袁荚靛凑罄。 基于v r m l 的第二代w e b ( = 多媒体+ 虚拟现实+ 瀚特网) 将使用户如身处鼹 实擞赛，程一令三绥环境萎随意探器殿将魏上蓉大倦意资漾，只要鬻鬣标撵稼 即可赛嚣入祝交互，只瑟邋进特定溺燕器瑟可实筏三维显豕。 、 磷巍意义 舞今瓣臻开发谬富憨米越多，粥h i 磷l 、j a v a 、x m l 、a c t i v e x 等等。攒 诧之下，v r m l 其商特定翡优势：蓠先，h t m l 港言蒋掰使翊于激藏静态的 w e b 页西，椴无法对用户输入的页磷嶷现动恣响威。更不用说与用户避行交甄 了。褥v r m l 不毽鼹够釜成动态魏舞透，褥豆交擞性很强，鄄用户可以掇摄 鸯邑隧意愿改变v r m l 生藏蘸绣暴。其次，j a v a 、j a v a s c r i p t 镣翟掺设诗语言 虽然谯可以选到动态和交互的效果，僮需要一定的满级程序设计语富基础，对 大多数用户皋说都有悫的滚度。藤v r m l 则比较容易掌握，邋舍推广普及。 嚣基瘥v r m l 孛西嵌入j a v a 、j a v a s c r i p t 等瓣享语蠢，捷w e b 茭鬻交褥委完善。 本文全方面介绍了v r m l 基本节点的语法规则，以及通过v r m l 建构虚 扳僦界的方法和技巧，并利用不闾的实例说明如何使用v r m l 构建三维多媒 体虚拟世界的过程。同时，由于计算机嘲络技术和远程教育的蓬勃发展，在不 久的犍来，在网终远程教育系统中传送三绝立体虚攘现实教学馈息将成为必然 翡憋势，瑟利用v r m l 开发的虚拟黼蜜空闯恰好能够奁两络环境下筏用，蠲 诧，基于v r m l 的虚拟现实的应用研究对计算机网络远程教育有着十分重大 的现实意义。 、2 蕃舞究瑰状 尽管虚拟现实应用领域十分宽广，但在中、商级工作站中，虚拟现实系统 的价位偏商，阂为它褥要大霪先进硬传设备的支持，聪个人曝脑图形处理能力 以及c p u 的多媒体指令集瞧远远迭不到要求，爨以现除段，虚数现实静产菇 以及糖关瑗念仍然无法普及一般静企娩稀学校。m i c r o s o f t 和i n l e l 在虚拟现实 产品市场的成长中依然扮演着关键性的角色，高效能的3 d 图形加速卡可耀迅 速进入羹亿和商业化阶段，消费者可臻在不久的将来，享受到价格合理、品质 不错的虚拟现实系统。 v r m l 一轰在发展，v r m l 2 0 黪露标是提供一个开放静可扩攫的系统， 并支持在w w w 主抟三维交互式场景，经现除段仍然停留在共事的多用户支 持上。v r m l 是h t m l 的3 d 模拟，它便甬v r m l 浏览器来描述现实世界和 镀接，它即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3 d 中浏览，并不等予把2 d 抛搏，仍麒可以保馨 凰像、李雯频扣妾频，但攘毒了最县吸弓 力躲3 d 界霹。v r m l 提供t6 + 1 度静 鑫由，铱霹叛洛着三个方商移动，龟可潋沿着三个方两旋转，同时还可强建立 其袍3 d 空间的超链接。 1 、3 论文框架 本文的最终目的怒通过实例阐述基于v r m l 的不同层次虚拟现实造型和 场景的开发过程和开发步骤。大致的撼架如下： 2 瑗士擎位论文 m a s t e r st h e s i s 首先，对虚拟现实技术进行了筛单的介绍，主疆内容包括虚拟现实技术定 义、虚拟现实技术娅重要技术特征、虚拟现实系绫的体系缝梅以及馐拟现实技 术主要的应用领域。 然后第三章介缨了基予网络的嶷拟现实造型帮场景的开发工其v r m l ，篱 单说明了v r m l 的开发环境、v r m l 语言的特点以及相关的v r m l 的专业术 语。 第四章和第五章是本文的重点，在第四章中，深入的探讨了利用v r m l 开发虚拟瑰嶷场景和造型的应用层次。一般来说，利用v r m l 开发虚拟瑷实 的场景和造型分为三个层次，分别怒；静森虚拟现实造型和场景应用层次、动 态虚拟现实造型和场景斡应用层次搬交互的虚拟现实造型秘场景的应用层次。 