第1章 VRML網(wǎng)頁概述

虛擬現(xiàn)實三維網(wǎng)頁設(shè)計吳迪大連大學(xué)物理學(xué)院Email:

wudiphy@163.com使用虛擬現(xiàn)實構(gòu)造（建模）語言制作VRML網(wǎng)頁虛擬現(xiàn)實三維網(wǎng)頁設(shè)計課程綱要本課程開設(shè)的目的本課程的教學(xué)內(nèi)容本課程的安排本課程的要求教學(xué)參考書本課程開設(shè)的目的1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計是近年來剛剛興起的一種新型語言。2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)是目前最前沿的技術(shù)。3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)是應(yīng)用十分廣闊，其發(fā)展?jié)摿薮蟆?.虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門綜合性很強的技術(shù)，它融合寬帶網(wǎng)絡(luò)、多媒體、以及人工智能等高新技術(shù)。具有劃時代意義。了解VRML規(guī)范和VRML網(wǎng)頁的特點，初步掌握VRML網(wǎng)頁的制作，掌握VRMLPad制作工具和CosmoPlayer瀏覽插件的使用。本課程的教學(xué)內(nèi)容虛擬現(xiàn)實技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計開發(fā)與設(shè)計基本幾何節(jié)點和復(fù)雜幾何節(jié)點設(shè)計組節(jié)點、紋理節(jié)點、場景節(jié)點設(shè)計本課程的要求考核形式：作業(yè)+考勤+提交作品本課程的安排總學(xué)時：32

教學(xué)參考書《VRML虛擬現(xiàn)實網(wǎng)頁設(shè)計》，汪志達編著，清華大學(xué)出版社，2006年12月出版?！短摂M現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言》清華大學(xué)和北京交通大學(xué)出版社，2004年2月出版。《X3D虛擬現(xiàn)實設(shè)計》電子工業(yè)出版社出版，在2007年6月出版。《VRML編程實訓(xùn)教程》清華大學(xué)和北京交通大學(xué)出版社，在2008年1月出版。《虛擬現(xiàn)實構(gòu)造語言VRML》，陽化冰編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2000.9《VRML虛擬現(xiàn)實網(wǎng)頁語言》，嚴子翔編著，清華大學(xué)出版社，2001.8使用軟件：VRMLpad

/products/vrmlpad/download/網(wǎng)上參考

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/ http://虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實三維網(wǎng)頁設(shè)計的文件結(jié)構(gòu)與規(guī)則第一章VRML網(wǎng)頁概述1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展虛擬現(xiàn)實VRML語言發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一門涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域的高新技術(shù)。它集計算機技術(shù)、仿真技術(shù)、三維立體場景設(shè)計、圖像處理、模式識別、計算機圖形學(xué)、人工智能、計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)以及并行處理為一體。利用虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備和計算機系統(tǒng)創(chuàng)建一個逼真虛擬環(huán)境，用戶在虛擬空間體驗與現(xiàn)實世界相同感受，如：視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、碰撞、移動和搬運動態(tài)交互感。虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展3個階段VR技術(shù)探索階段20世紀50-70年代。VR技術(shù)從實驗室走向?qū)嵱秒A段80年代初期、中期。VR技術(shù)高速發(fā)展期，80年代末期到21世紀初。虛擬現(xiàn)實發(fā)展1.VRML(VirtualRealityModelingLanguage)VRML(虛擬現(xiàn)實建模語言)是20世紀90年代末才剛剛興起并逐漸發(fā)展起來的一種新型語言。在國外發(fā)展普及較快。在我國剛剛起步，正處于逐步發(fā)展時期。VRML經(jīng)歷1.0~2.0版本的發(fā)展。2000年春提出了VRML200X新規(guī)范。2004年8月X3D正式成為國際通用標準。2.X3D（Extensible3D，可擴展3D）虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點沉浸感、交互性、想象力（3I）創(chuàng)建逼真三維立體造型和場景具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能具有多媒體功能具有游戲動畫設(shè)計功能配備虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備和程序驅(qū)動技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)模式桌面式虛擬現(xiàn)實技術(shù)模式純軟件虛擬現(xiàn)實技術(shù)模式

虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類圖沉浸式（硬件）虛擬現(xiàn)實“貴族式”軟件（網(wǎng)絡(luò)）虛擬現(xiàn)實“大眾化”

計算機系統(tǒng)（硬件和軟件）桌面式（基本）虛擬現(xiàn)實“桌面式”虛擬現(xiàn)實動態(tài)交互感知設(shè)備三維立體眼鏡數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)頭盔三維立體攝像機三維立體顯示器虛擬現(xiàn)實動態(tài)交互感知設(shè)備2.虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)境虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實開發(fā)環(huán)境軟件平臺

