基于VRML的虚拟现实研究及其应用.doc

第 17 卷第 4 期 2003 年 12 月南华大学学报 (理工版)Vol . 17 No . 4Journal of Nanhua University( Science & Engineering Edition) Dec . 2003 文章编号 :1006 - 737X(2003) 04 - 0072 - 03基于 VRML 的虚拟现实研究及其应用徐洪珍 ,陆玲(东华理工学院 计算机与通信系 ,江西 抚州 344000)摘要 :介绍了 VRML 和当前教学的现状 ,然后以开发“电脑 DIY 多媒体课件系统”为例 ,论述了基于 VRML 的虚拟现实技术在多媒体教学系统中的应用.关键词 :VRML ;多媒体教学 ;交互中图分类号 : TP391 . 9文献标识码 :BResearch and Application of Virtual Reality Based on VRMLXU Hong2zhen ,L U Ling( Computer and Communication Department , East ChinaInstitute of Technology ,Fuzhou ,J iangxi ,China 344000)Abstract : This paper firstly introduces the general situation of VRML and the modern educa2tion , then selecting the development of a multimedia education software about the computer DIY as engineering application background , the authors discuss the application in multimedia education system of the virtual reality technology based on VRML .Key words : VRML ;multimedia education ;interactionshop 等软件 ,开发了一个电脑 DIY 多媒体课件系统 ,可以很好地解决上述问题 .引言多媒体教学课件的开发与应用 ,是当前现代 化教学改革深入发展的一个重要组成部分. 但目 前各个高校开发出来并在使用的多媒体教学课件 系统 , 大 多 是 由 AutoCAD , Toolbook 和 Authorware 等多媒体开发工具制作 ,软件大多使用的是二维 的图片 ,对象电脑 DIY(Do It Yourself 简称 DIY) 这 种课程 ,给学生的感觉是不够直观 、形象 ,且由于 条件限制 ,很多时候不能拿现成的设备做演示. 故 笔者将虚拟现实技术引入本课程的教学中 ,利用 VRML 、J avascript 编程语言 ,结合 3DSMAX 和 Photo20虚拟现实建摸语言简介虚拟现实 VR (Virtual Reality) 技术是一种有效 地模拟人在自然环境中视 、听 、动等行为的高级人1机交互技术 ,它是计算机图形学 、人机接口技术 、多媒体技术 、网络技术等多种技术的集成 ,虚拟现实将从根本上改变人与计算机系统的交互方式. 目前 ,虚拟现实技术已广泛应用于医学 、建筑和工 程 、军事研究 、科研 、金融 、电子商务中 ,在教学中 的作用也日渐突出.收稿日期 :2003 - 08 - 04作者简介 :徐洪珍 (1976 - ) ,男 ,江西抚州人 ,东华理工学院计算机与通讯系在读硕士研究生 .虚拟现实建模语言 VRML (Virtual Reality Mod2eling language ,以下 简 称 VRML ) 是 一 种 与 Internet 结合 ,用来描述三维交互虚拟世界的程序语言 ,可 应用于创建虚拟现实的对象 、场景和展示模型等. 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 . 通过浏览器 ,用户可以观 赏到由 VRML 创建的三维虚拟现实 ,而不再只是 二维的图形或图像 ,并能够在三维世界中进行实 时移动 (远近 、方位的改变) 和实时操纵 (物体状态的改变) .VRML 使用场景图 ( Scene Graph) 数据结构来 建立 3D 的虚拟世界 ,它是一种代表所有 3D 世界 静态特征的节点等级 、几何关系 、材质 、纹理 、几何 转换 、光线 、视点以及嵌套结构 ,定义了一系列生成和修饰三维形体的被称为节点 (Node) 的对象.VRML 功能可分为两大部分 : 创造三维实体 和对对象的编程以实现交互性 . VRML2 . 0 可以获 取像鼠标移动 、使用者行走 、系统时间等信息 ,并 能识别处理这些信息来控制场景的质材 、质感 、形状等发生变化的功能 ,还可以用 J ava 或 J avascript等语言来编写程序 ,构造新节点 ,支持复杂的控制 过程或实现象网络通讯 、数据库查询等特殊功能 , 从而为用户提供更多的实时信息及交互功能.利用 VRML 技术可将文字 、声音 、图形符号进行有 机 的 结 合 , 制 作 出 VRCAI ( Computer - Aided Instruction based Virtual Reality ,基于虚拟现实的计 算机辅助教学) 课件 ,将逼真的教学内容和教学环 境呈现在学生面前 ,从多感官对学生进行刺激 ,这 无疑会对学生的学习兴趣 、学习热情产生不可估量的作用.2 电脑 DIY多媒体课件系统开发利 用 VRML 、J avascript 编 程 语 言 , 结 合3DSMAX 和 Photoshop 等 软 件 , 开 发 了 一 个电 脑DIY多媒体课件系统 , 系统中建立了像主机 、显 示器 、硬盘之类的虚拟电脑组件 ,用户可以对这些 组件进行各个角度的浏览并实现各组件的组装和 拆卸 ,就像用真的电脑进行组装和拆卸一样. 