第章虚拟现实建模语言VRML

虚拟现实技术天津天狮学院黄金栋4-2第4章虚拟现实建模语言VRMLVRML语言概述VRML的语法基础VRML的空间造型VRML的场景效果VRML的动态交互4-34.1

VRML语言概述4-44.1

VRML语言概述VRML把“虚拟世界”看做是一个“场景”，而场景中的一切都被看做是“对象”，对场景中对象的描述就构成了VRML文件。VRML文件以正文格式存储，并以.wrl或.wrz扩展名作为后缀。当用户通过浏览器访问一个VRML文件时，浏览器会将VRML中的信息解释成对目标造型和场景的描述，并根据用户在场景中的不同状态实时绘制和渲染这个虚拟空间。4-54.1

VRML语言概述HTML用于定义可与更多信息相关联的二维页面的布局和内容。VRML用于定义可与更多信息相关联的三维页面的布局和内容。VRML不仅是针对VR，也是针对Web设计的。4-64.1

VRML语言概述VRML的发展历程VRML的特点VRML编辑器VRML浏览器4-74.1

VRML语言概述4.1.1

VRML的发展历程

1994年，MarkPesce和TonyParisi创建了可用来浏览Internet上三维画面的浏览器原型，称为Labyrinth（迷宫），首次提出了VRML一词。

1994年，由SGI公司的工程师GavinBell组织制订了VRML1.0的规范草案，并于同年10月在芝加哥召开的第二届万维网国际会议上公布。

VRML2.0是以SGI公司的MovingWorlds提案为基础的，节点类型被扩展为54种，支持的对象也已包括动态和静态两大类。

VRML的国际标准草案于1998年1月正式获得ISO的认定和发布，通常被称为VRML

97。

1998年，VRML组织更名为Web3D组织，并制订了一个新的标准X3D（Extensible

3D）。4-84.1

VRML语言概述4.1.2

VRML的特点基于Internet共享的虚拟世界较低的配置需求真正的动态交互适用于网络现状的技术开放式的标准4-94.1

VRML语言概述4.1.3

VRML编辑器编辑VRML源程序代码，可以使用几乎任何一种文本编辑器。在此推荐一个功能强大并且使用便捷的VRML编辑器——VrmlPad。

VrmlPad的安装与运行：VrmlPad的试用版可以从VRML的资源站点下载安装即可。

VrmlPad主要功能包括文件管理、文本编辑、浏览等。4-104.1

VRML语言概述4.1.4 VRML浏览器浏览VRML虚拟空间，需要使用浏览器插件，常用的有：，Cosmo

PlayerVRML浏览器Microsoft

VRML

2.0浏览器其它浏览器，如SVR（兼容

VRML97），Community

PlaceLiquid

Reality等。显示在Cosmo

PlayerVRML浏览器中的三维虚拟会议大厅4-114.1

VRML语言概述器4.1.4VRML浏览ParallelGraphicsCortona3D

VRML浏览器4-124.2VRML的语法基础VRML的组成要素VRML的文件结构VRML的空间计量4-134.2VRML的语法基础VRML的组成要素1、节点（Node）和域（Field）节点是VRML文件中最基本也是最核心的组成部分。单个节点可描述造型、颜色、光照、视点、传感器等。VRML虚拟世界的对象往往是由一组具有一定层次结构关系的节点来构造。域属于节点，由节点及其相关域定义的造型或属性在VRML空间中被视为一个整体。不同的节点可包含不同的域，域之间没有次序之分。4-144.2VRML的语法基础VRML的组成要素1、节点（Node）和域（Field）典型节点语法定义如下：4-154.2VRML的语法基础VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）事件的接口类型有事件入口和事件出口两种：事件入口（eventIn，也称入事件）是节点的逻辑接收器，它负责监听和接收外界事件；事件出口（eventOut，也称出事件）是节点的逻辑发送器，它负责向外界发送节点产生的事件。4-164.2VRML的语法基础VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）事件出口和事件入口通过路径相连，这就是VRML文件中的另一个基本组成部分——路由。路由为事件的传播提供了传输通道，使事件在事件链中依次次向前传递，每经过一个节点就改变该节点的一些域，从而而引发VRML世界一系列的变化。4-174.2VRML的语法基础VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）典型的事件路由定义如下：DEF

