利用JavaScript在VRML与HTML之间通信

最近常有人问JavaScript的问题,好吧,我们来看看JavaScript的实现方法吧。

这是以前VBScript中的一个例子,现在我们用JavaScript来做。
在html中比较关键的代码如下:
script language=”Javascript”
!–
function M_o(){
M_e=Scene.Engine;
M_e.Nodes(“my_Time”).Fields(“enabled”)=1;
M_x.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).x;
M_y.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).y;
M_z.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).z;
}
function M_c(){
M_e=Scene.Engine;
//新建对象M_e,它所指向的正是VRML场景Scene.
M_e.Nodes(“my_Time”).Fields(“enabled”)=0;
//将VRML场景中的”my_Time”节点的”enabled”值设为FALSE
M_x.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).x;
M_y.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).y;
M_z.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).z;
//将VRML场景中的”my_view”的x,y,z坐标值分别反馈到html页中的三个文本框中.
}
!–
/script
其中定义了两个过程M_o()和M_c(),来分别响应HTML页中按钮的点击.

以及
OBJECT id=”Scene”
CLASSID=”CLSID:86A88967-7A20-11d2-8EDA-00600818EDB1″
WIDTH=”300″
HEIGHT=”300″
PARAM NAME=”Scene” value=”kk.wrl”
/OBJECT
注意id=”Scene”不要丢了,这是给这个VRML场景取的名字.当然你也可以取成其它的名字,不过要与VBScript中的保持一致.

附录1,html代码:
html
head
script language=”Javascript”
!–
function M_o(){
M_e=Scene.Engine;
M_e.Nodes(“my_Time”).Fields(“enabled”)=1;
M_x.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).x;
M_y.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).y;
M_z.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).z;
}
function M_c(){
M_e=Scene.Engine;
M_e.Nodes(“my_Time”).Fields(“enabled”)=0;
M_x.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).x;
M_y.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).y;
M_z.value=M_e.Nodes(“my_view”).Fields(“translation”).z;
}
!–
/script
/head
body
OBJECT id=”Scene”
CLASSID=”CLSID:86A88967-7A20-11d2-8EDA-00600818EDB1″
WIDTH=”300″
HEIGHT=”300″
PARAM NAME=”Scene” value=”kk.wrl”
/OBJECT
input type=button value=”RUN” onClick=”M_o()”
input type=button value=”STOP” onClick=”M_c()”
x:y:z:/body
/html
附录2,VRML代码:
#VRML V2.0 utf8

DEF my_view Transform{
translation 1 1.2 16
rotation 0 1 0 -1
children [
DEF my_viewpoint Viewpoint {
description “AutoRun”
orientation 1 0 0 0
position 0 0 0
}
]
}
DEF old_Viewpoint Viewpoint {
description “Entry point”
orientation 0 1 0 -1
position 1 1.2 16
}
DirectionalLight {
ambientIntensity 0.8
intensity 0.6
direction 0 -1 0
}
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 1 0 0
}
}
geometry ElevationGrid {
xDimension 4
xSpacing 5.5
zDimension 4
zSpacing 5.5
height [0.8 0.1 0.4 0.5
0.5 0.4 0 0.4
0.2 0.1 0.4 0.3
0.5 0.6 0.7 0.2]
}
}
Transform {
translation 8 3.5 8
children [
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0 0 1
}
}
geometry Box {size 1 1 1 }
}
]
}
Transform {
translation 15 0.6 15
children [
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0 1 0
}
}
geometry Cylinder {
height 1.2
radius 0.4
}
}
]
}

DEF my_Time TimeSensor {
cycleInterval 20
enabled FALSE
loop TRUE
}
DEF my_Position PositionInterpolator {
key [0 0.25 0.38 0.5 0.75 1.0]
keyValue [1 1.2 16,2 1.2 1,7 1.2 1,
15 1.2 1,14 1.2 12,1 1.2 16]
}
DEF my_Direction orientationInterpolator {
key[0 0.25 0.38 0.5 0.75 1.0]
keyValue [0 1 0 -1,0 1 0 -2.9,0 1 0 3.14,
0 1 0 2.9,0 1 0 1.4,0 1 0 -1]
}
DEF my_LookUpAngle orientationInterpolator {
key [ 0 0.25 0.38 0.5 0.75 1.0]
keyValue [1 0 0 0,1 0 0 0,1 0 0 0.3,
1 0 0 0,1 0 0 0,1 0 0 0]
}
ROUTE my_viewpoint.bindTime TO my_Time.set_startTime
ROUTE my_viewpoint.isBound TO my_Time.set_enabled

ROUTE my_Time.fraction_changed TO my_Position.set_fraction
ROUTE my_Time.fraction_changed TO my_Direction.set_fraction
ROUTE my_Time.fraction_changed TO my_LookUpAngle.set_fraction

ROUTE my_Position.value_changed TO my_view.set_translation
ROUTE my_Direction.value_changed TO my_view.set_rotation
ROUTE my_LookUpAngle.value_changed TO my_viewpoint.set_orientation

*因显示问题,将HTML语言的<和>全部除去

VRML交互程序编程

利用Interpolator内插器节点和TimeSensor时间传感器节点,再加上ROUTE语句,人们可以编写出VRML动画程序。利用其它传感器Sensor节点,人们可以编写出VRML交互程序。下面我们对这些节点一一介绍:

一. CylinderSensor节点

作用: 可使鼠标的移动转变成形体的绕自身Y轴的旋转运动。

通过坐标变换,可使形体绕任意轴旋转。

可以用鼠标拖动一个形体,来使自身旋转。

也可以用鼠标拖动一个形体,来使另一个形体旋转

主要字段: maxAngle 可用来控制最大旋转角度

minAngle 可用来控制最小旋转角度

rotation_changed 向外发出的旋转信号

编程步骤1: 利用Transform构造一个坐标系,里面放置两个内容:
一个形体和一个CylinderSensor,它们放置在一个方扩弧里面。

用DEF对Transform和CylinderSensor命名,
假设Transform的名字为NAMETT,CylinderSensor的名字为NAMECC。

编程步骤2: 通过编写一个ROUTE语句,使鼠标的移动变成形体的转动。

编写的ROUTE语句为:ROUTE NAMECC.rotation TO NAMETT.rotation
(也可以写成:ROUTE NAMECC.rotation_changed TO NAMETT.set_rotation)

点击这里可运行书中P66页的EX7_01.WRL(黄色立方体可用鼠标拖动旋转)
点击这里可阅读书中P66页的EX7_01.WRL(黄色立方体可用鼠标拖动旋转)

点击这里可运行书中P67页的EX7_02.WRL(用鼠标拖动右下角的形体,可使桌子旋转)

点击这里可阅读书中P67页的EX7_02.WRL(用鼠标拖动右下角的形体,可使桌子旋转)

二. PlaneSensor节点

作用: 可使鼠标的移动转变成形体沿自身Z=0的平面的移动。

通过坐标变换,可使形体绕任意轴旋转。

可以用鼠标(按住鼠标左键)拖动一个形体,来使自身移动。

也可以用鼠标(按住鼠标左键)拖动一个形体,来使另一个形体移动

主要字段: maxPosition 可用来控制最大移动位置
minPosition 可用来控制最小移动位置
translation_changed 向外发出的移动信号

编程步骤: 与CylinderSensor相同

点击这里可运行书中P69页的EX7_03.WRL(红色圆锥可用鼠标拉着在板上移动)

点击这里可阅读书中P69页的EX7_03.WRL(红色圆锥可用鼠标拉着在板上移动)

点击这里可运行书中P70页的EX7_04.WRL(拖动板上的两个小形体,可带动板上的大形体)