WINDOWS98/XP/2000操作系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實專用編輯器

虛擬現(xiàn)實瀏覽器插件

IE瀏覽器

虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具計算機系統(tǒng)硬件要求：

CPU主頻2.0G以上

硬盤幾十~幾百G

顯存大于128M以上

內(nèi)存512M以上開發(fā)環(huán)境工具瀏覽器MicrosoftInternetExplorer(IE)瀏覽器插件(1)CosmoPlayer—Platinum公司(2)Cortona--ParallelGraphics公司(3)Contact--BlaxxunInteractive公司開發(fā)環(huán)境工具虛擬現(xiàn)實軟件的典型代表有：

VRML、Virtools、JAVA3D、X3D、OpenGL和Vega等本課程主要介紹VRML。編輯器（1）記事本編輯器（2）Vrmlpad編輯器還可以采用： vrbuilder3DsMax Maya虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實城市規(guī)劃、設(shè)計、建造。虛擬旅游、觀光、休閑。虛擬現(xiàn)實交通（汽車、飛行模擬訓(xùn)練等）虛擬現(xiàn)實軍事、仿真（虛擬戰(zhàn)場等訓(xùn)練模擬）虛擬現(xiàn)實工業(yè)制造（工業(yè)加工設(shè)計制造等）虛擬現(xiàn)實醫(yī)學(xué)（醫(yī)學(xué)成象、制藥等）虛擬現(xiàn)實科學(xué)研究（分子建模、數(shù)字地球等）虛擬教學(xué)（虛擬課件、虛擬教學(xué)演示等）虛擬現(xiàn)實能源（石油、天然氣、電力、煤炭等）虛擬現(xiàn)實娛樂（開發(fā)虛擬游戲、娛樂等）虛擬現(xiàn)實城市-1這是世界上最為著名的虛擬現(xiàn)實城市“虛擬洛杉磯”，至今已成功完成十多個城市虛擬仿真項目。

虛擬現(xiàn)實城市-2虛擬深圳中心區(qū)虛擬現(xiàn)實三維立體空間場景虛擬現(xiàn)實校園-3韶關(guān)大學(xué)信息工程學(xué)院虛擬現(xiàn)實三維立體空間場景設(shè)計3.瀏覽器主要瀏覽器的使用方法：

CosmoPlayerCortonaContact(1)CosmoPlayer—Platinum公司UseRestoretoautomaticallyreturntotheloadedworld'soriginalactiveviewpointMovingAroundinaWorldTomovearoundina3Dworld,clicktheGo,

Slide,orTiltbuttonandthendragthepointerintheCosmoPlayerwindow.Onceyouclickacontrol,itstaysselecteduntilyouclickanother.GoClickandthendragtomoveinanydirection.SlideClickandthendragtoslidestraightupanddownortosliderightorleft.TiltClickandthendragtolookupordownorfromsidetoside.ExaminingObjectsToexamineobjectsina3Dworld,clicktheRotate,Pan,orZoombuttonandthendragthepointerintheCosmoPlayerwindow.Onceyouclickacontrol,itstaysselecteduntilyouclickanother.RotateClickandthendragtorotateanobject.PanClickandthendragtopanright,left,up,ordown.ZoomClickandthendraguptozoominordragdowntozoomout.Undo/redoClickSeek

andthenclickanobjecttomoveclosertoit.

(2)Cortona--ParallelGraphics公司

UseWalk

+

Plantomoveinahorizontalplane.Forward-movecloserBackward-movefurtherRight-turntotherightLeft-turntotheleft.

UseFly

+

Plantomoveleftorright.UseStudy

+

Plantoexamineanobjectfromvariousangles.

UseRestoretoautomaticallyreturntotheloadedworld'soriginalactiveviewpointUseFittomakethesceneviewfullyvisibleintheCortona3DViewer3DwindowChooseViewpointsfromthepop-upmenu,andthenselectaviewpointfromthelistofthepredefinedviewpoints.Clickthearrowbuttonstomovetothenextorpreviousviewpoint.YoucanalsopressPageDownorPageUpkeyboardbutton.(3)Contact--BlaxxunInteractive公司實例Flash事例VRML事例其他事例Vrmlpad開發(fā)界面4.

