一個(gè)復(fù)雜的VRML場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

1、一個(gè)復(fù)雜的VRML場(chǎng)景的設(shè)計(jì)摘要：本文通過(guò)對(duì)html和vrml得比較，闡述了 vrml得工作原理及特性，簡(jiǎn)要介紹了 vrml得 核心體系，并分析了一個(gè)復(fù)雜得vrml場(chǎng)景得設(shè)計(jì)制作流程，對(duì)可能出現(xiàn)得咨詢(xún)題作了相應(yīng)得 解答.關(guān)鍵詞：html語(yǔ)言vrml語(yǔ)言、虛擬現(xiàn)實(shí)、交互一 、八1刖言以后信息社會(huì)得三大特征是：多媒體（multimedia）、因特網(wǎng)（internet）、和虛擬現(xiàn)實(shí)（vr,virtual reality） .1 9 9 5年,html （超文本標(biāo)識(shí)語(yǔ)言,hyper text marked language）語(yǔ)言以其簡(jiǎn)單及跨 平臺(tái)特性，將全球處于十分分散得計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，它以超鏈接為基

2、礎(chǔ)，把文本、圖片、聲音、 動(dòng)畫(huà)、影像集成在一起，提供了差不多得多媒體功能.然而受html語(yǔ)言自身局限，網(wǎng)頁(yè)只能是簡(jiǎn)單得平面結(jié)構(gòu)，就算java語(yǔ)言為www增色很多, 也僅僅停留在平面設(shè)計(jì)時(shí)期；即使cgi （通用網(wǎng)關(guān)接口,common gateway interface）能使 wed有更強(qiáng)得交互功能，但也僅限于單調(diào)得文檔及表格.近幾年出現(xiàn)得vrml （虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言,virtual reality modeling language）完全改變7www 上單調(diào)、交互性差得弱點(diǎn)，它將用戶(hù)得行為作為掃瞄主體，展現(xiàn)在用戶(hù)面前得是一個(gè)三維、逼 確實(shí)多媒體界面.vrml得工作原理vrml得訪咨詢(xún)方式是基于客

3、戶(hù)/服務(wù)器模式（見(jiàn)圖1），其中服務(wù)器提供vrml文件（后綴 為.wrl）及支持資源客戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載盼望訪咨詢(xún)得文件，并通過(guò)本地平臺(tái)上得vrml掃瞄 器（browse）交互式訪咨詢(xún)?cè)撐募枋龅锰摂M境地（virtual world）,因?yàn)閽呙槠魇潜镜仄脚_(tái) 提供得，從而實(shí)現(xiàn)了和硬件平臺(tái)得無(wú)關(guān)性.wwWvrml象html 一樣,是一種ascii碼描述語(yǔ)言,它是一套告訴掃瞄器如何創(chuàng)建一個(gè)三維世界并在 其中航行（navigation）得指令，這些指令由再現(xiàn)器（render）解釋執(zhí)行,再現(xiàn)器是一個(gè)內(nèi)置于 掃瞄器中或外部得程序.由于vrml是一個(gè)三維造型和渲染得圖形描述性語(yǔ)言，復(fù)雜得3d術(shù)語(yǔ)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)虛擬世界

4、是 高速得硬件和掃瞄器，又由于其交互性強(qiáng)和跨平臺(tái)性，使虛擬現(xiàn)實(shí)（vr,virtual reality）在internet 上有著廣泛得應(yīng)用，例如遠(yuǎn)程教育、商業(yè)宣傳、娛樂(lè)等等,下面作者就一個(gè)大型復(fù)雜得vrml 場(chǎng)景設(shè)計(jì)，做一些粗淺得分析，先介紹有關(guān)概念.vrml得核心體系vrml文件描述得基于時(shí)刻得三維空間稱(chēng)為虛擬境地（virtual world）,它由對(duì)象構(gòu)成，而對(duì)象及 其屬性用節(jié)點(diǎn)描述，節(jié)點(diǎn)是vrml得差不多單元.每個(gè)節(jié)點(diǎn)由類(lèi)型、域、事件、實(shí)現(xiàn)、名字組成, 節(jié)點(diǎn)按一定規(guī)則構(gòu)成場(chǎng)景圖（scene graph），場(chǎng)景圖中分兩類(lèi)節(jié)點(diǎn),第一類(lèi)節(jié)點(diǎn)用于視覺(jué)、聽(tīng) 覺(jué)角度表現(xiàn)對(duì)象，它們按層次體系組織,反映