点击这里可阅读书中P70页的EX7_04.WRL(拖动板上的两个小形体,可带动板上的大形体)

三. SphereSensor节点

作用: 可使鼠标的移动转变成形体绕自身原点的转动

可以用鼠标(按住鼠标左键)拖动一个形体,来使自身转动

也可以用鼠标(按住鼠标左键)拖动一个形体,来使另一个形体转动

主要字段: rotation_changed 向外发出的移动信号

编程步骤: 与CylinderSensor相同

点击这里可运行书中P74页的EX7_06.WRL(用鼠标转动球,可使小丑联动)

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四. ProximitySensor节点

作用: 可以检测到观察点接近的信号,利用它可控制其它操作,如发出声音,让形体运动、让形体颜色变化等

主要字段: size 用来设定可探测范围,其中心在局部坐标系的原点

enterTime 发出接近信号

exitTime 发出退出信号

编程步骤1: 在一个局部坐标系中,给出一个用DEF命名的ProximitySensor和一个形体

编程步骤2: 通过一个ROUTE语句,将ProximitySensor的探测信号传给一个时间传感器或传给一个Javascript程序,使程序发生相应的变化,如动画、发出声音、改变颜色等。

假设一个ProximitySensor的名字为PPP,一个时间传感器TimeSensor的名字为TTT,则这个ROUTE语句可写成下面的形式,从而启动一个动画效果:

ROUTE PPP.enterTime TO TTT.startTime

点击这里可运行书中P72页的EX7_05.WRL(走进大门,门将打开,远离大门,门将关闭)

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五. TouchSensor节点

作用: 可接收鼠标点击形体的动作,并使程序发生相应变化,如动画、发出声音、改变颜色

主要字段: isOver 当鼠标移到形体上方时,形体发出的逻辑信号

touchTime 当鼠标点击形体时,形体发出的时间信号

编程步骤1: 在一个局部坐标系中,给出一个形体及用DEF命名的TouchSensor

程序运行时,当鼠标移到形体上时,TouchSensor准备接受点击信号,同时发出isOver信号

编程步骤2: 利用isOver或touchTime信号,使程序发生相应变化,如动画、发出声音、改变颜色

下面是一个利用TouchSensor的最简单的程序:
#VRML V2.0 utf8

DEF TRAN Transform {
children [
Shape {
appearance Appearance {material Material {diffuseColor 1 0 0}}
geometry Box {}
}
DEF TTT TouchSensor {}
]
}

DEF TS TimeSensor {
cycleInterval 10
}
DEF pi PositionInterpolator{
key [0 0.5 1]
keyValue [0 0 0 , 0 5 0, 0 0 0]
}
ROUTE TTT.touchTime TO TS.startTime
ROUTE TS.fraction_changed TO pi.set_fraction
ROUTE pi.value_changed TO TRAN.translation

Background {skyColor 1 1 1}

VRML多媒体编程及自定义节点的应用

一. VRML多媒体编程

1. 形体生成

方法1: 利用VRML的基本形体节点

方法2: 利用VRML的复杂形体节点

方法3: 利用Inline节点调用另外一个VRML文件

方法4: 利用其它三维绘图工具(如3D MAX、RHINO)生成并输出成VRML文件

2. 灯光的生成

在一个局部坐标系中设置光源,根据具体的光源,给出光照半径、角度、方向

使用的节点有:

PointLight,主要参数有:radius、color
DirectionalLight,主要参数有:direction、color

SpotLight,主要参数有:radius、direction、beamWidth、cutOfAngle

3. 文字的生成

使用的节点有:

Text,主要参数有:string、fontStyle
FontStyle,主要参数有:size、justify、horizontal

4. 图片处理
目的:在形体上贴图。
使用的节点有:

ImageTexture,主要参数有:url
TextureCoordinate,主要参数有:point

TextureTransform,主要参数有:rotation、scale、translation

5. 像素图的生成

使用的节点有

PixelTexture,主要参数有:image
TextureCoordinate,主要参数有:point

TextureTransform,主要参数有:rotation、scale、translation

6. 影像的应用
使用的节点有

MovieTexture,主要参数有:url
7. 声音的生成
使用的节点有

Sound,主要参数有:location、maxBack、minBack、maxFront、minFront、source
AudioClip,主要参数有:url

二. VRML自定义节点的应用
1. PROTO使用步骤
作用:在程序中给出一个自定义节点。
假设的一个问题,想定义一个板凳节点BENCH,如何编程?

步骤1:

写出一段程序,放在程序的第一行之后,注意,有一对方扩弧和一对花扩弧

PROTO BENCH [ ] { }
步骤2:
在方扩弧里面给出编程时可能要改变的参数内容,如想改变板凳腿颜色和板凳腿的尺寸,则在方扩弧里面给出下面的内容:

[ field SFColor legcolor 1 0 0
field SFVec3f legsize 0.4 1.2 1
]

步骤3:

在花扩弧里面给出用几个Transform节点语句定义的板凳内容,颜色用IS语句替代

{
Transform{ … }
}
步骤4:
在程序中用BENCH节点定义所需要的板凳内容,例如下面定义了两个板凳,一个用缺省参数,一个改变了板凳腿的颜色:

Transform{
translation -5 0 0
children BENCH {}
}
Transform{
translation 5 0 0
children BENCH {legcolor 0 0 1}
}
2. EXTERNPROTO使用步骤
作用:使用自己或他人定义的PROTO节点
步骤1:

了解所使用的自定义节点的具体内容

步骤2:

在调用程序中给出一个EXTERNPROTO语句,它由三个部分组成:名称、一对方扩弧、一对双引号。方扩弧里面给出被调用的PROTO语句的内容,但要去掉初始值;双引号中给出被调用文件的位置,它可以在电脑上,也可以在网络中。例如:

EXTERNPROTO BENCH [… ]

VRML2.0十四个关键字

VRML2.0有十四个关键字,它们不能作为自定义的域名,节点名和对象名。
(1)DEF:给后续的节点命名,这个名字就是节点名,典型格式为:
DEF 节点名 节点
(2)USE: 引用DEF定义的节点名,典型格式为:
USE 节点名
(3)TRUE:表示“真”,“1”,“是”等,用于给SFBool域赋值。
(4)FALSE:表示“假”,“0”,“否”等,用于给SFBool域赋值。
(5)NULL:表示空值,用于给SFNode域赋空值。
(6)PROTO:用于声明自定义节点的原型,典型格式为:
PROTO 节点名称 [
域的自定义(包括其缺省值)
事件的自定义
]{
执行体
}
(7)EXTERNPROTO:用于预解释引用的外部定义节点的原型,典型格式为:
EXTERNPROTO 节点名称 {
域的自定义(不包括其缺省值)
事件的自定义
]
外部节点的资源定位。
其中域、事件的类型和名称必须与引用的外部节点中的定义一样。外部节点的资源定位格式为:
“URL/URN”或[“URL/URN”,”URL/URN”,···]。
资源定位可以为URL或URN格式,当使用”URL/URN”或[“URL/URN”,”URL/URN”,···]的数组形式时,浏览器使用数组中第一个正确寻获的资源。资源的形式也可以写为:
URL/URN # externProtytypeName
externProtytypeName为引用的外部节点的名称,这时候,可以使用与外部节点定义的名称不同的节点名称。
(8)ROUTE:构成事件通路。典型格式为:
ROUTE fromNode.fromEvent TO toNode.toEvent
fromNode 为发出事件的节点的名称。
fromEvent 为事件输出的名称。
toNode 为接受事件的节点的名称。
toEvent 为事件输入的名称。
(9)TO:见ROUTE的说明。
(10)eventIn:定义事件输入,典型格式为:
eventIn 数值类型 事件名。
(11)eventOut:定义事件输出,典型格式为:
eventOut 数值类型 事件名。
(12)field:定义私有域,典型格式为:
field 数值类型 域名 缺省值。
(13)exposedField:定义公共域,典型格式为:
exposedField 数值类型 域名 缺省值。
(14)IS:用于原型声明中,把自定义的域和事件与执行体中节点的域和事件等同起来。典型格式为:
执行体中节点的域或事件 IS 自定义的域或事件

