第4章虚拟现实建模语言VRML74

虚拟现实技术天津天狮学院黄金栋4-2第4章虚拟现实建模语言VRML4.1VRML语言概述4.2VRML的语法基础4.3VRML的空间造型4.4VRML的场景效果4.5VRML的动态交互4-34.1VRML语言概述VRML（VirtualRealityModelingLanguage，虚拟现实建模语言）是一种用于创建三维造型和渲染的图形描述语言。它将二维、三维图形和动画、音频、视频等多种效果融合在一起，使信息能够在一个具有空间感和实时感的三维空间中被表达出来。同时，它提供灵活有效的人机交互功能，使虚拟世界的真实性和交互性得到更充分的体现。将VRML与WWW一起使用，还可以创建一个通过Internet和WWW链接而成的网络虚拟世界。4-44.1VRML语言概述VRML把“虚拟世界”看做是一个“场景”，而场景中的一切都被看做是“对象”，对场景中对象的描述就构成了VRML文件。VRML文件以正文格式存储，并以.wrl或.wrz扩展名作为后缀。当用户通过浏览器访问一个VRML文件时，浏览器会将VRML中的信息解释成对目标造型和场景的描述，并根据用户在场景中的不同状态实时绘制和渲染这个虚拟空间。4-54.1VRML语言概述HTML用于定义可与更多信息相关联的二维页面的布局和内容。VRML用于定义可与更多信息相关联的三维页面的布局和内容。VRML不仅是针对VR，也是针对Web设计的。4-64.1VRML语言概述4.1.1VRML的发展历程4.1.2VRML的特点4.1.3VRML编辑器4.1.4VRML浏览器4-74.1VRML语言概述4.1.1VRML的发展历程1994年，MarkPesce和TonyParisi创建了可用来浏览Internet上三维画面的浏览器原型，称为Labyrinth（迷宫），首次提出了VRML一词。1994年，由SGI公司的工程师GavinBell组织制订了VRML1.0的规范草案，并于同年10月在芝加哥召开的第二届万维网国际会议上公布。VRML2.0是以SGI公司的MovingWorlds提案为基础的，节点类型被扩展为54种，支持的对象也已包括动态和静态两大类。VRML的国际标准草案于1998年1月正式获得ISO的认定和发布，通常被称为VRML97。1998年，VRML组织更名为Web3D组织，并制订了一个新的标准X3D（Extensible3D）。4-84.1VRML语言概述4.1.2VRML的特点基于Internet共享的虚拟世界较低的配置需求真正的动态交互适用于网络现状的技术开放式的标准4-94.1VRML语言概述4.1.3VRML编辑器编辑VRML源程序代码，可以使用几乎任何一种文本编辑器。在此推荐一个功能强大并且使用便捷的VRML编辑器——VrmlPad。VrmlPad的安装与运行：VrmlPad的试用版可以从VRML的资源站点下载安装即可。VrmlPad主要功能包括文件管理、文本编辑、浏览等。4-104.1VRML语言概述4.1.4VRML浏览器浏览VRML虚拟空间，需要使用浏览器插件，常用的有：CosmoPlayerVRML浏览器MicrosoftVRML2.0浏览器其它浏览器，如SVR（兼容VRML97），CommunityPlace，LiquidReality等。显示在CosmoPlayerVRML浏览器中的三维虚拟会议大厅4-114.1VRML语言概述4.1.4VRML浏览器ParallelGraphicsCortona3DVRML浏览器4-124.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素4.2.2VRML的文件结构4.2.3VRML的空间计量4-134.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素1、节点（Node）和域（Field）节点是VRML文件中最基本也是最核心的组成部分。单个节点可描述造型、颜色、光照、视点、传感器等。VRML虚拟世界的对象往往是由一组具有一定层次结构关系的节点来构造。域属于节点，由节点及其相关域定义的造型或属性在VRML空间中被视为一个整体。不同的节点可包含不同的域，域之间没有次序之分。4-144.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素1、节点（Node）和域（Field）典型节点语法定义如下：4-154.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）事件的接口类型有事件入口和事件出口两种：事件入口（eventIn，也称入事件）是节点的逻辑接收器，它负责监听和接收外界事件；事件出口（eventOut，也称出事件）是节点的逻辑发送器，它负责向外界发送节点产生的事件。4-164.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）事件出口和事件入口通过路径相连，这就是VRML文件中的另一个基本组成部分——路由。路由为事件的传播提供了传输通道，使事件在事件链中依次向前传递，每经过一个节点就改变该节点的一些域，从而引发VRML世界一系列的变化。4-174.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素2、事件（Event）和路由（Route）典型的事件路由定义如下：DEFSENSORTouchSensor{}#定义一个触摸传感器……DEFSOUNDSound{}#定义一个声音对象……ROUTESENSOR.touchTimeTOSOUND.startTime#建立事件的路由4-184.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素3、脚本（Script）Java、JavaScript行为脚本、插补器、C++函数、VRMLScript、LiveConnect、VRML外部制作界面等，都是用于生成动态、复杂及逼真的VRML场景的技术、语言和API（ApplicationProgrammingInterface）。Script节点可以看作是一个节点的外壳：它拥有域、eventIn事件、eventOut事件。