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文档简介
求农:引琉f l 。lj j 缸论文 搁要 基于v r m l 的蝴蝶兰虚拟再现系统的建立 摘要 虚拟植物( a lp l a nl s ) 是以虚拟现实( v ir l i l 1r e a l i lv ) 技术为依托,利用汁 算机模拟植物在三维空间中的生长发百状况的一项新技术。随着虚拟现实技术与互联 网技术的逐渐结合,从小型的的虚扣产品到大型的虚拟建筑园区郝在网上得到了很好 的展示和应用,也促进了相关行业的实际发展。尽管人们对网络虚拟植物也有同样的 渴求,虚拟植物技术却并未因此在互联网上得到很好的发展。 本文选择蝴蝶兰为研究对象,选用v r m i 这种基于网络的虚拟现实技术对蝴蝶兰的 生长发育及栽培养护等过程进行表达研究,以求丰富网络三维世界中的虚拟植物资源, 同时为网络教学和课堂教学开拓一个新的视点。 本文首先使用v 川i ,的多个造型节点对蝴蝶兰植株的各个部分进行了三维建模,并 与使用3 d 洲a x 创建蝴蝶兰模型、生成的文件量及模型的后瑚应用问题进行了比较与说 明,而且针对v i 【的植物建模进行了规律性的总结;模型完成后分别介绍了使用 v l 的外观节点和材质编辑器设置材质和帖图的方法;在生长动画的添加工作中,使 用了v r 、1 l 中的动画控和j 节点将蝴蝶兰从小苗到开花结束的全过程以动画的形式表达 了出来:本文还分别构建了蝴蝶兰生长发育、授粉与结果、花卉组合以及栽培养护要 点共四个虚拟场景,并在各个场景十添加了动画和设置了交互控制,同时还设置了各 场景间的相互链接,以便于场景问的跳转:在蝴蝶兰6 整个虚拟再现系统创建完成后, 本文根据网上传播的嵩要设计并制作了虚拟蝴蝶兰演示网站,并把创建的虚拟场景嵌 入到网页中,经多次测试与调整之后进行了网站的发布。最后,对研究结论和本文创 :昕点进行了总结,并对以后的研究工作进行了展型。 关键词:虚拟植物、虚拟现实、互联网、v r m l 、蝴蝶兰,虚拟再现系统 墨【! ! _ ! 垒:兰茎塑生型! 堡:兰 垒坠! ! 竺! s t u d i e so nt h ep h a l a e n o p s i sv i r t u a lr e - b u i l d i n g s y s t e mb a s e d o nv l :u l a b s t r a c t v j r l u a lp l a n l sl e c h n o l o g yi so n ei y p :o fv i n l l a lr e a t yl e c h n o l o g i e s 1 ii si in e wi c c h n o l 【) g yw h i c h s i r n u l a i c sp i a n i s g r o w i hc o n d i l i o nj nal h r e e - ( i i n l e n s 沁n a i ( 3 d ) s p a c ew 儿hc o m p u i e r a l o n gw l i hl h eg r a d u a l l y j n i e g r a 【i o no fv m u a l r c a l i l yt c c h n o i o g ya n dl n l e r n e l i e c h n o l o g y ,i t ) i so rv u a iob j e c 【s f r o ms m a l lp r o d u c i s l ol a r g e - s c a i ec o n 吼r u c l i o nz o n 幅,w c r cd 1 5 p i a y e do n i i n e ,w h l c hp r o m 【) i c ii h ed c v e i o p m e n lo fr c l a l e d i n d us i r i :s p r a c l i c a l l y v i r l u a lp l a n 【s 【c c h n o l o g yi ni h ei n l e r n e l h a sn o l l c c nw e l ld e v e l o i ) c di ns p i i eo f i h e s a m ec a r n e s i l ys c c k i n gf o rv i r l u a lp i a n bo n l i n cb ? p c o p l e l nor 【i e oc nr i c hl h ev jr t u a ip l a n hr c s o u r c e so fi n i er n e 【3 dw o d ,a n di od c v e i o pan c wv l e w p o i n tf o r n e l w u i kl e 。