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1 VRML 入 门 与 提 高 陆 昌 辉 主 编 仇 刚 蔡 勇 编 著 北 京 大 学 出 版 社 北 京

2 内 容 提 要 VRML 是 一 种 三 维 造 型 和 渲 染 的 图 形 描 述 性 语 言, 它 的 目 的 主 要 是 为 了 在 网 页 中 实 现 三 维 动 画 效 果 以 及 基 于 三 维 对 象 的 用 户 交 互 本 书 系 统 地 介 绍 了 VRML 的 起 源 发 展 当 前 应 用 情 况 及 今 后 的 发 展 前 景, 力 求 用 通 俗 生 动 的 语 言 深 入 浅 出 地 对 VRML 语 言 进 行 介 绍, 通 过 大 量 的 实 例 对 每 个 节 点 的 语 法 进 行 详 细 的 讲 解, 以 便 于 读 者 理 解 和 操 作 本 书 所 用 实 例 均 经 过 上 机 调 试 顺 利 运 行 本 书 读 者 对 象 为 多 媒 体 技 术 开 发 人 员 应 用 程 序 设 计 人 员 以 及 高 等 院 校 相 关 专 业 的 师 生 图 书 在 版 编 目 (CIP) 数 据 VRML 入 门 与 提 高 / 陆 昌 辉 主 编. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社, ISBN I.V II. 陆 III.VRML 三 维 - 教 材 IV.F 中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2002) 第 号 书 名 : VRML 入 门 与 提 高 著 作 责 任 者 : 陆 昌 辉 责 任 编 辑 : 黄 庆 生 标 准 书 号 :ISBN /TP 0703 出 版 者 : 北 京 大 学 出 版 社 地 址 : 北 京 市 海 淀 区 中 关 村 北 京 大 学 校 内 电 话 : 编 辑 部 发 行 部 出 版 部 网 址 : 电 子 信 箱 :xxjs@pup.pku.edu.cn 印 刷 者 : 发 行 者 : 北 京 大 学 出 版 社 经 销 者 : 新 华 书 店 787 毫 米 1092 毫 米 16 开 本 印 张 430 千 字 2003 年 1 月 第 1 版 2003 年 1 月 第 1 次 印 刷 定 价 :24.00 元

3 前 言 20 世 纪 90 年 代 以 来, 以 互 联 网 为 代 表 的 信 息 技 术 革 命 正 以 风 卷 残 云 之 势 冲 击 着 全 球 经 济 文 化 军 事 政 治 等 各 个 领 域 毫 无 疑 问, 在 新 的 世 纪 百 年 中, 这 一 趋 势 仍 将 继 续 对 人 类 的 生 活 方 式 学 习 方 式 和 工 作 方 式 产 生 深 刻 的 影 响 作 为 互 联 网 时 代 的 宠 儿,Web 孵 化 了 五 花 八 门 的 网 络 开 发 语 言, 如 HTML XML Java JavaScript ActiveX 等 等 相 对 而 言,VRML( 虚 拟 现 实 造 型 语 言, 英 文 全 称 为 Virtual Reality Modeling Language) 是 其 中 一 支 不 可 忽 视 的 生 力 军 VRML 是 一 种 描 述 交 互 式 三 维 场 景 和 对 象 的 文 件 格 式, 它 允 许 描 述 三 维 对 象 并 把 它 们 组 合 到 作 者 构 想 的 虚 拟 场 景 中, 目 前 广 泛 应 用 于 创 建 充 满 动 感 的 三 维 虚 拟 空 间 与 其 他 网 络 开 发 语 言 相 比,VRML 具 有 自 身 特 定 的 优 势 : HTML 语 言 特 别 适 用 于 生 成 静 态 的 Web 页 面, 但 无 法 对 用 户 输 入 的 页 面 实 现 动 态 响 应, 更 不 用 说 与 用 户 进 行 交 互 了 而 VRML 不 但 能 够 生 成 动 态 的 页 面, 而 且 交 互 性 很 强, 即 用 户 可 以 根 据 自 己 的 意 愿 改 变 VRML 所 生 成 的 场 景 Java JavaScript 等 程 序 语 言 虽 然 也 可 以 达 到 动 态 和 交 互 的 效 果, 但 需 要 一 定 的 高 级 语 言 基 础, 对 用 户 而 言 有 一 定 的 难 度 而 VRML 则 比 较 容 易 掌 握, 适 合 推 广 普 及 而 且 在 VRML 中 可 嵌 入 Java JavaScript 等 脚 本 语 言, 使 Web 页 面 变 得 更 完 善 本 书 系 统 地 介 绍 了 VRML 的 起 源 发 展 当 前 应 用 情 况 及 今 后 的 发 展 前 景, 力 求 用 通 俗 生 动 的 语 言 深 入 浅 出 地 对 VRML 语 言 进 行 介 绍, 通 过 大 量 的 实 例 对 每 个 节 点 的 语 法 进 行 详 细 的 讲 解, 以 便 于 读 者 理 解 和 操 作 本 书 所 用 实 例 均 经 过 上 机 调 试 顺 利 运 行 全 书 共 分 11 章, 第 1 章 和 第 2 章 主 要 介 绍 有 关 VRML 的 基 础 知 识, 读 者 学 完 这 两 章, 对 什 么 是 VRML VRML 的 应 用 情 况 等 有 了 大 概 的 了 解 ; 第 3 章 到 第 6 章 通 过 一 些 简 单 的 例 子 引 导 读 者 构 造 自 己 喜 欢 的 虚 拟 现 实 三 维 空 间, 同 时 对 有 关 语 法 进 行 详 尽 的 介 绍, 至 此 读 者 已 经 基 本 上 具 备 了 用 VRML 编 程 的 能 力 第 7 章 至 第 11 章 则 属 于 高 手 进 阶 内 容, 分 别 介 绍 了 如 何 使 用 原 型 与 用 户 交 互 设 置 场 景 信 息 网 上 发 布 作 品 以 及 使 用 EAI 等 到 此 为 止, 读 者 已 经 基 本 上 掌 握 了 VRML 包 含 的 所 有 内 容 特 别 需 要 指 出 的 是, 第 11 章 对 VRML 与 外 部 的 JavaScript 程 序 实 现 通 信 的 功 能 只 是 点 到 为 止, 主 要 是 考 虑 到 本 书 的 篇 幅 限 制, 没 有 详 尽 地 展 开 在 写 作 思 路 上, 本 书 按 照 循 序 渐 进 的 手 法, 首 先 介 绍 VRML 所 包 含 的 功 能, 然 后 引 出 具 有 此 功 能 的 节 点, 最 后 通 过 实 例 详 细 地 讲 解 节 点 的 用 法 例 如 播 放 声 音 这 一 功 能, 可 以 通 过 Sound 这 一 节 点 来 实 现, 由 此 引 出 Sound 节 点, 进 而 又 引 出 了 Audioclip 节 点, 最 后 通 过 例 子 来 具 体 讲 解 Sound 节 点 和 Audioclip 节 点 的 用 法 本 书 由 仇 刚 蔡 勇 文 旭 华 李 竞 杰 等 编 写 陆 昌 辉 主 编 并 负 责 书 稿 的 组 织 和 统 稿 工 作 全 书 由 王 德 军 策 划 并 审 校 此 外, 吴 晓 华 王 刚 张 小 峰 刘 军 黄 河 王 龙 在 写 作 过 程 中 做 了 大 量 的 事 务 性 工 作, 在 此 一 并 表 示 感 谢 鉴 于 编 者 水 平 有 限, 错 误 之 处 在 所 难 免, 欢 迎 广 大 读 者 批 评 指 正 作 者 2003 年 1 月

4 第 1 章 VRML 概 述 您 是 否 畅 想 漫 游 全 球, 或 者 对 某 种 价 格 不 菲 的 艺 术 品 心 仪 已 久, 而 苦 于 没 有 时 间 或 金 钱 ; 此 时 您 或 许 会 联 想 到 黑 客 帝 国 中 的 人 物 只 需 戴 上 头 盔 和 手 套, 即 可 进 入 Internet 虚 拟 世 界, 感 受 并 参 与 虚 拟 世 界 中 的 种 种 事 件, 甚 至 可 以 进 行 虚 拟 训 练, 达 到 现 实 中 的 训 练 效 果 当 然, 这 只 不 过 是 利 用 电 脑 特 技 做 出 来 的 动 画 效 果, 然 而 它 会 让 人 情 不 自 禁 地 认 为 这 就 是 未 来 的 现 实 世 界 实 现 这 些 梦 想, 也 许 还 要 十 来 年 或 者 更 久 的 时 间, 但 不 断 追 踪 与 注 意 其 发 展 却 是 一 件 极 为 有 趣 的 事 您 想 充 分 体 验 虚 拟 现 实 的 乐 趣 么? 使 用 VRML 无 疑 可 以 满 足 您 的 要 求 1.1 VRML 基 础 知 识 VRML 的 概 念 VRML 是 虚 拟 现 实 建 模 语 言 ( 即 Virtual Reality Modeling Language, 早 期 名 字 为 Virtual Reality Markup Language) 的 简 称, 所 谓 虚 拟 现 实, 就 是 指 采 用 各 种 技 术, 在 计 算 机 及 其 网 络 中 营 造 一 个 可 以 以 假 乱 真 的 现 实 世 界, 也 就 是 能 使 人 产 生 和 置 身 于 现 实 世 界 中 相 同 的 视 觉 听 觉 触 觉 嗅 觉 味 觉 等 ( 目 前 研 究 的 主 要 是 前 面 三 项 ) 效 果 可 以 想 象, 当 你 戴 上 头 盔 和 手 套 时, 会 发 现 自 己 如 立 泰 山 之 颠, 无 限 风 光 尽 情 领 略, 自 然 气 息 扑 面 而 来 ; 当 你 移 动 或 转 头 时, 眼 前 的 壮 丽 景 色 也 随 之 变 幻, 在 家 中 即 可 实 现 一 览 众 山 小 的 雄 伟 抱 负 ; 或 者 是 犹 如 置 身 于 博 物 馆 中, 你 可 以 仔 细 欣 赏 每 一 件 艺 术 品, 全 方 位 地 体 味 高 雅 的 艺 术 感 觉, 达 到 近 乎 完 美 的 身 临 其 境 的 境 界 这 就 是 虚 拟 现 实 的 魅 力, 虚 拟 现 实 技 术 最 近 十 年 的 发 展 已 经 把 早 期 科 幻 小 说 家 的 梦 想 变 为 现 实, 它 不 再 仅 仅 是 美 国 宇 航 局 的 一 项 高 科 技 项 目, 而 是 普 遍 运 用 于 游 戏 厅 家 庭 等 平 民 化 场 所 只 要 有 足 够 的 硬 件, 在 一 台 大 型 计 算 机 上 即 可 实 现 可 编 辑 的 三 维 空 间, 通 过 尖 端 的 计 算 机 图 形 技 术 就 能 使 三 维 空 间 和 它 的 内 容 达 到 可 视 化, 并 且 用 户 可 以 通 过 某 些 设 备 进 入 到 这 个 三 维 世 界 中 有 的 场 景 则 需 要 带 上 头 盔 式 装 置 和 手 套, 以 给 人 们 一 个 三 维 世 界 的 效 果 ; 有 的 则 利 用 大 屏 幕 技 术 把 用 户 包 围 在 三 维 世 界 里, 随 着 光 标 的 移 动, 计 算 机 重 新 计 算 正 确 的 视 觉 空 间 并 以 几 乎 无 法 察 觉 的 速 度 显 示 出 来, 其 结 果 更 加 逼 真 网 络 技 术 的 飞 速 发 展, 已 经 使 虚 拟 现 实 在 Internet 上 应 用 成 为 可 能, 网 络 的 带 宽 和 微 机 的 3D 运 算 能 力, 都 己 经 使 网 上 的 虚 拟 现 实 成 为 真 实 现 实 可 以 想 象, 在 一 个 虚 拟 的 三 维 场 景 中, 有 着 真 正 三 维 身 体 的 人 在 其 间 进 行 交 谈 和 工 作, 现 实 生 活 中 的 你 可 以 在 虚 拟 的 三 维 的 真 实 世 界 中 变 成 另 一 个 真 正 的 你 ; 一 个 活 灵 活 现 的 你 ; 一 个 可 做 出 真 正 动 作,

