【正文】 現(xiàn)在， OpenGL 以動態(tài)鏈接庫形式掛接到 Windows NT 3. 51, Windows NT 4. 0和 Windows OSR2, Windows 98 等環(huán)境中，并把 OpenGL 圖形庫封裝在 Visual C+十 2. 0 及其以上版本中，開發(fā)者可以在多種硬件平臺及操作系統(tǒng)下方。 4. 2 OpenGL 簡介 第四章開發(fā)工具軟件介紹 36 4. 2. 1 OpenGL 的目的和特點 OpenGL ( Open Graphics Library ) }6}是近幾年發(fā)展起來的一個性能卓越的三維圖形平臺。MFC 的類的確非常多， 但在一般的應用程序中不需要使用所有的函數。利用基礎類庫可以在應用程序中加入許多復雜的特性，如生成各種個性化的菜單欄、工具欄和狀態(tài)欄，對各種數據庫進行操作等等。 MFC 是很龐大的，包含了大約 200 不同的類。 MFC 同時也借助 Application Wizard 使開發(fā)者擺脫了那些每次都必寫的基本代碼，借助 ClassWizard 和消息映射使開發(fā)者擺脫了定義消息處理時那些混亂和冗長的代碼段。它減少了大量在建立 Windows 程序時必須編寫的代碼。Microsoft 也提供了 C++庫，它位于任何 Windows API 之上，能夠使開發(fā)者的工作更加高效和輕松。標準的 C 一語言幾乎沒有附帶任何庫，僅僅提供了一些語言規(guī)則，開發(fā)者要么自己編寫出適宜的對象庫，要么就用別人己經編好的， MFC實際上就是一個第三方的 C 一標準庫。 第四章開發(fā)工具軟件介紹 35 第四章開發(fā)工具軟件介紹 VC/VC++ Windows 平臺下 的 C++編程工具，首推 Microsoft 的 Visual C++ }5}。它能夠有效地創(chuàng)建學習情景、支持合作、促進交流、促進知識表達和應用，是一個非常優(yōu)良的建構主義學習環(huán)境。 MUD 這種基于 Inter 和文本表現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實技術具有許多優(yōu)良特點，有著巨大的教育應用潛能。玩者在其內多為解謎，戰(zhàn)斗，升等級等。代表性 MUD 如 AcademICK、SchMOOze University 等。代表性 MUD 如： TinyMUD 等。每個人有其喜歡的種類，一般來講， MUD 共分為三類： 社會性 MUD：模擬社會生活性質的 MUD。在 MUD 中，所有事情，皆靠你去發(fā)展，沒有人限制你該做什么，該怎么做。它是從一種計算機游戲發(fā)展起來的，在游戲中，你可以從一個房間走進另一個房間，獲得你所看到的事物的描述并可以和這些事物交互。 MOO 是用面向對象技術建造的 MUD，這種技術使學習者更容易創(chuàng)建新的對象。每個用戶也是對象，最重要的，在 MUD 虛擬世界中可以通過編寫 MOO 代碼創(chuàng)造對象并為創(chuàng)造的對象定義可具有的行為，這樣，實際上就是用戶創(chuàng)造和擴展了他們的虛擬空間環(huán)境。另外，也可以使用 Tel 連接。您可以到 新版本。在服務器端運行 MUD 服務程序，它負責接受用戶的操作請求，并根據內設的虛擬世界中的邏輯規(guī)則進行響應，用戶要連接 MUD 站點，需要使用專用的客戶端軟件。它提供很少的感官信息，需要參與者更加投入到交互中去，而且在 MUD/MOO 中，交互并不僅僅是用戶與媒體之間的，更有與其它參與者之間的， MUD/MOO 比其它數字媒體環(huán)境更利于用戶遠距離獲得信息。 在 MUD 世界世界中的一切活動，都是通過鍵盤輸入的方式進行的：你的每一個動作，每一次行動，每一場戰(zhàn)斗，都由相應的指令完成，這些指令都是最基本的英文單詞或漢語拼音。當用戶進入到這個虛擬世界后，就象在現(xiàn)實世界一樣，需要了解這個環(huán)境，與這個環(huán)境中的人和物進行交流，如到處漫游，與他人交談，加入討論，和其它用戶進行秘密交談，操作某個地方的對象（播放錄象帶、使用工具等）或者漫游到其它地 方去。 五、多用戶協(xié)作虛擬社會： MUD/MOO MUD 是 Multiple User Dungeon 的簡稱，是一個通過網絡連接的、多用戶參與的、可由用戶自主擴展的、主要基本文本表示的虛擬現(xiàn)實環(huán)境。由于這種模擬系統(tǒng)有著高度的真實性，所以并不會因為沒有真實系統(tǒng)介入而造成較差的訓練效果。如：創(chuàng)建網上三維圖書館，它的好處就在于書籍歸類整理更接近真實并將高于真實，匯編或查閱時書籍只需要鼠標的輕輕點擊對應的虛擬圖書。 VRML 使得 Inter 的一片平面世界首次出現(xiàn)了的三維場景，它剛一問世，便引起了極大的反響，得到眾多的軟硬件廠商的支持，成為了Inter 是最具發(fā)展前景的新興技術?，F(xiàn)在有很多的可視化的 VRML 設計工具，如 CosmoWorld 和 HomeSpace 等，這些工具將VRML 的標準節(jié)點都做成可視的組件，用戶設計時，只需要將這些組件組全自己需要的虛擬場景就可以了，而且設 計的效果在設計時就可以看到。 VRML 還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。這里的程序腳本是一種簡化了的應用程序，一個典型的腳本是由 Java 或 JavaScript 編程語言寫成的程序。