【正文】 便地組建、查看、調(diào)用工程中的各種文件。167。 三維建模工具上面的文本編輯工具在構(gòu)建三維模型時(shí)有兩個(gè)重要缺陷：一方面不能提供可視化界面；另一方面對(duì)于不規(guī)則的復(fù)雜物體常常要求編輯大量的、繁瑣的文本、數(shù)字[3]。對(duì)于第一個(gè)問題，許多所見即所得的VRML制作軟件已經(jīng)出現(xiàn)。其中，Parallel Graphics公司推出了一系列的VRML制作工具—Internet Scene Assembler(ISA),Internet Space Builder(ISB)、Internet Character Animator(ICA)。這3個(gè)工具各有側(cè)重，ISB側(cè)重于空間建模，ISA側(cè)重于場(chǎng)景組合，ICA側(cè)重于動(dòng)畫。結(jié)合使用它們可以快速生成VRML文件。，但它們的易用性給生成復(fù)雜的三維實(shí)體提供了方便。尤其是ISB，它雖然不支持復(fù)雜的動(dòng)畫，不支持行為、事件的操作(這些可由ICA、ISA完成)，但由于它結(jié)合了可視化操作和VrmlPad工程的優(yōu)點(diǎn)，從而成為虛擬現(xiàn)實(shí)建模的可靠工具。3D MAX當(dāng)今世界流行最廣的三維動(dòng)畫造型軟件，它所具有的把三維模型輸出成VRML格式(利用其Import和Export方法)的功能使其成為VRML的最好助手。但是，3D MAX中對(duì)物體描述的精度大大高于VRML的要求，它包含了很多造型的細(xì)節(jié)，這些都是VRML不需要的。過細(xì)的要求不可避免地造成了巨大的文件量，這影響了文件裝入內(nèi)存后的導(dǎo)航速度和性能，使文件的下載時(shí)間過長。因此，可用一些特殊的方法來削減文件的大小，提高執(zhí)行速度。這些方法包括：在建立的幾何體中減少分段數(shù)；從場(chǎng)景中刪除看不見的面和隱藏不需要的面；使用關(guān)聯(lián)復(fù)制等。167。 VRML瀏覽器和HTML一樣，VRML虛擬場(chǎng)景源程序文件也是由網(wǎng)絡(luò)傳輸，瀏覽器解釋、執(zhí)行和呈現(xiàn)的，只不過VRML源程序文件在瀏覽器上產(chǎn)生的不是靜態(tài)的平面結(jié)構(gòu)，而是動(dòng)態(tài)的立體場(chǎng)景，支持VRML文件的瀏覽器常見的有Microsoft VRML瀏覽器、Parallel Graphics公司的Cortona VRML Client瀏覽器、SGI公司的Cosmo Player瀏覽器、Blaxxun公司的Blaxxun Contact等。第2章 虛擬場(chǎng)景建模分析VRML是第二代Web上的關(guān)鍵技術(shù)，是一種三維場(chǎng)景的描述性語言，也是在Internet網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵性技術(shù)。它的基本原理是用文本信息描述三維場(chǎng)景，在Internet網(wǎng)上傳輸，在本地機(jī)上由VRML的瀏覽器解釋生成三維場(chǎng)景，解釋生成的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范即是VRML規(guī)范。正是這種思想使得在Internet上傳輸很少的數(shù)據(jù)，就可以在Web上實(shí)現(xiàn)三維虛擬場(chǎng)景瀏覽成為可能。因此，VRML可以生成網(wǎng)絡(luò)上的三維場(chǎng)景。雖然JAVA技術(shù)現(xiàn)在支持三維場(chǎng)景的創(chuàng)建，但是我們知道使用JAVA3D創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景不是那么容易的事情，和VRML相比它的開發(fā)周期較長，也沒有VRML技術(shù)那么成熟?？梢?，采用VRML技術(shù)構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境有下面幾個(gè)好處：豐富了媒體表現(xiàn)形式、改善了虛擬環(huán)境的用戶界面、增強(qiáng)了虛擬環(huán)境的交互性。167。 場(chǎng)景的建模167。 節(jié)點(diǎn)虛擬境界由對(duì)象構(gòu)成，對(duì)象及其屬性用節(jié)點(diǎn)(Node)描述．所以節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成VRML文件的基本單元。從層次結(jié)構(gòu)上可以把節(jié)點(diǎn)分成三種類型，組節(jié)點(diǎn)、子節(jié)點(diǎn)和屬性節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)名的首字母大寫，而域名都用小寫字母表示[4]。VRML的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有零或多個(gè)域(field)，域值決定了該種節(jié)點(diǎn)類型的對(duì)象在虛擬場(chǎng)景中的狀態(tài)[4]。