毕业论文--面向Web的虚拟现实建模研究.doc

面向Web的虚拟现实建模研究摘 要 VR技术与Internet技术的结合产生了 VRML (虚拟现实建模语言)，它是描述交互式的3D对象和世界的一种文件格式，可以与WWW起使用，用来实现一个通过全球互联网和WWW的超链接而形成的虚拟世界。VRML作为实际的标准已经出现。 本文介绍了第二代WW技术核心VRML语言及其特性、文件创建方法、应用、发展前景和浏览器等。在简要介绍VRML的基础上，详细论述了 VRML的 各种幵发工具，VRML技术的3DMAX支持，以及一个虚拟现实场景的设计过程。 本文用较大篇幅讲述了 VRML虚拟学校的设计。从最简单的虚拟场景构造到复杂型体的设计，从一个虚拟场景的动画设计到场景中某些实体的交互式控制.以及一些纹理、背景和光源方面的设计。最后对项目进行了总结，描述了构造虚拟场景的关键技术，以及一些解决方案和进一步的研究思路。 关键词 虚拟现实建模语言；场景；学校；3DMAXWeb-oriented Virtual Reality ModelingAbstract The combination of VR and Internet develops VRML (the Virtual Reality Modeling Language) .It is a file format for describing interactive 3D objects and worlds.VRML is used to achieve a virtual world with WWW through Internet and hyperlink of WWW. It has emerged as the defact to standard. The article introduces a new language VRML,which is the core technology of the second generation WWW,and discusses its characteristics, application,perspective,browsers and etc.Based on introducing briefly VRML,it discusses in detail the creating tools,the support of 3DMAX in VRML and the process of designing a virtual scene. In this thesis.it discusses the design of the school in virtual reality scene of VRML with much more length,which is from the simpleest virtual scene to complex shapes and from the cartoon of the virtual scene to interactive controls of some entity.lt also describes some design of texture,background and light.Finally,this project is concluded and describe crucial techniques of constructing virtual scene,also put forward some project which is to be resolved and the more research in the future.Key words VRML;scene;school;3DMAX 目 录 第1章 绪论61.1 引言61.2 虚拟现实技术概述71.21虚拟现实技术的定义71.2.2虚拟现实技术的基本特征7第2章VRML技术概述92.1 VRML技术特征92.2 VRMLPad开发工具102.3 VRML的语法结构简介11第3章 需求分析173.1 功能分析173.2 性能需求173.3环境需求18第4章系统设计194.1 虚拟校园的功能194.2 详细设计与实现19第5章 系统测试285.1 测试准备285.2 测试过程285.3测试结果28结 论29致 谢30参 考 文 献31附录A 译文32空气污染的虚拟现实模型32附录B 外文原文37VIRTUAL REALITY MODEL OF AIR POLLUTION37第1章 绪论1.1 引言 虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是20世纪末才兴起的门崭新的综合性信息技术。