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼：它有域、 eventIn 事件、 eventOut 事件。原型定義了創(chuàng)建了帶有指定名稱、接口 和整體的新節(jié)點類型，一旦成功地定義了原型，它就可以在 VRML 文件的其他地方隨意使用。 VRML 文件主要包括四個主要成分： VRML 文件頭、原型、造型節(jié)點和腳本、路由。 VRML就是一種描述語言標準，規(guī)定了用來描述三維場景的文本描述語言；遠程傳輸是指用戶瀏覽 VRML 描述的虛擬場景時，需要通過 Inter 將描第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 31 述場景的文本傳送到本地，一般來說，文本描述是嵌在 WEB 頁面中，在瀏覽器請求相應頁面時與頁面描述 文本一起傳送本地；本地計算生成是指描述虛擬場景的數據傳送到本地后，瀏覽器對它進行解釋計算，動態(tài)地生成虛擬場景，比如，描述球形的文本，瀏覽器會在屏幕上繪制一個立體的球形。 VRML 的基本工作原理可概括為：文本描述、遠程傳輸、本地計算生成 。 四、虛擬現(xiàn)實造型語言 VRML VRML (Virtual Reality Modeling Language)是在 Inter 上營造虛擬環(huán)境的技術。 3． QTVR 的教育應用 QTVR 在立體空間的 展示，立體物體的展示，展品的介紹，虛擬空間的營造與構建，虛擬場景的構造等方面有著作獨特的優(yōu)勢，可廣泛應用于那些情景性要求很強的教學軟件中，比如文物考古學中的文物鑒賞等。QTVR 制作成功后，我們就可以利用一個 QTVR 播放軟件來體驗它所提供的虛擬環(huán)境，進入虛擬的空間，操縱虛擬的物體。創(chuàng)作軟件主要功能是將離散的圖像拼合成全景圖像，再將全景圖像制作成 QTVR 格式的文件。目前美國的 KAIDAN 公司專門生產用于拍攝全景 的三角架。 2． QTVR 開發(fā)系統(tǒng)的構成 圖象采集設備： QTVR 圖像的拍攝可以用普通的照相機或數字相機，形成圖像文件； QTVR 要求拍攝 360 度范圍內的全景圖像，直接拍攝全景的相機過于昂貴，所以一般是用普通的相機輔以專用的三角架設備，在空間環(huán)繞 360 度拍攝，然后利用軟件將拍攝到的一幅幅圖像拼合成一第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 30 幅全景圖像。而 QTVR 系統(tǒng)采用 360 度全景攝影照片作素材，根據真實世界影像來進行三維建模，所以圖象質量高，立體效果好，真實性極強，另外， QTVR 系統(tǒng)采用先進的圖像壓縮與還原算法，不僅使造型數據量小，而且在空間呈獻時，沒有很大的延遲；第三，目前大部分 VR 系統(tǒng)的制作都需要編程來生成三維模型、檢測特殊外部設備的狀態(tài)及反饋、進行交互控制等，這就限制了普通人涉及這個領域的開發(fā)，而 QTVR 系統(tǒng)的 VR 場景的生成模式是拍攝。 基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實技術，在三個方面優(yōu)于普通意義上的虛擬現(xiàn)實技術：首先，在環(huán)境要求上，普通意義上的虛擬現(xiàn)實技術需要特殊的專用設備，如頭盔式顯示器、高性能的圖形工作站等，價格昂貴難以普及，而 QTVR 系統(tǒng)對硬件沒有特殊要求，在普通微機上便可實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實環(huán)境，它的成本極低。 場景（ Scenes)：場景指的是把一個或多個全景圖象或對象電影通過熱點這種手段連接后的全景圖象和對象電影的有序集合體。使用時，用戶用鼠標來控制物體電影（ object movie)的播放。 對象 (Objects)：對象是和全景圖象的概念相對比的概念。它可以理解為以節(jié)點為中心的具有一定高度的圓柱形的平面，平面外部的景物投影在這個平面上，即為全景圖象。 QTVR 的核心概念包括： 全景圖象（ Panoramas)：全景圖象是 QTVR 技術最具特色的概念。在觀察時，我們可以任意地轉動觀看，也可以改變視點，或是走近仔細觀看，由于這些照片是相互連接的，所以只要照片足夠精細、連接得緊密正確，我們就可以獲得空間的感覺。利用 它來創(chuàng)建虛擬場景，我們可以在一個大廳里環(huán)繞四周，以任意一個角度觀察這個空間，也可以圍繞某一個物體，在 360 度的范圍觀察它。 QuickTime VR 1． QuickTime VR 介紹 QuickTime VR（ QTVR）是一種基于靜態(tài)圖象的、在微機平臺上能夠實現(xiàn)的初級虛擬現(xiàn)實技術。 采用虛擬技術，學生不必真正把他們設計出來的電氣設備、機械零件、傳輸線或車間建造起來就可以“親身體驗”。 電氣工程虛擬演練實驗室的建設考慮到教育部門，尤其是提供給大批學生操作的環(huán)境難以采用頭盔顯示器、數據手套、數據衣等昂貴設備，為此，我們開展虛擬現(xiàn)實與半實物仿真方法的研究，采用虛實結合的形式制作，控制臺上各種接觸器、繼電器、各種開關等均采用實際器件，電動機及控制設備板也是實物，而控制過程及逐層拆卸所觀察到的 360 度瀏覽效果是由高速計算機虛擬的，通過投映眼鏡或大屏幕投映呈現(xiàn)在操作者面前。