l c h j n gd n dc i a s s r o o mi n s 盯u c 【j o n ,1 1 1 j sp a f c rc h o s cp h a i a e n o p s i sf o rv u a ls l u ( 1 y w i i hv r m i , w h i c hl so n ew e l h a s c dv i n u a ir c a l i i yi c c h n o l o g y ,l h cp a p e rs i m u l ;i f e il h cg r o w 【h ,d c v c p m c n 【a n d c i i l l i v a 【i o np r o c e s s c sn fp h a i a c n o p s i s f i 吲i y u s i n gm a n y 订v r m ls h 3p t = n o j c s ,i h i sp a i ) c rn l a d ei h e3 dm o ( i c l so fp h a i a e “【1 p s nc a c hp a 几 a n dm a d eac o m p a r i s n ) f 【h em o d e l l i n gm u h o d s ,m o d e l sd o c u m e n l s ,l n d 【h el a t e ru s cc o n d i t i o no fi h e m o d c kb c l w c e nv r ml a n d3 d s m a x ,a n di h e n ,c a r r j e do nl h er c g u i a rs u m n l a r i c so fv r m lp l a n i s n l o d e l i n g ;a f i e fc o m p i c i e di h cm o d c l s i h 酞p a p c ri n i r o d u c e d l h ee s l a b i i s h m e n tm e l h o d so f3 p p c a r a n c e n l a i e r i ;l la n ( im a p ss 。p a r a i c i yw i l hv r m l p p c ar a n c en o d ca n dv r m lm a 【e a l e i i l o r ;w i l hi h ca n i m a i i o n c o n l r o ln o i e so fv r ml ,i h i p a 畔rs i m u i a i c i l h cc n l i r cg r o w l hp r o c e s so fp h 北i e n o p “sf r o mai i i 【i cs c c dj j n g i oaf u l l yn o w e f e da d u i 【p l a n t ;t h 沁p a p c ra m a d cf o u rv ir l u a i3 ds c e n c s :p ;i e n o p 娥g r o w i h ,p l 】i n a i j o n a n df r u i in o w e r sc o m b i n a i i o n ,d sw c l la si h cs c e n co fc u l l i v a i i o nn l e l h o l s i m i o na n dc o n i r 0 jn 【h o d s w er ca d d e di ne a c hs c e n c a n di i r 止sw e r ce 引:i b “s h e db ec w e c ne v er y1 w oo fl h es c e n c si no r d e j u m pf r o m ( ) n c a n o i h c rc o n v e n l e n i l y ;a n e rl h ev lr l u a lr e _ b u i l d i n gs y s l c mw a sc m p l c l e d ,l h i sp a p e rm a d eav ir l uj l l p h a i a c n o d s i sd e m o n s c r a “o nw e b “l cb a s c do nl h co n l i n ec o m m u n i c 蛐o nn c e 【i s ,a n dn l a d ei h ev i r i u a ls c e n e s c m b c d d e dl ni h ew e bp a g e s a n e h cw c l ) s i i ew er ci c s 【e da n da d j u s l e dm a n yi i m e s ,i 【w a sp u b l l s h c d f j n a l l y , l h 。