節(jié)點(diǎn)類型大都具有接收和發(fā)送的事件(Event)的能力，其中事件入口是節(jié)點(diǎn)接收事件的邏輯接收器，事件的出口是節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生事件的邏輯輸出端。外露域(exposedField)是域、入事件、和出事件的統(tǒng)一體，它既可作為域確定節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，義作為事件入口接收事件，還能把變動(dòng)的值送往其它節(jié)點(diǎn)。本系統(tǒng)中涉及的主要造型節(jié)點(diǎn)包括Transform節(jié)點(diǎn)、Shape節(jié)點(diǎn)、Appearance節(jié)點(diǎn)、Material節(jié)點(diǎn)、IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)、Background節(jié)點(diǎn)、Billboard節(jié)點(diǎn)和Anchor節(jié)點(diǎn)等。167。 造型節(jié)點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)中將組節(jié)點(diǎn)(Transform)作為基本造型節(jié)點(diǎn)，children域中的造型節(jié)點(diǎn)(Shape)包含外觀(Appearance)和幾何(geometry)節(jié)點(diǎn)；Appearance節(jié)點(diǎn)包含材質(zhì)(Material)節(jié)點(diǎn)和紋理(texture)節(jié)點(diǎn)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)又包含若干個(gè)域。本系統(tǒng)中，IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)用于所有的建筑以及車輛、人物的建模，IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)用來創(chuàng)建建筑物等的復(fù)雜的面，在真實(shí)的場(chǎng)景中，建筑物往往不是標(biāo)準(zhǔn)的立方體，用BOX節(jié)點(diǎn)造型不足以體現(xiàn)虛擬建模的真實(shí)性。所以在本系統(tǒng)中，利用IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜的折疊面，可以完成建筑外部的一些復(fù)雜設(shè)施和室內(nèi)造型，例如建筑外的空調(diào)平臺(tái)和室內(nèi)的房梁等。圖21即是利用索引面集構(gòu)造的建筑外部裝飾，這類造型是通過普通的三維形體造型節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建不出來的。圖21 建筑外部多邊形結(jié)構(gòu)圖通過上述分析得出，我們可以用Shape節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景中的全部三維造型。這些造型包括基本幾何造型以及文本、點(diǎn)、線面方式構(gòu)造的任意幾何造型。167。 節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系分為父子關(guān)系和編組關(guān)系兩種：(1)父子關(guān)系。如上所述，父子關(guān)系是根據(jù)節(jié)點(diǎn)語義定義的通過特定域包含特定節(jié)點(diǎn)而形成的上下層次關(guān)系。(2)編組關(guān)系。通過組節(jié)點(diǎn)(Grouping Node)把一組子節(jié)點(diǎn)組織起來，從而形成編組關(guān)系。編組節(jié)點(diǎn)有Group、Anchor、Billboard、Inline、LOD、Transform等8種。例如Group節(jié)點(diǎn)的children域，它是一個(gè)MFNode類型的域，蹋來包含多個(gè)子節(jié)點(diǎn)。Group{eventIn MFNode addChildreneventOut MFN0de removeChildrenexposedField MFNode children[ ]field SFVec3f bboxCenter 0 0 0 (8，8)field SFVec3f bboxSize 1 1 1 (0，8)or1，1，1}由此可知，利用編組節(jié)點(diǎn)的功能，可以把大型三維虛擬場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)組織得更為有序。167。 大型場(chǎng)景的數(shù)據(jù)組織(1)應(yīng)用編組節(jié)點(diǎn)VRML提供了8種類型的編組節(jié)點(diǎn)，用于把共同完成某一功能的節(jié)點(diǎn)組合在一起(圖22)[7]。Group節(jié)點(diǎn)用于對(duì)象的群組；Transform節(jié)點(diǎn)則是把對(duì)象組合后再一起進(jìn)行坐標(biāo)變換。