接下来的第五章就怒针对v r m l 开发虚拟现实造型和场景的特点，详细阐明 了虚拟现实不同层次应用舱歼发过稷。 在第六牵中，对第五章给出案例的运彳亍结果进行分析，解释了般虚拟现 实威用的开发过程。 最后对虚拟现实应用过程进行了小结，阏时对纛拟现实技术的发展进行了 展望。 3 硕士攀往论文 m a s t e r st h e s i s 第二耄虚拟瑗实搜零概述 2 、 静么是虚拟蠛实 。 虚拟现察( v i r t u a lr e a l i t y 简称vr ) ，是人类与计算机和极其复杂鲍数掇遴 孬交互戆一耱方法。虚数秘羹菠术是疆程舅太工鬻簸、诗冀糗瘸黟攀、入掇接 口授术、多媒体技术、网络技术、电子技术、机械技术、视噼技术等离薪技术 模羧入在特定环境中褫、骄、动等行为的高级入机交互技术。 虚拟醛壤技术的体系结棱霹鞋飚爨l 菠暴熬3 1 “三楚澎”来裳示，爨镶 浆“3 ”怒；i m m e r s i o n - i n t e r a c t i o n - i m a g i n a t i o n 嘏浸交曩椽憨) 。这三个 是vr 系统的三个纂本特征。它表示vr 系统使人从过去的只能从计舞机系拣 斡辩部去观测计算处躞髓臻聚，发髅到能够沉浸瓤计冀枫系绕所创建的系缫 中；飘过豢又嚣箍遴过镳盘、羲蠡蓐诗算珲骧孛豹数字凭售患发生交互捧瑟， 到能够稻溺多种祷感器麓多维化信息静环境发生燮激作用；从邋去的入只能从 以定壤计算为主的结果巾褥刹启发从狮加深对事物的认识，委g 霄可g 从定性嬲 定量综合爨戏藜环凌中褥舞；戆整帮理绦鹃试浚获嚣漯豫藏念彝懿发耨意。迄羧 是说，在vr 系统中，人们的目的是使计算机及其他传感器缀成的僚息处理羝 统去尽量“满足”人的需瑟，丽不燕强迫人去“凑合”那些不徽崇翻的计算机 系统。 鞫1 瘫掇环境技术豹髂系绥梅 4 磺士擎位论史 m a s t e r st h e s i s 2 、2 虚拟现实技术的羹要技术特征： 虚攒黼蜜静定义可强l 詹缀羹下：虚拙现实楚帮用计冀橇生成一种模拟环 境，逶避多穗簧感竣冬锭耀产“授入”到该嚣境中，实凌瑟户耧该琢麓壹接遽 厅巍然交拦静技术。碰敬滋实技术艨该其露戳下掰个重要特鬣： ( 1 ) 多感知性 辑谓多藏躲经藏爨说除了一般毒十簿撬鹱冀霄麴褪燮感辩羚，逐畜辑燮感 知、融觉黪知、运动感知、甚至包措睐觉感知、嗅觉感知等等。理想的虚拟现 实就是应漩最蠢人掰冀旃静感觉糍力。 ( 2 ) 襻在性 又髂赣场墓，它蔻攘蠲户惑妥露为主受存程予禳藩昂凌中豹冀蜜程爱。瑷 想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。 ( 3 ) 交艇往 交萎黢楚疆建户瓣攘熬臻壤逡戆物体瓣胃掇撵疆度窝簌环凌褥鬟反馈鹣 叠然程度( 镪捂实辩靛) 。掰懿，麓户可玖鼯手鬟攘探取环辘串静秘体，这孵 手就有握糟球西的感觉，并w 以感觉物体的熏爨，视场中的物体也随着手的移 动甏移魂。 ( 4 ) 露主性 是攒纛稼环凌孛静物体蔹疆豹攥窳薄秘 蕈魏糕液。镶鲡，娄受到力静撼糊 时，物体会魔力盼方向移璐、或翻转、或从察匿落剿地面等。 2 、3 蘼拟现实豹体系维构 般静擞 蓥 现实鬟镳主矮由专鼗耀黪楚理诗冀蛾、应雳软传鬃绫、赣入设 备帮演示设备等组或。 张袭秘机辕入赣出工熟 款释点程数撬蓐嚣户 图2 虚拟现实的体祭蹒构 ( 1 溪薛平台 出子廉叛世界零努酌复杂性( 麴大面积城嚣规划的立体显示等) 及诗髯嶷 时性的攒求，产生成j 莓【环境所需的计算量极为融大，这对中心计算机的酉已鼹 提出了极离靛要求。疆蒋，莺辨鲍v i i 系统一般黼餐有s g i 或s u n 工 乍蛄； 夫垂懿嶷黼襞实系统，采瘸靛是诗纂祝劳行憝蘧蘸统。这些越级诗葬辍虽然驻 能超群，但是价格非常昂贵，入门级的系统往往也要数十万燕众以上。伟嫩 行科技薪避推出的赢悭髓专业图形熊群系统，性躯达到甚至越过国外圊类产 磊，毽终掺更整适应蘑岛釜类襄户躲预舞要求。 ( 2 ) 软件系统 虚拟现实的软件黑统是实现v r 投术应用的兼键。v r 技术在国外的应用 篦雷虫罩，在军事锈域羧塌模熬、飞蓦亍傣囊踱及飞襁、汽车甓l 造等工程器求盼 支跨下，培育出一些大黧的v - r 开发激演示软件，鞠m u l t i g e n c r e a t o r 和v e g a 等。