SENSORTouchSensor{}#定义一个触摸传感器…

…DEF

SOUNDSound{}#定义一个声音对象…

…ROUTESENSOR.touchTime

TOSOUND.startTime#建立事件的路由4-184.2VRML的语法基础VRML的组成要素3、脚本（Script）Java、JavaScript行为脚本、插补器、C++函数、

VRMLScript、LiveConnect、VRML外部制作界面等，都是用于生成动态、复杂及逼真的VRML场景的技术、语言和

API（Application

ProgrammingInterface）。Script节点可以看作是一个节点的外壳：它拥有域、

eventIn事件、eventOut事件。其本身没有任何动作，但可以通过程序来赋予脚本节点动作。4-194.2VRML的语法基础VRML的组成要素4、原型（Prototype）用户还可以通过原型构造机制定义新的节点类型，例如新的几何节点、新的造型、新的材料和新的声音节点等。新节点类型既可以在该原型定义的文件中引用（即内部原型，PROTO），也可以在外部文件中定义后在其它

VRML文件中引用（即外部原型，EXTERNPROTO）。4-204.2VRML的语法基础的文件结构典型的VRML文件结构如下：#VRMLV2.0utf8#VRML文件头节点名{#创建VRML中各种类型的节点以构成造型域名域值#设置节点的各个域和域值……}……Script{#添加脚本节点，编写脚本程序……}ROUTE……TO……#建立出事件与入事件间的路由4-214.2VRML的语法基础的文件结构1、文件头头文件（#VRMLV2.0utf8）向浏览器表述了如下含义：本文件是一个VRML文件。本文件遵循VRML规范的2.0版本。本文件使用国际UTF-8字符集。UTF-8是UNICODE的一种变长字符编码又称万国码，由KenThompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC3629。UTF-8用1到6个字节编码

UNICODE字符。用在网页上可以在同一页面显示中文简体繁体及其它语语言(如日文，韩文)4-224.2VRML的语法基础的文件结构2、造型物体的造型（又称场景图）由节点按一定的层次关系组成，它用于构造虚拟世界的主体——各种静态和动态对象。在造型层次模型中，上下层节点之间存在两种关系：包容关系和父子关系。节点的包容关系是指后代节点作为祖先节点的一个属性域而存在。在父子关系中，子节点并不直接出现在父节点的属性域中，它们集集中在父节点的MFNode（多节点数据类型）子域内，依次排4-234.2VRML的语法基础的文件结构3、路由路由不是节点，路由语句可以放置在节点内域可以出现的任何地方。建议将所有ROUTE语句集中放置在文件的末尾，以构成一一个系统的事件体系。路由中引用的节点名称都应该在ROUTE语句之前被定义。4-244.2VRML的语法基础的文件结构4、注释注释信息以符号“#”开始，结束于该行的末尾，VRML不不支持多行注释。文件头中的“#”不代表注释含义。4-254.2VRML的语法基础的空间计量1、VRML空间坐标系VRML的立体空间采用三维坐标系。该坐标系的原点位

于VRML浏览器的中心，X轴的正向水平向右，Y轴的正向垂直向上，Z轴的正向垂直向前，即指向浏览者，如图所示。4-264.2VRML的语法基础的空间计量2、VRML的计量单位VRML描述长度的计量单位是VRML单位。它与现实世界界或其它三维建模工具的计量单位都没有可比性。VRML描述旋转等角度的计量单位是弧度。常用角度与与弧度的对应关系如表所示。角度030456090120135150180弧度00.5230.7851.0471.5712.0942.3562.6183.1414-274.2VRML的语法基础的空间计量3、VRML的色彩规范VRML使用红绿蓝（RGB）颜色规范来描述造型、光线线和背景等的色彩。RGB颜色包含三个域值均在0.0～1.0之间的浮点数，它们们分别对应红、绿、蓝三种颜色的取值。0.0值表示示该颜色被关闭，1.0值表示该颜色完全打开。4-284.2VRML的语法基础红绿蓝合成颜色0.00.00.0黑色0.00.01.0蓝色0.01.00.0绿色1.00.00.0红色1.01.01.0白色1.01.00.0黄色0.01.01.0蓝绿色1.00.01.0紫红色0.750.750.75浅灰色0.250.250.25暗灰色0.50.50.5中灰色0.50.00.0暗红色0.00.50.0暗绿色0.00.00.5暗蓝色RGB三基色组合颜色示例4-294.3VRML的空间造型基本造型空间变换文本造型复杂造型4-304.3VRML的空间造型任何一个VRML虚拟场景中的空间造型都必须使用Shape（形状）节点加以创建。Shape节点的语法格式如下：