它融合了数字图像处理、计算机图形学、人工智能、多媒体技术、传感器、网络以及并行处理技术等多个信息技术分支的最新发展成果,生成三维逼真的虚拟环境。虚拟现实技术的主要研究内容是实物虚化、虚物实化和高效的计算机信息处理这三个方靣。该技术的特点在于由计算机产生一种人为的虚拟环境这种虚拟环境可以是计算机产生的虚拟空间，也可以是实测数据或真实场景再现产生逼真三维空间，在这样的虚拟空间中用户在多种感官上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。 虚拟现实是一种计算机界面技术，是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知手段，最大限度地方便用户操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。虚拟现实实时的三维空间表现能力、人机交互的操作环境以及给人带来 的身临其境的感觉，改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状。 虚拟现实技术的应用很广泛，如建筑物视觉效果的评估、城镇设计和城市信息系统、气候、环境和电波传播的模拟等。虚拟现实和三维模拟是数字城市表现的主要形式。在虚拟技术的支持下，赛博空间代替了传统的抽象地图和用来解释、分析和讨论设计思想和城市进展的描述性文件，而以生动的、带有照片纹理的、栩栩如生的三维城市模型展现在用户眼前，设计者展示在人们面前的是设计结果明确的信息。从这里人们可以看到设计后的城市面貌，能识别特定的元素并能根据空间位置和比例尺的大小来调整视线。虚拟技术缩小了设 计专家和顾客之间的空间文化的差异，并为人类观察自然、欣赏景观、了解实 体提供了身临其境的感受。 虚拟现实的真实现将会使整个人类的生活与社会发展发生极大的变革。具有极大的发展潜力和良好的发展前景的虚拟现实技术将像多媒体和internet 一样逐步走入人们的生活。1.2 虚拟现实技术概述 1.21虚拟现实技术的定义 虚拟现实不是真实的世界，而是一种可交互的环境，人们可以使用计算机 方面各种高新技术，融入设想的或现实的空间中,行动自如地观察场景的细部 或全局，参与和指引场景中的活动。超脱不同的背景看，虚拟现实是由抽象的、复杂的计算机数据在空间上表示直观的、用户熟悉的事物的一种技术。 为了适应虚拟现实的发展，简明定义：虚拟现实是计算机生成的给人多种感官刺激的虚拟世界（环境)，是一种高级的人机交互系统。定义中强调了两点： (1) 计算机生成的虚拟世界（环境）必须是一个能给人提供视觉、听觉、 触觉、嗅觉，以及味觉等多种感官刺激的世界。这里强调的是；虚拟现实不能 只由一种感官刺激构成。根据今天技术水平,虚拟现实通常由视觉、听觉和触觉三种刺激构成。定义中不强调沉浸感,说明虚拟现实可以有沉浸式和非沉浸式两种。 (2) 虚拟现实系统实质上是一种人机交互系统，而且是一种高级的人机交互系统,因为这里的交互操作是对多通道信息进行的,并且对沉浸式系统要求采用自然方式的交互操作,对于非沉浸式系统也可使用常规交互设备进行交互操作。这里强调介入者（人）在所创建的虚拟世界（环境）中的体验（通过人机之间的相互操作获得)因此人机交互是虚拟现实的核心。 1.2.2虚拟现实技术的基本特征 虚拟现实技术因此具有以下四个重要特征 (1) 多感知性 指除了一般计算机所具有的视觉感知外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、味觉感知及嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的全部感知功能。 (2) 存在感 又称临场感,指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟坏境应该达到使用户难以分辨真假的程度。 (3) 交互性 交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然 程度（包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感觉t并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动而移动。 (4) 自主性 是指虚拟环境中物体依据物理定律动作的程度。例如，当受到力的推动时， 物体沿力的方向移动、或翻倒、或从桌面滑落到地面等等。 