虚拟现实技术课件第6章127

虚拟现实技术主讲：杨文晖6动态感知虚拟现实节点在VRML中，最具特色的“节点”就是具有动态、交互和感知特性的节点，其中包括1.TimeSensor时间传感器节点2.动画插补器节点3.触摸节点4.感知节点等。动画插补器节点在VRML中，动画插补器节点可以实现模拟大干世界万物的变化。包括的动画控制节点有:1.PositionInterpolator位置插补器2.OrientationInterpolator朝向插补器节3.ScalarInterpolator标量插补器节点4.ColorInterpolator颜色插补器节5.CoordinateInterpolator坐标插补器6.NormalInterpolator法线插补器节点触摸节点VRML触摸节点在路由的作用下，动画插补器节点联合使用可以产生更加生动、逼真的动态交互效果，使观测者有身临其境的感觉。触摸节点有：1.由TouchSensor触摸传感器节点2.PlaneSensor平面检测器节点3.CylinderSensor圆柱检测器节点4.SphereSensor球面检测器节点感知节点VRML感知节点已具有初级智能作用，是VRML最具代表性节点,也是非常重要的节点。感知节点包括：1.VisibilitySensor能见度传感器节点2.ProximtitySensor亲近度传感器节点3.Collision碰撞传感器节点6.1时间传感器节点在现实世界中，万物的变化往往是自动的，而且是有一定规律的，即不是随人的意志而改变。这就需要在VRML虚拟世界中，创建出能自动变化而不需要人为改变的造型。我们可以通过设定时间按某种规律变化来控制造型变化，而控制时间按某种规律变化最常见的就是时间传感器。TimeSenor时间传感器节点的作用就是1.创建一个虚拟时钟，2.并对其他节点发送时间值，3.控制VRML立体空间的动态对象的开始、变化和结果过程的时间，4.实现空间物体造型的移动、变色、变形等自动变化。TimeSensor时间传感器又包含绝对时间(AbsoluteTime)和部分时间(FractionalTime)两个概念。绝对时间是以秒为单位计算的。在绝对时间内，1秒发生在绝对日期的时间经过1秒之后，如2003年6月16日08点58分59秒，经过1秒钟变为2003年6月16日08点59分。部分时间又称相对时间，是空间物体运动从某一时刻0.0开始运动一直到1.0为止。从0.0时刻到1.0时刻称为相对时间，相对时间的差可以是绝对时间的30秒，10分钟或1小时等，这段时间差也称为动态对象的运动周期。TimeSensor时间传感器节点在VRML中并不产生任何造型和可视效果。其作用只是向各插补器节点输出事件，以使插补器节点产生所需要的动画效果。该节点可以包含在任何组节点中作为子节点，但独立于所选用的坐标系。TimeSensor时间传感器节点语法结构Group组节点Background背景节点TimeSensor时间传感器节点各种插补器节点ROUTE路由Inline内联节点TimeSensor节点语法TimeSensor{enableTRUE#exposedFieldSFBoolstartTime0.0#exposedFieldSFTimestopTime0.0#exposedFieldSFTimecycleInterval1.0#exposedFieldSFTimeloopFALSE#exposedFieldSFBoolisActive#eventOutSFTimeTime#eventOutSFTimecycleTime#eventOutSFTimefraction_changed#eventOutSFFloat}域名和域值详解cycleInterval域的域值定义了一个时间长度，用来说明这个时间传感器从0．0时刻到1．0时刻之间的周期间隔，单位为秒。该域值必须大于0.0，其默认值为1.0秒。Enabaled域的域值定义了时间传感器的打开或关闭。该域值为布尔量。若为TRUE，时间传感器被打开；若为FALSE时，时节传感器被关闭。其默认值为TRUE。loop域的值定义了时间传感器是否循环输出。该域值为布尔量。如果为TRUE，则时间传感器会自动循环，一直到停止时间为止；如果为FALSE，时间传感器不循环，只经过一个周期后，就会自动停止。其默认值为FALSE。(4)startTime域的值定义了时间传感器开始输出事件的时间(绝对时间)。该域值的默认值为0．0秒。(5)stopTime域的值定义了时间传感器停止输出事件的时间(绝对时间)。该域值的默认值为0．0秒。上述startTime和stopTime,cycleInterval和loop域值共同控制着时间传感器的事件输出。当这4个域同时使用时，根据这4个域值之间的关系，决定时间传感器的工作状态。6.2VRML动画控制节点在VRML中，动画控制节点是用来实现动画效果的，在现实世界中，万物都是在变化着的，如太阳的升落，树叶由绿变黄等，这些都是自然界中实现的动画效果。在VRML中也可以实现同样动画效果，使VRML世界更加生动、真实。VRML提供了多个用来控制动画的插补器。插补器(Interpolator)节点是为线性关键帧动画而设计的，其采用一组关键数值，且每个关键值对应一种状态。这个状态允许以各种形式表示，如SFVec3f或SFColor,浏览器会根据这些状态生成连续的动画。一般来说，浏览器在两个相邻关键帧之间生成的连续帧是线性的。插补器节点可根据其所插值的类型不同分为6种：①位置插补器(PositionInterpolator)②朝向插补器(OrientationInterpolator)③颜色插补器(ColorInterpolator)④标量插补器(ScalarInterpolator)。