【正文】 山東理工大學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室 虛擬現(xiàn)實與 VRML 虛擬現(xiàn)實與 VRML 第四章 VRML編程 第一節(jié) 概述 一． VRML是什么 二． VRML的歷史 三． VRML設(shè)計理念 四． VRML語言概念 五． VRML文件處理過程 六． VRML的應(yīng)用軟件 七． VRML的解決問題 八． VRML的未來 九． VRML使用 例子 一。 VRML是什么 1. 開放式標(biāo)準(zhǔn) : VRML的最新國際標(biāo)準(zhǔn)是 ISO/IEC147721:1997。 能夠被 ISO接受這一點就足以說明該標(biāo)準(zhǔn)所處的地位和現(xiàn)實意義 ， 現(xiàn)在 ， ISO已把它作為未來標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的重要模型加以開發(fā)和研究 。 2. 3D多媒體 : 在成為國際標(biāo)準(zhǔn)以前 ， VRML已經(jīng)是 CAD、 動畫制作以及 3D建模軟件等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享 和數(shù)據(jù)發(fā)布的事實上的標(biāo)準(zhǔn) 這些軟件有的直接 輸出 VRML格式的文檔 ， 有的提供實用工具或插件實現(xiàn)這種變換 。 VRML是一種用于在 Inter上構(gòu)筑 3D多媒體和共享虛擬世界的開放式語言標(biāo)準(zhǔn) 。 它具有以下 4個要點： 3. 共享虛擬世界 : VRML最早的動機之一就是能夠在一個虛擬空間中工作和交談 ， 這個空間就是虛擬世界 （ Cyberspace） 。 通過 VRML 97，已經(jīng)可以部分地實現(xiàn)這一構(gòu)想 。 4. 基于 Inter : 與以往的 3D應(yīng)用不同 ， VRML規(guī)范考慮的第一件事就是通過 Inter共享 3D實體和場景 。 實際上 ， VRML規(guī)范本身就是通過Inter探討 、 研究和發(fā)布的 。 二。 VRML的歷史 日 期 主 要 內(nèi) 容 1994 5月 第 1次 Web會議 – 開始使用 VRML用語 6月 開始 VRML Mailing List – Mark Pesce 等 10月 第 2次 Web會議 –發(fā)布 VRML草案 11月 發(fā)布 VRML 1995 4月 發(fā)布 VRML瀏覽器 WebSpace – TGS， SGI 5月 發(fā)布 VRML 8月 第 1次 VRML Architecture Group 會議 12月 發(fā)布 VRML 日 期 主 要 內(nèi) 容 1996 4月 Moving World – 提案 VRML 8月 發(fā)布 VRML 12月 組成 VRML協(xié)會（參與 35個公司），跟VAG統(tǒng)合 1997 12月 VRML VRML97 1998 12月 VRML協(xié)會改稱于 Web3D協(xié)會 1999 2月 VRML的開發(fā)版本命名于 X3D 11月 發(fā)布 VRML200xX3D 草案規(guī)約 三。 VRML設(shè)計理念 1. 平臺獨立性 (Platform Independence) 2. 擴充性 (Extensibility) 3. 能運作于低頻寬的網(wǎng)絡(luò)上 (Ability to work well over low bandwidth connections) 同時 ， VRML在制定上與 HTML有所區(qū)別 ，不被視為 HTML的延伸 ， 因為兩者不論在資料形式或網(wǎng)絡(luò)需求上都有所不同 。 規(guī)格制定時避免了將 VRML視為 HTML的延伸 ， 以免限制了 VRML未來的發(fā)展 。 四。 VRML語言概念 1. 坐標(biāo)系統(tǒng) ： VRML采用的是卡氏右手立體 坐 標(biāo) 系 統(tǒng) (Cartesian RightHanded dimensional System)， 測量長度和距離的基本單位是公尺 ， 而測量角度的基本單位是弧度 。 從最抽象化的層次來看 ， VRML是用節(jié)點來實現(xiàn) ， 而節(jié)點可以是立體幾何圖形 、 MIDI咨詢 、JPEG圖像等 。 2. 節(jié)點 (Nodes) : VRML以節(jié)點為基礎(chǔ) ， 每個節(jié)點都具有以下四項特性 。 a) 節(jié)點種類 : 如 Box、 Cone、 Cylinder 等一共有 60種節(jié)點 。 b) 域 (Fields) : 節(jié)點可以有零或多個域值 。 c) 節(jié)點名稱 : VRML中的節(jié)點不一定要指定名稱但若指定名稱則必須唯一 。 d) 子節(jié)點 : 節(jié)點與節(jié)點之間可以有階層式的從屬關(guān)系 。 具有子節(jié)點的節(jié)點稱為 「 父節(jié)點 」 ；父節(jié)點可以有零或多個子節(jié)點 。 3. 節(jié)點的分類 a) 形狀節(jié)點 (Shape Nodes) : 指的是幾何特性 ， 如圓錐體 、 立方體 、 球體等；包含顯示 ASCII字串的節(jié)點 。 b) 屬性節(jié)點 (Property nodes) : 屬性節(jié)點會影響節(jié)點呈現(xiàn)的方式 ， 又細(xì)分為幾何屬性與外觀 /矩陣及轉(zhuǎn)換 /攝影機 /光源四類 。 c) 群節(jié)點 (Group Nodes) : 集合其他節(jié)點 ，以單一節(jié)點的形式呈現(xiàn) 。 4. 域 (Fields) 所含域的數(shù)目分為兩類 : 只含單一的 「 單值 」與含多個值的 「 多值 」 ， 分別以 “ SF” 與 “ MF”為名稱的開頭 。 SF開頭的數(shù)值只是一個單一的數(shù)或數(shù)組 ， 而 MF開頭的是一個數(shù)或數(shù)組的列表 。 各有 11個和 7個種類 。 