5 - 2 - 第 1 章 VRML 概 述 真 正 与 他 人 交 谈 接 触 来 往 的 你 你 将 永 远 地 告 别 用 键 盘 敲 打 字 母 和 符 号 的 日 子, 你 需 要 的 可 能 只 是 一 个 3D 鼠 标 和 一 个 耳 麦 现 实 社 会 和 虚 拟 的 网 络 社 会 是 紧 密 联 系 但 又 完 全 不 同 的 两 个 实 体, 人 们 在 现 实 社 会 未 能 实 现 的 理 想 可 以 在 虚 拟 的 网 络 世 界 得 以 实 现, 你 可 以 在 虚 拟 网 络 世 界 做 任 何 你 想 做 的 事 ( 当 然 在 虚 拟 网 络 世 界 里 也 和 现 实 社 会 一 样, 有 其 自 己 的 逻 辑 严 密 的 行 之 有 效 的 规 则, 而 你 也 有 自 己 的 权 限, 就 如 现 在 的 虚 拟 社 区 都 有 其 自 己 的 管 理 规 则 一 样, 除 非 在 这 虚 拟 世 界 里 只 有 你 一 个 人 生 活 ) VRML 是 一 种 三 维 造 型 和 渲 染 的 图 形 描 述 性 语 言, 它 把 虚 拟 世 界 看 作 一 个 场 景, 而 场 景 中 的 一 切 都 看 作 对 象 ( 也 就 是 结 点 ), 对 每 一 个 对 象 的 描 述 就 构 成 了 WRL 文 件 ( 描 述 场 景 的 模 型 ) 而 要 把 这 些 枯 燥 的 语 言 和 符 号 变 成 动 态 的 虚 拟 世 界, 需 要 配 备 高 速 的 硬 件 和 浏 览 器 通 过 浏 览 器 解 释 这 些 语 句 可 以 实 时 生 成 虚 拟 场 景 VRML 的 目 的 主 要 是 为 了 在 网 页 中 实 现 三 维 动 画 效 果 以 及 基 于 三 维 对 象 的 用 户 交 互 它 同 HTML(HyperText Markup Language) 语 言 一 样, 也 是 一 种 ASCII 的 描 述 语 言, 且 都 支 持 超 链 接 ( 从 一 个 Web 页 面 指 向 另 一 个 Web 页 面 的 链 接 称 为 超 链 接, 而 相 应 的 VRML 术 语 则 称 之 为 远 程 口 链 teleporte), 但 HTML 不 支 持 三 维 图 像 和 立 体 声 音 文 本 的 显 示, 熟 悉 WWW(World Wide Web) 的 人 都 知 道, 由 于 HTML 语 言 的 局 限 性,VRML 之 前 的 网 页 只 能 是 简 单 的 平 面 结 构, 就 算 利 用 Java 语 言 能 够 为 WWW 增 色 不 少, 但 也 仅 仅 停 留 在 平 面 设 计 阶 段, 更 不 要 说 动 态 交 互 了 而 且 实 现 环 境 与 参 与 者 的 动 态 交 互 是 非 常 繁 琐 的, 于 是,VRML 应 运 而 生 VRML 改 变 了 原 来 WWW 上 单 调 交 互 性 差 的 弱 点, 将 人 的 行 动 作 为 浏 览 的 主 体, 所 有 的 现 象 都 随 操 作 者 一 言 一 行 而 改 变 VRML 创 造 的 是 一 个 可 进 入 可 参 与 的 世 界 使 用 VRML, 我 们 能 在 Internet 上 设 计 自 己 的 三 维 虚 拟 空 间, 诸 如 建 造 虚 拟 的 用 品 房 间 城 市 ( 如 图 1.1 所 示 ) 森 林 草 原 山 脉 星 球 等 能 想 象 到 的 任 何 东 西 这 些 仅 仅 受 限 于 我 们 的 想 象 力, 在 这 里 只 有 想 不 到 的, 没 有 做 不 到 的 你 可 以 在 计 算 机 网 络 上 看 到 一 幅 幅 生 动 逼 真 的 三 维 立 体 世 界, 你 可 以 在 里 面 自 由 地 遨 游 ; 你 可 以 将 网 络 上 流 行 的 MUD 游 戏 转 换 成 为 图 形 界 面 ; 你 可 以 将 你 的 公 司 主 页 改 变 成 为 三 维 主 页, 让 操 作 者 可 以 边 领 略 你 公 司 的 实 貌, 同 时 聆 听 向 导 的 介 绍 说 明, 而 不 再 仅 仅 是 简 单 枯 燥 的 文 本 表 格 平 面 图, 甚 至 双 方 可 以 在 网 上 直 接 进 行 商 业 洽 谈 图 1.1 是 一 个 VRML 制 作 的 虚 拟 城 市 图 1.1 虚 拟 城 市

6 第 1 章 VRML 概 述 VRML 的 特 征 与 功 能 相 对 其 它 在 网 络 上 运 用 的 语 言 而 言,VRML 具 有 下 列 特 征 和 功 能 ( 注 : 指 VRML 2.0 规 格, 本 书 主 要 介 绍 VRML 2.0, 所 有 的 实 例 都 是 VRML 2.0 规 格, 如 果 没 特 别 说 明, 所 有 VRML 均 指 VRML 2.0): 立 体 感 的 视 觉 效 果 虽 然 我 们 使 用 诸 如 3D Studio MAX 之 类 的 软 件 可 以 制 作 出 效 果 极 为 丰 富 的 立 体 效 果, 然 而 其 立 体 效 果 导 出 为 文 件 之 后 通 常 是 体 积 庞 大 显 然 用 这 种 方 式 在 网 页 中 实 现 三 维 动 画 是 很 不 现 实 的 而 VRML 有 效 地 解 决 了 这 个 问 题, 其 原 理 是 在 用 户 端 提 供 一 些 基 本 的 三 维 图 形 库, 并 且 在 网 页 运 行 时 实 时 进 行 上 色 这 使 得 在 网 络 上 传 输 的 数 据 量 大 大 减 少 而 且, 我 们 可 以 在 形 体 上 贴 图 增 加 灯 光 效 果 建 立 用 户 事 件 响 应 等 立 体 音 效 VRML 不 但 通 过 3D 图 形 在 视 觉 上 观 赏 周 围 的 事 物, 而 且 可 以 通 过 3D 声 音 让 人 感 受 周 围 环 境 的 声 音, 就 如 在 现 实 中 听 到 一 样, 不 再 是 简 单 的 2D 声 音 在 Sound{ 节 点 中, 可 以 进 行 声 音 大 小 位 置 方 向 等 空 间 性 质 的 设 定, 让 声 音 的 表 现 有 远 近 不 同 的 立 体 效 果, 以 增 加 真 实 性 存 在 感 能 让 我 们 有 一 种 身 临 其 境 的 感 觉, 仿 佛 存 在 于 VRML 世 界 中, 而 非 局 外 人 多 感 知 性 通 过 一 些 设 备 在 视 觉 听 觉 触 觉 等 方 面 感 受 虚 拟 境 界 的 一 切 尤 其 它 不 只 局 限 于 视 觉 或 听 觉, 这 更 增 加 其 真 实 感 互 动 式 ( 能 影 响 虚 拟 环 境 ) VRML 的 图 形 渲 染 是 实 时 的, 这 是 它 与 动 画 制 作 软 件 的 最 大 区 别 这 种 实 时 性 导 致 了 在 虚 拟 场 景 中 的 人 机 可 交 互 性 您 可 以 用 制 作 动 画 的 软 件 制 作 一 个 沿 着 某 一 条 路 径 浏 览 的 死 动 画, 而 且 可 以 反 复 播 放 这 个 动 画, 但 该 动 画 总 是 沿 着 一 条 固 定 路 径 的 而 VRML 生 成 的 场 景 是 活 的 您 在 浏 览 VRML 文 件 时 可 以 用 鼠 标 控 制 您 的 浏 览 方 向, 不 受 任 何 限 制 这 一 点 对 于 Internet 的 网 页 和 三 维 游 戏 是 至 关 重 要 的 看 看 VRML 2.0 标 准 就 可 以 发 现 这 种 人 机 的 交 互 性 能 大 大 加 强 了, 在 这 里, 您 不 仅 可 以 在 场 景 中 随 意 漫 步, 甚 至 可 以 随 时 启 动 一 个 事 件, 比 如 : 您 碰 到 了 一 个 物 体, 像 现 实 中 一 样 发 出 碰 撞 声, 而 不 能 像 游 魂 一 样 穿 过 物 体 ; 当 您 遇 到 了 一 个 门, 亲 自 把 它 打 开 或 关 上 在 感 受 虚 拟 境 界 的 同 时, 能 够 通 过 自 己 的 行 为 改 变 或 影 响 虚 拟 境 界, 就 如 在 现 实 中 改 变 自 己 周 围 的 环 境 一 样 特 别 是 你 可 以 在 网 上 和 其 它 的 虚 拟 人 一 起 生 活 工 作 玩 耍 探 索 和 开 发 大 自 然 等 动 态 显 示 VRML 不 再 全 是 静 态 显 示, 它 所 显 示 的 一 切 都 如 现 实 中 一 样 有 静 有 动, 只 取 决 于 该 物 品 的 属 性 而 且 其 动 态 显 示 不 只 是 沿 着 某 一 路 径 下 去 的, 它 更 取 决 于 操 作 者 所 做 出 的 动 作, 这 是 与 其 它 也 可 显 示 动 态 语 言 的 软 件 的 根 本 区 别 动 态 显 示 与 网 络 无 关 VRML 是 面 向 网 络 的, 它 是 为 网 络 而 生 的, 并 随 网 络 而 发 展 的 它 的 巧 妙 之 处 在 于 : 避 免 了 在 网 上 传 输 无 限 容 量 的 一 帧 帧 视 频 图 像, 而 传 输 的 只 是 有 限 容 量 的 WRL 文 件 即 只 传

7 - 4 - 第 1 章 VRML 概 述 送 描 述 场 景 的 模 型, 而 把 动 画 帧 的 生 成 放 在 本 地 也 就 是 说 : 当 您 在 虚 拟 世 界 中 漫 步 时, 您 依 靠 的 只 是 本 地 主 机 的 性 能, 而 与 网 络 无 关, 因 此 就 不 用 再 担 心 网 络 缓 慢 了 感 应 器 的 功 能 一 个 行 为 的 发 生, 例 如 我 们 按 下 键 盘 按 键, 在 VRML 程 序 中, 必 须 要 有 Sensor{ 节 点, 如 同 人 体 的 感 觉 器 官, 才 能 知 道 使 用 者 有 行 为 发 生, 进 而 依 据 Script 节 点 中 的 设 定, 产 生 预 定 的 反 应 脚 本 功 能 在 Script{ 节 点 中 加 入 程 序 语 言, 以 进 行 对 象 行 为 的 设 定, 编 写 的 语 言 倾 向 于 使 用 Java, 也 可 用 其 它 的 CGI 程 序, 例 如 Perl, 另 外 SGI 公 司 则 发 展 了 一 种 类 似 Java 的 VRMLScript 语 言, 前 途 是 非 常 可 观 的 多 重 使 用 者 (Multi-User) 可 以 建 立 一 个 多 重 使 用 者 共 享 的 虚 拟 环 境 开 发 标 准, 可 以 让 进 入 的 使 用 者, 利 用 其 替 身 在 虚 拟 空 间 中 彼 此 交 谈 或 沟 通, 并 体 验 到 多 媒 体 甚 至 是 置 身 其 中 的 生 理 感 觉 全 球 资 讯 网 参 考 节 点 以 Inline{name"URL" 节 点, 可 以 将 Internet 上 的 其 它 VRML 档 案 加 入 您 所 建 立 的 虚 拟 世 界, 就 如 同 编 写 HTML 时 也 可 以 援 用 地 球 某 处 的 图 档, 当 需 要 显 示 时, 再 分 别 由 网 络 下 载, 不 必 等 所 有 对 象 下 载 完 毕 后, 才 能 执 行 VRML 档 案 超 链 接 功 能 anchor{name"url" 节 点, 在 其 中 加 入 所 要 链 接 网 站 的 URL 地 址 后, 就 可 以 让 某 个 对 象 有 超 链 接 的 功 能, 点 取 后 即 可 链 接 到 特 定 区 域, 或 是 网 络 中 的 特 定 档 案 ( 例 如 一 个 WAV 档, 以 产 生 多 媒 体 音 效 ) VRML 的 应 用 现 在 虚 拟 应 用 最 火 的 可 能 是 虚 拟 主 持 人 了, 就 好 像 真 人 在 你 面 前 和 你 讲 话, 就 目 前 来 说, 这 些 主 持 人 很 受 大 众 欢 迎, 这 就 是 虚 拟 现 实 的 魅 力 现 有 的 网 络 虚 拟 现 实 系 统 实 例 有 SIMNET 和 VR 游 戏,SIMNET 是 一 个 用 于 军 队 演 习 的 系 统, 是 美 国 军 方 为 了 降 低 训 练 坦 克 部 队 费 用 而 建 立 的 SIMNET 是 第 一 个 大 规 模 网 络 VR 的 实 例, 它 可 以 调 整 近 1000 个 全 动 态 图 像 的 模 型 器 许 多 游 戏 公 司 都 在 其 产 品 上 部 分 实 现 了 虚 拟 现 实 环 境, 特 别 是 在 局 域 网 上, 使 实 时 性 和 交 互 性 变 为 现 实 其 实 在 Internet 如 此 普 及 的 今 天,VRML 的 应 用 是 非 常 广 泛 的, 基 本 上 各 行 各 业 都 可 用 到 VRML VRML 在 电 子 商 务 教 育 工 程 技 术 交 互 式 娱 乐 等 领 域 都 有 着 广 泛 的 应 用 如 教 育 领 域 的 应 用 : 把 VRML 用 于 建 造 人 体 模 型 电 脑 太 空 旅 行 化 合 物 分 子 结 构 显 示 等, 由 于 数 据 更 加 生 动 逼 真, 提 高 了 人 们 的 想 象 力, 大 大 激 发 了 受 教 育 者 的 学 习 兴 趣, 学 习 效 果 十 分 显 着, 随 着 计 算 机 技 术 心 理 学 教 育 学 等 多 种 学 科 的 结 合 相 互 促 进 和 发 展, 能 够 提 供 更 加 协 调 的 人 机 对 话 途 径 ; 娱 乐 领 域 的 应 用 : 娱 乐 领 域 是 VRML 的 一 个 重 要 应 用 领 域,VRML 是 一 个 功 能 十 分 强 大 的 在 Internet 网 上 交 换 三 维 场 景 的 描 述 性 语 言, 它 能 够 提 供 更 好 的 多 人 之 间 的 交 互, 提 供 更 加 逼 真 的 虚 拟 环 境, 从 而 使 得 人 们 能 够 享 受 其 中 的 乐 趣, 带 来 更 好 的 娱 乐 感 觉,VRML 正 朝 着 实 时 通 信 大 规 模 用 户 交 互 方 向 发 展 ; 工 程 领 域 的 应 用 : 当 前 的 工 程 很 大 程 度 上 要 依 赖 于 图 形 工 具, 以 便 直 观 地 显 示 各 种 产 品, 某 些 设 法 提 高 生 产 率 并 削 减 成 本

