vrml虚拟现实技术1

1、vrml虚拟现实技术1虚拟现实是计算机与用户之间的一种更为理想化的人-机界面形式。通常 用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身 于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。与传统计算 机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实 技术潜在的应用范围很广，诸如国防、建筑设计、工业设计、培训、医学领域。 例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟模型，而外科医生还 可以在三维虚拟的病人身上试行一种新的外科手术。虚拟现实技术通过20多年的研究探索，于80年代末走出实验室，开始进入实 用化阶段。目前，世界上少数发达国

2、家在经济、艺术乃至军事等领域，已开始广 泛应用这种高新技术，并取得了显著的综合效益。据外刊报道，美国陆军1994 年的“路易斯安娜94”作战演习，就是利用虚拟现实技术进行的。这次演习不但试 验论证了美国陆军制定的条令、战术和部队编成，使之更加符合21世纪的作战 要求，还节约演习经费近20亿美元。那么，什么是虚拟现实技术呢？简单地说，就是人们利用计算机生成一个逼真的 三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术。它与传统的 模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔 显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置。把操 作者与计算机生成

3、的三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感器装置与虚拟环 境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不 随心”的虚拟环境。比如，计算机虚拟的环境是一座楼房，内有各种设备、物品， 操作者会如同身临其境一样，可以通过各种传感装置在屋内行走查看、开门关门、 搬动物品；对房屋设计上的不满意之处，还可随意改动。显然，利用这种虚拟现 实技术进行建筑、机械、兵器等设计修改，实施技术操作训练和军事演习活动要 容易得多，也便宜得多。虚拟现实技术一经应用，就向人们展示了诱人的前景，因而受到各国军界的青睐。 从90年代初起，美国率先将虚拟现实技术用于军事领域，主要用于以下四个方 面：一是虚

4、拟战场环境。即通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、 战地场景、各种武器装备和作战人员等，为使用者创造一种险象环生、几近真实 的立体战场环境。以增强其临场感觉，提高训练质量。二是进行单兵模拟训练。 让士兵穿上数据服，戴上头盔显示器和数据手套，通过操作传感装置选择不同的 战场背景，输入不同的处置方案，体味不同的作战效果，进而像参加实战一样， 锻炼和提高技术水平、快速反应能力和心理承受力。如美空军用虚拟现实技术研 制的飞行训练模拟器，能产生视觉控制，能处理三维实时交互图形，且有图形以 外的声音和触感，不但能以正常方式操纵和控制飞行器，还能处理虚拟现实中飞 机以外的各种情况，如气球的威胁、

5、导弹的发射轨迹等。三是实施诸军兵种联合 演习，建立一个“虚拟战场”，使参战双方同处其中，根据虚拟环境中的各种情况 及其变化，“调兵遣将”、“斗智斗勇”，实施“真实的”对抗演习。四是进行指挥员训 练。利用虚拟现实技术，根据侦察情报资料合成出战场全景图，让受训指挥员通 过传感装置观察敌我兵力部署和战场情况，以便判断敌情，定下正确决心。美国 海军开发的“虚拟舰艇作战指挥中心”就能逼真地摸拟与真的舰艇作战指挥中心 几乎完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训军官沉浸于“真实 的”战场之上。当然，虚拟现实还是一门年轻的科学技术，尚存在不少有待解决的问题。例如， 在计算机生成的虚拟环境中，操作者

6、每次转动头部，计算机必须更新三维图像， 由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算。这就造成了系统滞后。 再如，美空军的虚拟现实模拟器产生的视觉运动信号与人的感觉之间也存在差 异，容易引起头痛、眩晕等。但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的 推移日臻完善，在军事领域的应用将会越来越广泛，发挥的作用也将会越来越大。Vitual Reality WorldWorld Wide Web(WWW)的出现产生了 HyperText Markup Language (HTML).这样,文字和图形就可以同时在 同一 Page 中显示，同时 CGI (Common Gat