过去，人们只能从计算机系统的外部区观测计算处理的结果，只能通过键盘、鼠标与计算环境中的单维数字化信息发生简单交互，只能从以定量计算为主的结果中得到启发从而加深对事务的认识。现在人们能够沉浸到计算机所创建的环境中去，并通过多种传感器与多维化信息的环境发生交互作用，能从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识从而深化概念,激发新的创意和灵感。这些都是强调了人在虚拟现实系统中的主导作用。第2章VRML技术概述2.1 VRML技术特征 作为基于网络的虚拟现实建模语言,VRML的基本目标是建立Internet上的交互式三维多媒体,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（Virtual World)。VRML具有以下的特性： (1) C/S工作模式。VRML的访问方式是基于客户机/服务器模式的。其中服务器提供VRML文件及支持资源（图像、视频、声音等)，客户端通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件描述的虚拟境界。 (2) 分割设计模式及可扩充性。VRML支持多个分布式文件的内联机制(Inline节点），通过内联机制嵌入其它.wrl文件,从而允许将一个巨大的虚拟环境进行分割设计而后合并展示。同时,VRML还提供外部原型引用机制 (EXTERNPRO-TO 语句)、锚链机制(Anchor 节点)、脚本语言(Script Language) 等机制,允许以超链接方式在本地节点中指向并组织Internet上的不同地址的资源,实现可扩充性。 (3) 独立于平台。VRML浏览器通过解析VRML文件描述虚拟场景,而浏览器由本地平台提供,实现了平台独立性。 (4) 增强了的静态场景。VRML语言建立三维虚拟场景的优势在于其可以非常方便地生成三维几何实体，丰富的原始实体节点为描述复杂的大规模场景挺供了广泛的可选性和可组合性。挤压节点，原型构造节点和插值器节点允许创作者根据需要自由地创建复杂实体。同时Background、Fog等节点使三维场景真实感更强。 (5) 实时3D渲染。实时3D着色引擎在VRML得到了更好的体现，这一特性使VRML建模和浏览更明确地分离,这也是VRML不同于其他3D建模、 动画制作工具的一个特点。后者是预先绘制，因而不能提供交互。 (6) 脚本支持。VRML通过脚本节点（Script)引入Java或JavaScript语言编写的脚本程序來扩展其功能，创作者可以在节点中实现自定义的功能,如交互,动画，动态生成场景等。Java与VRML具有很强的互补性：Java的优势在于Internet环境下的程序设计,而VRML的优势在于虚拟现实场景建模，两者结合是开发场景较复杂的、交互性要求较髙的虚拟三维系统的首选方案。2.2 VRMLPad开发工具 VRMLPad是一个很出色的虚拟现实文件专用编辑器，不仅有利于提高代码编写效率，而且还提供程序调试功能，完成复杂虚拟场景必不可少的利器之主要特点如下： (1)自动侦错。VrmlPad可以提示用户语法、值类型的错误或警告。提供域值是否在适当范围中。可以校验是否有重复的节点定义，是否有不匹配的域名或路由； (2)语法强调显示。支持可定制的VRML语法强调显示； (3)场景图树的可视化显示。节点的代码能够根据场景图的结构展开或收起以方便编辑，可以在结构视图中选择要编辑的节点或域； (4)多文档同时编辑。根据当前打开的文件能够很容易的找到与之相关的文件（例如 Inlines、Anchor、EXTERNPROTO)并进行编辑； (5)自动化操作与自定义脚本操作。VrmlPad允许开发者通过外部应用程序界面（API)使用C、C+、Visual Basic, Borland Delphi这样的语言来操控 Vrmlpa(L另外高级用户还可以通过建立插件、VBScript、JavaScript、宏命令，在VnnlPad环境中执行自定义的任务； (6)整合脚本调试器。可以使用此整合的脚本调试器在内嵌的VRMLScript脚本中，或在用Cortona控件插入VRML的网页中査找并修复。调试器有控制脚本的执行的功能：可以暂停脚本的执行，运行至指定行，设置断点，一步步的运行脚本。监视脚本的数据状态：当前调用的堆栈；相关的前后代码中变量，数组，对象；计算包含这些数据的表达式。在调试阶段修改变量，数组，或对象的值。在调试阶段添加并测试新的脚本代码； (7)预览。使用系统里安装的VRML浏览器预览场景。可以自动检测系统中安装的VRML浏览器，也可以指定在其中某个特定的浏览器中预览场景。可以单独预览选定的节点或组； (8)发布。组织并优化所有的相关文件，对场景可以采用Gzip压缩格式以优化网络下载的速度。