8 第 1 章 VRML 概 述 的 公 司 特 别 需 要 那 些 能 通 过 全 球 网 或 局 域 网 按 协 作 方 式 使 用 VRML 建 立 三 维 模 型 的 工 程 人 员 ; 商 业 领 域 的 应 用 : 对 于 那 些 期 望 与 客 户 建 立 直 接 联 系 的 公 司, 尤 其 是 那 些 在 他 们 的 主 页 上 向 客 户 发 送 电 子 广 告 的 公 司, 全 球 网 具 有 特 别 的 吸 引 力,VRML 可 以 大 幅 度 改 善 顾 客 购 买 商 品 的 经 历, 顾 客 可 以 访 问 虚 拟 世 界 中 的 商 店, 在 那 里 挑 选 商 品, 然 后 通 过 全 球 网 办 理 付 款 手 续, 最 后 商 店 及 时 把 商 品 送 到 顾 客 手 中 而 现 在, 利 用 VRML 技 术 已 在 某 些 方 面 取 得 了 一 些 成 果, 如 以 下 几 个 成 功 利 用 VRML 技 术 的 例 子 科 技 探 索 一 个 对 火 星 好 奇 的 学 生 登 上 一 个 虚 拟 的 宇 宙 飞 船 从 地 面 点 火 起 飞, 尝 试 各 种 飞 行 路 径 飞 向 这 个 红 色 星 球 在 火 星 表 面 登 陆 后, 驱 车 绕 着 科 学 上 正 确 的 轨 迹 运 动 带 有 合 适 的 重 力 和 光 照 这 一 景 像 在 火 星 探 路 者 登 上 火 星 时 已 经 借 助 VRML 技 术 利 用 三 维 的 虚 拟 太 阳 系 模 拟 来 自 火 星 的 大 量 数 据, 发 生 在 全 球 因 特 网 用 户 的 眼 前, 物 理 和 天 文 学 世 界 被 带 入 到 生 活 中, 而 且 比 任 何 书 本 或 第 一 代 Web 的 页 面 更 为 吸 引 人 并 具 有 交 互 性 商 业 宣 传 百 事 可 乐 公 司 在 自 己 的 网 站 上 创 建 了 一 个 广 告 画 面 : 探 路 者 在 火 星 表 面 走 动 且 发 现 了 一 瓶 百 事 可 乐! 所 有 文 件 只 有 12KB, 因 此 能 十 分 方 便 地 配 置 在 一 个 普 通 的 Web 站 点 上 ; 位 于 旧 金 山 先 进 的 Web 设 计 公 司 Construct 最 近 完 成 了 一 个 VRML 项 目, 目 的 是 展 示 VRML 作 为 一 个 故 事 片 媒 介 片 长 11 分 钟 高 分 辨 率 逼 真 图 形 的 故 事 占 了 不 到 1 兆 字 节 的 磁 盘 空 间, 相 似 长 度 和 质 量 的 一 个 MPEG 电 影 将 比 它 大 300 倍 ; 电 子 购 物 时, 珠 宝 加 工 商 为 远 距 离 顾 客 加 工 珠 宝, 为 了 确 保 最 终 样 式 符 合 客 户 的 期 望, 他 应 用 VRML 创 作 工 具 建 立 一 个 项 链 模 型, 然 后 把 设 计 通 过 Web 传 送 给 顾 客 虽 然 顾 客 没 有 拿 到 真 正 的 东 西, 他 ( 她 ) 仍 能 从 所 有 角 度 考 察 这 种 项 链, 检 查 反 射 面 的 形 状, 决 定 作 为 基 片 的 宝 石 高 度 在 设 计 阶 段, 即 在 昂 贵 的 宝 石 被 琢 磨 之 前, 把 顾 客 的 需 求 呈 现 出 来 类 似 的 VRML 应 用 范 围 很 广, 从 严 肃 的 ( 医 疗 构 图 分 子 造 型 工 程 与 设 计 建 筑 ) 到 包 含 更 多 的 娱 乐 的 ( 游 戏 各 种 广 告 虚 拟 剧 场 ) 以 及 日 常 生 活 的 习 俗 ( 起 居 室 选 择 和 家 具 摆 设 周 末 公 园 旅 游 计 划 汽 化 器 维 修 等 ) 文 物 保 护 意 大 利 教 堂 的 壁 画 已 经 被 破 坏 很 长 时 间 了, 但 是 仍 有 足 够 的 信 息 恢 复 它 原 来 的 模 样 采 用 建 筑 造 型 恢 复 教 堂 和 图 像 扫 描 技 术 恢 复 壁 画, 然 后 把 它 们 集 成 到 VRML 文 件 中, 这 样 艺 术 学 院 的 学 员 就 能 在 走 廊 里 行 走, 观 看 头 顶 的 壁 画 在 一 天 中 不 同 的 时 候 随 光 线 不 同 呈 现 的 不 同 图 案 当 然 还 可 以 增 加 鉴 赏 评 论 等 有 关 壁 画 的 信 息 娱 乐 业 Blitom 是 一 家 位 于 洛 衫 矶 的 娱 乐 公 司, 最 近 和 Cosmo 软 件 公 司 演 示 了 第 一 部 VRML 动 画 片 一 个 演 员 的 动 作 和 声 音 捕 捉 下 来, 即 时 转 换 成 一 个 卡 通 角 色, 并 且 现 场 广 播 到 SIGGRAPH 展 示 会 的 多 个 视 点 呈 现 出 来 的 非 常 美 丽 的 动 画 电 影 的 确 是 一 个 活 生 生 的 超 媒 体 感 觉 易 修 改 交 互 性 和 沉 浸 感 举 例 来 说, 每 个 观 众 都 能 独 立 地 改 变 摄 像 机 角 度 所 做 的 工 作 目 前 进 展 到 能 够 让 这 种 类 型 的 应 用 程 序 由 用 户 利 用 28.8kbps 的 调 制 解 调 器 在 公 共 的 Internet 网 上 运 行 总 之,VRML 的 应 用 领 域 相 当 广 泛, 大 致 有 以 下 几 个 领 域 : (1) 娱 乐 : 电 脑 虚 拟 游 戏 电 脑 玩 具 机 虚 拟 电 影 院 虚 拟 主 持 人 等 ; (2) 教 育 : 虚 拟 科 学 实 验 室, 虚 拟 天 文 馆, 虚 拟 体 育 馆, 青 少 年 数 理 立 体 观 念 生 活

9 - 6 - 第 1 章 VRML 概 述 教 育 专 业 领 域 的 教 育 训 练 等 CAI 软 体 ; (3) 训 练 : 驾 车 ( 一 般 车 辆 吊 车 堆 土 机 等 ) 飞 行 滑 雪 机 械 人 操 作 模 拟 各 种 救 灾 演 练 及 各 式 仪 器 设 备 操 作 安 装 与 检 修 训 练 ; (4) 医 学 : 外 科 手 术 远 程 遥 控 手 术 身 体 复 康 虚 拟 超 音 波 影 像 牙 齿 校 正 及 药 物 合 成 等 ; (5) 设 计 : 器 材 室 内 景 观 建 筑 土 木 管 线 工 程 机 械 人 辅 助 设 计 等 ; (6) 商 业 : 广 告 ( 动 产 不 动 产 一 般 业 务 推 销 及 企 业 HomePage 制 作 ) 财 产 分 析 电 传 会 议 及 虚 拟 购 物 中 心 等 ; (7) 简 报 : 博 物 馆 纪 念 馆 简 介 及 游 客 导 览 系 统 等 ; (8) 军 事 : 飞 行 模 拟 各 式 军 车 军 舰 武 器 操 控 及 军 事 演 习 等 ; (9) 太 空 : 太 空 训 练 虚 拟 驾 驶 等 ; (10) 艺 术 : 动 态 艺 术 虚 拟 演 员 虚 拟 音 乐 等 ; (11) 监 控 : 即 时 性 股 市 行 情 显 示 分 析 电 信 网 路 及 交 通 监 控 等 ; (12) 科 学 视 觉 化 : 行 星 表 面 重 建 虚 拟 风 洞 试 验 分 子 结 构 分 析 等 ; (13) 听 觉 评 估 : 室 内 音 响 模 拟 防 止 噪 音 测 试 等 ; (14) 刑 事 调 查 : 犯 罪 现 场 模 拟 ; (15) 网 络 应 用 : 即 时 性 互 动 式 的 广 告, 虚 拟 银 行 证 卷 交 易 厅 商 店 博 物 馆 大 学 校 园 多 人 互 动 式 教 学 游 戏 及 分 布 式 互 动 模 拟 (DIS) 等 ; 上 述 的 应 用 是 目 前 最 常 被 讨 论 的 范 围, 随 着 虚 拟 实 境 系 统 相 关 科 技 的 日 趋 成 熟, 来 自 各 种 领 域 的 研 究 与 应 用 势 必 不 断 地 推 陈 出 新, 范 围 也 将 不 断 地 扩 大, 这 已 是 必 然 的 趋 势 1.2 VRML 的 历 史 功 能 如 此 强 大, 应 用 如 此 广 泛 的 VRML 其 历 史 却 是 短 暂 的 VRML 的 诞 生 还 是 近 几 年 的 事, 是 Mark Pesce 和 Tony Parisi 在 Gavin Bell 和 Brain Behlendorf 的 帮 助 下 创 造 了 VRML 语 言 1993 年 12 月 Mark Pesce 和 Tony Parsi 在 旧 金 山 相 识, 他 们 开 始 致 力 于 电 脑 空 间 方 面 的 工 作, 受 HTML 浏 览 器 的 启 发, 他 们 共 同 设 计 了 Web 的 3-D 接 口, 这 是 三 维 浏 览 器 的 原 形, 可 用 来 浏 览 Internet 上 的 三 维 画 面 1994 年 5 月, 他 们 应 邀 参 加 在 瑞 士 日 内 瓦 CERN 实 验 室 举 行 的 万 维 网 (WWW) 第 一 届 国 际 会 议 在 该 会 议 上,Mark Pesce 和 Tony Parisi 在 会 上 介 绍 了 他 们 开 发 的 可 在 万 维 网 上 运 行 的 虚 拟 现 实 界 面 这 时, 由 Tim Berners Lee 与 Dave Raggett 组 织 的 一 个 情 趣 相 投 者 联 谊 会 BOF(BOF 来 自 一 句 英 语 的 谚 语 :Birds of a feather.) 马 上 产 生 强 烈 的 反 响, 决 定 开 发 一 种 场 景 描 述 语 言, 它 可 以 连 通 Web 网 同 时,Mark Pesce 与 Tony Parisi 开 发 出 一 套 3D 的 浏 览 器, 称 为 Labyrinth, 发 表 于 该 研 讨 会 上 VRML 这 个 词 就 是 在 BOF 的 会 上 造 出 来 的 虚 拟 现 实 标 志 语 言 (Virtual Reality Markup Language VRML) 的 名 称 是 由 惠 普 公 司 欧 洲 研 究 实 验 室 的 Rava Raggett 提 出 的, 他 是 WWW 的 早 期 开 发 者 之 一, 他 对 电 脑 空 间 有 着 浓 厚 的 兴 趣 很 快, 虚 拟 现 实 标 志 语 言 就 被 虚 拟 现 实 造 型 语 言 (Virtual Reality Modeling Language