Shape{appearanceNULL#SFNodegeometryNULL#SFNode}4-314.3VRML的空间造型(1)(2)(3)父节点域名域值或子节点域值类型Shape造型节点appearance外观特征域NULL

空值SFNode单值类型Appearance

外观节点geometry几何形状域NULL

空值Box

立方体节点Sphere

球体节点Cone

圆锥体节点Cylinder

圆柱体节点PointSet

点集节点IndexedLineSet

线集节点IndexedFaceSet

面集节点Extrusion

挤出造型节点ElevationGrid

网格标高造型节点Text

文本造型节点4-324.3VRML的空间造型(1)(2)(3)父节点域名域值或子节点域值类型Appearance外观节点material材质域NULL

空值SFNode单值类型Material

材质节点texture纹理映像域NULL

空值ImageTexture

图像纹理节点PixelTexture

像素纹理节点MovieTexture

电影纹理节点textureTransform纹理坐标变幻域NULL

空值IndexedFaceSet

面集节点4-334.3VRML的空间造型Box{size2.02.02.0#SFVec3f}Sphere{radius1.0#SFFloat}Cone{bottomRadius1.0#SFFloatheight2.0#SFFloatsideTRUE#SFBoolbottomTRUE#SFBool}Cylinder{radius1.0#SFFloatheight2.0#SFFloat4-344.3VRML的空间造型Material{diffuseColor0.80.80.8#exposedFieldSFColorambientIntensify0.2#exposedFieldSFFloatspecularColor000#exposedFieldSFColoremissiveColor000#exposedFieldSFColorshininess0.2#exposedFieldSFFloattransparency0#exposedFieldSFFloat}4-354.3VRML的空间造型视觉效果材料漫反射颜色环境光反射度物体镜面反射颜色材质外观亮度diffuseColorambientIntensityspecularColorshininess黄金0.5

0.3

0.00.40.7

0.7

0.60.2白银0.5

0.5

0.70.40.8

0.8

0.90.2铜0.4

0.2

0.00.280.8

0.4

0.00.1铝0.3

0.3

0.50.30.7

0.7

0.80.1红塑料0.8

0.2

0.20.10.8

0.8

0.80.15绿塑料0.2

0.2

0.80.10.8

0.8

0.80.15蓝塑料0.2

0.8

0.20.10.8

0.8

0.80.154-364.3VRML的空间造型基本造型VRML的基本几何造型节点有4种：

Box（立方体）节点

Cone（圆锥体）节点

Cylinder（圆柱体）节点

Sphere（球体）节点[例4-1]制作灯笼参见教材P57。4-374.3VRML的空间造型空间变换利用Transform（变换）节点可以在VRML空间创建新的坐标系，可以随意translation（平移）、rotation（旋转）和scale（缩放）。[例4-2]制作茶几参见教材P58。4-384.3VRML的空间造型空间变换Transform{children[

]#exposedFieldMFNode

translation0.0

0.00.0#exposedField

SFVec3frotation0.0

0.01.00.0#exposedField

SFRotationscale1.0

1.01.0#exposedField

SFVec3f……}4-394.3VRML的空间造型文本造型Text（文本）节点用来创建文本造型，通常使用

Shape节点的geometry域的域值。VRML文本造型是一个没有厚度的平面造型，但也可以具有不同的外观和材质属性。[例4-3]恭贺新年参见教材P60。4-404.3VRML的空间造型文本造型Text