把所有资源打包并上传到服务器上或作为邮件附件发送出去。发布向导还可以把相关的资源用base64数据编码嵌入到VRML主文件中。2.3 VRML的语法结构简介 VRML语言风格类似于面向对象编程语言。在面向对象编程语言中，程序都是由一系列“对象”组成的，而在VRML语言中，一个完整的程序是由一系列的“节点”(nodes)组成的。正如每个“对象”或者“类”都有一组方法和变量一样，VRML中的“节点”也是由一组能够规定该节点属性的值构成，每个“节点”都是由四个特性值构成的，它们分别是：1、节点种类如 立方体、球体、锥体等2、节点参数称为“域”(Fields)，规定节点形态各项参数3、节点名称识别某个节点的唯一名称，可以缺省4、子节点从属于主节点的一系列节点 VRML中节点可以分为三类：形状节点（Shape）指明几何特性，如立方体、球体、圆锥体及ASCII字符节点属性节点(Property)影响节点的外在表现，如 外观、位置、翻转度、光照效果等组节点(Group)集合其它节点，以整体形式呈现 VRML中的域规定节点形态各项参数，分为exposedField(暴露域)和field（非暴露域），其中暴露域允许外部操作对它的值进行修改，而非暴露域则不允许。按照域的结构类型，又分为单值域(SF.)和多值域(MF.)两大类, VRML共定义了11个单值域和9个多值域 VRML语句结构：第一行文字是：#VRML V2.0 utf8这是VRML文件的标志，所有2.0版本的VRML文件都以这行文字打头，VRML97是由VRML2.0版修订而成的，符合VRML97规范的VRML文件也以这行文字打头。其中“#”表示这是一个注释。而utf8表示此文件采用的是utf8编码方案，这在标准中有详细说明。 先加入一个Group节点（组节点）： Group #这是一个多值节点组节点的花括号之内的所有内容视为一个整体，利用组节点可以把虚拟场景组织成条理清晰的树形分支结构。下面定义组节点的children域（孩子域）： children #这是一个多值节点在children后的方括号内定义Group节点的所有孩子对象，第一个孩子是一个Shape节点（形态节点），它描述一个几何形状及其颜色等特征： Shape #这是一个单值节点在Shape 节点内定义一个几何体Box（方盒节点）： geometry Box #这是一个单值节点注意我们没有为Box定义任何域，这意味着它的尺寸和坐标位置等特性取缺省值（单位立方体）。随后补齐各右括号： 这是一个最简单的VRML文件，呈现出来的将是一个白色的正方体，如图2.1，下面是完整的文件： #VRML V2.0 utf8 Group #组节点children #子节点列表 Shape #子节点中的形状节点 geometry Box #几何域，定义一个立方体 图2.1 图2.2VRML程序的基本格式大体上在这个简单程序中体现出来了，如果要想生成更为复杂多样的物体，就必须要用到另外一些高级的节点或域。如下例，加入了translation域（控制位移量）、rotation 域（控制节点翻转方式）Appearance节点（控制外观）、diffuseColor（定义反射色调）域和size（定义立方体尺寸）域。呈现出来的将是一个外观为红色，尺寸为2，中心位置处于坐标（3 ，0 ，0）处的正方体，如图2.2。#VRML V2.0 utf8Transform #类似于Group节点，但能够增加平移、旋转和缩放变换的相关域translation 3 0 0 平移向右3个单位 rotation 0 1 1 1.57 #以原点与点（0 1 1）连线为轴转1.57弧度children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1 0 0红色 geometry Box size 2 2 2 #尺寸为2个单位 另外，VRML中基本形状还有球形sphere、圆锥cone两种。同一个VRML程序中允许存在多个Transform节点，我们可以为不同的节点定义不同的形状、外观、尺寸以及位移坐标，这些都是根据程序的需要来定义，这样我就能够使用不同形状的几何体组成一定外观的物体。格式如下：Transform #节点一ChildrenTransform #节点二ChildrenTransform #节点三Children 在VRML程序中，有时候会要求有交互的功能，这就要求用到触发器节点（TouchSensor），这个节点附和在某个实体节点上，作为其子节点，当鼠标指针移动到该实体节点上时，便会出现一个手掌形触摸提示标志。使用方法即在要添加触发器的节点的children节点中加上一行TouchSensor即可。