10 第 1 章 VRML 概 述 VRML) 所 替 代, 这 个 名 称 更 能 反 映 它 的 目 的 这 次 会 议 初 步 决 定, 十 月 份 在 芝 加 哥 召 开 第 二 次 万 维 网 国 际 会 议, 也 就 是 说 只 留 出 五 个 月 的 时 间 在 这 段 时 间 里, 能 否 拟 出 一 个 VRML 规 范 的 初 步 方 案?BOF 成 员 和 自 愿 加 入 开 发 新 规 范 行 列 的 网 络 程 序 员 信 心 十 足 他 们 一 致 认 为 : 在 下 次 会 议 之 前, 一 个 内 部 试 用 语 言 规 范 一 定 能 完 成 在 研 讨 会 之 后, 以 Mark Pesce 与 Brain Behlendorf 为 主 的 相 关 人 士 成 立 了 一 个 mailing-list, 讨 论 相 关 标 准 的 制 定 经 过 讨 论, 决 定 以 现 有 的 标 准 为 基 础, 制 定 VRML 的 规 格 讨 论 的 结 果, 基 于 节 省 时 间 及 制 定 上 的 方 便, 决 定 采 用 SGI( 硅 图 公 司 Silicon Graphics Inc) 的 Open Inentor ASCII(Open Inventor 是 SGI 推 出 的 工 具 软 件 之 一, 它 便 于 程 序 员 快 速 简 洁 地 开 发 各 种 类 型 的 交 互 式 3D 图 形 程 序 这 种 工 具 软 件 的 编 制 是 基 于 场 景 结 构 和 对 象 描 述 概 念 和 手 段, 该 语 言 的 基 础 是 文 件 格 式 ) 的 文 件 格 式 选 择 SGI 公 司 的 Open Inentor 的 重 要 原 因 之 一 是 它 的 文 件 格 式 完 全 支 持 有 关 三 维 场 景 的 描 述, 另 外,Open Inventor 还 支 持 亮 度 纹 理 和 现 实 效 果 等 多 种 图 像 处 理 特 性 因 此,SGI 的 Open Inventor 文 件 格 式 的 一 个 子 集 及 其 网 络 特 性 的 扩 展 形 成 了 VRML 语 言 的 基 础, 另 外,SGI 同 意 将 这 种 文 件 格 式 的 剖 析 程 序 向 公 众 开 放 不 需 要 任 何 专 利 权 和 专 卖 权, 供 大 家 使 用, 对 VRML 的 发 展 而 言, 有 催 化 剂 的 效 果 不 过, VRML 规 格 是 采 用 部 分 的 Open Inventor 规 格, 再 加 上 网 络 连 接 的 能 力 制 定 而 成 同 时,SGI 的 工 作 组 的 工 程 师 Gavin Bell 利 用 工 作 组 每 周 举 行 一 次 的 例 行 午 餐 会, 告 诉 他 的 主 管 经 理 Rill Carey 关 于 VRML 的 事 情, 说 明 急 需 建 立 一 种 可 在 Web 网 上 运 行 描 述 3D 场 景 的 语 言 到 聚 餐 结 束 时,Carey 已 决 心 从 事 于 这 场 新 的 开 拓 ( 后 来 两 人 合 办 了 Wasabisoft) 之 后 不 过 用 了 两 周 时 间,Gavin Bell 就 提 出 了 SGI 的 方 案, 它 是 一 个 经 过 修 改 的 Open Inventor 3D 模 拓 文 件 (Metafile, 元 文 件 ) 格 式 的 子 集, 再 附 加 一 些 处 理 网 络 的 相 应 功 能 和 措 施 还 有 几 项 颇 有 讨 论 价 值 的 方 案 也 先 后 提 交, 参 加 候 选 Pesce 和 Behlendorf 公 允 地 主 持 了 方 案 的 论 证 会, 最 后 投 票 结 果,SGI 方 案 赢 得 了 多 数 这 就 意 味 着 VRML 是 脱 胎 于 Open Inventor 的 文 件 格 式 这 就 是 1994 年 10 月 在 芝 加 哥 (Chicago) 召 开 的 第 二 次 WWW 会 议 上 公 布 VRML 1.0 的 规 范 草 案 主 要 的 功 能 是 完 成 静 态 的 3D 场 景, 以 及 与 HTML 链 接 的 功 能 和 措 施 另 一 位 SGI 的 原 Open Inventor 的 设 计 师 Paul Strauss 开 始 制 作 一 个 VRML 公 共 域 (Publicdomain) 的 词 解 程 序 (Parser), 当 时 流 行 于 业 界 的 名 字 叫 QvLib 这 个 程 序 的 作 用 是 把 VRML 的 可 读 文 件 格 式 转 换 成 浏 览 器 可 理 解 的 格 式 这 个 词 解 程 序 于 1995 年 1 月 公 开 发 布, 它 可 以 安 装 到 各 式 各 样 的 平 台 上, 随 之, 各 种 浏 览 器 恰 似 雨 后 春 笋 般 勃 然 兴 盛 起 来 可 以 理 解 和 显 示 所 有 VRML 文 件 的 浏 览 器, 最 早 还 是 出 自 SGI, 由 David Mott 和 多 位 Inventor 的 工 程 师 写 成 的 WebSpace Navigator 不 久, 模 板 图 形 软 件 (Template Graphics Software) 运 行 于 WebSpace, 不 仅 适 用 于 SGI 平 台, 也 适 用 于 多 种 其 它 平 台, 而 且 所 有 版 本 的 WebSpace Navigator 浏 览 器 均 免 费 使 用 1995 年 秋,SGI 进 一 步 推 出 了 WebSpace Author( 供 创 作 的 程 序 ) 这 是 一 种 Web 创 作 工 具, 可 在 场 景 内 交 互 地 摆 放 物 体, 并 改 进 了 场 景 的 功 能, 还 可 用 于 发 表 VRML 文 件 此 时, VRML 设 计 工 作 组 (VGA,VRML Architecture Group) 相 聚 在 一 起, 讨 论 下 一 个 版 本 的 VRML 1996 年 初,VRML 委 员 会 审 阅 并 讨 论 了 若 干 个 VRML 2.0 版 本 的 建 议 方 案, 其 中 有 SGI 的 动 态 境 界 (Moving Worlds) 提 案 太 阳 微 系 统 (Sun Microsystem) 的 全 息 网 (Holl Web) 微 软 公 司 (Microsoft) 的 动 态 VRML(Aictive VRML) 苹 果 公 司 (Apple) 的 超 世 境 界 (Out of the world), 以 及 其 它 多 种 提 案 委 员 会 的 很 多 成 员 参 与 修 改 和 完 善 这 种 种 方 案,SGI SONY

11 - 8 - 第 1 章 VRML 概 述 等 公 司 的 Moving Worlds( 移 动 世 界 ) 被 证 明 是 其 中 最 成 熟 的 一 个 但 Microsoft 公 司 的 ActiveVRML( 动 态 VRML) 也 具 有 相 当 的 竞 争 力 很 明 显, 动 态 VRML 与 移 动 世 界 之 间 是 一 场 势 均 力 敌 的 较 量, 无 论 是 技 术 性 或 政 治 性 的 问 题 都 提 了 出 来, 并 引 起 广 泛 的 争 论 最 终, 问 题 变 成 了 谁 将 成 为 VRML 的 基 础? 经 过 多 方 努 力, 最 终 在 2 月 底 以 投 票 裁 定 结 果, Moving Worlds 以 70% 选 票 赢 得 了 绝 对 多 数 1996 年 3 月,VGA(VRML 设 计 小 组 ) 决 定 将 这 个 方 案 改 造 成 为 VRML 年 8 月, 在 新 奥 尔 良 (New Orleans) 的 SIGGRAPH'96 会 议 上 公 布 VRML 的 国 际 标 准 草 案 (DIS,Draft of International Standard) 就 是 以 VRML 2.0 为 基 础 制 订 的, 于 1997 年 4 月 提 交 国 际 标 准 化 组 织 ISO JYCI/SC24 委 员 会 审 议 依 照 惯 例, 定 名 VRML 97(ISO/TEC :1997), 在 1997 年 12 月 认 定 1.3 VRML 的 发 展 前 景 1994 年 的 秋 天 VRML 1.0 版 的 规 格 书 诞 生, 但 VRML 1.0 版 由 于 建 立 的 时 间 相 当 仓 促, 因 此 仅 完 成 3D 场 景 的 建 立, 并 针 对 Internet 的 特 点, 加 上 超 链 接 与 文 字 的 功 能, 它 所 提 供 的 只 是 标 准 物 体, 可 笑 的 是 它 不 能 实 现 互 动, 当 你 碰 到 一 个 物 体 时, 不 是 发 出 碰 撞 声, 而 是 穿 过 物 体, 无 法 对 物 体 做 出 任 何 动 作, 如 移 动 物 体 开 关 门 等, 在 这 里 浏 览 者 好 像 是 游 魂 一 样, 有 形 体 而 无 实 体 VRML 1.0 所 表 现 的 是 一 个 静 态 的, 死 气 沉 沉 的 世 界 因 此 小 组 成 员 在 VRML 1.0 的 基 础 上 制 定 VRML 1.1 VRML 1.1 比 VRML 1.0 版 有 了 一 定 的 提 高 例 如, 它 允 许 将 声 音 文 件 加 入 到 场 景 中, 支 持 最 原 始 的 动 画 制 作 但 这 些 新 的 功 能 并 没 有 对 VRML 进 行 足 够 的, 令 人 注 目 的 改 进 人 们 并 没 有 从 VRML 1.0 版 本 上 看 到 VRML 的 过 人 之 处 在 这 种 情 况 下, 就 要 求 对 VRML 语 言 进 行 一 次 彻 底 的 改 造 1996 年 8 月, 依 据 SGI 公 司 所 提 出 的 The Moving worlds VRML 2.0 草 案, 制 定 出 VRML 2.0 规 格 VRML 2.0 一 方 面 稳 定 了 VRML 1.0 的 基 础, 另 一 方 面 则 将 VRML 的 静 态 世 界 改 变 成 动 态 世 界, 并 强 化 互 动 功 能 VRML 2.0 在 VRML 1.0 的 基 础 上 增 加 了 动 画 传 感 器 事 件 行 为 脚 本 与 多 重 使 用 者 等 功 能, 其 理 想 在 于 建 立 一 个 使 用 者 可 以 彼 此 沟 通 的 虚 拟 社 区, 这 也 是 必 然 的 趋 势 使 虚 拟 环 境 成 为 让 数 个 使 用 者 同 时 彼 此 互 动 与 沟 通 的 空 间, 比 笔 谈 的 对 话 的 OICQ 甚 至 是 未 能 普 及 的 电 视 会 议 更 上 一 级, 其 中 最 受 瞩 目 的 计 划 为 Living Worlds Living Worlds 计 划 为 VRML 2.0 标 准 制 定 后 的 另 一 个 VRML 开 发 团 队 整 合, 由 Black Sun ParaGraph 与 Sony 公 司 共 同 提 出, 并 且 得 到 30 多 个 大 厂 的 支 持, 所 要 实 现 的 理 想 是 建 立 一 个 多 重 使 用 者 共 享 的 虚 拟 环 境 开 发 标 准, 可 以 让 进 入 的 使 用 者, 利 用 其 替 身 在 虚 拟 空 间 中 彼 此 交 谈 或 沟 通, 并 体 验 到 多 媒 体 甚 至 是 置 身 其 中 的 生 理 感 觉 事 实 上, 这 样 的 构 想 在 许 多 电 影 中 早 已 经 出 现 了, 但 是 付 诸 实 行 的 共 同 标 准 却 仍 混 沌 未 明, 因 为 在 这 样 的 共 享 虚 拟 环 境 中, 要 的 不 仅 是 场 景 的 建 立, 还 包 含 环 境 中 各 对 象 属 性 与 行 为 的 定 义, 例 如 替 身 的 表 情 动 作 等, 并 且 还 需 要 Iphone 等 相 关 软 体 的 支 持 在 美 国 加 州 的 Monterey 市 举 行 为 期 四 天 的 第 二 届 VRML 年 度 论 文 研 讨 会 (VRML97) 上, 主 要 的 焦 点 集 中 在 网 路 中 多 重 使 用 者 系 统 的 开 发 上, 这 也 揭 示 了 VRML 将 来 发 展 的 重 点, 利 用 Internet 的 全 球 连 线 功 能, 建 立 一 个 对 所 有 人 开 放 的 互 动 虚 拟 空 间, 不 管 您 对 自 己 朋

12 第 1 章 VRML 概 述 友 或 是 陌 生 人 的 网 络 化 身 有 什 么 样 的 看 法, 一 个 3D 的 虚 拟 使 用 者 界 面 必 然 形 成, 目 前 的 问 题 一 个 是 VRML 本 身 的 功 能, 另 一 个 则 在 于 网 路 频 宽, 后 者 得 等 到 ADSL 或 Cable Modem 出 现 后, 才 可 得 到 部 分 的 解 决 以 上 针 对 VRML 在 规 格 与 软 件 方 面 的 发 展 做 一 些 介 绍, 过 去 以 VRML 1.0 所 见 的 虚 拟 场 景 几 乎 只 是 WWW 上 的 一 个 花 招, 不 具 有 实 用 的 意 义, 然 而 在 VRML 2.0 中 对 于 行 为 功 能 的 加 入 与 多 重 使 用 者 环 境 的 建 立 后, 整 个 虚 拟 空 间 将 更 加 真 实 和 实 用 接 下 来 的 发 展, 一 方 面 将 针 对 使 用 者 在 虚 拟 空 间 中 的 实 体 感 觉 问 题, 也 就 是 将 虚 拟 行 为 与 使 用 者 的 实 际 生 理 感 觉 充 分 结 合 ; 另 一 方 面 则 是 虚 拟 世 界 的 建 设, 包 含 虚 拟 生 物 的 人 工 智 能 行 为 甚 至 是 自 我 生 长 与 繁 衍 等 首 先, 我 们 将 会 看 到 VRML 开 发 工 具 是 非 常 丰 富 的, 而 且 这 些 开 发 工 具 对 VRML 的 支 持 也 将 越 来 越 完 备 特 别 是 支 持 所 见 即 所 得 的 交 互 式 VRML 应 用 开 发 的 工 具 另 外,VRML 和 Java 的 兼 容 问 题 也 日 益 被 提 上 日 程 目 前 我 们 只 能 够 通 过 Script 结 点 插 入 一 些 简 单 的 JavaScript, 而 且 很 多 VRML 浏 览 器 还 不 支 持 其 中 的 一 些 特 性 这 使 得 在 VRML 虚 拟 世 界 中 设 计 复 杂 的 交 互 行 为 几 乎 是 不 可 能 的 如 果 我 们 能 够 直 接 在 Script 结 点 中 插 入 Java 的 话, 情 况 就 变 得 大 不 一 样 了 到 那 时 候, 我 们 也 许 可 以 玩 到 使 用 VRML 开 发 的 Quake 系 列 VRML 进 一 步 发 展 的 一 大 障 碍 就 是 三 维 渲 染 的 速 度 问 题 这 主 要 是 由 于 硬 件 尚 不 能 跟 上 软 件 的 发 展 不 过 各 大 硬 件 厂 商 都 在 不 遗 余 力 地 提 高 硬 件 的 性 能, 如 Inter 已 经 将 PC 机 的 CPU 的 主 频 提 高 到 了 1G 以 上 此 外, 各 类 3D 图 形 硬 件 也 蓬 勃 发 展 在 不 久 的 将 来, 有 数 千 行 代 码 的 VRML 程 序 在 客 户 端 的 Load 过 程 将 在 短 短 几 秒 钟 内 完 成 为 了 推 动 VRML 技 术 的 发 展,VRML 联 盟 (VRML Consortium) 组 织 了 很 多 工 作 组 (Working Group,WG), 每 个 工 作 组 都 是 自 愿 组 织 自 我 约 束, 并 经 VRML 协 会 认 可 的 技 术 委 员 会 负 责 某 个 和 VRML 有 关 的 专 题 技 术 的 研 究 和 实 现 工 作 下 面 介 绍 目 前 已 组 建 的 工 作 组 及 其 研 究 目 标, 它 们 基 本 涵 盖 了 VRML 的 主 要 发 展 动 向 (1) 人 性 动 画 工 作 组 (Humanoid Animation WG) 利 用 VRML 表 现 人 类 行 为 特 性 (2) 色 彩 保 真 工 作 组 (Color Fidelity WG) 确 保 采 用 任 何 平 台 的 观 众 看 到 的 效 果 都 和 创 作 者 的 原 始 作 品 一 样, 看 到 的 颜 色 应 相 当 一 致 (3) 元 形 式 工 作 组 (MetaForms WG) 针 对 利 用 形 式 文 法 生 成 的 作 品, 提 出 一 般 性 的 方 法 论 和 一 般 性 的 规 范, 使 之 能 够 映 像 为 某 种 特 定 形 式, 例 如 VRML 首 要 目 标 是 能 够 表 示 数 字 生 命 格 式 (digital life-forms) 的 结 构 和 增 长 (4) 面 向 对 象 扩 展 工 作 组 (Object-Oriented Extensions WG) 讨 论 和 推 动 对 VRML 进 行 面 向 对 象 扩 展 的 方 法 (5) 数 据 库 工 作 组 (Database WG) 推 进 基 于 VRML 的 商 业 应 用 的 创 建, 利 用 数 据 库 维 护 VRML 内 容 的 持 久 性 升 级 能 力 和 安 全 传 输 能 力 (6) 外 部 创 作 接 口 工 作 组 (External Authoring Interface WG) 在 VRML 境 界 和 外 部 环 境 之 间 建 立 标 准 接 口