p a p e rm a d ec o n c l u s l o n sa n das e l 卜c v a l u a i i o n 订i h cw h o i ew o f k a n dm a d eo u i i o o k so fi h cl a i c r r c s c a r c h k e yw o r d s :v ir l u a lp l a n l s ,v ir l u a lr e a l j iy i n i e r n c i ,v r m l ,p h a i a e l l o p s i s v j r l u a ir e - b u i l d i n gs y s 【c m 莱k ,院顺f j 学何沦文 川鬲 日u舌 计算机投术的r 新厂| 异把我们带入了一个信息的时代,并为创建虚拟世界提供了技 术卜的可能。虚拟现实技术( v i n u a lr c a l i t y ) l f 是n 这个时代发腱起来的一项高新科技。 虚拟植物f v m u a lp l a n l s ) 足虚拟现实技术与植物领域相结合的产物,在重视环境、同! j 二l 闩 然的今天,虚拟植物技术的计究和应用l i :在受到越米越多的关注。 1 问题的提出 虚拟现实技术( v j r n ir e a i i l y 简称v r ) ,又称为灵境技术,是一项综合集成技术, 涉及训算丰j 【图形学、人机交互技术、传感技术、人一i i 智能等领域。它是用计算机产生一 个i 维立体空问,刚户可以完全胃身于这个虚拟世界巾,也可以和虚拟山:界。i - ,的物体进 行交。随着仨i 息技术在农业领域的深入应仟j ,虚拟现实技术也逐渐和植物的研究结 合起来,研究: 作也改过去的传统方式从大 h 、温室的观测、统计和人: 处型数据 发展成为利用现代化科技手段获取数据、用计算机进行数理统计、模式识别等力法,提 取植物形态结构规则,乃至应用可视化技术往计算机上艾i 见虚拟植物m l 。, 成拟植物( v i r t u a ip l a l l l s ) 就是利用训算机模拟植物在i 维空删中的生长发行状况。其 士要特征足以植物个体或群体为研究对琢,以怕物的形念结构为研究重点,建立= 维模 型,以_ j 视化的方式反映植物的形态结构规律1 4 5 l 。虚拟值物技术是研究植物生命现缘的 一个很重要的方法和手段具何解释现象、发现规律、预测未知等功能。 植物的形态结构和生长发育郡很复杂,不仅受遗传f 型子的控制,而h & 各种坏境条 件和随机凶崇的影响卜,植物的生长会随时m 和空问望观随机性、非线性和突变性i “, 【到此要实现网i :的动态虚拟植物仍然存在许多障碍。几前,网上植物知识的传播还足以 文字耵1 图片的形,为主,以。维动i f m 形式:u 现的【1 3 l 不足很多,而三维的州交n i 式动态虚 拟植物更加少见。 蝴蝶兰( p h a l a c n o p s i s ) 作为近年柬悄然兴起的一种年销花深受人们喜爱但因原产:丁 亚洲的热带阿林地区,h 尘长发育和栽培过程多数人f i 是太了解,在栽培养护过程- ,也 就会遇到许多意想不至i j 的问题”。蝴蝶兰的k 产栽培者及家庭养护者只有j 解蝴蝶兰 的i ! 活习性并学会其栽培养护方法,才能为养好蝴蝶兰打下旗础。 凶此,本文以单株螂j 蝶兰为研究刘织提 了建立其虚拟再现系统这。课题,意在通 过适当的虚拟现实技术征三维的虚拟廿f 。界。m 、j 蝴蝶兰的:七长发育及奠栽培养护个过科 进行表达,并将其挂到h 联网l j 运行,使用户通过这一系统能方便直接地进 r 观看和学 习,也可以作为甲机版的资料进行学爿,或者作为谍什辅助丁课鼗教学。 前; 2 课题的研究背景现状和意义 2 1 虚拟植物研究背景与现状 虚拟植物技术是h 晌i 物学、农学、,i ! 态学、数学、汁算机图形学等诸多学考 交叉丽 迅速发展起来的一项技术,h ;神农、j k 科研方血的应用已有3 0 多年的历史,l 斫日逐渐成 为虚拟现实技术巾的f i f 究热点之一1 1 3 】。 ( 1 ) 植物模拟模型的研究 虚拟植物披术的硼f 究力m 大体分为植物生理7 l :念过程的模拟和植物形态结构的模 拟,其一- f ,以虚拟作物生】i l ! 牛态模型的研究丌始的较早。 