图 1 中各示图为本系统中的虚拟硬盘模型 :(a) 硬盘模型 1 (前示图)( b) 硬盘模型 2 (打开前盖)图 1 系统中的硬盘模型图Fig. 1 Hard disk model in the system2 . 1硬盘虚拟模型介绍本课件系统实现了计算机的各组件的组装和 拆卸 ,故建立了许多计算机组件的相关 3D 虚拟 模型 , 如 主 机 、硬 盘 等. 建 立 模 型 主 要 利 用 了 VRML 的相关节点 如 Transform 、Shape 等 , 再 结 合 VRML 的贴图技术实现对各实物的仿真. 下面以建立硬盘 3D 虚拟模型为例介绍如何利用 VRML建立电脑组件的虚拟模型 .DEF HardDisk Transform# 硬盘节点childrenDEF transform1 Transformtranslation 257 129 - 50# 硬盘节点位置childrenTransform # 硬盘前端模型children Shape appearance Appearance material Material # 硬盘前端质材设置diffuseColor 0 . 2667 0 . 1922 0 . 5451 ambient Intensity 0 . 1115stop Time - 1DEF SCover Script # 控制脚本event InSFTimecoverTcover- sw TRUEcoverTime coverkeyfieldSFBooltexture ImageTexture # 硬盘前端纹理设置url“front . jpg”eventOut SFTimeeventOut MFVec3f url”javascript :function coverT(value) # 相关设置geometry IndexedFaceSet # 硬盘前端索引面集ROUTE TCS- Cover . touchTime TO SCover . covert# 建立相应的路由关系ROUTE SCover . coverTime TO TSCover . startTime ROUTE SCover . coverkey TO PICover . keyValue ROUTE TSCover . fraction changed TO PICover .Transform # 以后建立硬盘后端模型 、边模型等set-fractionROUTE PICover . value changed TO Cover . trans2lation2 . 3系统功能除了具有传统的多媒体课件系统所具有的特 点以外 ,本系统还有以下的特点 :1) 图形交互性强. 用户可以借助外部设备如 鼠标 、键盘与虚拟场景中的三维实体进行交互性操作 ,如 : 用户进行拖动 、旋转 、变形 、组装和拆除 一些组件等复杂交互方式 ,增强用户的感性认识.2) 可全方位观察. 用户可以选取任意的方位 进行观察 ,如 :正视图 、侧视图 、俯视图以及全局图 等 .3) 图形显示清晰 、迅速 . 图形质量与用户使用 的机器性能息息相关.4) 操作简便. 虽然该系统有着强大的功能 ,但 使用起来方便 、灵活 .2 . 2实现用户的交互功能本系统 具 有 很 强 的 交 互 性 , 用 户 可 以 在 3D虚拟场景中打开计算机的机箱 、硬盘盖 ,装上或拆除相关的组件等以实现计算机的组装和拆卸. 下 面以用户打开硬盘盖为例简述交互功能的实现. 分别建立硬盘体 ( 无盖) 和硬盘盖 3D 模型 , 先将 两者放在一起 ,在硬盘盖上设置一个接触传感器( TouchSensor) ,当用户单击硬盘盖时 , 通过 J avas2cript 控制移动三维场景中硬盘盖的位置 ,从而实 现硬盘体模型与硬盘盖模型的分离与合并 ,达到 交互的目的. 其关键代码如下 :DEF HardDisk Transform # 硬盘体结束语文章分析了多媒体课件与虚拟现实技术相结 合的设计与实现. 在该领域的应用研究还有待进 一步加强 ,对本系统的部分功能将会进一步完善 . 另外 , 由于基于 VRML 的多媒体课件以 ASCII 文 本格式存储 ,这种文件很小 ,十分适于网上传播 ,3D 任意角度观察 ,实时的学生参与 ,可以使学生 对课件所讲的内容做到“眼见为实”, 达到较好的(下转第 78 页)3DEF Cover Transform # 硬盘盖childrenDEF TCSCover TouchSensor # 接触传感器DEF TSCover TimeSensor # 时间传感器cycle Interval 2参考文献 :结束语本文介绍了利用 TMS320LF2407 在异步电动 机矢量控制系统的应用方法 ,充分利用了 DSP 的 高速运算性能 ,更好地实现了交流矢量调速系统 所需的快速性和适时性 , 大大简化了硬件电路 . 实验调试说明生成 SPWM 波形的电路简单 、编程 方便 ,且波形的质量和可靠性都很好 ,并且输出波 形的频率可变 ,提高了系统的可靠性 ,能很好的满 足变频调速系统的要求 ,具有一定的实用价值.5陈伯时 ,陈敏逊. 交流调速系统 M . 北京 : 机械工业出版社 ,1998. 4.李 刚 . TMS320LF206DSP 结构及应用 TMS320LF240 原12理及 应 用 M .2002.北 京 : 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,章 云 . DSP 控制器及其应用 M .版社 ,2001.北京 :机械工业出3刘和平 . TMS320LF2407 原理及应用 M . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2002.陈伯时 . 电力拖动自动控制系统 M . 北京 :机械工业 出版社 ,2001.45(上接第 74 页)教学效果 . 因此 , 本系统可以进一步扩展并放到Internet 上 ,用于远程教育 .学出版社 ,2001.Ames