13 第 1 章 VRML 概 述 (7) 界 面 组 建 工 作 组 (Widgets WG) 为 开 发 者 和 用 户 提 供 一 套 基 础 性 的 可 自 由 使 用 的 标 准 用 户 界 面 组 件 集, 并 提 供 支 持 基 本 组 件 集 和 所 有 VRML 组 件 的 理 论 框 架 (8) 二 进 制 压 缩 格 式 工 作 组 (Compressed Binary Format WG) 探 讨 并 开 发 VRML 文 件 的 进 制 编 码 方 法, 重 点 是 研 究 为 了 快 速 传 送 的 目 的 而 尽 量 缩 小 文 件 尺 寸, 同 时 为 了 快 速 解 码 的 目 的 而 尽 量 简 化 文 件 结 构 (9) 通 用 媒 体 库 工 作 组 (Universal Media Libraries WG) 为 了 提 高 VRML 境 界 的 真 实 感, 同 时 减 少 网 络 下 载 量, 定 义 一 种 由 驻 留 本 地 的 媒 体 组 件 ( 纹 理 声 音 和 VRML 对 象 ) 组 成 的 小 型 跨 平 台 媒 体 库 同 时 定 义 一 种 统 一 机 制,VRML 内 容 创 作 者 可 以 在 自 己 的 境 界 中 使 用 这 些 媒 体 组 件 (10) 活 动 境 界 工 作 组 (Living Worlds) 为 多 用 户 ( 包 括 多 个 开 发 者 ) 应 用 的 产 生 和 进 化 定 义 概 念 框 架 并 确 定 一 组 界 面 (11) 键 盘 输 入 工 作 组 (Keyboard Input WG) 为 了 使 内 容 创 作 者 能 够 在 自 己 的 境 界 中 访 问 键 盘 输 入, 定 义 一 个 或 多 个 扩 充 节 点 (12) 一 致 性 工 作 组 (Conformance WG) 为 和 一 致 性 测 试 有 关 问 题 提 供 一 个 讨 论 场 所, 特 别 地, 本 组 将 辨 别 VRML 实 现 发 生 分 歧 的 地 方 以 及 相 应 的 动 作 序 列 (13) 生 物 圈 工 作 组 (Biota WG) 为 生 命 系 统 (living system) 的 研 究 和 学 习 建 立 配 备 数 字 式 工 具 和 环 境 (14) 分 布 式 交 互 仿 真 工 作 组 (Distributed Interactive Simulation WG) 为 建 立 有 多 广 播 能 力 (multicast-capable ) 的 大 规 模 虚 拟 环 境 (large-scale virtual environments,lsves) 确 立 初 始 网 络 约 定 (15)VRML 脚 本 工 作 组 (VRML Script WG) 向 VRB(VRML Review Board,VRML 监 察 组 ) 提 供 有 关 Java 和 JavaScript 的 问 题 列 表 修 改 建 议 和 评 论 (16) 自 然 语 言 处 理 和 动 画 工 作 组 (NLP&Animations WG) 为 了 使 用 户 能 够 使 用 自 然 语 言 和 VRML 动 画 形 象 进 行 交 流, 从 而 使 交 互 更 自 然, 增 强 用 户 和 动 画 形 象 之 间 的 信 息 交 流, 研 究 如 何 使 用 问 题 / 回 答 命 令 / 响 应 式 的 对 话 以 及 基 于 操 作 系 统 命 令 和 字 符 控 制 的 自 然 语 言 (17)VRML-DHTML 集 成 工 作 组 (VRML-DHTML Integration WG) 为 VRML 和 DHTML 在 文 档 对 象 模 型 组 件 (component) 接 口 和 绘 制 等 三 个 层 次 的 紧 密 集 成 开 发 一 种 概 念 模 型 总 之,VRML 是 一 门 很 新 的 技 术, 更 确 切 地 说 是 一 门 尚 在 发 展 的 技 术 而 随 着 互 联 网 络 的 迅 猛 发 展,Internet 已 渗 入 到 社 会 生 活 的 各 个 方 面, 网 络 文 化 必 将 成 为 社 会 文 化 最 重 要 的 一 部 分 一 个 基 于 Internet 的 网 络 社 会 即 将 形 成, 而 虚 拟 现 实 技 术 便 是 这 个 社 会 的 基 础 随 着 VRML 的 逐 渐 推 广 和 流 行, 相 信 这 一 技 术 将 会 得 到 更 进 一 步 的 发 展

14 第 1 章 VRML 概 述 VRML 编 辑 工 具 及 浏 览 器 插 件 VRML 是 一 种 ASCII 的 描 述 性 语 言, 所 以 我 们 可 以 用 文 本 编 辑 器 进 行 VRML 编 辑 你 可 选 用 你 自 己 喜 爱 的 文 本 编 辑 器, 如 Windows 下 的 NotePad( 记 事 本 ),Dos 下 的 Edit 等 等 这 些 都 是 运 用 最 多 的, 在 这 里 就 不 多 说 但 是 使 用 这 样 的 编 辑 器, 要 把 那 些 数 字 和 三 维 空 间 的 模 型 联 系 起 来 是 一 件 很 困 难 的 事, 既 枯 燥, 又 繁 琐 费 时 这 时 如 果 你 有 一 款 编 辑 器, 如 Mirosoft 提 出 的 所 见 即 所 得 的 HTML 编 辑 器 Frontpage( 所 见 即 所 得 使 得 网 页 制 作 不 再 是 程 序 员 的 工 作 了, 程 序 员 被 退 到 了 后 台, 前 台 的 网 页 设 计 就 是 平 面 设 计 师 们 的 事 了 Macromedia 的 Dreamweaver 以 及 Flash 的 推 出, 使 得 网 页 制 作 需 要 的 只 是 创 意 了,VRML 也 同 样 面 临 这 一 问 题, 虚 拟 现 实 本 身 需 要 的 也 只 是 艺 术 的 三 维 造 型 和 天 马 行 空 的 创 意 ), 将 大 大 提 高 你 学 VRML 的 兴 趣 和 制 作 VRML 的 乐 趣 目 前 VRML 的 编 辑 器 分 为 三 类 ( 不 包 含 利 用 小 作 家 等 直 接 写 程 序 ), 第 一 类 是 VRML 程 序 码 的 撰 写 辅 助 程 序, 提 供 插 入 各 种 节 点 的 工 具, 使 用 时 必 须 先 对 VRML 程 序 的 结 构 与 前 后 节 点 继 承 关 系 有 相 当 的 了 解, 例 如 VRMLExpress 与 V-RealmBuilder; 第 二 类 是 由 原 有 的 3D 动 画 软 件 修 改 成 可 以 制 作 与 编 辑 WRL 档 案 的 程 序, 此 类 型 的 软 件 在 于 3D 模 型 制 作 方 面 均 保 有 强 大 的 编 修 能 力, 例 如 Pioneer PioneerPro 与 Ez3D; 第 三 类 则 类 似 于 一 般 VR 的 开 发 工 具, 也 称 为 建 立 世 界 (WorldBuilding) 软 件, 例 如 WebWorld VirtualHomeSpaceBuilder 与 3-DWebsiteBuilder 等 VRML 编 辑 工 具 在 这 里 向 大 家 介 绍 几 款 常 用 的 VRML 开 发 工 具, 供 参 考 选 用 (1)Internet 3D Space Builder ISB(Internet 3D Space Builder) 是 一 款 使 用 者 众 多 的 VRML 开 发 器 它 由 ParaGraph 公 司 出 品, 是 一 款 非 常 直 观 的 VRML 开 发 工 具, 它 提 供 了 多 种 三 维 图 库, 我 们 可 以 直 接 将 其 图 库 中 的 对 象 工 作 区 形 成 三 维 场 景, 然 后 再 直 接 保 存 为 *.wrl 文 件 虽 然 尚 未 支 持 VRML 97 的 全 部 功 能, 但 是 我 们 可 以 很 方 便 地 使 用 它 建 立 各 种 三 维 实 体 当 需 要 对 功 能 进 行 扩 展 时, 可 以 使 用 记 事 本 之 类 的 工 具 将 ISB 生 成 的 文 件 打 开, 然 后 加 入 相 应 的 代 码 有 一 点 需 要 注 意 的 是, 如 果 我 们 再 次 打 开 手 工 添 加 代 码 的 文 件 时, 它 会 自 动 删 除 无 法 识 别 的 语 句 可 以 直 接 从 ParaGraph 公 司 的 主 页 下 载 ISB, 地 址 是 (2)3D Studio MAX 3D Studio MAX 是 一 款 很 经 典 的 三 维 创 作 工 具, 相 信 大 多 数 读 者 都 知 道 它 其 实, 对 于 VRML 开 发 人 员 来 说,3D Studio MAX 还 是 一 款 很 不 错 的 VRML 场 景 生 成 工 具 与 ISB 相 比 较,3D Studio MAX 更 加 适 合 于 专 业 人 士 的 使 用 因 为 我 们 可 以 同 时 利 用 3D Studio MAX 强 大 的 三 维 场 景 生 成 功 能 下 面, 我 就 以 3D Studio MAX 3 为 例, 向 大 家 简 单 介 绍 一 下 如 何 生 成 复 杂 的 三 维 场 景 首 先 运 行 3D Studio MAX 3, 然 后 使 用 形 体 库 中 的 形 体 或 者 贴 图 功 能 建 立 所 需 要 的 三 维 场 景 在 制 作 过 程 中, 我 们 可 以 先 将 文 件 保 存 为 *.max 格 式 因 为 3D Studio MAX 3 对 自 身 倡 导 的 这 种 格 式 有 较 高 的 存 储 效 率, 而 且 不 至 于 引 起 形 体 的 变 形 和 色 彩 的 失 真 当 完 成 了 三

15 第 1 章 VRML 概 述 维 场 景 的 设 计 之 后, 打 开 File 菜 单, 选 择 Export 命 令, 进 入 文 件 导 出 对 话 框, 并 在 该 对 话 框 中 将 导 出 文 件 类 型 设 置 为 *.wrl 单 击 确 定 按 钮 之 后, 可 以 进 入 VRML 97 导 出 设 置 对 话 框 我 们 可 以 通 过 这 个 对 话 框 设 置 VRML 文 件 的 一 些 环 境 设 置 选 项, 如 视 点 向 导 信 息 背 景 雾 化 效 果 等 等 如 果 只 需 要 建 立 三 维 形 体 场 景 的 话, 也 可 以 直 接 按 下 OK 按 钮 (3)True Space 4 和 前 面 介 绍 的 3D Studio MAX 3 一 样,True Space 4 亦 是 一 款 专 业 的 三 维 开 发 工 具 使 用 True Space 4 同 样 可 以 将 三 维 场 景 导 出 为 VRML 97 格 式 的 文 件 当 我 们 使 用 True Space 4 建 立 了 一 个 完 整 的 三 维 场 景 之 后, 打 开 File/Scene 菜 单, 然 后 选 择 Save as 命 令, 并 在 文 件 保 存 对 话 框 中 将 文 件 类 型 设 置 为 VRML Scene 单 击 确 定 按 钮 后, 可 以 进 入 VRML 导 出 设 置 对 话 框 在 该 对 话 框 中, 我 们 可 以 设 置 关 于 导 出 文 件 的 一 些 相 关 选 项 如 : 是 否 以 VRML 2.0 格 式 导 出 是 否 使 用 雾 化 效 果 是 否 使 用 材 质 等 等 (4)Cosmo World Cosmo World 和 后 面 介 绍 的 Cosmo 播 放 器 是 同 一 个 公 司 的 产 品 它 可 以 使 你 像 小 孩 子 堆 积 木 那 样 简 单 地 创 建 自 己 的 三 维 世 界 需 要 的 朋 友 可 以 去 Cosmo 的 主 页 下 载, 地 址 是 或 者 去 下 载 (5)SitePad SitePad 的 下 载 地 址 是 这 是 一 款 HTML 和 VRML 的 集 成 开 发 环 境, 同 时 支 持 VBScript 和 JavaScript, 并 有 着 相 当 不 错 的 口 碑 (6)VrmlPad 1.2 VrmlPad 1.2 提 供 预 览, 色 彩 光 照 透 明 度 的 直 观 选 择, 语 法 提 示, 关 键 字 用 不 同 颜 色 显 示, 书 签 设 置, 外 部 调 用 C\C++ VB Delphi 等, 支 持 VBScript 和 JavaScript, 直 接 在 因 特 网 上 发 表 等 功 能, 这 款 编 辑 器 可 以 在 下 载 VRML 浏 览 器 插 件 VRML 程 序 的 运 行 离 不 开 VRML 浏 览 器, 目 前 可 供 用 户 选 择 的 VRML 浏 览 器 很 多, 各 个 浏 览 器 的 功 能 特 性 也 有 较 大 的 差 异 常 会 出 现 在 这 个 浏 览 器 上 能 通 过 的 VRML 程 序, 在 另 一 个 浏 览 器 上 并 不 能 通 过, 所 以 对 于 开 发 人 员 来 说, 了 解 各 个 VRML 浏 览 器 之 间 的 不 同 之 处 将 有 助 于 开 发 出 具 有 更 多 兼 容 性 的 VRML 程 序 下 面 就 介 绍 几 款 比 较 典 型 常 用 的 VRML 浏 览 器 (1)Microsoft VRML 浏 览 器 通 常 使 用 Windows 98 自 带 的 Microsoft VRML 浏 览 器 来 对 示 例 程 序 进 行 浏 览, 这 主 要 是 因 为 这 一 VRML 浏 览 器 比 较 常 见, 对 用 户 来 说 也 最 容 易 得 到 如 果 你 在 安 装 Windows 98 时, 没 有 安 装 这 一 选 项 的 话 ( 该 选 项 是 非 默 认 选 项 ), 可 以 在 控 制 面 板 中 选 择 添 加 / 删 除 程 序, 然 后 进 入 Windows 安 装 程 序 标 签 页, 在 Internet 工 具 一 栏 中 选 定 Microsoft 2.0 VRML 浏 览 器 选 项 接 着 按 下 确 定 按 钮 并 根 据 相 应 的 提 示 进 行 操 作, 就 可 以 完 成 Microsoft VRML 浏 览 器 的 安 装 了 也 可 以 从 下 载 Microsoft VRML 浏 览 器 的 另 一 个 优 点 就 是 可 以 直 接 浏 览 *.wrl 格 式 的 文 件, 而 无 需 相 应 的 HTML 文 件 这 一 功 能 在 开 发 端 将 是 很 受 欢 迎 的, 因 为 开 发 人 员 在 设 计 了 一 个 VRML 程 序 之 后, 直 接 保 存 为 *.wrl 就 可 以 进 行 浏 览 了, 而 无 需 再 特 地 编 写 HTML 代 码