1 9 6 5 印至1 9 7 0 年为作物模拟的丌创州期。d u n c a n 等人于1 9 6 7 年发表了玉米叶 积与叶j i 角度刘群体圯合作_ :| 影响的模忆d cw i l 研制出第一个作物计算机模刈 e l c r o s 。他俐的 创性工作存h 际上产:lj 深远影响,掀起了算机作物模拟的浪潮 。2 0i i l 纪7 f ) q :代n - 物模拟存r 皮年n 浓馊上州时发展。方而,美、衙、蜒、演、 n 等幽家已i i j f :圳成1 0 多种作物f 如棉花、小友、马铃薯、大豆、菜、| l 葵等) 的_ f :c ! 拟 中萸型:*方【f i l ,列一此皿要作物生i 队朽! j 量化研究_ ) i 日趋深入,如t h o r n l e v 关j - 作 物呼吸过秤模拟的m 究,c h a n i c r j 二1 9 7 6 :r 天r 生氏曲线的概括竹 t ,8 ( ) 年代则是作 物模拟向综合化与应川化方阳发展的时划, 堕要标忠是c e r 卜s ( c m p e n v i r o n m e l l i a l r e s o u r c es v n l h e s i s l 的研制成功,c e r e s 系统覆盖了上米、水平舀、小麦、高粱等多种作 物,不仪能模拟怍物的生理生长过程,还能模拟:卜壤养分半衡和水分f ,衡。芙【| 研制的 较为成功的作物,i i k 模型还有s i m c o t 模型,c ( ) s s y m c o m a x 模型和s l c m 模。叫等, s i m c o t “j 以庄不州的7c 候、l 壤、播j j j 条什卜模拟棉花地l 部备器官的发生发展,并 与专家系统棚结合船肋j j 户制定棉竹理措施。荷;? 存作物生k 模拟方的研究也十 分活跃。n :6 0 8 0 年代,w a g c a j n g e n 大学的科学缘先后研制 n 了e l c r o s 、s u c r o s 、 a c r o s 、m a c r o s 等模型l ”1 。我因的作物模拟研究肝始r2 ( ) t 名l8 0 年代初期,升 n 得刮r 快速发腱,水稻栽培计算扒优化决镶系统( r c s o d s ) 、棉花牛产决策系统 ( d e c o c a ) 、小友巾j 。管理算机辅助决策系统( d s s w p m ) 等, ;| 继成功并钮一。定地区 得到j 虹用j 。 与植物生耻生态过程的模拟j f i _ f 【匕,值物形态结构的模拟起步较晚。2 0f 忖:纪7 ( ) 年代, b b m a n d c l b r o t 提出r “分肜方法”,这是一种纯斛形学的虚拟植物建模方 :,可以j = = | 粜 硼f 究 j 然抖中具有fj 干h 似上i 没响特征k 皮的形状和现缘,它可以通过定义各级枝条的偏 转角度、锥度、螺旋状扫i 曲以及子f 和时十之间的比例j t 度很好地捕述出树木的分枝结 构:1 9 8 5 年,w 1 1 l 阳n s 和h u l c h i n s o n 以分形力法为堆础j r 创r 迭代函数系统,i ! l j1 f s 系 泉农学院硕斗。、? 忙论义 前育 统f i i e r a l e df u n c l i o ns v m e i n ) ,并且用i f s 系统t i i 成了j : 自极强自相似特征疑类植物 片:1 9 8 3 年i t c c v c s 提出j 适合描述火、云、水、森林、草原等复杂自然景物的粒子系 统,能够允分体现不规则模型的动态忖和随机性,捕长描述随时川变化的物体对琢。 1 9 6 8 年生物学家林德梅( l i n d e n m a v e r ) 提出了l 一系统( l 广s y s l c m ) ,规定了植物形态 模拟的一般框架。l 系统的小质足个重写系统,它通过对自然界。p 植物尘k 过程的研 究,进行抽象和概括,构造一条公理和几条广:生- 弋,通过对公埋应用产生式进行有限迭 代之后,对产生的字符串进行j l 何奄4 1 释。从而生成非常复杂的图形。l 系统适合于描述 分形现象,也适合捌i 述_ f i ! 【物的形态结构。后来在p r u s j n k i c w i c z 管人的发展卜,l 系统得 到了迅猛发展,出现rd o l - 系统、d i l 系统、d 2l - 系统、随机l 系统、参数l 一系统和 0 p e nl 系统,使l 系统成为植物l 长建模的主要力浊之一阻2 ”。l 系统虽然应用广泛, 椭述具有j 叫各分形结构的物体非常精练,但是这种用字符书表达的形式语言在,“生式中 将植物的j l 何坌古构信息和拓扑结构信息例州捕述,因此理解和使用都比较困难。特别是 描述植物的生长过程时,显得非常繁琐。 