Vrmlpad編輯器菜單欄工具欄主窗口主窗口EditingEnhancedcolor-codingDynamicerrorsdetectingDocumentTabsSceneTreeRoutingMapResourceViewPreviewVrmlScriptDebuggerNodeThumbnails

主要功能：智能自動完成在編輯VRML文本時能夠根據(jù)上下文關(guān)系及其在場景圖中的位置給出一個包含合適的VRML標識文本的列表以供選擇。這些VRML標識文本關(guān)鍵字關(guān)鍵字、節(jié)點名稱、域的名稱、域類型、SFNode節(jié)點和MFNode節(jié)點的子域、標準VRML腳本對象及其屬性和方法的名稱。

主要功能：動態(tài)錯誤檢測VrmlPad可以提示用戶語法、值類型的錯誤或警告。提供域值是否在適當(dāng)范圍中?？梢孕ｒ炇欠裼兄貜?fù)的節(jié)點定義，是否有不匹配的域名或路由。

主要功能：語法強調(diào)顯示支持可定制的VRML語法強調(diào)顯示（包括關(guān)鍵詞、域和節(jié)點的類型）。

主要功能：場景圖樹的可視化顯示節(jié)點的代碼能夠根據(jù)場景圖的結(jié)構(gòu)展開或收起以方便編輯，可以在結(jié)構(gòu)視圖中選擇要編輯的節(jié)點或域。主要功能：多文檔同時編輯在同一個VrmlPad中同時打開多個文件以便進行文件之間的復(fù)制、剪切、粘貼的操作,或方便的查找替換文本。同一個文件也可以使用兩個窗口來瀏覽同一文件的不同部分。根據(jù)當(dāng)前打開的文件能夠很容易的找到與之相關(guān)的文件（例如Inlines、Anchor、EXTERNPROTOs）并進行編輯。

主要功能：資源文件管理使用Resourceviewwindow（資源查看窗口）來查看、編輯、瀏覽文檔的資源。資源中某個文件重命名時，相關(guān)的文件鏈接也會同時自動更改

主要功能：自動化操作與自定義腳本操作VrmlPad允許開發(fā)者通過外部應(yīng)用程序界面（API）使用C、C++、VisualBasic、BorlandDelphi這樣的語言來操控Vrmlpad。另外高級用戶還可以通過建立來插件、VBScript、JavaScript宏命令在VrmlPad環(huán)境中執(zhí)行自定義的任務(wù)。

主要功能：整合腳本調(diào)試器可以使用此整合的腳本調(diào)試器在內(nèi)嵌的vrmlscript腳本中，或在用Cortona控件插入VRML的網(wǎng)頁中查找并修復(fù)。這個調(diào)試器有這些控制腳本的執(zhí)行的功能：可以暫停腳本的執(zhí)行，運行至指定行，設(shè)置斷點，一步步的運行腳本。監(jiān)視腳本的數(shù)據(jù)狀態(tài)：當(dāng)前調(diào)用的堆棧；相關(guān)的前后代碼中變量，數(shù)組，對象；計算包含這些數(shù)據(jù)的表達式。在調(diào)試階段修改變量，數(shù)組，或?qū)ο蟮闹?。在調(diào)試階段添加并測試新的腳本代碼。使用QuickWatchwindow（快速監(jiān)視窗口）檢驗或修改變化的數(shù)據(jù)。使用CodeTips(代碼上的彈出提示)快速監(jiān)視腳本中的變量值。

主要功能：預(yù)覽使用系統(tǒng)里安裝的VRML瀏覽器預(yù)覽場景?？梢宰詣訖z測系統(tǒng)中安裝的VRML瀏覽器，也可以指定在其中某個特定的瀏覽器中預(yù)覽場景?？梢詥为氼A(yù)覽選定的節(jié)點或組。主要功能：節(jié)點縮略圖在文本編輯區(qū)旁邊同步顯示節(jié)點的縮略圖。主要功能：發(fā)布組織并優(yōu)化所有的相關(guān)文件，對場景可以采用Gzip壓縮格式以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)下載的速度。把所有資源打包并上傳到服務(wù)器上或作為郵件附件發(fā)送出去。發(fā)布向?qū)н€可以把相關(guān)的資源用base64數(shù)據(jù)編碼嵌入到VRML主文件中。VRML的基本概念5.虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)點：是VRML文件的最基本組成要素。是對客觀世界中各種事物、對象概念的抽象描述。VRML文件就是由許多結(jié)點之間并列或?qū)訉忧短锥鴺?gòu)成；事件：每一個結(jié)點一般都有兩種事件。一個“入事件”和一個“出事件”。在多數(shù)情況下，事件只是一個要改變域值的請求?！叭胧录闭埱蠼Y(jié)點改變自己某個域的值；“出事件”則是請求別的結(jié)點改變它的某個域值。物體的造型即場景圖：由描述對象及其屬性的結(jié)點組成。腳本：是一套程序，是與其他高級語言或數(shù)據(jù)庫的接口。路由：是產(chǎn)生事件和接受事件的結(jié)點之間的聯(lián)結(jié)通道。VRML的立體空間坐標系VRML的空間坐標系是符合右手定則的三維坐標系。對象總是以坐標系的原點為中心創(chuàng)建的。默認情況，瀏覽者中心位于（0，0，10）點，視線朝Z-方向。如果創(chuàng)建的地面（長方體）較大，可能將瀏覽者卡住。VRML的長度單位：VRML單位，不是一個絕對的尺寸。6.VRML網(wǎng)頁源碼的結(jié)構(gòu)與規(guī)則VRML文件