VRML域的说明

有两类常见的域,一类只包含单值(所谓单值,可以是一个单独的数,也可以是定义一个向量或颜色的几个数,甚至可以是定义一幅图像的一组数)另外一类包含多个单值。单值类型的域,名称以“SF”开始;多值类型的域,名称以“MF”开始。
在VRML文件中,表示多值域的方法是:一系列用逗号和空格间隔开的单值,整个用方括号括起来。如果一个多值域,不包含任何值,则只标出方括号(“[]”),其中不填任何数。如果一个多值域,恰好只包含一个数,可以不写括号,直接写该值。例如,可以表示一个多值域,其中只包含一个单独的整数1,下列两种方式均属有效:

      [1]
本说明依次介绍两种域的值。单值类型的域按英文字母的顺序给出;多值域按相应的单值域配合列出。事件的类型与域的类型是完全一致的。每一个事件类型都具有一个相关的初始值,在类型描述中有所规定。当脚本试图读取一个尚未发送的输出事件的数值时,该初始值被返回。
SFBool
一个SFBool域只含有一个Bool值。TRUE和FALSE(不带引号也不带任何标点符号)是SFBool域仅有的两个有效值。
SFBool输出事件的初始值是FALSE。
注意:一般的程序设计重用1和0表示True和False值,在VRML中不允许。

SFColor和MFColor
SFColor域是只有一个颜色值的单值域。SFColor值和RGB值一样,由一组三个浮点数组成。每个数都是从0.0–1.0,极值包括在内,分别表示构成颜色的红绿蓝三个分量。
MFColor域是一个多值域,包含任意数量的RGB颜色值。例如:
[ 1.0 0.0 0.0,0 1 0,0 0 1]
表示三种颜色红绿蓝的组成。
SFColor域的输出事件的初始值是(0,0,0)。而MFColor域的输出事件的初始值是[]。

SFFloat和MFFloat
一个SFFloat域含有一个ANSI C格式的单精度浮点数。
一个MFFloat域含有零个或多个ANSI C格式的单精度浮点数。即允许空白,不赋任何值。
SFFloat域输出事件的初始值为0.0。MFFloat域输出事件的初始值为[]。

SFImage
一个SFImage域含有非压缩的二维彩色图像或灰度图像。
一个SFImage域,首先列出三个整数值,前两个表示图片的宽度和高度,第三个整数表示构成图像格式的元素个数(1–4),随后,按(宽度x高度)的格式列出一组16进制数,数与数之间以空格分隔,每一个16进制数表示图像中一个单独的像素。
图像格式的元素个数表示这张图像是灰度图还是彩色图,以及是否包括透明像素或半透明像素。
单元素图像中的每一个像素用一个16进制的字节表示,所表示的是一个像素的亮度。例如:0XFF表示最高亮度(白色),而0X00表示最低亮度(黑色)。
双元素图像用两个字节表示一个像素。第一个字节表示亮度,第二个字节表示透明度。表示透明度时,字节为0xFF表示完全透明,而0x00表示不透明。所以0x40C0表示1/4亮度(暗灰)和3/4透明度。
三元素图像的每个像素有三个字节表示,每个字节表示像素颜色中红绿蓝分量(所以0xFF0000表示红色)。
四元素图像是在红绿蓝三色的值之外再加一个表示透明度的字节(所以0x0000FF80表示办透明的蓝色)。和双元素图像一样,透明度字节为0xFF表示完全透明,而0x00表示完全不透明。
为了提高可读性,最好把所有的16进制字节都写全,包括前导0。然而,写出每个字节有时是不必要的。例如可以把一个三元素图像的蓝色像速写成0xFF而不是0x0000FF。
像素的排列规定从左到右、从底到顶的顺序。第一个16进制数描述一个图像最左下角的像素,最后一个则描述右上角的像素。
例:1 2 1 0XFF 0X00
一个像素宽,两个像素高的灰度图像,底部像素是白的,顶部像素是黑的。
2 4 3 0XFF0000 0X00FF00 0 0 0 0 0XFFFFFF 0XFFFF00
两个像素宽,四个像素高的RBG图像,左下角像素是红色,右下角像素是绿色,中间两行是黑色,左上角像素是白色,右上角像素是黄色。
在任何脚本节点或原型内都可以使用这种类型的域,但是,使用的具体地点只能在PiexlTexture(像素纹理)节点。
SFImage域的输出事件的初始值为(0,0,0)。

SFInt32和MFInt32
一个SFInt32域含有一个32位整数。一个SFInt32值是由一个十进制或十六进制(以OX开头)格式的整数构成。
一个 MFInt32域是多值域,由任意数量的以逗号或空格分隔的整数组成。例如:
[17,-0xE20,-518820]
SFInt32域的输出事件的初始值为0,MFInt32域的输出事件的初始值为[]。

SFNode和MFNode
一个SFNode域含有一个单节点,必须按标准节点句法写成。
一个MFNode域包含任意数量的节点。例:
[Transform{translation 1 0 0},
DEF PANDORA box{},
USE PANDORA]
一个SFNode允许包含一个关键字NULL,此时,表示它不包含任何节点。
注意:一个组或一个变换的children域也就是列出一组节点的MFNode域。
把SFNode域放入一个脚本节点,就使节点的脚本可以直接存取列在SFNode域的节点,而不需要一个ROUTE语句。
SFNode域的输出事件的初始值为NULL,MFNode域的输出事件的初始值为[]。

SFRotation和MFRotation
SFRotation域规定一个绕任意轴的任意角度的旋转。SFRotation值含有四个浮点数,各数之间以空格分隔。前三个数表示旋转轴(从原点到给定点的向量);第四个数表示围绕上述轴旋转多少弧度。例:绕y轴旋转180o表示为
0 1 0 3.1416
MFRotation域可包含任意数量的这类旋转值。
注意:视点的旋转是从缺省的视点方向开始的,该方向是从(0,0,10)沿-z轴观察。
SFRotation域的输出事件的初始值为(0 0 1 0),MFRotation域的输出事件的初始值为[]。

SFString和MFString
SFString域包含一串字符,各字符遵照UTF-8字符编码标准(ASCII是UTF-8的子集,可以由于SFString域)SFString值含有双引号括起来的UTF-8 octets字符串。任何字符(包括“#”和换行符)都可在双引号中出现。
为了在字符中使用双引号,在它之前加一个反斜杠“\”。为了在字符串中使用反斜杠,连续打两个反斜杠“\\”。例如:
“One,Two,Three,123.”
He asked, \”Who is #1?\””
MFString域含有零个或多个单值,每个单值都和SFString值的格式一样。
SFString域的输出事件的初始值为“”,MFString域的输出事件的初始值为[]。

SFTime和MFTime
SFTime域含有一个单独的时间值。每个时间值是一个ANSI C格式的双精度浮点数,表示的是从1970年1月1日(GMT,格林威治平均时)子夜开始计时,延续当前时间的秒数。
MFTime域包含任意数量的时间值。
SFTime域的输出事件的初始值为-1,MFTime域的输出事件的初始值为[]。