{string[]#exposedFieldMFStringlength[

]#exposedField

MFFloatmaxExtent0.0#exposedField

SFFloatfontStyleNULL#exposedField

SFNode}4-414.3VRML的空间造型文本造型FontStyle{famil“yS“ERIF”#

SFStringsize1.0#SFFloatspacing1.0#SFFloatstyl“eP“LAIN”#SFStringhorizontalTRUE#

SFBooljustify[“BEGIN”]#SFStringleftToRightTRUE#

SFBooltopToBottomTRUE#

SFBoollanguag”#“e”S“

FString}4-424.3VRML的空间造型复杂造型VRML提供了一些非常灵活的节点使用户能够通过使用点、线和面等来构造所需的几何形体。这些节点主要包括：PointSet（点集）、IndexedLineSet（线集）、IndexedFaceSet（面集）以及ElevationGrid（海拔栅格）、Extrusion（（挤出造型）。[例4-4]制作椅子参见教材P62。4-434.3VRML的空间造型复杂造型PointSet{coordNULL#exposedFieldSFNodecolorNULL#exposedFieldSFNode}Coordinate{point[]#exposedFieldMFVec3f}4-444.3VRML的空间造型复杂造型IndexedLineSet{coordNULL#exposedFieldSFNodecoordIndex[]#MFInt32colorNULL#exposedFieldSFNodecolorIndex[]#MFInt32……}4-454.3VRML的空间造型复杂造型IndexedFaceSet{coordNULL#exposedFieldSFNodecoordIndex[]#MFInt32texCoordNULL#exposedFieldSFNodetexCoordIndex[]#MFInt32colorNULL#exposedFieldSFNodecolorIndex[]#MFInt32……}4-464.3VRML的空间造型复杂造型Extrusion{crossSection[11,1-1,-1-1,-11,11]#MFVec2fspine[000,010]#MFVec2fscale11#MFVec2forientation0010#MFRotation……}4-474.4VRML的场景效果纹理映射声音技术光照效果其它效果4-484.4VRML的场景效果纹理映射纹理是一种位图，把纹理图按照一定规则包裹到几何何体造型表面的过程称为纹理映射。VRML提供了3种纹理节点，包括ImageTexture（图像纹理）节点、PixelTexture（像素纹理）节点点和MovieTexture（电影纹理）节点。[例4-5]制作书柜参见教材P64。4-494.4VRML的场景效果纹理映射ImageTexture{url[]#exposedFieldMFStringrepeatSTURE#SFBoolrepeatTTRUE#SFBool}4-504.4VRML的场景效果纹理映射PixelTexture{image000#exposedFieldMFStringrepeatSTURE#SFBoolrepeatTTRUE#SFBool}4-514.4VRML的场景效果纹理映射MovieTexture{url[]#exposedFieldMFStringloopFALSE#exposedFieldSFBoolspeed1.0#exposedField

SFFloatstartTime 0.0#exposedField

SFTimestopTime0.0#exposedFieldSFTimerepeatSTURE#SFBoolrepeatTTRUE#SFBool……}4-524.4VRML的场景效果声音技术在VRML中加入声音涉及到两个部分：声源和声音发射器。Sound（声音）节点用于创建声音发射器，并指定场景中声源源的位置以及立体化的表现形式。AudioClip节点和MovieTexture节点则用于提供声源，仅可以以作为Sound节点中source域的域值。VRML场景中可引用的声音文件类型主要包括WAV、MID和MPEG等3种。[例4-6]放映电影参见教材P66。4-534.4VRML的场景效果声音技术Sound

{sourceNULL#exposedField

SFNodelocation0.00.00.0#exposedField

SFVec3fdirection0.00.01.0#exposedField

SFVec3fintensity1.0#exposedField

SFFloatmaxBack10.0#exposedFieldSFFloatmaxFront10.0#exposedField

SFFloatminBack10.0#exposedField

SFFloatminFront10.0#exposedField

SFFloatpriority0.0#exposedField

SFFloatspatializeTURE#exposedFieldSFBool}4-544.4VRML的场景效果声音技术AudioClip

{url[

]#exposedField

MFStringdescriptio“n“#exposedFieldMFStringdirection0.00.01.0#exposedFieldSFVec3floopFALSE#exposedField

SFBoolpitch1.0#exposedField

SFFloatstartTime0.0#exposedField

SFTimestopTime0.0#exposedField

SFTime……}4-554.4VRML的场景效果光照效果在VRML中创建光源时，除了要指定光源的空间位置、光线的发射方向等，还需要设置发射光线的颜颜色和亮度等。VRML中光源节点的分类及特点如下：

PointLight点光源

DirectionalLight平行光源

SpotLight

锥光源[例4-7]光照与阴影参见教材P67。4-564.4VRML的场景效果光照效果PointLight{onTURE#exposedField

SFBoollocation0.00.00.0#exposedField

SFVec3fradius100.0#exposedField

SFFloatintensity1.0#exposedField

SFFloatambientIntensity0.0#exposedFieldSFFloatcolor1.01.01.0#exposedFieldSFColorattenuation1.0