一般情况下不同的触发点将触发不同的事件，这就要为触发器取名，使用DEF定义即可，使用方法如下,这样就为图2.2中的正方体附加了一个触发器，名为touch。TransformChildrenDEF touch TouchSensorShape #子节点中的形状节点 geometry Box #几何域，定义一个立方体 在VRML程序中，普通的线段也是一类几何节点，定义为IndexedLineSet，一条线由若干个索引点连接而成，这些索引点属于一个point域，这个域中包含了一系列的三维坐标点，编号从0开始递增。而连接这些点还有一定的顺序关系，这个顺序关系由coordIndex域定义，编号从任意一个坐标点开始。示例如下：Transform children Shape geometry IndexedLineSetcoord Coordinate point 3 4 0-2 4 0-2 -3 02 -4 0coordIndex 0,1,2,3,0这样就定义了一条连接了四个坐标点的封闭连线，如图2.3。 图2.3 在VRML2.0中新引入的功能就是交互，即能控制动作的发生，这就要用到一个新的节点，这个节点被命名为Script,所有对事件动作进行控制的代码都放在这个节点中，写脚本的语言可以是java、javascript、vrmlscript，其中javascript和vrmlscript脚本可以直接放在script节点中，而java写的脚本代码必须以class文件的形式引入VRML文件。 以上介绍的就是VRML的一些基本的语法结构，也是在本次设计中用到最多的语法结构。 第3章 需求分析3.1 功能分析 虚拟学校构建完毕后，可以实现浏览者在虚拟的场景中进行自由的浏览， 可以从不同的角度观察学校。 通过设罝不同的视点已达到上面的要求.使浏览者能够全面全方位的在场录中漫游。在虛拟校园中，浏览者可以用行走、飞行等多种方式对模型进行观察。虚拟学校是用VRML技术构建的虚拟学校，它的研究内容包括树林、草坪、建筑的建立；图像、环境、装饰、灯光与场景的有机结合以增加场景的复杂度和主动性：利用光照技术和和触发器技术及接口编程技术增加场景的交互性和动态性，给人以身临其境的感觉。 虚拟学校旨在实现可供浏览的、漫游的、比较完整的虚拟环境，其中学校包括树林、草坪、建筑楼等，用浏览者自主导航的方式展示各模型和场景整体的画面，浏览者可以在学校内随意走动，并观赏里而的各种模型，学校内部环境具有分布性、三维性、交互性和环境通真性。该系统支持手动漫游，浏览者可以自主的控制视角对学校场景进行自由的浏览，可以按照自己的想要的方式进行漫游。3.2 性能需求 在性能实现发面，要求表现真实，文件不能太大，浏览速度要快。由于VRML 具有平台无关性，故VRML与用于绝大部分的操作系统，由于整个学校的三维立体场景在执行过程中需要设计大量的图形计算和大量的数据读入读出，故对子计算机的显存和CPU主频要求较高，特别是浏览比较复杂，而且色彩渲染较高场景时，这一技术瓶颈相当突出。对计算机的性能 配置基本要求是CPU配罝最好能在1G以上和256M显存，在这个配置下可以流畅的浏览虚拟场。而且显示器最好选择CRT，显示器分辨率在1024*768以上，颜色为32位以上如果选择LCD显示器，在浏览较大场景时将会有比较明显的延迟现象，如果分辨率较低对很多三维设计器产生影响，而且在浏览器场景中的物体时视角也比较小。如果CUP性能很低则会影响文件执行速度，而且会导致画面停滞，没有流畅的漫游感。3.3环境需求编程语言：VRML使用辅助工具：VRMLPAD、3DMAX、PHOTOSHOP 操作系统：Windows 7第4章系统设计4.1 虚拟校园的功能 本场景是实现一个地面上的一个虚拟学校-它将采取有效的方式将二维、 三维、图形、影像、背景、灯光、视角等结合在一起。浏览者可以在虚拟学校内进行漫游，向四周观察，行动也不受约束，非常自由。4.2 详细设计与实现 详细设计阶段的根本目标是确定应该怎样具体实现所要求的系统，也是就是说，经过这个阶段的设计工作，应该得出对目标系统的精确描述，详细设计结果基本上决定了最终的程序代码的质量，为了实现整个虚拟校园系统，需要比较全面的掌握VRML语言，能够熟练的掌握其中大部分节点的特性。而且整个设计过程都需要对三维立体空间有一定的空间想象能力，空间定点也就成立设计过程中重要的一环。当然，有了3DMAX的辅助.为设计过程提供了很大的方便。 （1）树林草坪的创建 首先从网上查找相应的素材，然后通过图片建一颗树。