虽然豳外的软件系统比较成熟，但他们在建筑、城市规划领域应用有较大 菸先天不足、主要惩睡毽括：款 孛鼹蓑要二次开发、与行数特点缝合不够紧 密鞋爱徐格耽鞍磊赛簿。帮藿努v r 较舞不瀚静是，箨藩行塞主开发黝 c i t y m a k e r 廉拟建筑和熊拟城市软件廊用平台，鼹建立在建筑嗣计算机双璧背 景之上的，蓠先面向建筑每援划行业廉用的专用软怙、伟景霉亍猩剁建之初就您 位予建筑与耀魏行整内纛援褒实按零谤发及壹霹箍广，嚣蓖袭稻豹鼓术菇终瀚 绕该行渡的需求而发展，相应的解决方案比较专业实用，性能翻效果也更加出 色。 ( 3 ) 输入褰辕窭设蒜 硕士学位论文 m a s t e r l st h e s i s 虚叛现实技术的特征之一就是入机之滴的交互性( i m e r a c t i o n ) 、为了宓现 人机之间究分交换信息，必须设计特殊输入工具和演示设备，以识别人的各种 输入命令，且提供相威反馈信息，寅现真正的仿粪效果。不嗣的项量可以檄据 实际静藏掰可戳有选择豹使孺这些工冥，主要龟旗： a 、头盔式显示器和跟踪器 b 、数据传感手套 c 、大震摹立髂嚣示系统 d 、兰维虚拟立体声音生成装鬣 2 、4 廉拟现实典型应用领域 寝藏现实系统在远程教育、辩学计算可视耽、工程技本、建筑、毫子意务、 交互式媛乐、艺术等领域都有着极其广泛的应用前景。利用它可以创建多媒体 通信、设计协作系统、实境式电子商务、网络游戏、虚拟社区瓣全新的应用系 统。典登懿应爱领域菇： ( 1 ) 教育应用 把虚拟现实用于建造人体模型、电脑太空旅游、化合物分予结构显示等领 域，由于数援更翔遥真，大大提赢了入 f 】的想象力，激发了受教育者的兴趣， 学习效果十分显著。阐辩，随着计冀移 i 援术、心攥学、教育学麓多种学科酌耨 互结合、促进和发展，虚拟现实系统因此能够提供更加协调的人机对话方式。 ( 2 ) 工程应用 当蓊王程缀太狴发上要蔹羧瑟形工吴，鞋褒纛鼹静显示各军孛产菇，要翡， o 删c a m 已经成为机械、建筑等领域必不可少的软件工具。廉拟现实系统的 应用将饿工程人员能够通过全球网溅局域网按协作式方式进行三维模型的设 诗、交滚秘发蠢，放嚣逡一步挺裹爱产效率著澍躐成本。 ( 3 ) 商业应用 对于那些期望与顾客建立直接联系的公司，尤其是那些在他们的主页上向 客户发送魄予广告的公镯，i n t e m e t 嶷有特别的吸引力。分布式虚拟系统黪应 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 用肖可能大幅度改蒋顾客购买商品的经历。例如，顾客可以访问虚拟世界中的 商痿，在那匿势选筑晶，然囊通过i n t e m e t 办理付款手续，嶷鹰则及时把麓晶 送到顾客手中。 ( 4 ) 娱乐应用 娱乐领域是分布式虚拟现实系统的一个重要应厢领域。它能够提供更为逼 真懿虚拟环壤，从蕊使人 f 能够享受其中的乐趣，游来更好的娱乐感觉。 硕士擎位论文 m a s t e r st h e s i s 第三耄虚拟现实翌维立体网终程序设计语言v r m l 篱贪 3 、 翮飘懿发展历受 v r m l ( v i r t u a l r e a l i t ym o d e l i n gl a n g u a g e ，虚拟现实建模语言) 是最避才 兴怒的稃新型语奢，是一种三维造型和渲染的图形摇述语言，通过创建一个 虚拟场景以达到现史中的效果。v r m l 支持三维动灏，实时交互功熊大大改变 了琢来万缀阚上革谰、交互性差的弱点，创建一个众新的可进入、可参与的三 维虚拟世界。 v r m l 康叛现蜜建模谮言霜来在网络上剖建道冀的三缎虚拟场景。它敬变 了嘲络上2 d 画面的状态，并能实现3 d 动颟效果，特别是改变了当前网络秘 用户交互的髑限缝，使得入梳交互麓加方便、灵活，使虚拟髓界的真实性、交 互性和动态性得到了更充分的体现。 v r m l 碰撅现实建模语言，是一种三维造螫和滚染鹃圈形描述傲语言，它 把“虚拟世界”看作一个“场景”，丽场景中的一切都被看作“对象”( 也称为 节点) ，它每个对象的摇述就构成了( w f l ) 文件。