vrml虛擬現(xiàn)實技術1

1、vrml虛擬現(xiàn)實技術1虛擬現(xiàn)實是計算機與用戶之間的一種更為理想化的人-機界面形式。通常 用戶戴一個頭盔（用來顯示立體圖象的頭式顯示器），手持傳感手套，仿佛置身 于一個幻覺世界中，在虛擬環(huán)境中漫游，并允許操作其中的“物體”。與傳統(tǒng)計算 機相比，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)具有三個重要特征：臨境性，交互性，想象性。虛擬現(xiàn)實 技術潛在的應用范圍很廣，諸如國防、建筑設計、工業(yè)設計、培訓、醫(yī)學領域。 例如建筑設計師可以運用虛擬現(xiàn)實技術向客戶提供三維虛擬模型，而外科醫(yī)生還 可以在三維虛擬的病人身上試行一種新的外科手術。虛擬現(xiàn)實技術通過20多年的研究探索，于80年代末走出實驗室，開始進入實 用化階段。目前，世界上少數發(fā)達國

2、家在經濟、藝術乃至軍事等領域，已開始廣 泛應用這種高新技術，并取得了顯著的綜合效益。據外刊報道，美國陸軍1994 年的“路易斯安娜94”作戰(zhàn)演習，就是利用虛擬現(xiàn)實技術進行的。這次演習不但試 驗論證了美國陸軍制定的條令、戰(zhàn)術和部隊編成，使之更加符合21世紀的作戰(zhàn) 要求，還節(jié)約演習經費近20億美元。那么，什么是虛擬現(xiàn)實技術呢？簡單地說，就是人們利用計算機生成一個逼真的 三維虛擬環(huán)境，通過自然技能使用傳感設備與之相互作用的新技術。它與傳統(tǒng)的 模擬技術完全不同，是將模擬環(huán)境、視景系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)合三為一，并利用頭盔 顯示器、圖形眼鏡、數據服、立體聲耳機、數據手套及腳踏板等傳感裝置。把操 作者與計算機生成

3、的三維虛擬環(huán)境連結在一起。操作者通過傳感器裝置與虛擬環(huán) 境交互作用，可獲得視覺、聽覺、觸覺等多種感知，并按照自己的意愿去改變“不 隨心”的虛擬環(huán)境。比如，計算機虛擬的環(huán)境是一座樓房，內有各種設備、物品， 操作者會如同身臨其境一樣，可以通過各種傳感裝置在屋內行走查看、開門關門、 搬動物品；對房屋設計上的不滿意之處，還可隨意改動。顯然，利用這種虛擬現(xiàn) 實技術進行建筑、機械、兵器等設計修改，實施技術操作訓練和軍事演習活動要 容易得多，也便宜得多。虛擬現(xiàn)實技術一經應用，就向人們展示了誘人的前景，因而受到各國軍界的青睞。 從90年代初起，美國率先將虛擬現(xiàn)實技術用于軍事領域，主要用于以下四個方 面：一是虛

4、擬戰(zhàn)場環(huán)境。即通過相應的三維戰(zhàn)場環(huán)境圖形圖像庫，包括作戰(zhàn)背景、 戰(zhàn)地場景、各種武器裝備和作戰(zhàn)人員等，為使用者創(chuàng)造一種險象環(huán)生、幾近真實 的立體戰(zhàn)場環(huán)境。以增強其臨場感覺，提高訓練質量。二是進行單兵模擬訓練。 讓士兵穿上數據服，戴上頭盔顯示器和數據手套，通過操作傳感裝置選擇不同的 戰(zhàn)場背景，輸入不同的處置方案，體味不同的作戰(zhàn)效果，進而像參加實戰(zhàn)一樣， 鍛煉和提高技術水平、快速反應能力和心理承受力。如美空軍用虛擬現(xiàn)實技術研 制的飛行訓練模擬器，能產生視覺控制，能處理三維實時交互圖形，且有圖形以 外的聲音和觸感，不但能以正常方式操縱和控制飛行器，還能處理虛擬現(xiàn)實中飛 機以外的各種情況，如氣球的威脅、

5、導彈的發(fā)射軌跡等。三是實施諸軍兵種聯(lián)合 演習，建立一個“虛擬戰(zhàn)場”，使參戰(zhàn)雙方同處其中，根據虛擬環(huán)境中的各種情況 及其變化，“調兵遣將”、“斗智斗勇”，實施“真實的”對抗演習。四是進行指揮員訓 練。利用虛擬現(xiàn)實技術，根據偵察情報資料合成出戰(zhàn)場全景圖，讓受訓指揮員通 過傳感裝置觀察敵我兵力部署和戰(zhàn)場情況，以便判斷敵情，定下正確決心。美國 海軍開發(fā)的“虛擬艦艇作戰(zhàn)指揮中心”就能逼真地摸擬與真的艦艇作戰(zhàn)指揮中心 幾乎完全相似的環(huán)境，生動的視覺、聽覺和觸覺效果，使受訓軍官沉浸于“真實 的”戰(zhàn)場之上。當然，虛擬現(xiàn)實還是一門年輕的科學技術，尚存在不少有待解決的問題。例如， 在計算機生成的虛擬環(huán)境中，操作者