相应代码如下：#VRML V2.0 utf8DirectionalLight ambientIntensity 0.5 direction -0.2 -0.8 -0.6 PROTO ProtoTree4 exposedField SFVec3f translation 0 0 0 Transform translation IS translation children DEF Computer-Tree2 Shape appearance Appearance material Material ambientIntensity 1 diffuseColor 0 0 0 texture ImageTexture url pic/tree1.gif geometry IndexedFaceSet coord DEF Computer-tree2G Coordinate point 0 0.0 1.0, 0.0 3.0 1.0, 0.707 0.0 0.707,0.707 3.0 0.707,1 0.0 0, 1.0 3.0 0, 0.707 0.0 -0.707, 0.707 3.0 -0.707,0 0 -1, 0 3 -1, -0.707 0 -0.707, -0.707 3 -0.707,-1 0 0, -1 3 0, -0.707 0 0.707, -0.707 3 0.707,0 -3.0 1.0, 0.0 0.0 1.0, 0.707 -3.0 0.707,0.707 0.0 0.707,1 -3.0 0, 1.0 0.0 0, 0.707 -3.0 -0.707, 0.707 0.0 -0.707,0 -3 -1, 0 0 -1, -0.707 -3 -0.707, -0.707 0 -0.707,-1 -3 0, -1 0 0, -0.707 -3 0.707, -0.707 0 0.707, texCoord DEF Computer-tree2T TextureCoordinate point 0.0 0.0, 1.0 0.0, 1.0 1.0, 0.0 1.0,0.0 0.0,0.0 1.0, 1.0 1.0, 1.0 0.0, colorPerVertex FALSE convex FALSE coordIndex 0,8,9,1,-1, 0,1,9,8,-1,2,10,11,3,-1, 2,3,11,10,-1,4,12,13,5,-1, 4,5,13,12,-1,6,14,15,7,-1, 6,7,15,14,-1, texCoordIndex 0, 1, 2, 3, -1, 4, 5, 6, 7, -1,0, 1, 2, 3, -1, 4, 5, 6, 7, -1, 0, 1, 2, 3, -1, 4, 5, 6, 7, -1, 0, 1, 2, 3, -1, 4, 5, 6, 7, -1, （2） 树林草坪的建模： 先通过图片建立一块草坪，然后调用上面所建好的树放在草坪上，通过调节坐标来使子成为一片小树林，效果如图4.1： 图4.1 （3）学校地盘模型的建模通过建好的树形成相应的树林，然后在不同位置多建几个以形成学校的大概空间，如图4.2 图4.2 （4）建筑楼的建模 建筑楼的建模可以通过图片粘帖在三维模型上而形成，也可以通过3dsmax软件帮助建模三维图形。3dsmax建模好后然后导出.wrl文件，然后在上图中调用建模好的教学楼，通过调节相应的坐标使之更美观。如图4.3 图4.3通过vrmlpad图片的方式建模宿舍楼，先shape一块空白的面板，然后通过把图片粘帖上去形成宿舍楼的一面，类似的方法做出宿舍楼的楼顶、侧面。如图4.4图4.4通过类似的方式做出图书馆，如图4.5图4.5 （5）其他东西的建模 上述一些东西形成之后，我们可以在相应的位置位置插入一些树、篮球场、操场等环境，以使整个学校更美观。如图4.6是一个篮球场的模型图4.6 （6）学校建模完成后 学校建模完毕后，由于四周全是黑色，效果很差，没有周围景物的衬托，显得非常单调，所以还要为图书馆的周围添加上场景环境。在VRML中虚拟背景分为全景空间背景和天体空间背景两种：全景空间背景是一个将造型包围在里面的空间立方体，具有前后左右上下六个平面，可以根据图书馆周围的需要设置不同的材质和图片。天体空间背景是一个无穷大的空间球体，分为天空背景和地面背景。天空和地面的划分以地平线为界。地平线位于原始坐标系XOZ平面向后延伸的无穷远处.，上面的球体天空，下面的球体是地面。背景和造型的嵌套关系是：造型在最里面，全景空间背景的立方体为中间包围层，天体空间背景的无穷大球体是最外面的包围层。如果同时增加了全景空间和天空空间两种背景，可以 通过设罝全景空间背景的透明度值决定能否看到天空和地面的颜色。在默认的情况下，没有全景空间背果，天空和地面均为黑色。下面要用到Backgnnmd背景节点，它可以是任意组节点的子节点，用于在当前坐标系中创建全景空间或天体空间背景。