16 第 1 章 VRML 概 述 Microsoft VRML 2.0 浏 览 器 在 IE 4.0 下 的 运 行 界 面 如 图 1.2 所 示 在 默 认 的 设 置 下, Microsoft VRML 浏 览 器 的 左 边 和 下 边 各 有 一 个 工 具 栏 通 过 这 两 个 工 具 栏 上 边 的 按 钮, 我 们 可 以 对 观 察 者 的 观 察 方 式 等 选 项 进 行 设 定 图 1.2 Microsoft VRML 2.0 浏 览 器 以 下 是 几 个 按 钮 的 使 用 说 明 : Walk 按 钮 这 是 缺 省 的 用 户 观 察 方 式 选 项 当 选 定 这 种 方 式 时, 观 察 者 在 空 间 是 以 漫 步 的 方 式 进 行 的 按 下 鼠 标 左 键 之 后 往 不 同 方 向 拖 动 鼠 标, 就 可 以 进 行 前 进 后 退 左 转 右 转 等 观 察 行 为 拖 动 的 距 离 长 短 与 漫 步 速 度 成 正 比 也 可 用 键 盘 上 的 四 个 方 向 键, 上 键 向 前, 下 键 后 退, 左 右 键 转 头 Pan 按 钮 这 种 观 察 模 式 能 够 让 观 察 者 在 空 间 进 行 上 下 左 右 的 移 动 Turn 按 钮 在 这 种 观 察 模 式 下, 观 察 者 在 空 间 无 法 改 变 自 己 的 位 置, 只 能 改 变 自 己 的 观 察 方 向 Roll 按 钮 在 这 种 观 察 模 式 下, 观 察 者 在 空 间 无 法 改 变 自 己 的 位 置, 只 能 以 观 察 方 向 为 轴 旋 转 自 己 的 观 察 方 向 Goto 按 钮 使 用 这 一 按 钮, 鼠 标 变 成 瞄 准 状, 然 后 再 点 一 下 虚 拟 场 景 中 的 任 何 东 西 的 任 何 一 点, 就 可 使 观 察 者 的 位 置 迅 速 移 动 到 其 旁 边 Study 按 钮 在 这 种 观 察 模 式 下, 用 户 可 以 任 意 旋 转 空 间 的 对 象 Zoom Out 按 钮 自 动 切 换 到 一 个 距 离 三 维 世 界 比 较 远 的 视 角, 以 便 观 察 到 整 个 三 维 世 界 StraightenUp 按 钮 在 多 次 进 行 视 角 的 变 换 之 后, 观 察 者 的 身 体 经 常 会 倾 斜 过 来 使 用 这 一 按 钮 可 将 身 体 正 过 来

17 第 1 章 VRML 概 述 Restore 按 钮 重 新 装 载 VRML 文 件 在 Microsoft VRML 浏 览 器 中 单 击 鼠 标 右 键, 还 可 以 弹 出 快 捷 菜 单 通 过 这 一 菜 单, 我 们 可 以 进 行 更 进 一 步 的 设 置 如 在 Viewpoints 菜 单 中 可 以 选 择 当 前 设 定 的 多 个 视 点 中 的 一 个, 在 Graphics 菜 单 中 可 以 设 置 顶 灯 的 开 关 选 择 图 形 现 实 的 平 滑 度 等 等 (2)Cosmo 播 放 器 Cosmo 播 放 器 是 由 SGI 公 司 的 Cosmo(TM) 软 件 部 开 发 的 一 款 VRML 浏 览 器 和 Microsoft VRML 浏 览 器 相 比 较,Cosmo 播 放 器 要 显 得 更 加 专 业 一 点 可 以 支 持 Netscape(2.0 版 以 上 ) 与 IE(3.0 版 以 上 ), 是 目 前 浏 览 VRML 2.0 最 普 遍 的 浏 览 程 序, 安 装 后 会 取 代 已 经 安 装 的 其 它 VRML 浏 览 程 序 ( 包 含 Netscape 内 建 的 Live 3D), 特 点 为 其 顺 畅 的 浏 览 功 能, 不 会 产 生 跳 动 的 感 觉, 此 外,Cosmo 播 放 器 还 内 置 了 Intel 公 司 的 RSX(Realistic Sound Exprience) 技 术, 这 一 技 术 能 够 使 立 体 声 的 播 放 效 果 更 加 逼 真 不 过 初 使 用 时, 它 用 以 浏 览 的 工 具 较 难 以 接 受 与 理 解, 不 像 Live 3D 那 样 直 觉 Cosmo 播 放 器 最 大 的 优 点 就 是 对 JavaScript 的 良 好 支 持 在 前 面 的 内 容 中 我 们 已 经 了 解 了 如 何 在 VRML 程 序 中 使 用 JavaScript, 但 是 由 于 目 前 很 多 VRML 浏 览 器 对 JavaScript 的 支 持 都 不 是 很 好, 以 致 于 JavaScript 在 VRML 中 的 应 用 还 不 是 很 普 遍 不 过 Cosmo 播 放 器 对 JavaScript 的 支 持 就 好 像 NetScape 对 Java 的 支 持 一 样, 有 一 种 原 汁 原 味 的 感 觉 所 以, 很 多 人 将 Cosmo 播 放 器 看 作 是 当 前 最 好 的 VRML 浏 览 器 本 书 所 有 例 子 均 是 在 Cosmo 播 放 器 下 通 过 的 Cosmo 播 放 器 版 的 界 面 如 图 1.3 所 示 当 鼠 标 指 向 按 钮 时, 该 按 钮 比 周 围 按 钮 更 亮, 同 时 会 在 仪 表 盘 下 方 显 示 该 按 钮 名 称, 并 在 最 下 方 说 明 Cosmo 播 放 器 中 的 按 钮 功 能 和 使 用 方 法 和 Microsoft VRML 2.0 浏 览 器 中 差 不 多, 这 里 只 说 几 个 Microsoft VRML 2.0 浏 览 器 中 没 有 的 按 钮, 其 使 用 说 明 如 下 图 1.3 Cosmo 播 放 器 Change Controls 按 钮 点 击 该 按 钮, 会 使 控 制 杆 朝 上 或 朝 下, 同 时 仪 表 盘 中 的 按 钮 也 随 之 变 化 当 控 制 杆 朝 上 时, 此 时 仪 表 盘 起 调 试 的 作 用, 也 就 是 说, 当 您 完 成 了 一 件 VRML 作 品 时, 可 以 用 它 调 试 VRML 程 序 合 理 与 否, 它 是 对 开 发 者 而 言 的 而 手 柄 朝 下 时, 是 对 使 用 者 而 言 的, 只 有 手 柄 朝 下, 我 们 才 可 在 虚 拟 世 界 中 浏 览 行 走 转 弯 Gravity 按 钮 在 这 种 观 察 模 式 下, 设 置 了 重 力, 观 察 者 处 于 行 走 状 态 Float 按 钮

18 第 1 章 VRML 概 述 在 这 种 观 察 模 式 下, 取 消 了 重 力, 观 察 者 处 于 飞 行 状 态 Viewpoint List 按 钮 观 察 点 菜 单 点 该 按 钮 会 给 出 一 个 或 多 个 视 点 供 你 选 择 该 按 钮 上 会 显 示 当 前 视 点 Previous Viewpoint 按 钮 回 到 Viewpoint List 中 前 一 个 视 点 Next Viewpoint 按 钮 进 入 Viewpoint List 中 后 一 个 视 点 Undo Move 按 钮 返 回 上 一 步 在 调 试 时 使 用 Redo Move 按 钮 前 进 到 下 一 步 在 调 试 时 使 用 此 外, 我 们 除 了 可 以 通 过 下 方 的 仪 表 盘 来 进 行 浏 览 方 式 的 切 换 之 外, 还 可 以 通 过 快 捷 键 来 改 变 浏 览 方 式 几 个 基 本 的 快 捷 键 如 下 : Ctrl: 环 顾 Alt: 滑 动 Shift: 加 速 - : 从 速 度 菜 单 降 低 一 个 等 级 大 键 盘 上 的 = 或 者 小 键 盘 上 的 + : 从 速 度 菜 单 升 高 一 个 等 级 PgUp: 前 一 个 视 点 PgDn: 后 一 个 视 点 Home: 查 看 - 返 回 到 当 前 视 点 End: 直 立 我 们 可 以 在 下 载 Cosmo player (3)blaxxun CC3D blaxxun CC3D 也 是 一 款 值 得 推 荐 的 VRML 浏 览 器 它 由 blaxxun 公 司 出 品 这 款 浏 览 器 是 显 示 速 度 很 快 的 VRML 浏 览 器 blaxxun CC3D 不 像 前 面 介 绍 的 两 款 VRML 浏 览 器 那 样 带 有 可 更 改 观 察 者 浏 览 方 式 的 工 具 条, 所 有 的 设 置 都 必 须 通 过 鼠 标 右 键 的 快 捷 菜 单 (4)LiquidReality 这 是 一 款 由 DimensionX 公 司 ( 所 开 发 的 浏 览 器, 强 调 能 与 JAVA 语 言 完 全 结 合, 并 且 包 含 一 些 不 在 VRML 2.0 中 出 现 的 新 节 点 功 能, 其 特 色 在 于 VRML 2.0 行 为 功 能 的 表 现 与 互 动 上 (5)CommunityPlaceVRML 2.0Browser 这 是 一 款 由 日 本 Sony( 公 司 依 据 其 原 来 支 持 VRML 1.0 与 自 定 的 VRML 延 伸 格 式 (Extension-VRML) 升 级 而 来 的 浏 览 器, 为 Netscape(2.0 以 上 版 本 ) 的 外 挂 程 序 (Plug-In), 相 对 其 它 浏 览 器, 其 最 大 的 特 点 在 于 只 要 进 入 由 CommunityPlaceBureau 所 建 立 的 伺 服 网 站 中, 即 可 以 支 持 多 重 使 用 者 功 能, 赋 予 每 个 人 一 个 虚 拟 的 化 身, 在 虚 拟 空 间 中 进 行 对 谈 与 互 动

19 第 1 章 VRML 概 述 1.5 小 结 本 章 介 绍 了 VRML 的 起 源 发 展 以 及 前 景 VRML 1.0 于 1994 年 的 秋 天 诞 生, 现 在 我 们 用 的 是 2.0 版 本 VRML 2.0 与 VRML 1.0 相 比, 增 加 了 许 多 功 能, 主 要 体 现 在 声 音 动 画 和 交 互 能 力 上 但 是 VRML 2.0 也 并 不 是 已 经 相 当 完 美 了, 它 还 有 待 进 一 步 发 展 虽 然 目 前 有 许 多 的 三 维 形 体 制 作 语 言, 但 VRML 与 之 相 比 还 是 有 着 很 明 显 的 优 势, 它 的 许 多 功 能 是 其 它 的 语 言 所 不 能 比 拟 的 最 后 介 绍 了 几 种 比 较 流 行 的 浏 览 器 和 编 辑 工 具 如 :Microsoft VRML 浏 览 器 等