图ll 系统分形原理模拟的植物 f i g 1p i a n t sm t ,d c i sm a d eb yl s y s l e m 此外,荚困的c l a u s n j t z e r 年h o d n l a n s 利用有限元的方法进行了二维恨的生长和瞬 n 十二e 壤水流的模拟建 _ 5 | | ,j f 编程实现了其模型;法国农、i i ,发展幽际合作。p 心( c l r a d ) 研 究出的a m a p ( a d v a n c c dm o d c i i n g o f a r ch i i e c l u t e f p l a n l ) 模,足一种模拟植物! | 三长的典 型随机过程方法,通过对植物的结构进行观测、研究,获得对其形态与结构的定性理解 和认以,再测定植物形态的定髓数j l i :,m 此构建植物的几十模刑,并制作坫丁此模型的 参数表,最后布:汁算机 :,+ 成植物的氍i 形。a m a p 系统己成功地徂:训算机上构矬了多个 种类的植物。为了获取真。爻植物的特征数掘,必须测定植物结构,模型为此引入了,+ 长 荦元、节间和t 卜k j 不的概念【2 2 ”。a m a p n l o d 根掬:采集的数掂年l 玎问观察建立梭型,始 前言 个过秸! 为:列f i ! c 物进行观察一- i 挫行编刚一j 髟成彩缴树一:i 找规则一迎立擞型。 a m a 繇洒别是螯卡a 鹾a l ,m f 汨之上,斛笺予寝貔静横: :i 。 随着植物虚拟技术在q 羽坩i 悉和形态结构两个方向上的发展,一齐也,l :始有悃融合 豹趋势。强蓊将海蠢羹- 行考虑麴羧鳖露不多琵。佟为梭羧辕穆彤态结构鹣l ,系绞也嚣 贻考虑! 匕理生念过程,= i = 已取得定成效:c l r a d 根据一已的建模思想,也设计 = j 综 会 落态l 黎1 理的滢缀馋物,弗散了褶痊静验剐2 8 y 捌。 ( 2 ) 使用常用建模软中| 虚拟植物 舀髓常用秘3 d s m a x 、醅懿a 等j 维动嘲软件落及+ 垡浅秀鲍撩物骥犁插 警帮h f 以建造出十分遗:真的植物模型平动i 国l ,将_ j ;l ;1 了适当的虚拟枞实技术相结合比可以刈植物 的形态结鞠及芟宏豌卜辩动态生长送行筷羧。 从3 d s m a x 6 o 玎始r 带了i 维植物的模刑用户一叮以直接佗川,也i v 以通过修改 葵株赢、彼条数、分棱角浚等参数徭列小溺形状的搂壁,邑还t 唾隧结会擘罄疆镑谈燮锈 件制作出更为追虹的二维 直物:m a y a 内砧宵一个很好的植物慢耍9 数掘库,并钉徽姒的 时实渲繁功能,逡巾装一争| l 筏物骺点击l i 俸器蘸魏可以荦椿萃孛懿,迓可以穗动鼠栎耱滋 t 人片此类植物,这位创建托泽蚪目j 植物造林方i 矗i 有很人n ,j 川处:x h o g 是 个川束创 建存静l 安蜘彭 结搦的3 d 较箨,其一 :要针对辩、花朵,澎本丛等岛雾l 迭 臻系蘩稳及醺 念奇圭j l 体进行建模及动m 的创作,是。个川以方便地表现机物生长的软件。它足个独 晓附软作,并且带有m a x 的接n 。其m a v a 6 o 的版本是g r t 卜n w o r k s 黼r o g 伊。”。 圈i 23 d s m a x 创建的撞物 图l ,3m a l 阻倒建的植犍辩 f j l 羞2p i a n tm o d e im a d eb y3 1 ) s m a x f i g 3p l a n tm d e i sm a d eb ym a y a 这璧= 维较馋到建的绉狻袋裂酃具囊缀火的数摄最,输出约横型文 牛庭落通魍跨夔 机- | 二就卟能很好地浏览。m 月动碱和交互的设霄也有困难。此,丌j 这种方法进行虚拟 辕物静疆究甄蚕精确l 夺经漭,邋瑟势没蠢褥到缀好瓣施捌。 粜水j 皖顺:r ;:付| 史 开 ( 3 ) 虚拟现实矬模语言( v r m l ) 与虚拟植物 v r m u v l lr c - l l ym 0 d c l i “gi m “g u a g c ) 是一利一虚拟现实建校谱c 0 也是:f t l 劂页 语言,删米拙述一个三维的目标对象是如何生现在w e b 页而上的。它是一利哆e 文本的 编羁! 语吉,j 以通j 生台造型节点中设筒点的方式创矬出j 维的儿何造型j f :善十砹胃动 砸和交一:控制,其最大的特点还是能够和h t m l 语言一样 = = i 浏览器束解释执行它所描 述的3 d 环境羊u 日杯的布局。 同创建其它几何造型一样,在v r m l 晤吉中砹簧不l 刊数曼。的点可以创建出精细度 不同的植物造型,并通过路由和开放式的s c r i d l 外接口设训出生动的动厕和交互。在 v r m l 的专川浏览器之一c o r l o n a 浏览嚣h 篮安装后的初始场撼中就足一朵徐徐绽 放的攻瑰。可见v r m l 语言的本意足可以在植物虚拟方面有所作为的。 