空间背景在空间变换中仅受到坐标系旋转变化的影响，不受坐标系平移或缩放变换的影响，因此在这种情况下，浏览者是不可能靠近背景，只能从不同的角度观察全景空间背景，Background背景节点包括若干个域值，skycolor域的域值由一系列RGB颜色组成，用于设定天体背景中天体的颜色.默认为黑色。 Skyangle域的域值用于设定天空着色位置所需的空间角度，角度用弧度表示，相对应的groundcolor域和grounganle域分别用于表示地面颜色和角度。为学校创建天空背景，需要模拟真实的立体天空空间效果，必须采用梯度着色的方法。 在background背景节点中，首先对skycolw域的域值进行多种颜色的设罝，天空的颜色排列方向从上到下，从垂直的顶部到水平处一次渲染。然后在skyangle域的域值中，为每一种颜色提供一个空间角度，角度用垂直顶部开始度量，由于默认起始角度为0弧度在设置中被省略，所以天空角度的设置数目总比天空颜色的设置数目少一个。即第一种颜色对应于起始角度，第二种颜色对应子设置的第 一个角度，第三种颜色对应子设置的第二个角度，以此类推。角度之间为两种颜色的过渡区域。创建一个多色的天空背景，有顶部的蓝色，中间的天蓝色到水平处的白色，形成一个颜色梯度变化的天空背景。接者创建地面背景，创建地面背景梯度者色的方法与创建天空背景时大体相同。如图4.7是个学校外观模型图4.7（7）学校的漫游为了对学校进行漫游，需要对观察者的视点进行调节，设罝不同的视点对学校可以从不同的角度进行观察，可以全方位的更真实的感受到周围环境的变化在VRML中可以用视点设置节点来创建视点，视点设置节点是一个一级域节点.放在主编组节点里面。在VRMLpad中提供的视点导航可以使用户在浏览器的场景中，使用一个三维造型作为用户的替身，按照行走，飞行，观察等不同的方式，在虚拟学校的场最中进行交亙操作。在这里有Viewpoint视点节点和Navigation导航节点，其中 Viewpoint视点节点用于设置用户的观察视点，Navigation导航节点用于设置视点的移动方式，两者结合可以实现更为逼真美妙的浏览效果。Jump域的域值用于设定视点的切换类型是否为跳跃性。第5章 系统测试5.1 测试准备 测试系统 Windows7，测试浏览器ie8，5.2 测试过程 测试人员进入网页后可以选择不同的视角跳跃进行浏览，先选择第一个视点跳跃，跳跃到视点sport，然后我们的视角就是跳到sport场景那，我们可以选择2种方式进行浏览、walk、fly。当我们碰到树或什么物体的时候我们会发现无法前进，我们沿着道路成功的绕着学校走一圈，期间可以观察到宿舍、教学楼、图书馆等建筑。5.3测试结果 以上的篇幅对图书馆的虚拟环境制作过程进行了描述。经过上面若干步的操作和调整，一个较为完整的虚拟校园基本得以实现。利用方向对整个场景进行漫游，并交替采用不同的浏览方式，如行走、飞行等。经过测试，计算机对于场景的处理较为流畅，整个系统的运行也基本没有卡死现象。但也有不足之处，系统的读取速度较慢，这些问题与系统的大小有着必然的联系。由于设计的场景比较大，所以在计算机处理的过程中会出现这种情况。总体来说达到了预期的效果。结 论本次毕业设是基于虚拟现实技术构建虚校园的。在短短的2个多月中， 我克服了自身的浮躁，坚持多看，多想。大大提高了自己的思维能力，也是我学 到了不少知识，例如VRML、3DMAX、PHOTOSHOP等等。通过构建自己的虚拟现实场景，是我认识到未来的网络是三维的网络，未来的世界是三维的世界，人们在这么一个虚拟的三维立体的世界里自由翱翔。通过毕业设计我也认识了 VRML,深刻了解了 VRML作为一个开发平台有着得天独厚的潜能.它将会成为笫二代WWW的标准。通过毕业设计我也学习了 VRML语古，从它的语法结构到物体的造 型都有了比较透彻的理解。这为以后进一步从事相关的研究和开发打下了坚实的基础。这次毕业设计使我大开眼界，不光了解了 VRML方面的知识，而且锻炼了我学习一门新语言的能力，大大提高了我的应变能力，学习能力，使我分析问题多了很多思路，积累了许多经验。通过这次毕业设计使我对计算机这个行当有了更深刻的认识。计算机行业是 一个发展飞速，潜能巨大，有着无尽机会的行业，它就像一个战场也许有人会倒下，但将会有无数的人成长起来。作为一名即将毕业的大学生，我渴望在这个行业中展露头角，而毕业设计给了我临上战场的最后一次磨枪的机会！致 谢 首先要感谢我的导师奚雪峰。从选题到撰写的全部工作都是在他的悉心指导和无私帮助下完成的。导师的渊博知识和敏锐的洞察力给我很大的启迪和帮助。论文的完成，凝聚着导师的心血。在此论文完成之际，谨向导师致以深深的感激和诚挚的谢意！ 