例） SFBool : 開關(guān)值 SFFloat/MFFloat : 浮點值 SFString/MFString : 字符串 五 . VRML文件處理過程 1。 VRML瀏覽器的處理模型 2。用 VRML瀏覽器要求 VRML文件的過程 3。用 VRML瀏覽器接受 VRML文件的過程 P 六。 VRML的應(yīng)用軟件 1. VRML 瀏覽器 目前共有四家公司開發(fā)出支援 VRML 工具 ， 分別是 : 1） Cosmo Software 的 Cosmo Player。 2） InterVista Software Inc. WorldView。 3） Paper Inc. 的 WebFx 后來被 Netscape 公司合并以后改稱 Live3D。 4） Temlplate Graphics Software WebSpace 2. VRML 編輯器 目前有較多的編輯器，其中下面的四個編輯器使用率比較高 : 1） Cosmo Software 的 Cosmo World。 2） ParallelGraphics 的 Inter Space Builder （ ISB）。 3） Superscape 的 3D Webmaster。 4） Ligos的 VRealm Builder（ VRB）。 七。 VRML的解決問題 1. 首先是 VRML的文件格式 。 目前 VRML采用的是文本格式 ， 文件都很大 ， 而且在很多時候包含大量的空余空間和無用信息 。 解決辦法是為 VRML文件定義一種二進制文件格式 。這將提供幾個優(yōu)點： ? 減少文件長度 : 一個好的壓縮軟件能把 VRML壓縮到原來的 40%。 ? 一定的保密性 : 由于每個人都可以看到文本文件的內(nèi)容 ， 當(dāng)采用二進制文件格式時 ， 別人在沒有得到允許的情況下不能拷貝 VRML場景內(nèi)容的 。 2. 第二個問題是要解決編碼時的便利性 。 用已存在的編輯器作出較簡單的物體時比較容易 ，但要做比較復(fù)雜的形狀的物體時不容易 。 有這樣的情況時 ， 一般先用 3DMax等軟件做完以后 ， 轉(zhuǎn)換成 VRML文件 。 ? 減少調(diào)用時間 : VRML在第一次加載瀏覽器時必須被解釋以使瀏覽器能夠構(gòu)造一個內(nèi)部場景結(jié)構(gòu) 。 二進制文件更容易被高效解釋 ， 因為它包含瀏覽器構(gòu)造內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最基本的數(shù)據(jù) 。 八。 VRML的未來 ? VRML繼續(xù)發(fā)展：增加新的節(jié)點與功能 ， 如用于數(shù)字化地球的 GeoVRML， 分布式計算的 DIS等 。 ? X3D : 基于 XML的 VRML－ NG， 已有提案與演示 。 ? MPEG4 : 用于數(shù)字化影視的新技術(shù) ， 基于 VRML。 ? VRML2022 : X3D與 VRML溶合的產(chǎn)物 ， 并希望在 2022年通過 ISO認(rèn)證 。 1995年以來 ， 到 1998年中期開始流行 VRML將死亡的說法 ， 不過更多的人則開始考慮 VRMLNG（ 新一代VRML） ， 以及 VRML與其它 3D技術(shù)的溶合 。 總的來說 ，VRML有以下發(fā)展趨勢 : 山東理工大學(xué)虛擬現(xiàn)實實驗室 虛擬現(xiàn)實與 VRML 九。 VRML 使用例子 1. 基本造型的例子 （ ， 92行） 2. 加動作的例子 （ ， 369行） 3. 加觸點的列子 （ ， 81行） 4. 換視點的例子 （ ， 742行） 5. 一間屋子 （ 376k， 13891行） 6. 茶葉博物館 （ 515k， 19508行） VRML簡單 場景示例 VRML文件結(jié)構(gòu) ? VRML文件包括： 文件頭 //描述版本和編碼集 注釋 節(jié)點（ Nodes） //描述場景內(nèi)容 域 （ Fields） // 節(jié)點的屬性 值 （ Values） //屬性值 等等 . . . ? 其中每一部分 均區(qū)分大小寫。 VRML文件示例 VRML utf8 A Cylinder Shape { appearance Appearance { material Material { } } geometry Cylinder { height radius } } 建立一個虛擬世界 ? 幾何形狀的建立 ? 顏色、紋理、光源及環(huán)境 ? 視點、導(dǎo)航及用戶感知 ? 動畫 ? 聲音 ? 程序腳本 幾何形狀的建立 ? 基本體素的建立 Shape節(jié)點 形狀幾何由 幾何節(jié)點描述，如 Box, Cone, Cylinder等。 幾何形狀的建立 （續(xù) ） ? 復(fù)雜形狀的建立 動物、植物、地表、機械零件，等等 ... 可借助點、線、面來構(gòu)建 對于地表等，甚至有特定的節(jié)點描述，如 ElevationGrid節(jié)點 幾何形狀的建立 （續(xù) ） ? PointSet Shape { appearance Appearance { . . . } geometry PointSet { coord Coordinate { point [ . . . ] } } } ? IndexedLineSet Shape { appearance Appearance { . . . } geometry IndexedLineSet { coord Coordinate { point [ . . . ] } coordIndex [ . . . ] } } 幾何形狀的建立 （續(xù) ） ? IndexedFaceSet Shape { appearance Appearance { . . . } geometry IndexedFaceSet { coord Coordinate { . . . } coordIndex [ . . . ] solid TRUE ccw TRUE convex TRUE } } ? ElevationGrid Shape { appearance Appearance { . . . } geometry ElevationGrid { xDimension 3