20 第 2 章 基 本 概 念 2.1 VRML 文 件 的 组 成 VRML 文 件 由 文 件 头 造 型 原 型 事 件 和 路 由 五 部 分 组 成 其 中, 只 有 文 件 头 是 必 须 的 (1) 文 件 头 文 件 头 是 VRML 文 件 的 标 志, 所 有 2.0 版 本 的 VRML 文 件 都 以 这 行 文 字 打 头 每 一 行 的 结 束 是 用 换 行 (newline) 或 Carriage return 字 符 来 控 制 其 内 容 为 : #VRML V2.0 utf8 # 表 示 之 后 是 注 解 ; 在 它 之 后 的 每 一 个 字 都 会 被 忽 略, 一 直 到 换 行 或 Carriage return 字 符 唯 一 的 例 外 是 在 字 符 串 参 数 场 (string fields) 中, # 是 字 符 串 的 一 部 分 注 解 对 文 件 的 可 读 性 有 很 大 的 帮 助, 而 且 还 增 强 了 文 件 的 维 护 注 意 : 注 解 和 空 白 可 能 不 会 被 保 留 ; 特 别 是 一 个 VRML 文 件 的 服 务 器 可 能 会 在 传 输 一 个 文 件 之 前, 先 把 注 解 文 字 和 多 余 的 空 白 除 掉 而 不 传 送 而 utf8 表 示 此 文 件 采 用 的 是 utf8 编 码 方 案, 这 在 标 准 中 有 详 细 说 明 (2) 造 型 物 体 的 造 型 即 场 景 图, 场 景 图 由 描 述 对 象 及 其 属 性 的 节 点 组 成 场 景 图 的 第 一 类 节 点 用 于 从 视 觉 和 听 觉 方 面 表 现 对 象, 它 们 是 按 层 次 体 系 结 构 组 织 而 成 的 另 一 类 节 点 参 考 事 件 和 路 由 机 制 (3) 原 型 节 点 的 原 型 是 节 点 对 其 中 的 域 入 事 件 和 出 事 件 的 声 明 用 户 可 以 通 过 原 型 扩 充 VRML 节 点 类 型 集 原 型 的 定 义 可 以 包 含 在 使 用 该 原 型 的 文 件 中, 也 可 以 在 外 部 定 义 ; 原 型 可 以 根 据 其 它 的 VRML 节 点 来 定 义, 也 可 以 利 用 特 定 于 浏 览 器 的 扩 展 机 制 来 定 义, 尽 管 ISO/IEC 中 有 标 准 格 式 能 够 辨 认 这 种 扩 展, 但 它 的 实 现 仍 然 是 依 赖 浏 览 器 的 (4) 事 件 按 照 定 义 的 路 由, 由 一 个 节 点 发 往 另 一 个 节 点 的 消 息 事 件 标 志 着 外 部 刺 激 域 值 变 化 或 节 点 之 间 的 交 互 事 件 由 一 个 时 间 戳 和 一 个 域 值 组 成 (5) 路 由 产 生 事 件 和 接 收 该 事 件 的 节 点 之 间 的 连 接 有 些 VRML 节 点 能 产 生 事 件 来 响 应 环 境 变 化 或 与 用 户 交 互 事 件 路 由 为 创 作 者 提 供 了 一 种 独 立 于 场 景 层 次 体 系 的 机 制, 通 过 这 种 机 制, 事 件 可 以 蔓 延 传 播 从 而 引 起 其 它 节 点 的 变 化 事 件 一 旦 产 生, 就 按 时 间 循 序 向 路 由 目 标 节 点 发 送, 并 被 接 收 节 点 处 理, 这 种 处 理 可 以 改 变 节 点 状 态 产 生 其 它 事 件 或 修 改 场 景 图 结 构

21 第 2 章 基 本 概 念 2.2 VRML 空 间 为 了 说 明 VRML 空 间, 读 者 先 要 了 解 VRML 坐 标 系 统 以 计 算 机 为 蓝 本, 分 别 对 x,y 和 z 轴 进 行 形 象 化 :x 轴 位 于 屏 幕 的 底 部, 由 左 指 向 右 ;y 轴 位 于 屏 幕 的 左 侧, 由 底 部 指 向 顶 部 ;z 轴 位 于 屏 幕 的 左 下 角, 由 屏 幕 指 向 内 部 坐 标 系 统 遵 循 物 理 学 中 的 右 手 规 则 VRML 的 一 个 场 景 也 可 以 包 含 许 多 个 局 部 坐 标 系 统 (localor object-space coordinate systems), 这 可 由 Translate Rotate Scale Transform 和 MatrixTransform 对 象 来 构 成 坐 标 转 换 例 如, 给 一 个 空 间 中 的 点 V 和 一 系 列 的 转 换 : Translation { translateon T Rotation { rotation R Scale { scalefactor S Coordinate3 { point V PointSet { numpoints 1 V 这 个 点 经 由 下 列 的 运 算 顺 序 会 转 换 至 世 界 座 标 V' ( 若 V 是 列 向 量 )V'=T R S V ( 若 V 是 行 向 量 )V'=V S R T VRML 空 间 还 包 括 如 下 要 素 : 速 度 : 速 度 指 的 是 VRML 空 间 中 各 物 的 移 动 速 度, 其 单 位 是 米 / 秒 视 角 : 用 户 在 观 察 场 景 时 视 线 所 取 的 方 向 它 和 视 点 一 起 确 定 观 察 者 的 视 场 大 小 碰 撞 : 两 个 物 体 相 互 靠 近, 碰 撞 节 点 在 事 件 界 面 就 会 检 测 到 它 们 的 相 互 作 用, 并 产 生 一 个 事 件, 其 值 确 定 是 否 允 许 两 者 相 互 进 入 碰 撞 可 以 有 碰 撞 代 理, 碰 撞 代 理 是 一 个 虚 拟 的 区 域, 大 小 可 以 确 定 单 位 : VRML 空 间 标 准 的 距 离 和 长 度 单 位 是 米 (metre), 标 准 的 角 度 单 位 是 弧 度 ( 弧 度 约 等 于 180 度 ) 2.3 VRML 节 点 和 域 节 点 在 ISO/IEC 中, 节 点 是 场 景 图 的 基 本 组 件 节 点 是 现 实 世 界 中 各 种 对 象 和 概 念 的 抽 象, 如 球 光 和 质 材 描 述 等 节 点 包 括 域 和 事 件, 消 息 可 以 通 过 路 由 在 节 点 之 间 传 递 按

22 第 2 章 基 本 概 念 讨 论 角 度 的 不 同, 节 点 可 以 有 多 种 分 法 (1) 形 态 和 几 何 节 点 形 态 节 点 把 几 何 体 节 点 和 定 义 它 们 外 观 的 节 点 联 系 起 来 Shape 节 点 要 能 被 看 见, 就 必 须 属 于 变 换 层 系 ; 反 过 来, 对 任 何 可 见 的 几 何 体, 变 换 层 系 必 须 包 括 对 应 的 Shape 节 点 shape 节 点 在 其 geometry 域 中 恰 包 含 一 个 几 何 节 点 几 何 节 点 有 如 下 类 型 : 方 盒 (Box) 圆 锥 (Cone) 圆 柱 (Cylinder) 标 高 网 格 (ElvationGrid) 拉 伸 面 (Extrusion) 索 引 面 集 (IndexFaceSet) 索 引 线 集 (IndexedLineSet) 点 集 (PointSet) 球 面 (sphere) 文 本 (Text) (2) 几 何 属 性 节 点 在 几 何 节 点 的 属 性 域, 可 以 包 含 一 些 类 型 的 节 点, 如 Color,Normal,Coordinate 等, 这 些 几 何 节 点 的 属 性 节 点 是 相 对 独 立 的, 它 们 也 可 以 被 别 的 节 点 所 用 (3) 外 观 节 点 (Appearance) Appearance 节 点 为 Shape 节 点 指 定 材 质 和 纹 理, 这 一 节 点 是 通 过 对 它 的 域 的 控 制 来 实 现 的 Material 域 可 以 包 含 如 下 节 点 : 质 材 (Material) Text 域 可 以 包 含 如 下 节 点 : 图 像 纹 理 (ImageTexture) 影 像 纹 理 (MovieTexture) TextureTransform 域 可 以 包 含 如 下 节 点 : 纹 理 变 换 (TextureTransform) 也 可 将 节 点 分 为 组 节 点 和 子 节 点 组 节 点 有 一 个 域 可 以 包 含 子 节 点, 每 一 个 组 节 点 为 它 的 子 节 点 定 义 了 一 个 空 间 坐 标 此 坐 标 是 相 对 于 原 组 节 点 的 空 间 坐 标 而 存 在 的, 它 们 是 逐 渐 深 入 的 关 系 (4) 组 节 点 锚 (Anchor) 组 (Group) 变 换 (Transform) 碰 撞 (Collision) 内 联 (Inline) 开 关 (Switch) 布 告 牌 (Billboard) 原 型 (PROTO) 细 节 层 次 (LOD)

23 第 2 章 基 本 概 念 (5) 其 它 节 点 的 子 节 点 锚 (Anchor) 位 置 插 补 器 (PositionInterpolator) 背 景 (Background) 邻 近 检 测 器 (PriximitySensor) 布 告 牌 (Billboard) 标 量 插 补 器 (ScalarInterpolator) 碰 撞 (Collision) 脚 本 (Script) 颜 色 插 补 器 (ColorInterpolator) 形 态 (Shape) 坐 标 插 补 器 (CoordinateInterPolator) 声 音 (Sound) 圆 柱 检 测 器 (CylinderSensor) 聚 光 灯 (SpotLight) 定 向 光 (DirectionLight) 球 面 检 测 器 (SphereSensor) 雾 (Fog) 开 关 (Switch) 组 (Group) 时 间 检 测 器 (TimeSensor) 内 联 (Inline) 接 触 检 测 器 (TouchSensor) 细 节 层 次 (LOD) 变 换 (Transform) 航 行 信 息 (NavigationInfor) 视 点 (ViewPoint) 法 线 插 补 器 (NormalInterplator) 可 见 性 检 测 器 (VisibilitySensor) 朝 向 插 补 器 (OrientationInterpolator) 场 景 信 息 (WorldInfor) 平 面 检 测 器 (PlaneSensor) 点 光 源 (PointLight) (6) 非 子 节 点 外 观 (Appearance) 索 引 面 集 (IndexedFaceSet) 音 响 剪 辑 (AudioClip) 索 引 线 集 (IndexedLineSet) 方 盒 (Box) 影 像 纹 理 (MovieTexture)

24 第 2 章 基 本 概 念 颜 色 (Color) 法 线 (Normal) 圆 锥 (Cone) 点 集 (PointSet) 坐 标 (Coordinate) 球 体 (Sphere) 圆 柱 体 (Cylinder) 文 本 (Text) 高 程 网 格 (ElvationGrid) 纹 理 坐 标 (TextureCoordinate) 拉 伸 面 (Extrusion) 纹 理 变 换 (TextureTransform) 图 像 纹 理 (ImageTexture) 以 上 节 点 一 般 用 在 某 一 个 节 点 的 一 个 域 中, 作 为 此 域 的 值 域 每 种 节 点 都 有 自 己 的 一 套 域 域 可 以 包 含 各 种 类 型 的 数 据 和 单 个 或 多 个 值, 每 个 域 都 有 缺 省 值 域 的 标 识 符 叫 域 名, 在 节 点 作 用 的 范 围 内, 域 名 是 唯 一 的 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 ), 单 值 类 型 的 域 名 称 以 SF 开 始 ; 另 一 类 包 含 多 个 值, 叫 多 值 域, 多 值 域 名 称 以 MF 开 始 在 VRML 文 件 中, 表 示 多 域 值 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 面 是 各 种 类 型 域 的 说 明 (1)SFBool SFBool 输 出 事 件 的 初 始 值 是 False 例 如 Cone 节 点 还 有 side 和 bottom 两 个 域, 它 们 是 SFBOOL 型 的, 当 不 取 默 认 值 True 时, 圆 柱 体 的 侧 面 ( 或 是 底 面 ) 将 不 显 示 注 意 : 一 般 的 程 序 设 计 中 用 1 和 0 表 示 True 和 False 值, 在 VRML 中 不 允 许 (2)SFColor 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 为 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,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 [ (3)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 [

25 第 2 章 基 本 概 念 (4)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 高 度 ) 的 格 式 列 出 一 组 十 六 进 制 数, 数 与 数 之 间 以 空 格 分 隔, 每 一 个 十 六 进 制 数 表 示 图 像 中 一 个 单 独 的 像 素, 像 素 的 排 列 规 定 从 左 到 右 从 底 到 顶 的 顺 序 第 一 个 十 六 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 SFImage 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 (0,0,0) (5)SFInt 32 和 MFInt 32 一 个 SFInt 32 域 含 有 一 个 32 位 整 数 一 个 SFInt 32 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 MFInt 32 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 [8,- 0xD11, SFInt 32 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 0,MFInt 32 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 [ (6)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 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 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 [ (7)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 MFRotation 域 可 包 含 任 意 数 量 的 这 类 旋 转 值 SFRotation 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 ( ),MFRotation 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 [ (8)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 用 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 \\ 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 [ (9)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 [ (10)SFVec 2f 和 MFVec 2f SFVec 2f 域 定 义 了 一 个 二 维 向 量 SFVec 2f 的 值 是 两 个 由 空 格 分 隔 的 浮 点 数 MFVec 2f 域 是 多 值 域, 包 含 任 意 数 量 的 二 维 向 量 值 SFVec 2f 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 (0 0),MFVec 2f 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 [ (11)SFVec 3f 和 MFVec 3f