SFVec2f和MFVec2f
SFVec2f域定义了一个二维向量。SFVec2f的值是两个由空格分隔的浮点数。
MFVec2f域是多值域,包含任意数量的二维向量值。例如:
[0 0,1.2 3.4,98.6 -4e1]
SFVec2f域的输出事件的初始值为(0 0),MFVec2f域的输出事件的初始值为[]。

SFVec3f和MFVec3f
SFVec3f域定义了一个三维空间的向量。一个SFVec3f值包含三个浮点数,数与数之间以空格分隔。该值表示从原点到所给定点的向量。
MFVec3f域包含任意数量的三维向量值。例如:
[0 0 0,1.2 3.4 5.6,98.6 -461 451]
SFVec3f域的输出事件的初始值为(0 0 0),MFVec3f域的输出事件的初始值为[]。

VRML与JAVA

1.VRML的概念
  VRML是虚拟现实建模语言 (Virtual Reality Modeling Language)的简称,是一种基于文本的通用语言,是一种在网络上使用的描述三维环境的场景描述语言,是HTML的3D(三维)模拟。它定义了3D应用中大多数常见概念,如光源、视点、动画、雾化、材质属性、纹理映射等。VRML语言的诞生,尤其是新的VRML2.0标准,被称为第二代Web语言,它改变了原来WWW上单调、平面的缺点,将人的行动作为浏览的主体,所有的表现都将随操作者行为而改变。

2.VRML的发展历史
  VRML的历史可以上溯到1994年,当时在日内瓦的第一次WWW年会上,一些与会者提出为创建三维网络的界面必须有一种通用的描述性语言,用于在 WWW上超级链接——类似于超文本描述语言(HTML),于是诞生了虚拟现实描述语言(Virtual Reality Makeup Language)。稍后,改为虚拟现实建模语言 (Virtual Reality Modeling Language),用于反映图像的本质。现在世界上有一个管理 VRML 的团体 ,简称为 VRML结构组织 (VGA),VGA为网络的三维功能建立了标准。1995年5月,VRML1.0规范正式出台,但此规范缺少对一些关键特性如动作、交互和行为的支持,为此,急需对它进行修订。1996年8月,在新奥尔良举行的SIGGRAPH’96会议上公布了VRML2.0规范的第一版,经ISO JTCI/ SC2 4同意,这一版被作为14772号委员会草案公布,并且于1997年4月提交审议。该草案又称为VRML 97(遵循ISO把发布年号写入名字的命名约定)。从此之后,许多公司纷纷推出了自己的 VRML浏览器,如 Netscape公司 Live3D,IE内嵌的Microsoft VRML 2.0 Viewer,Apple公司的 Quick Time VR等等。

3.VRML产品的技术特点
  (1)低带宽、开放的标准、跨平台 VRML采用“可执行的代码”技术,有效克服了网络带宽造成的瓶颈。开发人员利用VRML可以不必在介质中传输内容大得惊人的图像和动画文件,而只需传输用VRML描述的小型指令性数据集。在客户端利用本地计算机的强大计算及三维图形功能便可把接收的瘦型文件转换成极富感染力的可视化数据。 由于Web应用框架是由开放的标准 (如HTTP,HTML,VRML等)组成,这些标准相对于硬件平台和操作系统平台是中性的。从开发者的角度来说,开放的标准意味着平台自由性。开发者能在Web应用框架上采用许多开发工具编写应用程序,并在许多硬件平台、操作系统下部署这些应用程序。
  (2)从LAN到Internet的可扩展性好 由于VRML和其他Web程序有着共同的网络通信协议TCP/IP,因而基于Web的虚拟产品技术既能在小型局域网上应用 ,又能在大型广域网乃至Internet上应用。
  (3)性能/价格比高 Web使用统一的通用客户端程序(即Web浏览器)处理显示来自不同服务器的数据,而这些服务器可以不同的协议、不同的格式传递文件。由于Web应用框架包含了开放标准,客户端程序可以使用HTTP协议访问HTML文件或Java Applet,使用FTP协议下载文件,使用SMTP或POP协议收发Email,通过VRML文件访问3D影象,以及访问许多其他的网络资源。这个通用的客户端程序消除了现在的C/S应用中往往需要不同客户端软件所带来的隐含费用支出。通用的客户端程序还使用户能够以一致的方式与所有基于Web的应用交互,减少了技术支持和培训费用。所有这些因素使得基于 Web的虚拟产品技术具有良好的性能价格比。

⒋VRML的作用原理
  VRML文件是以扩展名为wrl结尾的一种用来描述几何形体的ASCII文本文件,它不需要任何编译,直接由浏览器解释执行。当用户打开VRML文件时,系统首先装入一个内嵌的VRML浏览器,该浏览器将VRML语言中的信息解释成空间中目标的几何形体描述,如长方体,球体,不规则的其他三维物等等,同时它将提供实时显示,一秒显示多次,这样在用户的计算机上就会有一个活动场景的感觉。

1. 场景图结构
  VRML 2.0使用场景图(Scene Graph)数据结构来建立3D实境,这是以SGI(Silicon Graphics Inc.)的Open Inventor 3D工具包为基础的一种数据格式,其基本单元被称为节点(Node),场景图规定了节点之间的等级关系与嵌套关系。VRML2.0总共定义有54个节点,它大致可以分为如下几类 :
·造型节点。用于表示各种基本的几何体和用于任意几何体的线框图和面框图。
·属性节点。用于定义相关对象的颜色、材质、纹理以及摄像机组、灯光组、视点、背景等。
·组节点。用于将节点分组 ,把相关节点组合成为同一个对象。
·感应节点。用于感知用户的输入或动作 ,以触发相应的动作。
·其它节点。包括移动和旋转动作 ,脚本(Script)节点、超链接节点等。
  VRML2.0使用符合右手规则的三维坐标系统,原点在屏幕中心,它也是使用这一坐标系统的各种几何体的中心。所以,当根据构图要求,某个几何体的中心不在屏幕中心时(事实上,几何体的中心落在屏幕中心的情形是很少见的),就需要移动坐标系统,即使用Transform节点,在该节点内定义的几何体都使用该节点中所定义的平移后的坐标系统。可以想见,在构造一个较为复杂的场景时,这种坐标平移将是相当频繁的。
2. 事件驱动机制和传感器
  由面向对象编程技术可以知道,对象之间的相互作用是通过一个对象向另一个对象发出某个操作消息(message)而实现的,VRML也是这样。它在两个要传递消息的节点之间创造(或称为绑定)一个路由(或称为路径)。于是,第一个节点就可以通过路由传递消息给第二个节点。这样的消息称为事件(event),它包含的是一个值,即节点内需要传递的某个域值。当一个节点接受到某个事件时,它将根据新得到的域值,去进行一次数据更新,从而可能引发某个动作。通过绑定多个节点,就可以创建出复杂的线路 ,从而使创造出的世界充满动感和交互性。
  传感器(Sensor,或称检测器)是VRML中提供交互能力和动态行为的基元。一个具有动态能力的节点需包含传感器。VRML共提供7种传感器节点,即Cylinder Sensor、Plane Sensor、Time Sensor、Touch Sensor、 Visibility Sensor、Proximity Sensor。它们提供了用户与虚拟世界中的物体进行交互的机制:根据时钟或者用户的动作,它们可以产生一个相应的事件,这事件沿着事先设定好的路由传递下去,从而使得虚拟世界对用户做出反应 ,实现交互。