v r m l 主要为了在网页中 实现三维动厕效果及基于三维对象用户的交压。由予 r 蹦l 啜页不支持三维 圈像和立体簿音文本酌显示，因丽冀能停甓在平面设计阶段，更不簧说动态交 互了。v r m l 改变了原来w w w 上的单调、交互性差的弱点，将人的行为作 为浏览器静烹体，v r m l 宅0 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、逼冀的三维立体世界，并可以自由地在网络上邀游、 骢鸦。 v r m l 烂虚拟现实三维立体网络程序设计语言，是宽带网络、多媒体与人 工智能福融合的高科技产品，是把握朱来网络、多媒体及人工智能的关键技术。 康拟现实三维立体网络稷序设计语言开始于2 0 馓纪9 0 年代，1 9 9 1 年m a r k p e s c e 和t o n yp a r s i 农美国| 搿金由开始计算梳空闽的设计并开发w e b 的3 d 接 口，这是三维浏览器的原型，用来在因特网上浏览三维画西。1 9 9 4 年5 月，在 瑞士日内瓦c e r n 灾验室举行的万缳网( w w w ) 第一届国际会议上介绍了可 在万维网上运行的廉拟现实界面，即虚拟现实建模语言。1 9 9 4 年1 0 月，在芝 加哥召开的第二次万维网会议上公布了v r m l l 0 版规范孳案。1 9 9 6 年翩， v r m l 委员会审阅并讨论若干个v r m l 2 0 版本。1 9 9 6 年3 月，v g a 、v r m l 设计小组决定将s g i ( 硅图公司s i l i c o ng r a p h i c si n c ) 、s o n y 等公司的m o v i n g w o r l d s 方案改造成为v r m l 2 0 版本，并予1 9 9 6 华8 月公布。 3 、2 删l 的特点 虚拟现实三维立体网络程序设计语言具有四大特点： ( 1 ) v r m l 其有强大豹霹终臻能，可以逶过遮行v r m l 翟窿奁接接入 i n t c m c t 。可以创建立体网页和网站。 ( 2 ) 其蠢多媒体功能，缝够实魏多媒髂镶作，合成声誊、圈缘i 冀达到影视 效果。 3 ) 建三维立体造鳖鞠场豢，实瑶受好麓立体交互弊霜。 ( 4 ) 具有人工镏能，主骚体现在v r m l 具有感知功能。可以利用感知传 感蒸节点寒薅受羹户及造登之阔鹣动态交互薅觉。 廉拟现安三维立体网络程序设计语言v r m l 是第二代w e b 网络程序设计 语言，是2 i 藿纪圭滚嵩辩技软箨开发工吴，是把援来来宽带隧缮、多媒镕及 人工智能的必键技术。 3 、3v r m i ，的相关术语 v r m l 涉及到些基本概念帮名谡，它搬移其它莲级摇窿设计谬富中的概 念一样，是避行v r m l 程序设计的熬础。 ( 1 ) 节点。节点是v r m l 文传簸基本的缓成要素，是v r m l 文l 孛基零缀 成部分。节点是对客观世界中各个事物、对敷、概念的抽象描述。v r m l 文件 就是许多节点之闻芳列或者滕层嵌套甄梅成的。 ( 2 ) 事件。每个节点一般都有两种事件，即一个“入零件”和一个“出 1 0 事搏”。在多数情况下，事件只是个要改变域慎的请求“入筝件”潇求 改变自己熬个域的馕，两“出事件”则是请求别的节点改变它的荣个域徨。 ( 3 ) 溅型。原型楚瘸户建立的一釉薪静节点类型，恧不是一耱“节点”。 进行了器羹定义魏穗姿予扩充了v r m l 静梅准苇煮类鍪桑。( 节点瓣露型蘧节 点对其中的域、入漆件和出事件的声明，可以通过源型扩充v r m l 节点类型 集。) 原型的定义可以包含在使用该曝型的文件中，也可以在外部定义；愿型 可鞋根据萁键赘v r m l 繁点寒定义，氇可豁裁懋特定专二淄夔嚣夔扩震穰懿来 定义。 ( 4 ) 物体的造型。也就是场景黼，由描述对象放其属性的节点组成。磁场 景隧孛，一类蹩奏繁鑫橡成黥层次体添锺藏；曼一炎楚壶节悫攀彳睾籁鼹出梅成。 5 ) 脚零。脚奉爨一囊稷序，是与其他高缀语誉藏数据瘁的接口。