如果把子場(chǎng)景看作子節(jié)點(diǎn)，那么我們可通過內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn)(Inline)實(shí)現(xiàn)各場(chǎng)景的調(diào)出，對(duì)大場(chǎng)景而言，可明顯提高繪制速度。本系統(tǒng)中，由于后期場(chǎng)景豐富的需要，以及系統(tǒng)快速讀取的需要。本系統(tǒng)中的人物造型作為較復(fù)雜的造型，VRML文件會(huì)非常龐大，并且難于管理。并且系統(tǒng)讀入時(shí)檢測(cè)此內(nèi)聯(lián)的人物造型是否會(huì)出現(xiàn)在默認(rèn)的視點(diǎn)視界中，當(dāng)此人物造型有效時(shí)，此模型才被描述出來，否則將不再描述，這樣節(jié)省了系統(tǒng)資源。Transform { children Inline {內(nèi)聯(lián)節(jié)點(diǎn) url 內(nèi)聯(lián)的人物造型 } translation rotation 0 1 0 scale }圖22 編組節(jié)點(diǎn)對(duì)場(chǎng)景的組織(2)層次細(xì)分對(duì)由多物體(又稱實(shí)體)組成的復(fù)雜大場(chǎng)景，必須把場(chǎng)景分解成單個(gè)造型單元[8]。分解的方法，首先把大場(chǎng)景按分布的區(qū)域劃分成許多子塊，子塊盡可能規(guī)則，以利用建模后再組合成大的場(chǎng)景塊；其次對(duì)某一具體的造型，如本系統(tǒng)中的某一建筑模型，可以從外向內(nèi)進(jìn)行分解，將屋頂?shù)慕Ｗ鳛橐粋€(gè)單獨(dú)的部分，外墻的建模作為另一個(gè)部分；在VRML中通過分組節(jié)點(diǎn)和造型節(jié)點(diǎn)把分解的場(chǎng)景建模后，用分組節(jié)點(diǎn)再組合成大場(chǎng)景。這樣就簡化了單個(gè)造型的工作量，可以一部分一部分的建模，提高了工作效率。如圖23所示，在VRML文件中的具體體現(xiàn)是樹型嵌套結(jié)構(gòu)。圖23 場(chǎng)景的分層結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的分組節(jié)點(diǎn)167。 建模流程在3D MAX中構(gòu)造基本模型。以社區(qū)景觀為內(nèi)容的建模工作既復(fù)雜且量大，若全部采用編寫VRML代碼的方法去完成，易出錯(cuò)且效率低[9]。因此在構(gòu)造虛擬場(chǎng)景時(shí)期，使用一些三維建模工具可以大大地提高開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的效率。本項(xiàng)目選用三維軟件3D MAX來搭建基本場(chǎng)景，其優(yōu)勢(shì)是能夠快速高效構(gòu)造復(fù)雜的三維模型，并設(shè)定材質(zhì)、光效和動(dòng)畫，這一點(diǎn)對(duì)提高建模效率非常有用。在VrmlPad中編輯。VrmlPad是一個(gè)很出色的虛擬現(xiàn)實(shí)文件專用編輯器，不僅有利于提高代碼編寫效率，而且還提供程序調(diào)試功能，是完成復(fù)雜虛擬場(chǎng)景必不可少的利器之一[1]。從3D MAX輸出的VRML文件，雖然已包含建立好的建筑模型、環(huán)境模型、人物模型等，但是由于交互行為不足，所以還應(yīng)該打開生成的．wrl文件，加入指定路線漫游和一些基本的動(dòng)態(tài)交互功能以完善系統(tǒng)功能。并利用上面討論的造型節(jié)點(diǎn)層次細(xì)分和編組節(jié)點(diǎn)對(duì)場(chǎng)景對(duì)象的相應(yīng)代碼做進(jìn)一步的組織、校驗(yàn)和完善。167。 場(chǎng)景的建立如前述，VRML本身就是一種建模語言，但對(duì)于一個(gè)龐大場(chǎng)景，通過一行一行代碼的編寫來完成是一件困難的事情，于是就產(chǎn)生了各種創(chuàng)建VRML場(chǎng)景的工具，本課題主要采用3D Max和VrmlPad。利用3D Max創(chuàng)建VRML場(chǎng)景的主要步驟如下：(1)場(chǎng)景平面圖。從系統(tǒng)的分析和總體設(shè)計(jì)可以看出，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行合理的布局是至關(guān)重要的。在AutoCAD中繪制場(chǎng)景布局的平面圖(，可導(dǎo)入3D Max)，定位道路、樓群和其他建筑物。該圖是場(chǎng)景合理布局的基礎(chǔ)。(2)紋理采集。采集紋理圖片數(shù)據(jù)，包括磚紋圖片、門窗圖片、草地圖片等。對(duì)所采集的紋理圖片，在Photoshop中將其處理成可無縫平鋪的貼圖。(3)3D Max構(gòu)建場(chǎng)景基本模型。VRML通過節(jié)點(diǎn)來描述場(chǎng)景實(shí)體，3D Max可以將其環(huán)境中的模型以VRML的格式輸出。