3. 动画的实现和内插器
  VRML的动画比普通动画更吸引人,因为当用户在一个虚拟世界中漫游时,他可以从各种角度来观察动画,而要完成一个复杂的从所有视点来看都成功的动画是很困难的。VRML动画的另一个特点是,在播放动画时没有一个固定的帧速率,如果动画是由Time Sensor驱动的,它就可以确保动画在固定的Cycle Interval时间内完成,这样做的好处是可以使动画与声音或其它时间固定的媒体相同步。
  内插器(Interpolator,或称插补器)是实现动画的重要手段之一。通过一个被启动的时钟节点(Time Sensor),不停地向内插器提供时间消息。内插器一旦接受到一个时间消息,就会结合其内的关键时刻列表,从自己的关键值表中 ,通过线形插值的算法,得到一个当前时候的关键值,并经过路由送至Transform节点的相应域,从而实现动画。(例:声波图)
  实现动画的另一种方法是使用描述符script,它是用于VRML 2.0各个节点的一种描述语言,是Java描述符语言的子集,其语法和Java script有相似之处。

  VRML以其文件体积小、实时着色、全方位的观看效果等优势而逐渐成为新一代的网络三维技术,在建筑、天文、机械制图等应用得如火如荼。但是,在Web课件中,VRML作品还依然停留在作为一种展示型的课件的阶段上,只是纯粹的给人观看,缺少动感和交互。目前,VRML技术在Web课件上用得最多的是在化学上,主要是展示化学分子的分子结构,这样的例子在K12(http://www.k12.com.cn/)、课堂教学课件站(http://spschool.myrice.com/)、123工作室(http://mz123.myrice.com/kjku)很多。究其原因是它自身还不是很完善,还存在着许多不足之处,只要表现在:
1.浏览器的控制比较困难
  用过的人都知道,几乎所有的VRML浏览器都是利用鼠标的拖动或键盘箭头来改变视角的方式来观看VRML世界的,没有比较精确的控制手段,因而很容易一拖都不知道拖到哪里去,定位很困难。
2.VRML的与外界的通信能力比较差
  VRML几乎不与HTML文件进行通信,仅仅是作为一个插件嵌入到网页中去,VRML的数据传不到HTML中,HTML也没法读取VRML的数据。
3.VRML与用户的交互界面比较弱
  VRML的交互还仅仅限于鼠标单击及移动,没提供其它友好的用户界面了。最糟糕的是它没提供用户输入数据的功能,这对于一般的用户,特别是课件是使用者来说是极大的不便!教学课件的必须交互手段之一是可以根据学习者输入的数据作出不同的响应,而VRML在这方面就显得无能为力了,这大大影响它在网络课件中的发展。
  幸运的是,VRML的Script节点的URL域可以与JAVA接口,为其扩展提供了可能性。我们可以借助JAVA的强大功能大大延伸VRML的功能,使得它可以在网络课件发挥得更好。

 1991年,SUN MicroSystem公司的JameGosling、BillJoe等人,为在电视、控制烤面包箱等家用消费类电子产品上进行交互式操作而开发了一个名为Oak的软件(即一种橡树的名字),但当时并没有引起人们的注意,直到1994年下半年,Internet的迅猛发展,环球信息网WWW的快速增长,促进了Java语言研制的进展,才使得它逐渐成为Internet上受欢迎的开发与编程语言。JAVA语言兼具解释型语言(如BASIC语言)和编译型语言(如C语言)两者的优点,具有执行效率高、程序的可移植性以及安全性好的特点。
1. JAVA语言的优点
  ☆是一种专门为网络应用而开发的语言;
  ☆以C++为蓝图,真正面向对象;
  ☆取消了指针概念,由计算机自动管理内存,因而安全可靠;
  ☆结构标准且移植性高,具跨平台性;
  ☆具有很高的可扩展性;
2. JAVA语言的类(Class)和包(Package)
  类是有所有相似对象的状态变量与行为构成的模板(template)或原型(prototype)。
  包(Package)由一组类(class)和界面(interface)组成。它是管理大型名字空间,避免名字冲突的工具。每一个类和界面的名字都包含在某个包中,通常在程序中由 import 导入。JAVA自带了许多类包,我们可以直接利用类包所提供的功能而不必重新从底层写起,大大的减少了编程的工作量,提高了编程效率。
    语言基础类  java.lang
    实用工具类  java.util
    输入输出类  java.io
    AWT类库    java.awt
    Swing类库   java.swing
    网络类库   Sockets、Telnet、ftp、NNtp、WWW
    浏览器类库  Applet、Audio、Links、Style、Properties

 JAVA 3D是一个用于开发三维图形的API,它从高层次为开发者提供对三维实体的创建、操纵和着色,使开发工作变得极为简单。同时,JAVA 3D的低级API是依赖于现有的三维图形系统的,如Direct 3D、OpenGL、QuickDraw 3D和XGL等,它可以帮助我们:
  ☆生成简单或复杂的形体(也可以直接调用现有的三维形体)
  ☆使形体具有颜色、透明效果、贴图。
  ☆可以在三维环境中生成灯光、移动灯光。
  ☆可以具有行为(Behavior)的处理判断能力(键盘、鼠标、定时等)
  ☆可以生成雾、背景、声音等。
  ☆可以使形体变形、移动、生成三维动画。
  ☆可以编写非常复杂的应用程序,用于各种领域如VR
  JAVA 3D的这种体系结构既可以使其开发的程序“到处运行”,又使其能充分利用系统的三维特性。就因为JAVA 3D拥有如此的强大的三维能力,使得它在网络世界,特别是在游戏中能大展姿彩。但是,由于其要求复杂的编程要求与慢如蜗牛的运行速度,使得其发展大打折扣。

 基于Web上的课件从以前的简单文字显示、图文并茂、声画俱全到视频的运用,一直到现在的三维立体技术,这是一个发展的历程,也是一个必然的趋势。声音、动画能集中学习者的注意力,三维立体的世界更能引起学习者的莫大兴趣。化学的原子结构、生物的解剖图、物理的运动、立体几何的图形变换等的网络课件用VRML技术表现就最好不过了。再配合JAVA的强大控制能力,VRML世界带来的视觉、听觉上的感官效果令学习者能在网络上感受到现实生活的学习环境,甚至还能感受到真实学习环境所不能达到的效果。以下是一些基于JAVA与VRML技术的三维立体Web课件。
※旋转几何体
  抽象的空间想象、错综复杂的线线面面,立体几何对学生来说是历来是最头疼的。在本课件里,你可以看到一个菱形绕着轴心旋转是怎么样子的。基于该思想,你可以设计出其它形状图形(如三角形、矩形、圆形等)的旋转、变换过程。学习者可以从720度全方位的角度看到这个过程。本课件利用了JVAVA的createVrmlFromString()函数接口即时生成大量的VRML形体,再旋转组合而成。
※氢氧成水
  在这里,你可以看到氢分子跟氧分子是怎么结合成水分子的。通过简单的修改,我们可以轻易的做出其它原子、分子的动态结合图。
※活动地球仪
  在这里,你可以象在真实环境一样拨动地球仪了。本课件设计成可以从各个角度一度一度地转动地球仪。虽然在VRML浏览器里可以随意从不同角度观看物体,但它不能精确数值。在本课件里,我们可以通过旋转地球仪的角度、方向来学习经度、纬度、时差等地理知识。本课件通过坐标变换Transform的rotation来旋转物体的。

  我们以“旋转几何体”为例子,讲解一下VRML与JAVA的接口技术。由于VRML只有方体、圆锥体、圆柱体、球等几种基本的形体,因而,要建立复杂的几何体,只能利用基本形体重叠的方式来建立。本例子演示的效果是一个菱形绕着它的中心轴旋转一周,因此,我们采用JAVA动态生成的方式来制作。每生成一个菱形就绕着中心轴旋转 1 度,循环180次(一周)就可以达到我们所要求的效果了。下面是VRML文件的代码,十分简单。
#VRML V2.0 utf8