5、境地得空間結(jié)構(gòu)，提供顏色、燈光、超鏈接、材質(zhì)、 化身、重力、碰撞、地形隨動(dòng)、飛行等功能，支持局部坐標(biāo)系；第二類(lèi)節(jié)點(diǎn)參與事件產(chǎn)生和 路由機(jī)制，形成路由圖，確定境地隨時(shí)刻推移如何動(dòng)態(tài)變化.環(huán)境變化、用戶(hù)交互、時(shí)刻推移產(chǎn)生事件，傳感器（sensor）檢測(cè)并發(fā)出初始事件，實(shí)踐產(chǎn)生 其他事件或修改場(chǎng)景圖結(jié)構(gòu)，從而提供動(dòng)態(tài)特性.插入器（interpolator）是特別事件處理器利 用它能夠設(shè)計(jì)動(dòng)畫(huà).關(guān)于復(fù)雜行為處理則須利用足本節(jié)點(diǎn)（script node），它包含一組足本描述語(yǔ)言編寫(xiě)得函 數(shù),script節(jié)點(diǎn)收到事件后，將執(zhí)行相應(yīng)得函數(shù)，該函數(shù)能夠通過(guò)常規(guī)得事件路由機(jī)制發(fā)送事件 或直截了當(dāng)向script節(jié)

6、點(diǎn)指定節(jié)點(diǎn)發(fā)送事件，足本也能動(dòng)態(tài)增、刪路由.以下（圖2）是場(chǎng)景中 事件流程圖.4基于vrml得場(chǎng)景設(shè)計(jì)vrml,從用戶(hù)得角度來(lái)講，差不多上是html加上第三維,但從開(kāi)發(fā)者角度來(lái)講,vrml環(huán)境得產(chǎn)生 提供了一套完全得新標(biāo)準(zhǔn)，新過(guò)程以及新得web技術(shù).交叉平臺(tái)和掃瞄器得兼容性是首先要解決得咨詢(xún)題.設(shè)計(jì)之前，必須明確指定目標(biāo)平臺(tái)（pc、mac、sgi得新o2等等），cpu速度、能夠運(yùn)行得帶寬以及最適合使用得vrml掃瞄器.vrml制作大致可分為兩個(gè)時(shí)期第一時(shí)期獨(dú)立與計(jì)算機(jī)工作之外得建模vrml世界得建筑概念和其他工程建模概念相似，必須解決交流得咨詢(xún)題，畫(huà)出草圖并研究材質(zhì) 得處理，生成模型（mode

7、ls）、空間（spaces）、化身（avatars），但必須考慮一些技術(shù)得限制, 如，考慮到目標(biāo)平臺(tái)，決定在vrml文件中放入多少多邊圖形；預(yù)先考慮到vrml世界得運(yùn)動(dòng)和 執(zhí)行得動(dòng)作，把相應(yīng)得目標(biāo)歸類(lèi)，用于設(shè)定三維物體之間得相互聯(lián)系,建模與動(dòng)畫(huà)相互配合，假 如歸類(lèi)正確合適,就會(huì)縮小生成動(dòng)畫(huà)效果之后文件得體積.虛擬現(xiàn)實(shí)得設(shè)計(jì)中必須考慮加入重力（gravity）和碰撞（collision）得效果，以使虛擬現(xiàn)實(shí)得場(chǎng)景和 生活中得相似.建模者需要生成代理幾何模塊（一系列得調(diào)用指令），其作用在因此掃瞄器在 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中只需監(jiān)測(cè)一個(gè)非常小得子目標(biāo)，而無(wú)須計(jì)算虛擬場(chǎng)景中所有目標(biāo)得重力和碰 撞效果，最大限度

8、得減少掃瞄器得工作童并改善vrml得演示效果.還必須考慮vrml文件得體積.vrml文件對(duì)自由曲面描述方式一直是基于ploygon,文件中描述 了曲面上各個(gè)點(diǎn)在場(chǎng)景中得位置,故而文件中產(chǎn)生了大量得數(shù)字,致使文件體積龐大,nurbs （非均勻有理b樣條,non-uniform b-splines）是一種在3d模型空間中，用曲線和曲面表示物體 輪廓和形狀得方法，簡(jiǎn)化了對(duì)復(fù)雜曲面得描述,vrml97（vrml得最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）得擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)里 差不多加入了 nurbs得描述語(yǔ)句,nurbs在vrml上得廣泛應(yīng)用使得三維模型文件變得非常小, 效果也要比ploygon得描述方式好得多，另外,vrml文件格式支