即將各個(gè)三維模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，以便為相應(yīng)的瀏覽器解釋并繪制。以人物造型為例，輸出的VRML節(jié)點(diǎn)如下：VRML utf8DEF man01 Transform {定義man01造型 children Shape { appearance Appearance { material Material {此處省略了紋理描述 } } geometry DEF man01FACES IndexedFaceSet {man01面部索引面集 coord DEF man01COORD Coordinate { point […] } coordIndex […] ccw TRUE solid FALSE normalIndex [ ] texCoordIndex [ ] } } translation rotation 1 0 0 scale }其中，Translation為標(biāo)準(zhǔn)的VRML節(jié)點(diǎn)，children域中定義了Shape．它是一個(gè)man01的面部。由此可見，3D Max的人物細(xì)節(jié)造型對(duì)應(yīng)了VRML相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。 (4)引入需要的VRML節(jié)點(diǎn)但是有一些VRML節(jié)點(diǎn)在3D Max中并不能被直接通過3DS的實(shí)體模型創(chuàng)建出來，需要向這個(gè)3D MAX場(chǎng)景中插入圖標(biāo)來引入相應(yīng)的VRML節(jié)點(diǎn)，其中包括了Anchor、ProxSensor、NavInfo、Fog、Sound、LOD、TouchSensor，Timesensor，Background、AudioClip、Billboard、Inline共12個(gè)節(jié)點(diǎn)[10]。本系統(tǒng)中的樹木造型全部采用Billboard節(jié)點(diǎn)，采用此節(jié)點(diǎn)的好處是用此建立的樹木模型其正面永遠(yuǎn)對(duì)著替身視點(diǎn)，不用建立多個(gè)面并導(dǎo)入多張貼圖，達(dá)到節(jié)省系統(tǒng)資源的作用。167。 場(chǎng)景對(duì)象的優(yōu)化要使3D MAX中導(dǎo)出的．wrl格式的文件轉(zhuǎn)入VRML環(huán)境后達(dá)到比較理想的效果，需要應(yīng)用一些技巧來優(yōu)化VRML虛擬對(duì)象[12]。在場(chǎng)景模型構(gòu)造環(huán)節(jié)，建筑物的建模是關(guān)鍵。精細(xì)建模因文件量過大會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸和繪制困難，而用數(shù)碼相機(jī)拍攝建筑實(shí)體圖像再將其作為紋理映射到建筑物模型上，則可行性不大。為此，我們?cè)诒容^各種建模方法的基礎(chǔ)上，兼顧文件量和真實(shí)感，提出建筑物的二次建模方法。下面分別從建筑物的二次建模、場(chǎng)景模型構(gòu)造和VRML文件編輯三方面加以討論。167。 建筑物的二次建模方法建筑物的建模要達(dá)到理想效果，歸根結(jié)底是要克服復(fù)雜度與真實(shí)感這一對(duì)矛盾。二次建模的思路是：首先在三維軟件中對(duì)建筑進(jìn)行精細(xì)建模，賦以材質(zhì)及紋理，然后對(duì)所需的紋理進(jìn)行渲染輸出，經(jīng)圖像處理軟件處理后生成包含細(xì)節(jié)(如窗框、裝飾條等)的紋理；再對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，用外輪廓線(Outline)加拉伸(Extrude)或放樣(Loft)生成分段數(shù)為1的簡單幾何體，最后，用包含細(xì)節(jié)的紋理映射到簡單幾何體上，完成建筑的構(gòu)建[13]。二次建模的流程如圖24所示。圖24 二次建模流程圖167。 建模環(huán)節(jié)的其他優(yōu)化方法(1)應(yīng)用實(shí)例復(fù)制：實(shí)例復(fù)制對(duì)象在VRML代碼中只定義一次，可在場(chǎng)景中多次使用同樣的幾何體定義，而文件的大小不會(huì)增加。能夠節(jié)省編寫代碼時(shí)間，同時(shí)可以使文件大大地變小。在場(chǎng)景中用DEF定義人物和樹木造型，完成造型的建模后，在其他地方需要相同的造型時(shí)，只需要USE使用這個(gè)造型并重新定義translation即可。DEF tree Transform {}Transform {Translation 1 0 0children [USE tree]} (2)使用多細(xì)節(jié)層次模型技術(shù)；根據(jù)物體與觀察者之間的距離，選擇同一對(duì)象的不同細(xì)節(jié)版本。合理設(shè)簧VRMLExport對(duì)話框參數(shù)：此面板中參數(shù)的設(shè)置將直接影響到VRML文件的大小。例如在3D MAX導(dǎo)出模型時(shí)，對(duì)參數(shù)D