Background {skyColor 1 1 1}
DEF OBJ Transform {
  children [
    DEF TS TouchSensor {}
    DEF shape Transform {
          rotation 0 0 1 0.785398
          children [
            Shape {
              appearance Appearance {
                material Material {
                  diffuseColor 0.5 0.2 0.7
                }
              }
              geometry Box {size 5 5 0.2}
            }
          ]
    }
  ]
}
DEF Rot Script{
    url “Rotation.class”
    eventIn SFBool touched
    eventOut MFNode RotIt
}

ROUTE TS.isActive TO Rot.touched
ROUTE Rot.RotIt TO OBJ.addChildren

  利用URL连接“Rotation.class”,变量touched作为事件的传入口,变量RotIt作为事件的出口。当接触传感器TS检测到鼠标被按下后,“ROUTE TS.isActive TO Rot.touched”使touched的值变为真。下面的JAVA程序被加载执行。
//Rotation.java
import java.util.*;
import vrml.*;
import vrml.node.*;
import vrml.field.*;
//线程接口
public class Rotation extends Script implements Runnable{
  MFNode RotIt;
  int k;
  float R=1.0f;
  Thread clockThread =null;
//初始化,取得RotIt的值
  public void initialize(){
    RotIt = (MFNode)getEventOut(“RotIt”);
  }
  //生成新的线程,循环180次
  public void run(){
    for(k=0;k<181;k++){
      R=(float)k/180*3.1415926f;
      rotation();
        try{Thread.sleep(10);} //暂停10毫秒
          catch(InterruptedException e){}
        }
    }
  //开始线程
  public void start(){
    if(clockThread ==null){
      clockThread =new Thread(this);
      clockThread.start();
    }
  }
  //停止线程
  public void stop(){
    try{
      clockThread.stop();
      clockThread = null;
    }catch (Exception e){}
  }

  //动态增加节点
  public void rotation() {
      String Rotation1 =
        ”Transform {” +
        ”  rotation 0 1 0 “;
      String Rotation2 =
        ”  children [” +
        ”Transform {” +
        ”  rotation 0 0 1 0.785398″ +
        ”  children [” +
        ”    Shape {” +
        ”      appearance Appearance {” +
        ”        material Material {” +
        ”          diffuseColor 0.5 0.2 0.7″ +
        ”        }” +
        ”      }” +
        ”      geometry Box {size 5 5 0.2}” +
        ”    }” +
        ”  ]” +
        ”}]” +
        ”}”;
      //取得VRML浏览器的句柄,产生一个新的节点
      Browser browser = getBrowser();
      BaseNode baseNodes[];
      //利用createVrmlFromString接口函数生成新的形体并检测异常
      try{
        baseNodes = browser.createVrmlFromString(Rotation1 + R +
                             Rotation2);
        //设置新的RotTt值并传送回VRML中
        if(null != baseNodes) {
          RotIt.setValue(baseNodes);
        }
      } catch (Exception ex) {
        ex.printStackTrace() ;
      }
      
    }
 //接收事件,取得touched变量的值
  public void processEvent(Event ev) {
   if(ev.getName().equals(“touched”)){
    start();
    }
  }
}
  VRML接收到JAVA传回的值后触发OBJ节点新增加一个子节点,从而形成我们所看到的效果。

在3D Studio MAX 中制作VRML文件

VRML是第二代Web中的基础技术,它将今天的以页面为中心的模式转换到一个令人激动的三维世界。如果你会用3DS MAX,那么利用Kinetix公司的VRML插件制作自己的第二代Web页面将是一件轻松愉快的事情。

Kinetix公司的VRML插件为3DS MAX提供了输出VRML(*.wrl)文件格式的功能,这种文件可以在任何的VRML浏览器浏览,使用此插件建立和测试一个VRML场景首先需要安装以下软件:

.3DS MAX和3DS MAX VRML插件(网址为www.ktx.com);

.Netscape Navigator Gold。

通过3DS MAX建立一个VRML文件需要按照下列步骤:

1)在3DS MAX中创建物体组成场景;

2)在Create面板中,访问Helpers工具;

3)使用VRML-Helper工具为场景增加动作Actions和触发器Triggers,同时对场景作相应

的改动;

4)选择File菜单中的Export项,把场景以VRML格式文件输出;

5)使用Netscape Navigator浏览和测试。

如果3DS MAX VRML插件安装正确,当你点击Create面板中的Helpers按钮,将会看到Helpers列表框里出现了VRML项;选择VRML项,展卷栏中出现了VRML,VRML Inline,LOD三个按钮。VRML项为在场景中的物体定义动作和触发点提供访问工具。要在场景中建立一个VRML物体,首先按下VRML按钮,然后按住鼠标左键同时拖动鼠标到场景中的任何位置,此时就会出现一个VRML物体。在此之后,你就可以使用Modify面板中的工具对其进行修改。在修改VRML物体时有两个展卷栏,一个是Actions动作展卷栏和Triggers触发器展卷栏。

当你点击VRML按钮时,Actions动作展卷栏就会随之出现。在这个展卷栏中的工具允许你定义一个动作,而触发这个动作由Triggers触发器展卷栏中的项指定。通常是你先选择一个动作,然后选择击发这个动作的触发器,最后再来调整场景中触发机制的参数。例如:你想建立一个物体,使在浏览过程中到达这个物体的某个范围内时,物体就开始运动。那么,要指定这样一个事件,你可以首先在Actions动作展卷栏里选择Animate动画选项,然后在Triggers触发器展卷栏中选择Proximity附近选项,最后来修改Proximity选项具体的值,从而确定范围的大小。

在Actions展卷栏中共有四个选项:

Hyperwire:这个选项主要是用于初始化一个动作,将指定的击发信息作为事件存储。

Hyperlink Jump:这个选项用于指定一个触发点,击发这个点之后可以跳转到另一个URL页面。指定URL可以选择Bookmarks书签选项,通过它从对话框中选取一个URL值,也可以直接在URL栏中输入。URL可以为任何的HTML或VRML页面,如果为VRML页面,就至少要在Camera栏中为这个场景设置一个摄像机。为了向用户提示跳转的有关信息,还应该在Description栏中输入描述此次跳转的文本。

Set Camera:这个选项用于产生切换到另一个摄像机的动作。通过Camera栏选择你想要切换到的摄像机的名称。当触发点有效的时候,你就可以从指定的摄像机角度观察场景。这就是说你至少要在场景中建立一台摄像机。如果你在场景中只建立了一台摄像机,那么你只有从系统缺省的摄像机切换到它。如果你一台摄像机也没有设立,那么这一栏无效。类似于Hyperlink Jump ,Set Camera中也存在Description栏用于输入描述信息。

Animate:这个选项用于指定物体在被击发后产出相应的运动。通过改变Star/Stop项决定动画开始或者结束。通过Pick Object选择场景中的物体,你可以选择多个物体,但是你不能选择有父子关系的物体,这在VRML中不支持。因此,你不能击发一个组中的某个物体,因为编了组的物体是这个组的孩子。

在Triggers触发器展卷栏中包括如下几项:

Mouse Click:当用户按下链接的物体时击发动作。在Navigator浏览器中,当鼠标移动到一个有Mouse-Click鼠标点击定义的触发器上时会由平时的斜箭头形变为手掌形。这个定义了鼠标点击的VRML物体必须链接到另一个物体上。

Proximity:当摄像机移动到一个球形范围内时击发动作。你既可以将触发器链接到一个物体上,也可以在场景中随意放置。选择此项后会出现三条蓝色的环组成一个球形,你可以改变球半径的大小。