图4c o r l o n a 浏览器初始场景盛开的玫瑰 f i g 4b i o o m i n gr o s e ;ni n ;t a lc o r t o n ab m w s c r 尽管如此,川v r m l 编程的方式创建植物模型的例子仍不多见。雎i 外删站上一l 获 得的这方面的资料并1 i 多,而困内 6 4 站上也几f 见4 i 到这方【a j 资料的发和。幽内的二l :吴 鹏等人存v r m l 实i 见基于遥感信息的植物仿鲺系统一文中简单介纠了利川v r m l 语高中的e x l r u s i o n 造型竹点创建上米叫片模型的过稃,上并未列j ! i ;进行洋细晚 ! 和 r 展应用1 3 4 3 州。 2 2 研究意义 虚拟 _ i ! f 物技术的 l5 现是一个全新的现代农、j t 埘传统农业的挑战,奠意义在j 。虚拟植 物技术在省时、省力、省资源的丛础上做到r 对植物体从宏观剑微观的史纵深的研究, 以及对植物知以的迎泛的传播和应川。本文所进行的石卅究课题也l f 是秉乐r 虚拟植物 技术的这优点,并且从不同的角度以不州的程f ! :! :将这一优点进行了体现和发扬。具体 有以下几_ ,i : ( 1 ) 浓缩了植物的牛k 剧期,使植物的整个l 二长动态日了然。 菜。代t | = _ 讪卯l 化沦文川l 午1 1 f 物的生k 刁i 1 州j j 机械的制造,它必颈绎过足够的叫m i 适当的濉、水、肥管j _ ! | ! , j 能从一 t 利,子成长为一个健壮的柄株,然后再孕育f 一代。即便足当今的科、待剑了 长足的发展,人f 使用温室栽培、棒芽、挂花、崔熟等= f 段,也只能将原浆生长期为一 年的f p l 物变为p u 零收扶, 为j 解决赴较氟叫间内能观看到尽量多的植物t 卜长的:状态这一题,人们在拍摄植 物生长的过程巾发明了“定格拍摄”的方法,拍摄到的植物影像资料绨过后期的剪辑, 就可以将植物扯,l 天内的! l 长状况浓缩存。个很短的镜头t 旷”】。但是埘 直物从种二f 到 种于的整个g i 命周期,这种拍摄方法所使j n 时州的漫长就谴人们无法接受r 。虚拟梢物 技术这种汁: 1 7 :机“j 视化农业二f 段的产。二使设计者可以将植物的糕个尘k 蝴期浓缩在慰 要的仃童叫川内,m 每个生k 阶段都能消晰地表达出来,使人同r 然。 小文邵 究的虚拟蝴蝶、? 的,r k 发育就是将虫6 | j 蝶兰从小m 绎j := i 抽苔、i i 见莆、直到花朵 的完争丌放的整个过桴缩短存。分钟之内,使人在较短的州川内铁得对蝴蝶兰植株褴个 ! i - k 过科的媾性认u 。 f 2 ) 变平面植物为立体植物使植物的形态更生动逼真。 仡二维的植物模型出玑以响,以梢! 沏为刈象进行的训究那是半丽的,存没自吱战的 情况l j 人们只能通过课本、插图结合自己的想象力米埋解所学的植物,:i i u ,等到实践 时仍1 i 能将所学致_ 】所用:网络;卜j 代肝始后,人量的文字信息和图片、影片存网上得到 了共事,他人们l 】j 以对所需植物,i l ju 自更多的了解。们是图片和影j l 仍然足二绁的资料, 不管拍摄占选取怎样的角度挪不能真正完成植物4 :三维审问内的完绍衔拔:虚拟柏物技 术在植物形态结构模拟1 的应用,实玑r 完整意义卜的奇体植物,只要选择了合适的设 汁软件用卜了足够的州心就可以设计创建m 逼真的三维植物。 木义使 lv r m l 编程话苦和3 d s m a x 鄙创建出r 三维的蝌i 蝶兰,j mjv r m l 编 辑l i j 了鲫! 蝶兰在一维啦拟空问中的动态生长、授粉、结粜等动画,通过融虚拟场景中拖 到j 鼠栖、uj 以仓,j 位地f 细脱察填构造细节,谯其g i 长发奇的t 山态过秤中同 ¥可以进行观 察研究。 ( 3 ) 突破植物牛长的不l l r 逆性和不可控性,使之更加人性化。 众所用知,。切, :物的小长过程都足4 i i j 逆的,植物也是如此。住现实的植物,i i k 过程中,n i 然“r 以通过温、水、肥的管罔! 刈其生长状况进行改变,:k 远f i 可能人为地 将其乍臣定格或各位兑巫新丌始生长。这样,人们在想要观察研究植物的菜个l 长状态 时就只能选择往j s 塌:一致的外界条件i - 进行:仙条件是州刻改变的,植物的:状态也是州 刻小同的,这就造成了实验的误差,t 至实验绐粜的不司重复性。通过虚拟植物技术, 我们可以模拟植物在不同条件下的状态,也j 以他用特疋手段将比生k 过榭改甜为可逆 莱hl :k 亨院f 硕。h 学位论文 神】口】 拿。 _ 奉义? 尘用v r m l 中的路山发浔、事件体系和接f 1 披术列蝴蝶兰的动态生k 砹胃了 多处交互,通过点击按钮、移动敞标等搽作方法“j 以计其_ ik 和投粉过程随吲丌始、停 j i 和照新丌始,也可以随时改变其花朵的颜色。