26 第 2 章 基 本 概 念 SFVec 3f 域 定 义 了 一 个 三 维 空 间 的 向 量 一 个 SFVec 3f 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 MFVec 3f 域 包 含 任 意 数 量 的 三 维 向 量 值 SFVec 3f 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 (0 0 0),MFVec 3f 域 的 输 出 事 件 的 初 始 值 为 [ 2.4 VRML 事 件 和 路 由 (1) 事 件 由 一 个 节 点 发 送 给 另 一 个 节 点 的 消 息, 这 种 信 号 发 送 的 方 式 由 特 定 的 路 线 来 决 定 事 件 信 号 通 过 改 变 节 点 的 域 值, 在 节 点 之 间 产 生 交 互 的 影 响 一 个 事 件 由 时 标 和 一 个 域 组 成 事 件 在 各 节 点 之 间 相 互 影 响 由 事 件 入 口 和 事 件 出 口 来 实 现, 事 件 入 口 是 附 加 在 节 点 上 的 用 来 接 受 事 件 信 号 的 逻 辑 检 测 器 ; 而 事 件 出 口 是 附 加 在 节 点 上 的 逻 辑 输 出 终 端, 这 个 节 点 必 须 是 事 件 的 发 出 者 事 件 出 口 也 可 储 存 当 前 事 件 信 息 (2) 路 由 产 生 事 件 和 接 收 事 件 的 节 点 之 间 的 连 接 叫 做 路 由 路 由 不 是 节 点 路 由 说 明 是 为 了 确 立 被 指 定 的 域 的 事 件 之 间 的 路 径 而 人 为 设 定 的 框 架 路 由 说 明 可 以 在 VRML 文 件 的 顶 部, 也 可 以 在 文 件 节 点 的 某 一 个 域 中 在 VRML 文 件 中, 路 由 说 明 是 与 位 置 无 关 的, 它 既 可 以 在 源 节 点 之 前, 也 可 以 在 目 标 节 点 之 后 在 一 个 节 点 中 进 行 说 明, 与 该 节 点 无 任 何 联 系 在 场 景 图 中, 除 节 点 构 成 的 层 次 体 系 外, 还 有 一 个 事 件 体 系, 事 件 体 系 由 相 互 通 信 的 节 点 组 成 能 够 接 收 事 件 的 节 点 都 应 具 有 事 件 入 口 (eventin), 如 果 它 要 接 收 多 种 类 型 的 事 件 ( 称 为 入 事 件 ), 它 就 应 该 具 有 多 个 事 件 入 口, 也 就 是 说, 事 件 入 口 像 节 点 的 域 一 样 是 有 类 型 的 同 样, 发 送 事 件 的 节 点 应 有 事 件 出 口 (eventout), 事 件 出 口 也 是 有 类 型 的 例 如 ViewPoint 节 点 就 有 一 个 事 件 入 口 set_bind, 当 向 此 事 件 送 入 一 个 值 TRUE ( 即 所 谓 的 入 事 件 ) 时, 该 viewpoint 节 点 成 为 当 前 视 点 又 如, 接 触 检 测 器 TouchSensor 有 一 个 事 件 出 口 isactive, 当 受 到 用 户 触 发 后 它 就 从 此 出 口 送 出 一 个 TRUE ( 即 所 谓 的 出 事 件 ), 在 下 一 个 事 件 发 送 之 前, 此 事 件 一 直 保 存 在 事 件 出 口 中 ( 作 为 记 录 ) 事 件 出 口 和 事 件 入 口 通 过 路 径 相 连, 这 就 是 VRML 文 件 中 除 节 点 以 外 的 另 一 基 本 组 成 部 分 ROUTE 语 句 ROUTE 语 句 把 事 件 出 口 和 事 件 入 口 联 系 在 一 起, 从 而 构 成 事 件 体 系 2.5 交 互 和 脚 本 (1) 交 互 VRML 场 景 中 的 对 象 能 对 用 户 动 作 做 出 反 应, 称 之 为 交 互 能 力 在 VRML 中, 检 测 器 (Sensor) 节 点 是 交 互 能 力 的 基 础 检 测 器 节 点 共 9 种 在 场 景 图 中, 检 测 器 节 点 一 般 是 以 其 它 节 点 的 子 节 点 的 身 份 而 存 在 的, 它 的 父 节 点 称 为 可 触 发 节 点, 触 发 条 件 和 时 机 由 检 测 器 节 点 类 型 确 定 下 面 是 几 种 最 常 用 的 检 测 器 :

27 第 2 章 基 本 概 念 接 触 检 测 器 (TouchSensor) 邻 近 检 测 器 (proximitysensor) 时 间 检 测 器 (TimeSensor) 朝 向 插 补 器 (OrientationInterpolator) (2) 脚 本 脚 本 是 一 套 程 序, 通 常 作 为 一 个 事 件 级 联 的 一 部 分 而 执 行 脚 本 函 数 也 可 以 异 步 地 执 行 与 脚 本 相 联 系 的 是 脚 本 节 点 和 脚 本 语 言 一 个 Script 节 点 包 含 一 个 叫 作 script 的 程 序 这 个 程 序 是 以 Javascript 或 Java 写 的 脚 本 可 以 接 受 事 件, 处 理 事 件 中 的 信 息, 还 可 以 产 生 基 于 处 理 结 果 的 输 出 事 件 当 一 个 Script 节 点 接 受 一 个 输 入 事 件 时, 它 将 事 件 的 值 和 时 间 戳 传 给 与 输 入 事 件 同 名 的 函 数 或 方 法 函 数 可 以 通 过 赋 值 给 与 事 件 同 名 的 变 量 发 送 事 件 一 个 输 出 事 件 与 调 用 发 出 输 出 事 件 函 数 的 输 入 事 件 有 相 同 的 时 间 戳 当 一 个 脚 本 给 另 一 个 节 点 发 出 多 个 具 有 相 同 时 间 戳 的 事 件 时, 另 一 个 节 点 的 类 型 将 决 定 处 理 事 件 的 顺 序 总 而 言 之, 这 个 处 理 过 程 最 接 近 用 户 期 望 的 顺 序 例 如, 如 果 用 户 的 脚 本 向 某 个 ViewPoint 节 点 发 出 有 相 同 时 间 戳 的 set_position 和 set_bind 事 件, 浏 览 器 在 激 活 该 视 点 之 前 会 重 新 设 置 视 点 的 位 置 大 多 数 情 况 下, 用 户 最 好 忽 略 时 间 戳 2.6 示 例 事 件 和 路 由 以 及 交 互 和 脚 本 在 第 章 将 详 细 介 绍, 在 这 里 暂 时 放 到 一 边 下 面 通 过 一 个 简 单 的 例 子 来 具 体 说 明 VRML 中 的 一 些 常 见 概 念 例 2.1 第 一 个 VRML 场 景 本 例 源 程 序 如 下 : #VRML V2.0 utf8 Background {skycolor #define background children DEF ss appearance Appearance { material Material {diffusecolor # a red box geometry Box { translation scale USE ss 程 序 运 行 结 果 如 图 2.1 所 示

28 第 2 章 基 本 概 念 图 2.1 第 一 个 VRML 场 景 在 上 面 的 例 子 中 共 享 了 五 个 不 同 的 节 点 :Background Shape Appearance Box 以 及 Transform 构 造 出 了 两 个 造 型, 两 个 大 小 不 一 的 方 盒 节 点 的 域 的 不 同 使 两 个 即 使 是 相 同 的 节 点 产 生 了 不 同 的 造 型, 如 上 面 的 两 个 Transform 节 点, 第 二 个 的 Scale 域 规 定 了 第 一 个 方 盒 的 大 小, 生 成 了 不 同 于 第 一 个 方 盒 的 造 型 另 外,USE 和 DEF 为 VRML 关 键 字,VRML 中 共 有 14 个 关 键 字 DEF 是 给 后 继 节 点 命 名, 典 型 格 式 为 DEF 节 点 名 USE 为 引 用 定 义 的 节 点 名, 典 型 格 式 为 USE 节 点 名 例 子 中 还 有 两 条 注 解, 注 解 也 是 以 # 号 打 头, 浏 览 器 碰 到 注 解, 将 忽 略 # 号 后 的 任 何 字 符 注 解 虽 然 对 浏 览 器 不 产 生 任 何 影 响, 但 它 增 强 了 文 件 的 可 读 性 最 后, 从 图 2.1 中 可 以 看 到, 两 个 长 方 体 的 颜 色 是 红 色, 这 是 因 为 在 Shape 节 点 的 appearance 域 为 几 何 体 添 加 了 色 彩,(1 0 0) 代 表 红 色 关 于 颜 色 的 应 用, 可 参 照 第 4 章 在 这 里 用 到 颜 色 仅 为 了 美 化 我 们 的 第 一 个 造 型 如 果 Shape 节 点 的 appearance 域 取 缺 省 值, 浏 览 器 显 示 的 将 是 一 个 白 色 的 发 光 体 2.7 小 结 任 何 VRML 场 景 都 是 由 各 种 节 点 组 成 的, 节 点 是 VRML 文 件 最 基 本 的 要 素 一 个 VRML 文 件 必 须 要 有 文 件 头 域 对 节 点 的 影 响 是 至 关 重 要 的, 节 点 的 域 有 许 多 种 类, 域 可 以 取 缺 省 值, 但 是 域 值 一 旦 指 定, 它 必 须 是 确 定 而 且 相 符 的 数 据 类 型 VRML 空 间 是 一 个 三 维 的 空 间,x 轴 由 左 向 右 ;y 轴 由 下 往 上 ;z 轴 由 屏 幕 内 往 外 脚 本 允 许 用 户 编 写 自 定 义 行 为, 一 个 脚 本 实 质 上 是 一 段 可 执 行 的 程 序, 需 要 注 意 的 是 编 写 脚 本 的 必 须 是 VRML 所 支 持 的 高 级 语 言 路 由 将 两 个 节 点 通 过 事 件 体 系 联 系 起 来, 使 其 中 一 个 节 点 的 变 化 能 影 响 另 一 个 的 变 化

29 第 3 章 预 定 义 造 型 上 面 的 章 节 介 绍 了 VRML 中 的 基 本 定 义, 这 一 节 将 通 过 一 系 列 的 具 体 例 子 来 讲 解 各 种 几 何 节 点 及 属 性 节 点 的 用 法 请 读 者 注 意 此 中 通 过 对 几 何 节 点 的 造 型 设 定 来 构 成 各 种 三 维 形 体 的 方 法, 即 通 过 对 节 点 的 空 间 变 换 来 达 到 几 何 体 之 间 的 各 种 组 合 3.1 简 单 预 定 义 物 体 造 型 Box 节 点 此 节 点 显 示 的 是 一 个 方 盒 节 点 语 法 : Box{ Field SFVec3f size 说 明 : Box 节 点 的 size 域 设 定 了 一 个 以 原 点 为 中 心 的 三 维 长 方 体 的 尺 寸 它 的 三 个 值 分 别 对 应 着 x y z 方 向 的 坐 标 值 其 缺 省 值 为 (2,2,2) 例 3.1 利 用 Box 节 点 生 成 方 盒 源 程 序 如 下 : #VRML V2.0 utf8 Background { skycolor Group { geometry Box { size 在 这 个 例 子 中, 长 方 体 的 长 为 5 米, 宽 为 5 米, 高 为 0.5 米 运 行 结 果 如 图 3.1 所 示

30 第 3 章 预 定 义 造 型 图 3.1 利 用 Box 节 点 生 成 方 盒 Sphere 节 点 此 节 点 显 示 的 是 一 个 球 体, 它 的 radius 域 规 定 了 此 球 体 的 半 径 节 点 语 法 : Sphere{ radius 1 说 明 : radius 域 指 定 要 显 示 球 体 的 半 径, 半 径 的 大 小 就 是 指 定 的 那 个 值 当 取 缺 省 值 时, 浏 览 器 默 认 为 1.0 Sphere 节 点 显 示 的 球 体 的 球 心 在 坐 标 原 点 例 3.2 Sphere 节 点 应 用 源 程 序 如 下 : #VRML V2.0 utf8 Background { skycolor Group { geometry Sphere { translation geometry Sphere {radius 0.5 在 这 个 例 子 中, 用 了 一 个 Transform 节 点, 半 径 的 不 同 区 分 了 两 个 大 小 不 同 的 球 体, 关 于 Transform 节 点 的 用 法, 将 稍 后 介 绍 代 码 实 现 的 场 景 如 图 3.2 所 示

31 第 3 章 预 定 义 造 型 图 3.2 Sphere 节 点 应 用 Cone 节 点 此 节 点 显 示 的 是 一 个 圆 锥 体, 坐 标 原 点 就 是 此 圆 锥 底 面 垂 线 的 中 点,y 轴 是 此 圆 锥 体 的 对 称 轴 节 点 语 法 : Cone{ attribute SFFloat bottomradius; attribute SFFloat height; attribute SFBool side; attribute SFBool bottom 说 明 : bottomradius: 该 域 指 定 圆 锥 体 的 底 面 半 径 当 然, 半 径 必 须 大 于 0 浏 览 器 默 认 为 1.0 height: 指 定 圆 锥 体 的 高 度 缺 省 值 为 1.0 side bottom: 此 两 域 都 是 SFBOOL 型, 它 们 规 定 是 否 显 示 圆 锥 体 的 侧 面 和 底 面, 若 要 显 示, 则 取 TRUE, 否 则 为 FALSE 当 两 个 域 同 时 取 FALSE 时, 将 看 不 到 圆 锥 体 例 3.3 利 用 Cone 节 点 生 成 圆 锥 源 程 序 如 下 : #VRML V2.0 utf8 Group { geometry Cone { bottomradius 3 height 4 图 示 的 圆 锥 体 高 为 4, 底 面 半 径 为 3 另 外,side bottom 均 取 缺 省 值, 意 味 着 显 示 圆 柱 体 的 整 个 面 代 码 实 现 的 几 何 体 如 图 3.3 所 示

32 第 3 章 预 定 义 造 型 下 面 举 一 个 规 定 不 显 示 底 面 的 例 子 : 图 3.3 利 用 Cone 节 点 生 成 圆 锥 例 3.4 无 底 圆 锥 源 程 序 如 下 : #VRML V2.0 utf8 Group { geometry Cone { bottomradius 3 height 4 side TRUE bottom FALSE 图 3.4 和 图 3.3 比 较, 可 以 看 到, 圆 锥 体 的 底 面 没 有 了 图 3.4 无 底 圆 锥 Cylider 节 点 此 节 点 显 示 的 是 一 个 圆 柱 体, 它 的 中 心 在 坐 标 原 点, 底 面 在 xoz 平 面, 高 的 方 向 跟 y 轴 方 向 一 致 节 点 语 法 : Cylinder{