7、eway Interface) 能使Web有更强的交互功能.随着WWW的普及和人们对Web日 异增长的需求，就需要不断地有新的Web语言产生.Java的出现使人们可以直接在WebPage上欣赏动画.Java语言是面向对象的语言，人们可以在Page上设置动画，并且用Perl和 C编程，产生可执行代码.目前流行的文本语言有HTML和SGML (Standard Generalized Markup Language).它们都是使用tags来描述资料结构中的不同 元素成分.近来又产生了新的Web语言VRML ( Virtual Reality Modeling Language ).它是一种模型语言

8、，用来描述一个目标对象是如何呈现在Web上 的.和HTML一样,VRML也是可由浏览器解释的描述语言，只不过VRML不是 描述成一个Page的格式，而是描述成3D环境和目标的布局.HTML和VRML 的差别与建筑物的蓝本和它的模型的差别是同一个道理.一.什么是虚拟现实 (VR)?虚拟现实是计算机模拟的三维环境.用户可以走进这个环境并操纵系统中 的对象.虚拟现实最重要也是最诱人之处是其实时性和交互性.通过计算机网络, 多个用户可以参与同一虚拟世界,在视觉与听觉的感受上与现实世界一样,甚至更 绚丽多彩.上面所描述的是未来的虚拟现实世界，而现在的虚拟现实系统远不能满足人们 的要求.首先是网络的传输速

9、度不能满足视频的实时传输和大信息量的数据交 换;其次是虚拟现 实所使用的设备正处于发展阶段，远未到普及的程度. 二.虚拟现实所需的硬件设备虚拟现实和多媒体是有本质区别的.多媒体是在屏幕上顺序地展现一系列二维 图象，而虚拟现实是用长,宽和高，并从各个方位来显示它的三维图象.两者另一 个重要区别就是硬件设备.普通的计算机交互设备包括键盘，鼠标，操作标等， 再由显示器和音箱构成多媒体系统(Keyboard、Mouse、Computer和Mounted Display).追踪器有机械的，超生的，磁感应的，光学的和无源的几种， 其灵巧程度远比一般交互设备优越得多.”头盔”则由显示器，光学系统，立体声音

10、箱和追踪系统构成.现有的网络虚拟现实系统实例SIMNET它是一个用于军队演习的系统，是美国军方为了降低训练坦克部队 费用而建立的.SIMNET是第一个大规模网络VR的实例，它可以调整近1000 个全动态图象的模型器.VR游戏许多游戏公司都在其产品上部分实现了虚拟 现实环境，特别是在局域网上，使实时性和交互性变为现实VR语言VRML (Virtual Reality Modeling Language)为虚拟环境的建立提供了规范，综 合了现有三维软件的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(Scaling),旋转(Rotation)和平移(Translation)

11、,并有优化的数 据结构.VRML浏览器如果说VRML是一种语言的话，显然VRML浏览器就是它的解释器.的确,VRML浏览器的主要功能是读入VRML代码 文件，并把它解释成一图形映象.目前VRML浏览器软件种类很多，如Netscape公司的Live3D( HYPERLINK /comprod/products/navigator/live3d/index.html /comprod/products/navigator/live3d/index.html),Paper Software 公司的 WebFX( HYPERLINK / /), SGI 和 Template Graphics Soft

12、ware 公司的 WebSpace( HYPERLINK /WebSpace/WhatsNew/ /WebSpace/WhatsNew/), InterVista 软件公司的 World View( HYPERLINK /vrml/)%e4%bb%a5%e5%8f%8a /vrml/)以及 Microsoft 公司的 Virtual Explorer ( HYPERLINK /windows/ie/vrml.html)%e7%ad%89%e7%ad%89.%e5%ae%83%e4%bb%ac%e5%9f%ba%e6%9c%ac%e4%b8%8a%e5%ae%9e%e7%8e%b0%e4%ba%86%e7%89%a9%e4%bd%93 /windows/ie/vrml.html)等等.它们基本上实现了物体 的变换效果，如灯光，视角变换，模糊，裁剪，阴影，投影，碰撞?觳獾？创建VRML文件VRML语言具有的基本物体有：球体