交卫拎制的添加使植物的虚拟更j 1 人性 化。 ( 4 ) 变丰l ! i 燥的植物栽培养护知识为生动有趣的视听享受。 从书本获得间接的栽培养护知识并不代表剥植物的栽培养护方法有了很好的耻解 和接受,更不代表能对它进行很好的运用。存丰i ! 【物知识的学习过朽 ,丰占燥的义字说明 年n 小够洋细的图片解释不能使学习杆得到很快的领f = 吾:,l 二传播效果一卜,影像资料的应用 就会具有很大优势。但足影像资料的拍摄却又以刘缘植物的存在为f j i 提,而且耍预防剥 象植物的染病、死亡等切意外事仲的发生,所以对鲰俏物:必须足同一种类的多株植物 旧例。一部影片下来,并不定是以h 一株植物为拍摄对象,这也造成r 栽培养i j :过程 中管理方法的误差:除此之外上,学习戕培养护知识域直接的方法就是实践,人们只有 经历了植物整个生长用期的般培养护管理,爿能状得完整的栽培养护纷验,这也是最耗 州耗j 耗资源的种方法。 利用虚拟 = l ! f 物技术就可以拦脱时空的限制,i 要有一台配罱合适的计算机,有合理 的数据,就”,以将植物的整个栽培养护嗵程做成虚拟动面的形式展示给学列者;还可以 添加+ 交虫,汁学爿嵩亲自动手操作练习。 奉史在蝴蝶兰的栽培养护要点介宝f 部分使用了v r m l 和j a v a s c r i p t 相结合的技术, 将其栽培过程中的要点羊u 需要注意的n 0 题做成生动订趣的z 力画形式,同时配以文了介绍 和声音解说,增加学习冉的兴趣,并加深i = | j 缘,使整个学习过程变成 种轻松的视l ! j i _ 享 受。 ( 5 ) 为网络传播、课堂教学和社会科普丌拓一个新视点。 v r m l 语言足 利,拱r 网络的建模浯言,在创建蜒r 删络的虚拟世界方面存以:1 i 可 否认的优势。返鉴十删络而j “生的虚拟现实披术同样并f i 防6 s 其脱离网络i f l l 存矗:,而 _ h 在其他方面n j 样具有很大优势。 教学澡堂i p o w e f p o j l l t 的使玎j 也是近年j 在再:人尚校流行j f :来的,很多教师在 p o w e r p o i n li :插入人量的俐片和画f 动l 米吸引学生的汴意力,增加学生学二j 兴趣,这 也确实取得了很盘_ 的效果,但在与学生的互动性上仍然没自很人成效;多媒体课件的使 f j 比p o w e r p o i n l 讲稿史进j 一层,它除了叫以插入大量图片,还t ,j 以插入影像文件,而 且可以设臀大量交且,似足不能捅入_ - 维f _ ;! 型,这也限制j 课堂教学的视型。 并不是所钉的虚拟现实技术创建的虚拟世界古1 f “r 以带入课堂,但是v r m l 。这利,文 莱农、i 院瓜l 中呛) ( 本编稃函。j 所刨矬的虚拟眦界却可以小爻使刖v r m l 编程i “高创矬的虚拟蚓蝶兰的 牛长发育过程返一场景,山十场蟥。9 i 仃物体的模型都是使川v r m i ,文小讯高编辑而 成所以义r | 最搬小,总萸才自_ f 儿个k b ,加上其0 川浏览器拭件总0 不到2 个m b , 一个很小的u 擞就可以带走j 。 使用v r m i 。编程这种方法创建的虚拟场景,只需一台般配置的f 皂脏i ,安裟上 v r m l 专用的浏览器,然后打j i :场景文件就i i f 以观看和擞作控制了,非常力便实刖。它 1 i 但可以创矬| j ;i | 上运行的虚拟世界,也_ j 以将其带至漯堂或家中进 j :观看学爿,还_ j 以 刻成光盘,作为资糊保存和使川。这利t 简便易用的虚拟现实技术:必将为网络传播、课堂 教学和社会科普展叫i 个令新的视野。 3 本文主要内容与技术路线 3 1 主要内容 首先,州本课题的选择作j 闸述,硝儿详细地介绍了课题的研究岢景、研究脱:队和 研究意义,= 然后,对v r m l 的产卜、发展、语矗体系及其用的编辑器平浏览器进行了较为 系统的介绍| 兑明, 沦文i - 体 1 5 分分为建模、吼材质、设置动画和交f 、场累构业、h j 建设和发巾n 个模块:,i :蝴蝶兰的建模 ! f ;分,完今他j hv r m l 编样爵言对虹捌童! ;5 兰植株的各个部位进 行矬模,并j3 d s m a x 建模上挂行比较,i n j 时总结了使用v r m l 编程方式创建植物模型 的 些枷让:赋材质部分使川v r m l 的外观节点及利质编辑器埘蝴蝶兰的材质进行了 编辑设置:丌 v r m l 的动面i 控制节_ i 和币制体系将蝴蝶兰的尘k 发行设置成动画并添 加交五拎制:介纠j 彰个虚拟场景的构矬过程,分刖对场景中的z 力画改置、声音添羊u 交互控制逍r 洋细说叫:为了达到虚拟植物州上传播的日的,小文规划改计了懂拟蝴 蝶3 7 网站并x f 凡i i 叫发和过程进行j 简要说叫二 最后,总结本文的研究结论,提本更的创新点,沣指f “需迸一步l 嗖进的地力,刈 以后的研究 i 。