VRML文件的擴展名為：.wrl或.wrz

VRML網(wǎng)頁源碼區(qū)別大小寫。

VRML文件結(jié)構(gòu)

文件頭結(jié)點（主編組結(jié)點

成員結(jié)點）腳本路由等組成#VRMLV2.0utf8#…………..頭文件結(jié)點名#…………..結(jié)點

{

域域值#………….結(jié)點域和域值：：

}{Script#………….腳本Script結(jié)點

{

。。。

},

ROUTE#……………路由，把入事件和出事件結(jié)合起來文件特點：層次清晰，結(jié)構(gòu)嚴謹，條理清楚，易于理解和掌握。文件頭……………...相當(dāng)于其他語言的main

由四部分構(gòu)成：

#VRMLV2.0utf8

Group{children……UTF國際標準化組織定義的一個支持多種語言的字符集，

ASCII是它的一個子集頭文件必須按規(guī)則書寫，并置于文件的第一行。文件注釋用符號“#”表示。主編組結(jié)點Group由children引出成員結(jié)點；成員結(jié)點之間一般用逗號分隔； children下只有一個成員結(jié)點時，中括號可以省略。#VRMLV2.0utf8Group#……..主編組結(jié)點{children[

Background#…………成員結(jié)點{。。。},

Shape#…………………成員結(jié)點{。。。}，

Script{#………………….腳本Script結(jié)點。。。},。。。]}7.VRML結(jié)點成員結(jié)點主要有：環(huán)境結(jié)點 Background（空間背景結(jié)點） Fog（大氣效果結(jié)點） Sound（聲音結(jié)點） PointLight、DirectionLight、SpotLight（光照效果結(jié)點）實物結(jié)點Shape（幾何造型和文字結(jié)點）編組結(jié)點 Transform（坐標系變換結(jié)點） Anchor（鏈接物結(jié)點） Billboard（朝向結(jié)點）控制結(jié)點 NavigationInfo（瀏覽者信息結(jié)點） ViewPoint（視點設(shè)置結(jié)點） Inline（內(nèi)聯(lián)結(jié)點）成員結(jié)點內(nèi)包含若干域，每個域都有域名和域值Shape{appearance{material{diffuseColor}}geometry{string“HellloWorld”fontStyle{size2}}}AppearanceMaterialTextFontStyle一級域結(jié)點一級域結(jié)點二級域結(jié)點二級域結(jié)點域名域值域編組結(jié)點可以嵌套成員結(jié)點（由children引出）。Transform#………………..編組結(jié)點{translation-2.00.00.0children[Shape#………..成員結(jié)點

{appearanceAppearance

{materialMaterial{

diffuseColor0.01.00.0}}geometry{size2}}]}8.域結(jié)點：域結(jié)點有一級域結(jié)點和二級域結(jié)點 (a)一級域結(jié)點用于表示成員結(jié)點域值的結(jié)點。如： Shape結(jié)點中appearance域的域值為Appearance結(jié)點 Sound結(jié)點中source域的域值為AudioClip結(jié)點 Shape結(jié)點中g(shù)eometry域的域值可使用 Text、Box、Cone、Cylinder或Sphere結(jié)點(b)二級域結(jié)點用于表示一級域結(jié)點域值的結(jié)點。如： Appearance結(jié)點中material域的域值為Material結(jié)點 Appearance結(jié)點中texture域的域值可使用 ImageTexture或MovieTexture結(jié)點9.結(jié)點名的重定義和重用：(a)重定義結(jié)點：DEF DEF結(jié)點名結(jié)點類型{} (b)重用結(jié)點

USE結(jié)點名

形式如下：#VRMLV2.0utf8 #頭文件結(jié)點名{ #VRML中各種類型的結(jié)點 域 域值 #相應(yīng)結(jié)點的“域”和“域值” ： ： }DEF 結(jié)點名1 結(jié)點類型 #定義結(jié)點{ 域 域值#相應(yīng)結(jié)點的“域”和“域值” ： ： }USE 結(jié)點名1 #重用結(jié)點語法事例1#VRMLV2.0utf8DEFTestUTransform{ tra