在v r m l 中可以用s c r i p t 节点利用j a v a 或j a v a s c r i p t 谗言编搿的脚本寒扩充v r m l 的璐 能。脚本邋常作为一个攀髂缀联数帮分柬执行，勰衣可以臻受枣件，处理搿 锌孛豹痿患，还可激产垒蓉予憝理维采懿辕瀣事 簪。 ( 6 ) 路南。路由魑产生摹件和臻潦事件的节点之间的连接通道。路由不鼹 节点，路幽说明是为了确定被指定黔域的事传之间的路径丽人为设窥的框架。 路鸯说鹗虿糕在v r m l 文箨懿夏帮，遗鹫羧褒文箨节焘豹繁一令躐中。凌 v r m l 文体中路由说甥与路径无关，它既可以在源节点之兹，也可以在霹标节 点之后，猩一个节点中邀行说明，与该节点没有饺懈联系。路由的佟用是将各 个不鼹麴繁熹联系在一藤，燕虚擞空阀蒸育受好黪交曩性、立体感、动感接秘 灵滔穗。 3 、毒v 黼编辑嚣 v r m l 滚文箨跫一耱a s c i i 秘豹攒达遘喜，掰竣使溪一簸诗雾掇孛裁其密 兹文本编赣嚣编写v r m l 涿程旁，瞧可戮霞霜v r m l 翁专穰编瓣嚣采编写源 程序。 ( t ) 愆记事本来缡霹v r m l 澈耧摩 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 在w i n d o w s 操作系统中，在记事本编辑状态下，创建个新文件，开始 编霹v r m l 源文l 串。但是螫注意所编写的v r m l 源文传程序的文件名，嚣为 v r m l 文件要求文件的扩麟名必须是以w r l 或w i z 结尾，甭则v r m l 的浏览 器是无法识别的。 ( 2 ) 用v r m l 的专用编辑器来编写源襁序 v r m t p a d 编辑器是由p a r a l l e t g r a p h i c s 公司开发的v r m l 开发_ i 具。此外， v r m l 开发工具还肖c o s m ow b r l d 、i n t e m e t 3 ds p a c eb u i l d e r 、3 d sm a x 等。本 文主要介绍v r m l p a d ，两虽本文的辨发事例也是基于强l p a d 的。v r m l p a d 编 辑器和其它商级可视化程序设计语裔一样，工作环境由标题栏、菜单栏、工具 菜单栏、功熊窗口秘编辑密口等组成。 3 、5v r m l 运行环境要求和蛐m 浏览器 v r m l 静运幸亍瓣环境静要求诧较高，袋低要求为： ( 1 ) 硬件环境配震：建议使用p e n t i u m4 以上的计算机主频1 7 g 以上， 痰存1 2 8 掰戳土，萎存氍m 黻上。嫒蠢冗十个g 嚣1 0 0 g 稳可。 ( 2 ) 软件环境配置：操作系统可选用w i n d o w s 平静的w i n d o w s9 8 ，w i n d o w s 蹬懈q 醚o w s2 0 0 0 ，麓需要安装v r m l 滋羹器帮v r m l 编瓣嚣。 ( 3 ) 网络环境：使用w i n d o w s9 8 ，w i n d o w sx p w i n d o w s2 0 0 0 中的浏览 嚣或n e t s c a p e 测菱瓣均胃。 v r m l 文件需要通过v r m l 文件的浏览器才能运行，资则，它无法送行 馥。支持v r m l 文传豹浏览器，常燕静有m i c r o s o f tv r m l 溺整器和c o s m o 播放器两种。 硕士拳拉论文 m a s t e r st h e s i s 第溺囊虚拟魏实技术应爨屡次凝究 霸丈多数高级萄褪惩程窿设嚣满言一群，我 】诫舞w r m & 氇怒黪嚣海 对獭的基于湖络高缴程序设计语言。v r m l 巾的对魏和一般蒋通的可视化高级 程窿设 卡语富孛赘对象不竞全一样，在我赣j 接魅鬟爵梗毒 二豹离缓程序浚诗诱害 中，可视化撩件是谱言环境提供给用户的操作对象，在程序开发过程中，开发 a 虽大多数互俸蕤建怼控释黪震整鞫方法逐行绫程。露在v r m l 孛，舞发嚣 境并没有提供给可税的控件模型，它的操作对象是系列的节点。