0.0

0.0#exposedFieldSFVec3f}4-574.4VRML的场景效果光照效果DirectionalLight{onTURE#exposedField

SFBooldirection0.0

0.0

-1.0#exposedField

SFVec3fintensity1.0#exposedField

SFFloatcolor1.01.01.0#exposedFieldSFColor}4-584.4VRML的场景效果光照效果SpotLight

{onTURE#exposedField

SFBooldirection0.0

0.0

-1.0#exposedField

SFVec3flocation0.00.00.0#exposedField

SFVec3fradius100.0#exposedField

SFFloatintensity1.0#exposedField

SFFloatambientIntensity0.0#exposedFieldSFFloatcolor1.01.01.0#exposedFieldSFColorattenuation1.0

0.0

0.0#exposedFieldSFVec3fbeamWidth1.570796#exposedFieldSFFloatcutOffAngle0.785398#exposedField

SFFloat}4-594.4VRML的场景效果其它效果Background（背景）节点：可以控制VRML世界中天天空和地面的颜色，指定一组全景图放置在VRML世界的上方、下方或四周。Viewpoint（视点）节点：用来设置浏览者在VRML世世界中的观察位置、空间朝向和视野范围等。NavigationInfo（导航）节点，用来提供浏览者的替身信息以及该替身如何在VRML世界中进行导航。[例4-8]宇宙飞行参见教材P70。4-604.4VRML的场景效果其它效果Background{skyColor[0.00.00.0]#exposedField

MFColorskyAngle[

]#exposedField

MFFloatgroundColor[0.00.00.0]#exposedField

MFColorgroundAngle[]#exposedFieldMFFloatfrontU“#“r“le“

xposedFieldMFStringbackU“#“r“le“

xposedFieldMFStringleftU“rl“#exposedField

MFStringrightU“rl“#exposedField

MFStringtopU“rl“#exposedField

MFStringbottomU“rl“#exposedField

MFString……}4-614.4VRML的场景效果其它效果Viewpoint

{position0.0

0.0

10.0#exposedField

SFVec3forientation0.0

0.0

1.0

0.0#exposedFieldSFRotationfieldOfView0.785398#exposedFieldSFFloatdescriptio“#“n“S“

FStringjumpTURE#eventInSFBool……}4-624.4VRML的场景效果其它效果Fog{color1.01.01.0#exposedField

SFColorfogTyp“eL“INEAR”#exposedField

SFStringvisibilityRange0.0#exposedFieldSFFloat……}4-634.4VRML的场景效果其它效果NavigationInfo

{headLightTRUE#exposedField

SFBooltype“W[“

ALK””ANY”]#exposedFieldMFStringspeed1.0#exposedField

SFFloatvisibilityLimit0.0#exposedField

SFFloatavatarSize[0.25

1.6

0.75]#exposedFieldMFFloat……}4-644.5VRML的动态交互动画设计传感器交互脚本设计4-654.5VRML的动态交互动画设计在VRML中，通过时间传感器和插补器节点，即可实现现最常用的线性关键帧动画。VRML提供了诸如PositionInterpolator（位置）、OrientationInterpolator（朝向旋转）、ColorInterpolator（颜色）、ScalarInterpolator（标量）等多个插补器节点来控制动画。TimeSensor（时间传感器）节点的作用是创建一个虚拟时钟。向各插补器节点输出时间事件，进行时时间控制，以使插补器节点产生随时间变化的动画

效果。4-664.5VRML的动态交互动画设计TimeSensor{enableTRUE#exposedField

SFBoolloopFALSE#exposedFieldSFBoolcycleInterval1.0#exposedFieldSFTimestartTime0#exposedFieldSFTimestopTime0#exposedFieldSFTimeisActive#eventOutSFBooltime#eventOutSFTimecycleTime#eventOutSFTimefraction_changed#eventOutSFFloat}4-674.5VRML的动态交互动画设计PositionInterpolator{key[]#exposedFieldMFFloatkeyValue[]#exposedFieldMFVec3fset_fraction#eventInSFFloatvalue_changed#eventOutSFVec3f