同时也感谢所有帮助我、关心我的老师、同学等朋友！同时还要感谢我的家人，他们的精神支持是我得以安心学习、顺利完成论文工作的保证！参 考 文 献1 原亚玫. 网络实验中虚拟现实技术的应用分析J福建电脑 2008, (07) . 2 王志强,蔡平. 基于X3D的虚拟环境建模的应用研究J福建电脑 2008, (11) . 3 涂超,颜辉武. 碰撞检测技术研究J计算机工程与应用 2001, (19) . 4 宫勇,蒲小琼,张翔. 虚拟场景漫游技术及其系统实现J计算机工程与应用 2007, (15) . 5 庞辽军,李慧贤,王力,王育民. 基于Java的VRML网络通信功能的实现J计算机工程 2007, (11) . 6 杨瑞元,邱建雄. 基于图像的建模和绘制技术综述J计算机辅助设计与图形学学报 2002, (02) . 7 黄正军,周建中. 基于X3D的虚拟场景动态交互技术研究J计算机工程与科学 2007, (07) . 8 魏伟,郭新宇,赵春江,陆声链. 视点依赖的温室场景建模与交互式漫游J计算机应用 2009, (03) . 9 苏建明,张续红,胡庆夕. 展望虚拟现实技术J计算机仿真 2004, (01) . 10 李玉忠,覃达贵. 基于XML的虚拟现实研究J计算机仿真 2004, (04) . 附录A 译文空气污染的虚拟现实模型本文致力于通过Matlab系统的虚拟现实语言及其工具箱来描述并建模。选用这个系统（Matlab系统和虚拟现实建模语言系统）可以通过可视化的二维插补法来显示出空气污染的数据。1 引言近年来，三维数据信息在很多领域上（不仅仅在科技方面）被关注，它提供清晰且智能的信息编排在3D模型中是非常必要的，例如医疗方面。而且它在不同领域上的使用也是越来越频繁。使用复杂的数学工具处理信息的结果是随之自然形成的三维图像模型。从虚拟建模语言被开发出来后，便可以观察或处理个人计算机上所有用户的三维空间的数据。目前最常用的互联网浏览器（微软的IE浏览器和网景的领航员浏览器）已经内置了浏览虚拟现实建模语言的插件。这里还有许多其它的免费的插入式模块的软件用于互联网，那些软件能够进入虚拟世界并观察它、甚至是很好的控制它。多亏这些事实，3D建模的应用领域按着预期发展。 这篇论文的目标是使用Matlab系统来对捷克共和国空气污染等级的三维模型进行处理，并且使用虚拟现实建模语言作为最终的表现形式。2 背景虚拟现实场景的创建一般有两种途径：第1种是采用openGL，VRML，Direct3D等语言创建，对于非计算机专业的人员来说，利用OpenGL编写出复杂的三维应用无疑是一个挑战。VRML语言虽然本身编写起来非常简单，但这种语言功能较弱，而且在处理复杂的进程方面显得力不从心，与其它高级语言的连接也不够方便。Direct3D是微软公司推出的三维图形编程API，它主要应用于三维游戏的编程，需要编程人员具有较高的C+等高级语言的编程功底，因而也难以普及。因此，通过这种途径创建虚拟现实场景需要有较好的编程能力，同时需要熟悉某种语言，适合于专业的开发人员；第2种方法是采用某种虚拟现实环境创建工具来创建，这种工具基于某种语言和开发平台，为用户提供一个避开复杂编程过程和语言规范来创建虚拟现实场景的有效途径，这类工具目前已有一些试验系统被报告“而且大多数是基于VRML的。但无论基于哪种平台，从技术上看都还不成熟，尚有较多问题需要解决。3 现实数据的描述捷克共和国的自动监控系统（AIM）的大概100多个测量站会定期提供被选中的大气的组成成分的测量数据，检验检测污染物质的浓度，每个站点每隔30分钟检测一次，持续一年。通过这些数据，使用插值方法查看捷克共和国的全境的数据，就可以在某个准确的地点看到当地空气污染的等级。通过图表展现出插值的结果会比想象出来的更快且更清晰。他们也可被用来与NOAA的卫星观测和粉尘在空气中的浓度平行进行对比。在这一年时间中的一系列代表着从观测站取得的污染物的浓度的结果由在布拉格的捷克水文研究所提供。图1地点的数据是通过对淘汰了的测量值进行补偿而得的。4 二维插值方法使用各种插值法都可以计算出正交网上没有被测量的点的污染。对这些问题的描述和对比已经在图4中表现出来了。它可以使用最简单的第0序列-最邻近的方式是插入并找到有相同值的附近的站点。Voronoi图【1】限制了范围边界。图1里关于Delaunay三角形方法被用在高阶插值中（双线性，立方体，线条）。一个被选的方式应用在正交网上经度和纬度上列出的计算的浓度值的结果。而三维模型代表着这些结果的一个自然演示。5 在Matlab系统和虚拟现实建模语言环境下的三维模型样条插值法已经应用到数据为PM10（特殊材料到10um）的测量，在一个特定的时间里的捷克共和国的自动监控系统。该算