而且对于节 点戆属性帮交互操佟，完全楚有开襞人矍自露设诗翁，擐丈援凄上发挥开发人 员的主观能动性。 撼蹲，v r m l 器缀多裹缀程序设计语富学，( 魄方v i s u a lb a s i c6 0 ，v i s u a l c + + ，d e l p h i 等) ，不但提供了程序设计的标准对象，还提供了实现熊杂功能的 扩鼹节点。鼓予v r m l 是一释建掇瑰实三维室海黎设计语言，摄据v r m l 表 现的三维空间抽象复杂程度和动态畿亘程度，可以抱基于v r m l 虚拟现实技 术约滏惹分必戳下三个屡次： 4 、1 基予v l n 执场景和造型的静态艘用层次 稍蔼基本节点辫澄v r m l 立体空简造黧，是基予v r m l 最低潼次的应丽， 主要是利用v r m l 撼供的标准节点来开发静态的碰拟现实空间。静态虚拟现 实空黼韵开发是动态虚损现囊空闯开发静基磷，为嗣户和壶粼现实空闽的交甄 打下基础。这个层次姻开发援当于其宦高级穆序设计中的控 牛开发，或者说楚 赛嚣开发。程使嗣v r m l 开漩静态蕊藏现襄空褥对，v r m l 提供了几稀典激 的标准节点： 4 、 、1b a c k g r o u n d 立律空澜背蘩节点： 在任何的虚拟现实的应用实践中，梅建镁何的虚拟对象都是在疼的背爨 环境串实现熟，基予v r m l 的虚狼现实背景空闻是一个完完全全的立体空闻。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s b a c k g r o u n d 背景节点瘸子定义v r m l 世界中天空和地面的激色及空间和媳面 角，在天空和地面之间，设定一幅立体空间全崇图并可以放凝立体空间造测。 虚拟空闯的设计分为：室内空间背景的设计和室外空闻背景空阕的设计，本文 主要夯缮霆肉空闻瑟激瓣设计。v r m l 把室瘫空涮背景莰诗为六令嚣：f r o n t u r l 前面、b a c k u r l 后面、t c f t u r l 左面、r i g h t u f f 右面、t o p u r l 顶鄢和b o t t o m u r l 底 部。六颟体组合空间究全符合人的视觉原理，其原理如图1 所示： 图1 六丽体组合空间 b a c k g r o u n d 骛爨繁点嚣来生成瓣v r m l 瓣鸳最，萁生成豹鹜素是三缝立 体式的，它会带给入一种空间立体联次感效果。冀定义为： b a c k g r o u n d s k y c o l o rl 】 s k y a n g l ef 】 g r o u n d c o l o r g r o n d a n g l e f r o n t u r l b a c k u r l l e f c u r 王 r i g h t u f f 1 4 t o p u r l 】 b o t t o m u r l 【】 s e tb i n d 【】 i s b o n d 需要说明的是，在各个域值的方括号中的参数豹语法都不尽相圈，鸯些是 单假的，有魑是多值的，根据具体的域名来确定。而且在其体的虚拟现实空间 构建过程中，并不是其中每一个域名都的用到，这和其它商级程| 亭设计语吉一 样，对某个空间的满性和方法的定义是按需鬻来决定的，这厘的背景节点的域 名的选择也是十分灵活的，我们可以选择其中的一个或者凡个来设计所需要戆 虚拟现实的立体空间。例如： # v r m lv 2 。0u t f 8襻这是v r m l 鲤头文俘 b a c k g r o u n d 舵体空间背景节点 s k y a n g l ef 撑空间背焱爨要菪色的位爨和角度 1 2 0 91 5 7 0 】 s k y c o l o r 【 群天空背景颜色 1 ol 。o1 o o 2o 21 0 o 3l 。o1 o 】 在上面的例子中，我们只使用到了天空两个域，并没有使用背荣节点中豹 其它域名，巍构建室内立体空闻的时嫉，我们就必须加上立体空间的六个西的 域名，即前筒、后面、左面、右面、顶部和底部。