虚拟现实技术第4章39

虚拟现实技术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。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4-44.1VRML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）。4-54.1VRML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4-64.1VRML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。4-74.1VRML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4-84.2VRML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4-94.2VRML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。4-104.2VRML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：4-114.2VRML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。4-124.2VRML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。4-134.2VRML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4-144.2VRML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。4-154.2VRML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）。4-164.2VRML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……}……Scipt{#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4-174.2VRML的语法基础4.2.2VRML的文件结构1、文件头头文件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。4-184.2VRML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。4-194.2VRML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。4-204.2VRML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。4-214.2VRML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。4-224.2VRML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00.5230.7851.0471.5712.0942.3562.6183.1414-234.2VRML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。4-244.3VRML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}4-254.3VRML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4-264.3VRML的空间造型4.3.1基本造型VRML的基本几何造型节点有4种：Box（立方体）节点Cone（圆锥体）节点Cylinder（圆柱体）节点Sphere（球体）节点[例4-1]制作灯笼参见教材P57。4-274.3VRML的空间造型4.3.2空间变换利用Transform（变换）节点可以在VRML空间创建新的坐标系，可以随意translation（平移）、rotation（旋转）和scale（缩放）。[例4-2]制作茶几参见教材P58。4-284.3VRML的空间造型4.3.3文本造型Text（文本）节点用来创建文本造型，通常使用Shape节点的geometry域的域值。VRML文本造型是一个没有厚度的平面造型，但也可以具有不同的外观和材质属性。[例4-3]恭贺新年参见教材P60。4-294.3VRML的空间造型4.3.4复杂造型VRML提供了一些非常灵活的节点使用户能够通过使用点、线和面等来构造所需的几何形体。这些节点主要包括：PointSet（点）、IndexedLineSet（线）、IndexedFaceSet（面）以及ElevationGrid（海拔栅格）、Extrusion（挤出造型）。[例4-4]制作椅子参见教材P62。4-304.4VRML的场景效果4.4.1纹理映射4.4.2声音技术4.4.3光照效果4.4.4其它效果4-314.4VRML的场景效果4.4.1纹理映射纹理是一种位图，把纹理图按照一定规则包裹到几何体造型表面的过程称为纹理映射。VRML提供了3种纹理节点，包括ImageTexture（图像纹理）节点、PixelTexture（像素纹理）节点和MovieTexture（电影纹理）节点。[例4-5]制作书柜参见教材P64。4-324.4VRML的场景效果4.4.2声音技术在VRML中加入声音涉及到两个部分：声源和声音发射器。Sound（声音）节点用于创建声音发射器，并指定场景中声源的位置以及立体化的表现形式。AudioClip节点和MovieTexture节点则用于提供声源，仅可以作为Sound节点中source域的域值。VRML场景中可引用的声音文件类型主要包括WAV、MID和MPEG等3种。[例4-6]放映电影参见教材P66。4-334.4VRML的场景效果4.4.3光照效果在VRML中创建光源时，除了要指定光源的空间位置、光线的发射方向等，还需要设置发射光线的颜色和亮度等。VRML中光源节点的分类及特点如下：PointLight点光源DirectionalLight平行光源SpotLight锥光源[例4-7]光照与阴影参见教材P67。4-344.4VRML的场景效果4.4.4其它效果Background（背景）节点：可以控制VRML世界中天空和地面的颜色，指定一组全景图放置在VRML世界的上方、下方或四周。Viewpoint（视点）节点：用来设置浏览者在VRML世界中的观察位置、空间朝向和视野范围等。NavigationInfo（导航）节点，用来提供浏览者的替身信息以及该替身如何在VRML世界中进行导航。[例4-8]宇宙飞行参见教材P70。4-354.5VRML的动态交互4.5.1动画设计4.5.2传感器交互4.5.3脚本设计4-364.5VRML的动态交互4.5.1动画设计在VRML中，通过时间传感器和插补器节点，即可实现最常用的线性关键帧动画。VRML提供了诸如PositionInterpolator（位置）、OrientationInterpolator（朝向旋转）、ColorInterpolator（颜色）、ScalarInterpola