9、持zip壓縮，也使模型文件體積 進(jìn)一步縮小，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬得要求,卻不妨礙掃瞄效果.加入虛擬顏色、材質(zhì)和燈光.各個(gè)掃瞄器有不同得染色器（負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換顏色），各個(gè)染色器得工 作方法個(gè)不一樣,染色器中使用適時(shí)得3d著色引擎，它使虛擬現(xiàn)實(shí)建模與實(shí)時(shí)訪咨詢(xún)隔離，可 能出現(xiàn)在不同掃瞄器里顏色不同得現(xiàn)象，因而著色必須保證制作者與用戶(hù)在不同得平臺(tái)、掃 瞄器里顯示基本上相同得.加入材質(zhì)、燈光能夠產(chǎn)生層次感和現(xiàn)場(chǎng)效果，增加真實(shí)性，但也必須質(zhì)感與實(shí)際運(yùn)行效果之間 權(quán)衡,因?yàn)槭刮募w積增大，占用cpu執(zhí)行時(shí)刻.設(shè)定執(zhí)行參數(shù).navigationinfo（vrml文件得一個(gè)要素）用于設(shè)定用戶(hù)航行得差不多原則例如, 用戶(hù)在

10、場(chǎng)景中顯示得比例,穿過(guò)整個(gè)場(chǎng)景得速度，采納何種方式穿過(guò)場(chǎng)景.視角選定.建模者應(yīng)設(shè)想出最能表現(xiàn)出場(chǎng)景效果得某一區(qū)域，因此視角人員最好能有較好得技 術(shù)背景以便分析出制作工具在實(shí)際應(yīng)用上述特色時(shí)可能會(huì)遇到得咨詢(xún)題及在不同掃瞄器上 顯示效果及該掃瞄器是否支持這些特色，視角設(shè)計(jì)對(duì)vrml世界設(shè)計(jì)至關(guān)重要,視角選擇不當(dāng) 可能將之毀于一旦.第二時(shí)期生成vrml行為并設(shè)定虛擬現(xiàn)實(shí)中能夠?qū)崿F(xiàn)得功能vrml97得交互性非常強(qiáng)，用戶(hù)能夠通過(guò)化身（用戶(hù)在虛擬空間得代表）與其他得用戶(hù)化身面 對(duì)面”交流和溝通，真正實(shí)現(xiàn)www上得多人環(huán)境，而它得實(shí)現(xiàn)需要編制復(fù)雜得行為.vrml制作得內(nèi)容應(yīng)當(dāng)能在所有得掃瞄器上運(yùn)行.一種方法

11、是使用動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)能夠使vrml世界更 加逼真，許多制作程序都需要用大量得時(shí)刻檢測(cè)節(jié)點(diǎn)（timesensors）來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，但同時(shí)也占 用大量得cpu工作時(shí)刻，減少timesensors得數(shù)量并在其不執(zhí)行實(shí)時(shí)工作時(shí)關(guān)閉是提高vrml 文件運(yùn)行性能得通用方法.另一種方法是通過(guò)語(yǔ)言編制復(fù)雜得行為,vrml97互動(dòng)性非常強(qiáng)，除了包括內(nèi)部得屬性,更支持 java、ecmascript （javascript）、vrmlscript,甚至 cgi 等得接口，以便建立真 3d 虛擬社區(qū),目前 vrml 主流編程是基于java、javascript,專(zhuān)門(mén)是java語(yǔ)言得日益成熟將成為vrml得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交互提

12、供良好得程序環(huán)境.不管那一種都必須使用script節(jié)點(diǎn).現(xiàn)在有三種編程方式：一,內(nèi)嵌在script節(jié)點(diǎn)中得描述性語(yǔ)言二，在script節(jié)點(diǎn)中引用外部得 java字節(jié)流（后綴為“class”），通常只是實(shí)現(xiàn)一些特別得，描述性語(yǔ)言不能實(shí)現(xiàn)得功能,或者是 為了源程序保密 三，通過(guò)vrml掃瞄器eai（外部編程接口,external authoring interface）進(jìn)行編程, 同意vrml世界與網(wǎng)頁(yè)上其他對(duì)象溝通.盡管編程方式各不相同,但所用語(yǔ)言都必須是有面向 對(duì)象、面向事件、跨平臺(tái)得特性.由于各掃瞄器對(duì)上述編程語(yǔ)言可能不支持，為了使其在各平臺(tái)都能運(yùn)行,能夠在script節(jié)點(diǎn)將 所有編程方式逐一列出，所以將加大文件得體積，以后vrml掃瞄器標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言得規(guī)范化,這 種現(xiàn)象或許將得到改觀.5結(jié)束語(yǔ)盡