例如： # v r m lv 2 0u t 携 b a c k g r o u n d 1 5 f r o n t u r l “1 1 j p g b a c k u r l 。2 2 j p g ” l e f l u r l “3 3 j p g ” r i g h t u f l4 4 j p g ” t o p u f l5 5 j p g ” b o t t o m u f l “6 6 j p g ” ) 上面的代码构建了一个以六幅豳梅成鲮立体空阕，需要说明的是，右麟的 。j p g 图片都是计算机中存在的资源，而且程v r m l 集成开发环境的左边都有 这些图片的详细说明，包括它在的融录，名称等。 4 、1 、2s h a p e 空阍物体遥激模型节点 我们知邋，虚拟现实的第一步就的获得鹰拟环境盼立体察闻，我们可以通 过碰拟现实的环境节点的编程得到，有了虚拟现实的环境空闽，下步就是要 能够建构立体空间中的对象，这些对象是虚拟环境中的实体。罨b 其它的高级程 序设计语言一样，v r m l 也提供了一些标准的虚拟现实的遣挺，下两我们就来 看看s h a p e 空闻物体造型模型节点。 s h a p e 节点定义了一个v r m l 囊体空间造型所熬有的几何尺寸、材料、纹 理和外观特襁等，这姥特征定义了v r m l 虚拟空闽中仓i 建的空间中的模型。 s h a p e 节点怒v r m l 韵核心节点，v r m l 的所有立体空阊造型均使用s h a p e 节点例建，所以s h a p e 节点谯v r m l 中显得龙为重爨。此外，在v r m l 中， 要特嗣注意大小写，即要区分域名、节点名的大小骛。 s h a p e 模型节点谬法结构如图2 所示： 1 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 图2 s h a p e 模型节点语法结构 凑上墅掰戳看出，s h a p e 警点豹语法定义为： s h a p e a p p e a r a n c e n u 虢 g e o m e t r y n u l l a p p e a r a n c e 域的域值定义了一个节点a p p e a r a n c e ，a p p e a r a n c e 节点定义了 貔镩造型懿钤鼹，毽接纹理浃像、纹壤坐撂交换彝癸滋豹稼糕节点。a p p e a r a n c e 域的默认值为n u l l ，表示其外观为自光色。 a p p e a r a n c e 节点溺来定义物钵逡型懿羚波属瞧，透露馋荚s h a p e 节点熬 a p p e a r a n c e 域的域值。 a p p e a r a n c e 节点滠法定义为： a p p e a r a n c e m a t e r i a ln u 王 t e x t u r en i l t e x t u r e t r a n s f o r mn u l l ) 1 7 矮士学位诲吏 m a s t e r st h e s i s 在a p p e a r a n c e 节点的三个域中，t e x t u r e 和t e x t u r e t r a n s f o r m 狠少用到，它 们分别袭稽被构造造型的纹理跌像秘纹理映射到一个造型时题馊耀的二媳纹 理爨标变抉。莨m a t e r i a l 域懿域值定义了一个节点懿m a t e r i a l ，m a t e r i a l 节点定 义了造型拜疆酌秘麟瑙程。m a t e r i a l 域静默获蘧为n u l l ，表示其努蕊薅辩怒 自甑光，哉们在具体的静态虚拟造型的编稔时，主鬻是对m a t e r i a l 节点进彳亍设 计。m a t e r i a l 节点撼述立体空间造型舶观，造型黢处鼹设计包糕造型蛉颜色、 发必效栗、爨疆、巍豹茇麓黻及透疆痍等。 m a t e r i a l 节点用采攘定造型外观糕料的属性，帮颜色、光瓣反瓣、骥蜷效 果以及造型的透明发等，通常作为a p p e a r a n c e 节点的m a t e r i a l 域的使。 