Aligned Bbox:当摄像机移动到一个有限界的方盒子中时产生动作。这种触发器主要在产生诸如进入一个房间的事件时特别有用,在利用这一种触发器时应该给方盒子赋予足够的深度,使摄像机能够自如的转动。选择此项后会出现一个紫红色的方盒子,你可以调整盒子的长宽高。

Line of Sight:当摄像机移动到能看到指定物体时击发动作。这种触发器常用于武器的瞄准。注意不管物体是否被前面的物体遮挡住,它都是有效的。选择此项后会出现一个黄色的圆锥,你可以选择See或See and Seen选项。See选项是一种缺省的视线,就是说当物体只要是在摄像机视线的范围内时,触发器是有效的;而See and Seen选项是说物体不但要在摄像机范围内而且这个物体能够被看见才有效。

Angle:设置视线承受的角度。

除VRML项外,还有VRML Inline项和LOD项,VRML Inline项允许你指定另外的一个VRML文件插入到当前的场景中,构成一个虚构的物体。修改Helper Size项用于改变虚构物体的大小,你同样可以对这个物体进行移动、旋转、放缩之类的操作。Insert URL栏用于输入你想插入虚构物体的位置。而在LOD项中允许你指定一系列物体,使其具有不同的清晰程度。

下面介绍一个具体的VRML文件制作过程:

1)在3DS MAX中打开文件Vhome0.max。你将会看到一个有家具和挂图的房间,其中两幅挂图已经赋予了Hyperlink Jumps,场景中用两条蓝色的直线表示。

2)在Create面板中,按下Helpers按钮,在物体列表下拉菜单中选择VRML项,然后按下VRML按钮。

3)在靠近画有茶壶的挂图旁边任意一处,按下并拖动鼠标用来建立一个VRML物体。

4)给这个物体取名为GoToTeapot,紧接着在工具条按下Select and Link按钮。

5)将GoToTeapot与墙上的茶壶挂图链接在一起。

6)转到Modify面板观察GoToTeapot的参数,在Actions展卷栏中选择Hyperlink Jump项,在Triggers展卷栏中选择Mouse Click项。

7)在Hyperlink jump展卷栏的URL栏中输入vteapot.wrl。(此时输入的是一个相对路径而不是一个绝对路径,因为vteapot.wrl和vhome0.wrl在同一个目录下。)

8)在Description项中输入”Go to teapot room”,这样当光标移动到茶壶挂图的时候就会出现这条信息。

9)在File菜单中选择Export项输出该文件,不改变输出的对话框中的值并将文件输出到存放vhome0.wrl等存放VRML文件的目录之下。到此为止,你就可用浏览器测试你的页面效果了。如果以上操作正确的话,点击茶壶挂图后就会跳转到一个展示茶壶的VRML页面。

另外,由于目前的硬件和软件的限制,那么为了制作快速、精制的页面,要注意场景中的物体不宜过于复杂,如物体边数限制在5000到10000之内,物体的材质贴图尽量用GIF或JPEG格式,动画变形只使用常见的放缩、旋转、移动等等。

第二代WWW标准语言VRML

—-VRML的英文全称为Virtual Reality Modeling Language,即虚拟现实建模语言,它是第二代WWW的标准语言。今天,随着计算机和多媒体技术的逐渐成熟,以及Internet和个人电脑的日益普及,VRML正逐渐深入我们每个人的生活。为较好地理解VRML,我们先介绍一下虚拟现实和第二代WWW。

—-第二代WWW

—-一、虚拟现实和VR系统

—-虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)诞生于90年代初,目前尚处在一个研究、发展的阶段,至今并没有一个完整的、系统的定义。通常认为,虚拟现实是一项新的技术,它是以计算机技术为核心,综合使用了各种最新技术,融合视、听、触觉为一体的模仿现实的三维空间再现技术。通过虚拟现实系统,使用者借助一定的设备(头盔式显示器、数据手套等),利用其自然技能与之交互,达到身临其境的体验和沉浸感受。

—-将虚拟现实技术应用于计算机系统中,就形成我们常说的VR系统,即虚拟现实系统。VR系统一般应具备以下的特征:(1)以计算机系统为中心的一种计算机应用系统。(2)展现三维多媒体空间。(3)对象的交互性。(4)使用者的访问不以VR系统作者的设定为转移。

—-由以上介绍可以看出,VR系统是在多媒体系统基础上发展起来的新型计算机应用系统,是多媒体系统在三维时空领域的拓展,它是多媒体系统的一个子集。

—-二、第二代WWW系统

—-虚拟现实最重要的应用就是第二代WWW系统1。

—-我们知道,第一代WWW是基于HTML的超文本系统,系统的基本组成单元是Web页面,Web页面的所有对象都是二维的,即使部分对象具有三维的视觉效果,如按钮、划线等。

—-第二代WWW则是在第一代WWW基础上发展起来的,它保留了第一代WWW的基本框架,引入了虚拟现实技术,使得其实质发生了根本性的改变,第二代WWW是基于虚拟现实建模语言VRML的超媒体2VR系统。

—-在第二代WWW中,系统的基本组成单元是Web3D页面,一个或多个相关的Web3D页面组成虚拟世界(VirtualWorld,也称虚拟境界),虚拟世界和现实世界一样,建立在一个与时间相关的x-y-z三维坐标系统中,这个世界的所有组成对象都是三维的,可以提供一种更加自然的访问和人机交互。概括起来,第二代WWW的特点是:分布式、三维、交互性、模拟现实和多媒体集成。

—-三、第二代WWW的框架结构

—-第二代WWW框架上沿用第一代的Client/Server模式。客户端是VRML浏览器,它负责管理用户端资源,向服务器发出服务请求,定位和解释获取的VRML资源;服务器则负责管理和维护共享资源,响应客户机的请求,提供VRML文档及图像、音频、视频等相关资源。具体地说,该框架从结构上可以分为三层:

—-(1)用户接口层即客户端的VRML浏览器。

—-(2)超媒体抽象机由VRML文档和HTTP协议所组成,它用于处理和解释各种用户接口层的对象。第二代WWW保留了HTTP协议,也就保留了我们在第一代WWW上做过的所有工作。

—-(3)虚拟世界库由Internet上所有VRML服务器共同构成。

—-值得一提的是为了解决三维图形穿越网络所需要的高带宽,第二代WWW借助浏览器所在客户机的图形子系统来动态构造虚拟世界,这样,网络上传输的仅仅是含有建模信息的VRML文档,传输的瓶颈解决了,对客户机的系统性能要求却大幅提高——访问第二代WWW的最低配置应该是:Pentium100MHzCPU、16MB内存和1MB显示缓存的VGA显卡。

—-VRML语言

—-一、什么是VRML语言

—-按照Web3D协会的定义,VRML语言是一种用于在Internet上构筑3D多媒体和共享虚拟世界的开放式语言标准。它具有以下4个要点:

—-1.开放式标准

—-VRML的最新国际标准是ISO/IEC-14772-1:1997。能够被ISO接受这一点就足以说明该标准所处的地位和现实意义,现在,ISO已把它作为未来标准发展的重要模型加以开发和研究。

—-2.3D多媒体

—-在成为国际标准以前,VRML已经是CAD、动画制作以及3D建模软件等领域数据共享和数据发布的事实上的标准——这些软件有的直接输出VRML格式的文档,有的提供实用工具或插件实现这种变换;在一些最新的多媒体标准中,如:MPEG-4、Java3D等,也都包含或者涉及到VRML规范。