其本身没有任何动作，但可以通过程序来赋予脚本节点动作。4-194.2VRML的语法基础4.2.1VRML的组成要素4、原型（Prototype）用户还可以通过原型构造机制定义新的节点类型，例如新的几何节点、新的造型、新的材料和新的声音节点等。新节点类型既可以在该原型定义的文件中引用（即内部原型，PROTO），也可以在外部文件中定义后在其它VRML文件中引用（即外部原型，EXTERNPROTO）。4-204.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构典型的VRML文件结构如下：#VRMLV2.0utf8#VRML文件头节点名{#创建VRML中各种类型的节点以构成造型域名域值#设置节点的各个域和域值……}……Script{#添加脚本节点，编写脚本程序……}ROUTE……TO……#建立出事件与入事件间的路由4-214.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构1、文件头头文件（#VRMLV2.0utf8）向浏览器表述了如下含义：本文件是一个VRML文件。本文件遵循VRML规范的2.0版本。本文件使用国际UTF-8字符集。UTF-8是UNICODE的一种变长字符编码又称万国码，由KenThompson于1992年创建。现在已经标准化为RFC3629。UTF-8用1到6个字节编码UNICODE字符。用在网页上可以在同一页面显示中文简体繁体及其它语言(如日文，韩文)4-224.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构2、造型物体的造型（又称场景图）由节点按一定的层次关系组成，它用于构造虚拟世界的主体——各种静态和动态对象。在造型层次模型中，上下层节点之间存在两种关系：包容关系和父子关系。•节点的包容关系是指后代节点作为祖先节点的一个属性域而存在。•在父子关系中，子节点并不直接出现在父节点的属性域中，它们集中在父节点的MFNode（多节点数据类型）子域内，依次排列。4-234.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构3、路由路由不是节点，路由语句可以放置在节点内域可以出现的任何地方。建议将所有ROUTE语句集中放置在文件的末尾，以构成一个系统的事件体系。路由中引用的节点名称都应该在ROUTE语句之前被定义。4-244.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构4、注释注释信息以符号“#”开始，结束于该行的末尾，VRML不支持多行注释。文件头中的“#”不代表注释含义。4-254.2VRML的语法基础4.2.3VRML的空间计量1、VRML空间坐标系VRML的立体空间采用三维坐标系。该坐标系的原点位于VRML浏览器的中心，X轴的正向水平向右，Y轴的正向垂直向上，Z轴的正向垂直向前，即指向浏览者，如图所示。4-264.2VRML的语法基础4.2.3VRML的空间计量2、VRML的计量单位VRML描述长度的计量单位是VRML单位。它与现实世界或其它三维建模工具的计量单位都没有可比性。VRML描述旋转等角度的计量单位是弧度。常用角度与弧度的对应关系如表所示。角度030456090120135150180弧度00.5230.7851.0471.5712.0942.3562.6183.1414-274.2VRML的语法基础4.2.3VRML的空间计量3、VRML的色彩规范VRML使用红绿蓝（RGB）颜色规范来描述造型、光线和背景等的色彩。RGB颜色包含三个域值均在0.0～1.0之间的浮点数，它们分别对应红、绿、蓝三种颜色的取值。0.0值表示该颜色被关闭，1.0值表示该颜色完全打开。4-284.2VRML的语法基础红绿蓝合成颜色0.00.00.0黑色0.00.01.0蓝色0.01.00.0绿色1.00.00.0红色1.01.01.0白色1.01.00.0黄色0.01.01.0蓝绿色1.00.01.0紫红色0.750.750.75浅灰色0.250.250.25暗灰色0.50.50.5中灰色0.50.00.0暗红色0.00.50.0暗绿色0.00.00.5暗蓝色RGB三基色组合颜色示例4-294.3VRML的空间造型4.3.1基本造型4.3.2空间变换4.3.3文本造型4.3.4复杂造型4-304.3VRML的空间造型任何一个VRML虚拟场景中的空间造型都必须使用Shape（形状）节点加以创建。Shape节点的语法格式如下：Shape{appearanceNULL#SFNodegeometryNULL#SFNode}4-314.3VRML的空间造型(1)(2)(3)父节点域名域值或子节点域值类型Shape造型节点appearance外观特征域NULL空值SFNode单值类型Appearance外观节点geometry几何形状域NULL空值Box立方体节点Sphere球体节点Cone圆锥体节点Cylinder圆柱体节点PointSet点集节点IndexedLineSet线集节点IndexedFaceSet面集节点Extrusion挤出造型节点ElevationGrid网格标高造型节点Text文本造型节点4-324.3VRML的空间造型(1)(2)(3)父节点域名域值或子节点域值类型Appearance外观节点material材质域NULL空值SFNode单值类型Material材质节点texture纹理映像域NULL空值ImageTexture图像纹理节点PixelTexture像素纹理节点MovieTexture电影纹理节点textureTransform纹理坐标变幻域NULL空值IndexedFaceSet面集节点4-334.3VRML的空间造型Box{size2.02.02.0#SFVec3f}Sphere{radius1.0#SFFloat}Cone{bottomRadius1.0#SFFloatheight2.0#SFFloatsideTRUE#SFBoolbottomTRUE#SFBool}Cylinder{radius1.0#SFFloatheight