⑤坐标插补器(CoordinateInterpolator)⑥法线插补器(NormalInterpolator)6.2.1PositionInterpolator位置插补器节点PositionInterpolator位置插补器节点是空间造型位置移动节点，用来描述一系列用于动画的关键值，使物体移动形成动画。该节点不创建任何造型，在一组SFVec3f值之间进行线性插值，适合于对于平移进行插值PositionInterpolator位置插补器节点语法结构如图Group组节点Background背景节点TimeSensor时间传感器节点PositionInterpolator位置插补器节点ROUTE路由Inline内联节点PositionInterpolator{key[]#exposedFieldMFFloatkeyValue[]#exposedFieldMFVec3fset_faction#eventInSFFloatvalue_changed#eventOutSFVec3f}域名和域值详解(1)key域的值定义了一张变化时刻关键值列表。每一个时间值都代表全部动态时间中的一个相对时间，每个时刻值一般在0.0与1.0之间，并且由0依次到1。然而关键时刻值可以是任意大小的正值或负值，但必须以递增的顺序排列，其默认值是一张空列表[]。(2)keyValue域的值定义了一组三维坐标值列表。每一组坐标值都对应key域值中的一个相对时间段，其默认值是一张空列表[]。事件说明(1)set_fraction为入事件(eventIn)，当接收到一个时刻值时，PositionInterpolator节点计算出基于关键位置表和相关的关键时刻的一个位置，并通过value_changed事件出口输出新的位置列表。(2)value_changed为出事件(eventOut)，将信息传送给目标节点，传递内容为一组方位值。为了更好的理解、掌握和控制动画的插补器实现动画过程，结合下面实例将动画所需时间传感器相对时间的逻辑值和空间坐标的位置值对应起来，如图6-3所示。再结合空间物体造型的立体空间坐标示意图，如图6-4所示，可以更好的理解和掌握VRML具有动态交互的各个节点。keykeyValue0.0000#从坐标原点出发0.200-200.485-200.58-5-20#经过曲折路径0.6-8-5-200.8-85-200.900-2001.0000#返回原点相对时间的逻辑值空间坐标的位置对应值key0.0keyValue(000)(00-200)keyValue(85-20)keyValue(8-5-20)keyValue(-8-5-20)keyValue(-85-20)keyValuekeyValue(00-20)key0.2图6-4立体空间物体造型移动轨迹的立体空间坐标示意图使用位置插补器节点，引入VRML飞碟空间造型；在时间传感器与位置插补器共同作用下，使飞碟沿着指定路径飞驰；从坐标原点出发，经过曲折的路径最后返回原点，并循环往复运行。实例6-1路由把每一个节点联系起来，其中，fraction_changed为时间传感器的出事件传送给位置插补器节点的set_fraction入事件，然后再由位置插补器节点的value_changed出事件传递给立体空间造型飞碟中坐标变换节点的暴露域set_translation入时间，从而实现飞碟的飞行。飞碟如何运动？范例6-26.2.20rientationInterpolator朝向插补器节点0rientationInterpolator朝向插补器节点是方位变换节点，用来描述一系列在动画中使用的旋转值。该节点不创建任何造型，可以在不同时刻旋转到所对应的方位(朝向)。通过使用该节点，可以使造型旋转。orientationInterpolator朝向插补器节点语法结构Group组节点Background背景节点TimeSensor时间传感器节点0rientationInterpolator位置插补器节点ROUTE路由Inline内联节点OrientationInterpolator节点语法OrientationInterpolator{key[]#exposedFieldMFFloatkeyValue[]#exposedFieldMFVec3fset_faction#eventInSFFloatvalue_changed#eventOutSFVec3f}域名和域值详解(1)key域的域值定义了一组相对时间间隔的时间关键值。时间值一般在0.0和1.0之间，并且由0依次到1以递增的顺序排列。其默认值是一张空列表[]。(2)keyValue域的域值定义了一个三维旋转关键值的列表。每一个旋转关键值是一个4个值的组，前3个值指定了一个旋转轴的X、Y和Z分量，第4个值指定了旋转轴的一个旋转角度。其默认值是一张空列表[]。(1)set_fraction为入事件(eventIn)，当接收到一个时刻值时，OrientationInterpolator朝向插补器节点根据关键时刻列表和其对应关键旋转列表计算出一个关键旋转子列表，并通过value_changed事件出口输出新算出的旋转列表。(2)value_changed为出事件(eventOut)，把信息传送给目标节点，传递内容为一组方位值。在蓝色背景下，使用时间传感器节点、内联节点和朝向插补器节点使飞船沿Y轴旋转180°，且循环执行。vrml6-3.wrl6.2.3ScalarInterpolator标量插补器节点ScalarInterpolator标量插补器节点是强度变换动态节点，描述的是在动画中使用的一系列关键值。该节点不创建任何造型，在一组SFFloat值之间进行线性插值，这个插值适合于用简单的浮点值定义的任何参数。使用ScalarInterpolator标量插补器节点和TimeSensor时间传感器节点来改变光线节点中的Intensity域的域值(光线强度)，使光线强度随时间的改变而变化，实现动态效果。ScalarInterpolator标量插补器节点语