6、每次轉動頭部，計算機必須更新三維圖像， 由于更新的數據太大，以致計算機還無法完成實時運算。這就造成了系統(tǒng)滯后。 再如，美空軍的虛擬現(xiàn)實模擬器產生的視覺運動信號與人的感覺之間也存在差 異，容易引起頭痛、眩暈等。但不管怎樣，虛擬現(xiàn)實技術畢竟開辟了富有發(fā)展?jié)摿Φ男骂I域，它會隨著時間的 推移日臻完善，在軍事領域的應用將會越來越廣泛，發(fā)揮的作用也將會越來越大。Vitual Reality WorldWorld Wide Web(WWW)的出現(xiàn)產生了 HyperText Markup Language (HTML).這樣,文字和圖形就可以同時在 同一 Page 中顯示，同時 CGI (Common Gat

7、eway Interface) 能使Web有更強的交互功能.隨著WWW的普及和人們對Web日 異增長的需求，就需要不斷地有新的Web語言產生.Java的出現(xiàn)使人們可以直接在WebPage上欣賞動畫.Java語言是面向對象的語言，人們可以在Page上設置動畫，并且用Perl和 C編程，產生可執(zhí)行代碼.目前流行的文本語言有HTML和SGML (Standard Generalized Markup Language).它們都是使用tags來描述資料結構中的不同 元素成分.近來又產生了新的Web語言VRML ( Virtual Reality Modeling Language ).它是一種模型語言

8、，用來描述一個目標對象是如何呈現(xiàn)在Web上 的.和HTML一樣,VRML也是可由瀏覽器解釋的描述語言，只不過VRML不是 描述成一個Page的格式，而是描述成3D環(huán)境和目標的布局.HTML和VRML 的差別與建筑物的藍本和它的模型的差別是同一個道理.一.什么是虛擬現(xiàn)實 (VR)?虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境.用戶可以走進這個環(huán)境并操縱系統(tǒng)中 的對象.虛擬現(xiàn)實最重要也是最誘人之處是其實時性和交互性.通過計算機網絡, 多個用戶可以參與同一虛擬世界,在視覺與聽覺的感受上與現(xiàn)實世界一樣,甚至更 絢麗多彩.上面所描述的是未來的虛擬現(xiàn)實世界，而現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)遠不能滿足人們 的要求.首先是網絡的傳輸速

9、度不能滿足視頻的實時傳輸和大信息量的數據交 換;其次是虛擬現(xiàn) 實所使用的設備正處于發(fā)展階段，遠未到普及的程度. 二.虛擬現(xiàn)實所需的硬件設備虛擬現(xiàn)實和多媒體是有本質區(qū)別的.多媒體是在屏幕上順序地展現(xiàn)一系列二維 圖象，而虛擬現(xiàn)實是用長,寬和高，并從各個方位來顯示它的三維圖象.兩者另一 個重要區(qū)別就是硬件設備.普通的計算機交互設備包括鍵盤，鼠標，操作標等， 再由顯示器和音箱構成多媒體系統(tǒng)(Keyboard、Mouse、Computer和Mounted Display).追蹤器有機械的，超生的，磁感應的，光學的和無源的幾種， 其靈巧程度遠比一般交互設備優(yōu)越得多.”頭盔”則由顯示器，光學系統(tǒng)，立體聲音

10、箱和追蹤系統(tǒng)構成.現(xiàn)有的網絡虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實例SIMNET它是一個用于軍隊演習的系統(tǒng)，是美國軍方為了降低訓練坦克部隊 費用而建立的.SIMNET是第一個大規(guī)模網絡VR的實例，它可以調整近1000 個全動態(tài)圖象的模型器.VR游戲許多游戲公司都在其產品上部分實現(xiàn)了虛擬 現(xiàn)實環(huán)境，特別是在局域網上，使實時性和交互性變?yōu)楝F(xiàn)實VR語言VRML (Virtual Reality Modeling Language)為虛擬環(huán)境的建立提供了規(guī)范，綜 合了現(xiàn)有三維軟件的景象描述語言的優(yōu)點.它有基本元素，頂點，線和面的定義, 坐標變換有縮放(Scaling),旋轉(Rotation)和平移(Translation)

11、,并有優(yōu)化的數 據結構.VRML瀏覽器如果說VRML是一種語言的話，顯然VRML瀏覽器就是它的解釋器.的確,VRML瀏覽器的主要功能是讀入VRML代碼 文件，并把它解釋成一圖形映象.目前VRML瀏覽器軟件種類很多，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 軟件公司的 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.它們基本上實現(xiàn)了物體 的變換效果，如燈光，視角變換，模糊，裁剪，陰影，投影，碰撞?觳獾？創(chuàng)建VRML文件VRML語言具有的基本物體有：球體