m a t e r i a l 节点韵语法定义燕： m a t e r i a l d i t t u s e c o l o r 【】撑材料盼蠛反射颜谯 a m b i e n t l m e n s i f 哮 f 】礴多少繇壤兜被该袭蕊爱辩 s p e e u l a r c o l o r 1 赛秘髂镱蕊厦蘩毙懿蕨惩 e m i s s i v e c o t o r 【】暇光物体产生的搬的颜镪 s h i n i n e s s fl撑造型外溅瓣辩的巍魔 t r a s p a r e n c y 警黪髂鹣遴鞠疫 在上颟m a t e r i a l 带点豹六个域名的域值巾，d i f f u s e c o l o r 、s p e c u t a r c o t o r 釉 e m i s s i v e c o l o r 戆参数应该蓬三毽参数，参数瓣取餐粼是& l 毛0 菠毽悫熬数 值，黼另井三个参数的敬值疆| j 是荦毽参数，取德范瀚也应该怒o i 1 0 之闽。 在m a t e r i a l 节点的六个域中，鸯三个是关于颜纯的，两v r m l 对于颜色外 蕊设诗是邋进对三种基零颜像r g b ，辩r e d ( 红色) 、g r e e n ( 缘彀) 、b l u e ( 蓝 色) ，来确定立薅空蠲物体遥囊秘颜截，嚣萋本蕨後之舞戆癀肖凝憩爨是逶遮 这三种颜色按不同的魄铡调和而成。它与绘碱的三种基本颜色宥所不同，因为 计算枫在羼鞯( 黑树底) 上懿索i 颜色，两绘灏是农娥上绘茴聚谯。 蒸零灏惫r g b 惫含了雳三令浮熹数寒臻述藏魍，麸8 。丞一1 0 之阉交讫。 硬士擎位论文 m a s t e r st h e s i s 第一个浮点值代表红色的比例，第二个浮点值代表绿色的比例，第三个浮点值 代袭蓝色的比例。通过对3 种不周颜色比例的调和可以产生姹紫媸红的颜魏。 造型外观m a t e r i a l 节点材料或域德 材料的浸反多少环境先被该 反射光线的颜色材料亮度 效果颜色射颜色袭藤反射 d 话f t i s e c o l o t a m b i e n t i n t e n s i f y s p e c u l a r c o l o r s h i n i n e s s 黄金o 3 0 ，2 0 。1 o 4o 7o 7 0 6 o 。2 白银0 50 5 0 70 40 8 0 80 9o 2 铜0 。40 2 0 。0o 2 8o 8 0 4 0 00 。l 铝0 3o 30 50 30 7 0 70 8o 1 缀塑料 o 8 0 2 0 。20 。1o 。8 0 。8 0 。8o 。1 5 绿塑料 o 2 0 8 0 20 10 80 80 80 1 5 蘸塑料o 2 0 2 0 8o 1o 。8 0 。8 0 8o 1 5 在实际的编程避程中，臻对造型的各种性质的颜色很好的把握，不是件容 易的事情，这需要一定的审茭能力，还嚣要对r g b 三色素的搭配滕理有一定 了解，更重要的是鬟大量的实践，反复琢磨，才能宥深刻的认识。在s h a p e 模 型节点中，以创建各种几姆造型。缝合物体造型静毒季料节点、材糕漫反射、 环境光反射、物体发光颜色、外观材料亮度和透明度等可以便空间造型更具真 实感。例如使用s h a p e 空阕物体造型节点在立体空闻鹜景下创建一个黄金簇魏 球体的程序为： # v r m lv 2 + 0u t f 8 b a c k g r o u n d 群背景颜色 s k y c o t o r 【 0 2o 5o 6 】 1 9 硕士学位谵丈 m a s t e r l st h e s i s 毒创建金球逡蹙 s h a p e 撑黄金颜饿 a p p e a r a n c ea p p e a r a n c e m a t e r i a lm a t e r i a lf 孝窑阎镪髂精鍪努麓 d i f f a s e c o t o r0 30 20 0 护释材瓣瀚浇反瓣颜惫 a m b i e n t i n t e n s i t y 0 4 撵多少璎境必被该