就教育理論而言，虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)人的臨場化，參與者與虛擬環(huán)境是互相作用、互相影響的一個整體的兩個方面，它營造了“自主學習”的環(huán)境，由傳統(tǒng)的“以教促學”的學習方式代之為學習者通過自身與信息和環(huán)境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。還有一些軟件公司開發(fā)了在 OpenGL之上的圖形開發(fā)包，如 Open Inventor、 World Tool Kit、 OpenGVS、dVISE 等，使用這些圖形開發(fā)包可以加快虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)進程。 2．軟件系統(tǒng) 目前大多數 PC 機都用 Windows 95/NT 操作系統(tǒng)，而且微軟公司已經在 Visual C++內提供了 OpenGL、 DirectDraw 等圖形 API，在 PC 上建立三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)一般使用這些圖形 API。在場頻達到人眼舒適要求的前提下，計算機屏幕所能顯示的三維立體圖形在投影儀投射到銀幕后同樣能夠達到立體的效果，從而獲得類似立體電影的效果。 這樣的 PC 三維虛擬現(xiàn) 實系統(tǒng)適用于大多數虛擬現(xiàn)實應用，如軍事上的三維立體地形觀察、 CAD/CAM 構件模型的三維立體觀察、醫(yī)學上器官組織的三維形態(tài)觀察等。 下面是一個比較通用的基于 PC 的三維虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng)的配置介紹，它包括硬件和軟件兩大部份。 自然的人機交互：三維虛擬現(xiàn)實中的虛擬空間是動態(tài)的，可操縱的，我們可以借助于一 些專門的外部設備以自然的方式來操縱虛擬世界的物體，虛擬世界可對這種操縱作出響應。桌面三維虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的重要特性是具有一種身臨其境的臨場感，具備一些與普通圖形 系統(tǒng)不同的特點： 生動的計算機圖形圖像場景：三維虛擬現(xiàn)實在現(xiàn)實世界數據建模的基礎上，采用三維圖形來表現(xiàn)虛擬世界，它對圖形的繪制速度、逼真度、分第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 26 辨率要求都很高，一般需要高速三維圖形加速卡支持。通過 SIMNET，位于德國的仿真器可以和位于美國的仿真器一樣運行在同一個虛擬世界，參與同一場作戰(zhàn)演習。在分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中 ，多個用戶可通過網絡對同一虛擬世界進行觀察和操作，以達到協(xié)同工作的目的。典型的實例是戰(zhàn)機飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數和武器瞄準數據投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，它可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數據，從而可集中精力盯著敵人的飛機或導航偏差。常見的沉浸式系統(tǒng)有：基于頭盔式顯示器的系統(tǒng)、投影式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、遠程存在系統(tǒng)。 2．沉浸的虛擬現(xiàn)實 高級虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供完全沉浸的體驗，使用戶有一種置身于虛擬第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 25 境界之中的感覺。桌面虛擬現(xiàn)實最大特點是缺乏真實的現(xiàn)實體驗，但是成本也相對較低，因而，應用比較廣泛。通過各種輸入設備實現(xiàn)與虛擬現(xiàn)實世界的充分交互，這些外部設備包括鼠標，追蹤球，力矩球等。事實上，虛擬實現(xiàn)技術不僅僅是指那些戴著頭盔和手套的技術，而且還應該包括一切與之有關的具有自然模擬、逼真體驗的技術與方法，它的根本目標就是達到真實體驗和基于自然技能的人機交互，能夠達到或者部分達到這樣目標的系統(tǒng)就稱為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。 第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 24 第三章虛擬現(xiàn)實技術的本質特征 虛擬現(xiàn)實的類型 虛擬現(xiàn)實的類型 虛擬現(xiàn)實是指用立體眼鏡、傳感手套等一系列傳感輔助設施來實現(xiàn)的一種三維現(xiàn)實，人們通過這些設施以自然的方式（如頭的轉動、手的運動等）向計算機送入各種動作信息，并且通過視覺、聽覺以及觸覺設施使人們得到三維的視覺、聽覺及觸覺等感覺世界，隨著人們不同的