—-3.共享虚拟世界

—-VRML先驱们最早的动机之一就是能够在一个虚拟空间中工作和交谈,这个空间就是著名的Cyberspace。通过VRML97,我们已经可以部分地实现这一构想。

—-4.基于Internet

—-与以往的3D应用不同,VRML规范考虑的第一件事就是通过Internet共享3D实体和场景。实际上,VRML规范本身就是通过Internet探讨、研究和发布的。

—-二、VRML的发展

—-VRML的前身是SGI公司OpenInventer系统使用的一种文档格式,后经MarkPesce、TonyParisi和GavinBell等人的改进和努力,最终发展成第二代WWW的标准语言。

—-到目前为止,VRML标准的发展已经历了三代。

—-1.VRML1.0

—-1994年10月公布。VRML1.0非常简单,它只定义了36种节点类型,涉及的对象也只有静态对象,而没有声音、动画等动态对象。实际上,由于VRML1.0近似HTML的“3D版本”,因此,当时称VRML为虚拟现实标记语言(VirsualRealityMarkupLanguage)。现在,VRML1.0已基本被淘汰。

—-VRML1.0的标志:文档的第一行是“#VRMLV1.0ascii”。

—-2.VRML2.0

—-1996年8月公布。VRML2.0名义上是VRML1.0的修订版,但两者从内容到文档结构上都很不相同。在VRML2.0中,节点类型扩展为54种,支持的对象包括动态和静态两类。这时的VRML语言,已经完全脱离HTML的影响,被正式命名为:虚拟现实建模语言(VirsualRealityModelingLanguage)。

—-VRML2.0的标志:文档的第一行是“#VRMLV2.0utf8”。

—-3.VRML97

—-VRML1.0和VRML2.0并不是真正的国际标准。直到1997年12月,VRML才被国际标准化组织ISO和国际电子工业协会IEC正式接纳为国际标准,国际标准号ISO/IEC14772-1:1997,习惯上称为VRML97。

—-VRML97是在VRML2.0的基础上,进行了少量功能性调整而形成的,对用户而言,两者完全一样。可以认为,VRML97是VRML2.0的国际正式名称。

—-VRML97的标志与VRML2.0一样:文档的第一行是“#VRMLV2.0utf8”。

—-除了以上3个版本外,预计1999年中期将公布VRML99,这将是一个崭新的更有建设性的VRML版本。

—-三、Web3D协会(Web3DConsortium)

—-VRML标准是由一个称为Web3D协会的组织来管理和发布的。

—-Web3D协会的前身是VRML协会,它创建于1996年,是一个非盈利性的开放式贸易协会,主要负责有关VRML标准的研究、定义和推广工作。

—-协会下设工作组(WorkingGroup),工作组按自愿原则组成,分别从事某个技术专题方面的研究,如:KeyboardInputWG、CompressedBinaryFormatWG、DatabaseWG等,目前这样的工作组共有17个。

—-VRML的基本概念

—-一、节点

—-使用VRML语言编写的文档称为VRML文档(或VRML程序),其扩展名为.wrl。VRML文档的格式有两种:utf8文本格式和二进制格式,目前我们所用的都是文本格式。每个VRML文档是一个Web3D页面,VRML虚拟世界是由一个或多个VRML文档所共同展现。不同的VRML文档之间通过超链接组织在一起,共同构成了遍布全球的非线性超媒体系统。

—-节点(Node)是VRML文档基本的组成单元,它描述对象某一方面的特征:如形状、材质等。VRML虚拟世界的对象往往由一组具有一定层次结构关系的节点来构造。节点具有节点名、节点类型、域、事件接口和实现五个组成部分。节点可以用DEF语句命名,用USE语句引用。

—-节点类型可分为基本类型和用户自定义类型两大类,基本类型由系统提供,自定义类型由用户在基本类型的基础上通过原型机制构造,它们都是对虚拟世界的某些共性的提炼,如:Appearance节点描述实体的外观、Material节点描述对象的材质……域、事件接口和实现通常包含在节点类型的定义中,并在构造节点时被使用。域描述节点的静态固有属性,域可以有多个,每个域都必须具有一个域值;事件接口描述节点的动态交互属性,它提供节点与外界的通信接口,事件接口也可以有多个。接口类型有事件入口和事件出口两种:事件入口(eventIn)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)是节点的逻辑发送器,它负责向外界发送节点产生的事件。实现则是域和事件接口机制的实现代码,它一般由系统提供。需要提醒注意的是事件具有事件值和时间戳属性,事件值即该控制信息本身,时间戳则标识事件发生或传送的时间。

—-每个域(或事件)都具有一个数据类型,用于描述数据的结构、值域、个数等属性。数据类型按照包含的数据个数分为单值型和多值型两类,单值型以SF打头,只能包含一个数据;多值型以MF打头,可包含一个数据列表。

—-二、场景图(SceneGraph)

—-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。

—-在场景图层次模型中,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,如Appearance节点,它只能用于Shape节点的appearance域中,参见下文例3。

—-而在父子关系中,子节点并不直接出现在父节点的属性域中,它们集中在父节点的MFNode类型的子域内,依次排列。父节点必须由群节点担任,VRML97的群节点有8个:Anchor、Billboard、Collision、Group、Inline、LOD、Switch、Transform。(未完待续)

表1第二代WWW与第一代WWW的几个区别比较项目第一代WWW第二代WWW
冲浪方式Web页面虚拟世界
通信和交往电子邮件或文字交谈可含各种表情的语言或文字交谈
共享资源文档文档、音频、视频、3D空间
时间相关性无关相关
MUD游戏文字角色扮演游戏真人三维立体游戏

表2域和事件的数据类型
单值型名称多值型名称基类型说明
SFBoolMFBool逻辑型值只有2个:TRUE和FALSE。
SFFloatMFFloat浮点数每个数据成员都是一个浮点数。
SFInt32MFInt3232位整数每个数据成员都是一个32位的整数,该整数可以使用十进制或十六进制表示,使用十六进制时应在数字前加0x,如:0xFF00。
SFStringMFString字符串每个数据成员都是一个utf8字符串,定义时应使用双引号(”)包围字符串。
SFVec2fMFVec2f2D向量每个数据成员都是一个2D向量,2D向量用一对浮点数表示。
SFVec3fMFVec3f3D向量每个数据成员都是一个3D向量,3D向量用3个浮点数表示。
SFTimeMFTime浮点数每个数据成员都是一个表示时间的浮点数,该值等于从1970年1月1日0:00到此刻的秒数。
SFRotationMFRotation每个数据成员都由4个浮点数所组成:3个限定旋转轴的x、y、z坐标和1个旋转角度。
SFNodeMFNode节点每个数据成员都是一个节点。
SFColorMFColor每个数据成员都是一种颜色,颜色由3个分别表示红、绿、兰的0~1间的浮点数所组成,如:001表示蓝色。
SFImage定义二维像素图像。它由三部分组成:(1)最前面两组整数,分别表示二维图像的宽度和高度,单位是像素(pixel);(2)接着的一个整数描述像素的性质:1表示灰度,2表示灰度透明,3表示RGB彩色,4表示RGB彩色透明;(3)最后是若干组十六进制或十进制的整数,分别描述每个像素的颜色、强度和透明度。

—-注释

—-1严格地说,第二代WWW还不是一个完全的VR系统,但它已经具有了VR系统的基本特征,并且正随着虚拟技术的发展而迅速地成熟起来,所以本文姑且称之为VR系统。

—-2超媒体是多媒体技术与超文本结合的结果。在超文本系统中,将节点拓展为多媒体演播单元就成为超媒体系统。超媒体系统与超文本系统的最大区别是其时间特性:超文本系统具有时间无关性,它的链、锚的特性都是时间无关的;而超媒体系统是时间相关的,它的音频、动态图像节点都具有时间相关性。