作做l 展望! 。 3 2 技术路线 根掘本文所做内容,殴计技术路线图如卜: 柴| 5 | ! | 农学院硕十学付论文 图5 本文技术路线图 f g 5r 0 u t ec h a r to fi h 语p a p e r v r m l 技术简介 v r m l 技术简介 虚拟班实技术闩2 ( ) f i ! :纪6 0 年f 诞生以来,爷2 0 纪木已发展成为集理论、技术、 犍备丁一体的新的信息研究领域。v r m i 。即为在这发聪过槲中脱颖而出,并已被厂泛 应j f j 的虚拟现实语言。 v r m i ,小完全等同于虚拟现实,但将对席拟现实披术j “生重要影l 响。典型的虚拟规 实意味新川。借助复杂设备( 如数据手套等) 进入虚拟j 不境,获得沉浸式体验,州:1 j 研:境 进jj :交j 72 。而v r m l ! j ! i j 作为、v c b 上种拙述虚拟环境的j ;! ,佻磐育独立存在,它j 设备 尢关、丑然v r m l 所构造的成拟环境j 巫相对简单,类似j 嗅弦、味觉以及表【f u 变形、 表m f f 睫度等i e 婴虚拟特 :【 :还没柯涉及剑,但丰勾造一个堪本的啦拟环境所需要的麒浯、i 。 凡及其实现已经j f :v r m l 2 ( ) t f t 得划允分体现4 2 1 。 1v r m l 语言 1 1v r m l 语言的发展 v r m l 足以 1 9 9 4 f 的讹届互联网旧际会议f mm a r kp c s c c 提 l5 的。会“经过k 期的多玖i 0 沦与研究于1 9 9 4 印的笫二界w 3 会议f 提卅j v r ml 1 0 丰,j 、准。1 9 9 6 年的 第= 次w 3 会( ;( 中v r m l 年j a v a 体第一次会阱,1 9 9 7 年制j v r m l 9 7 ,【l | l v r m l 2 0 标“l :,并直延川下今m 。4 ”。 1 2v r m i 。文件体系 v r m l 的编轫语言艰小i 使用英义单洲,理解起柬比较容易。编丐v r m i ,文什也 很简t 7 i ,只要遵j 其语法规定,斤jw i n d o w s 的记事本或仟何一个文本编辑 鄙可以编 辄。 v r m l 史竹士要包括v r m l 文件头、造型、事件、蹄山、“件体系、脚本、原,州 等体系尢累。行小足所自v r m l 文件都包含以一i 二所有元素,f ! = l 每 个v r m i ,文件部必 须苗先声叫v r m l 义什头,t r j 就小能成为一个v r m i 。文件m 。4 8 1 。 ( 1 ) 文件类型 v r m l 文件是通丌1 殳什编辑系统或用v r m l 丌发 :j = _ 编辑的a s c i l 艾本格式 的场景描述性语言其文什类州扩展名为w r i 或wr z ,一般使川w r l 文件扩展名。 ( 2 ) 文件头 住新建任t 一个v r m l 场景文件时,其系统右i i 作区的 j j 均缺省使川下述文本 二,符: # v r m i ,v 2 ( ) u l f 8 蕞农学院硕i 。i 叫_ 论文v r m i 披术简介 这就足v r m l 文什头,该文件头必须位rv r m i 。:艾件的锫一,凯凶颂按照其语 浊格式书写不得有任更改。没有v r m l 文件头n 文件将f j 成为v r ml ,文什。 v r m i 。义件头山4 : f j 分组成第、= 、四翻;分之问川空格问隔。 ( i ) “# ”:为v r m l 文件头的起始符,说i j 其后为个文本到的【 lh j j 字符串。 “v r m l ”:i :幺符串提示浏览器该文什是 个v r m l 文件。 “v 2 ( ) ”:该字符串提示浏览器该v r m l 文件遵循v r m l 舰范2 0 版本。 “u t f 8 ”:该字符串提示浏览器该v r m l 文什是一个倥用闭际标准u t f 8 字符集 的文件。 u t f - 8 的英文全称足u c st r a n s m r mf o r m a l ,而u c s 是u n i v c r s a lc h a r a c l c rs c t 的缩 写。u n 7 8 是支持多种语言的字符集,包含了国际范围内使用的任何一个计算机键盘上 所能够找到的字符,大多数计算机使用的a s c l l 字符集为其子臻。u t f 8 字符集山幽际 标准化组钐:i s o1 0 6 4 6 一l :1 9 9 3 标准巾定义。 ( 3 ) v r m l 造型 v r m l 中的场景山造型组成,j 面造型则山前点( n o d e ) 创建。在最高抽象层,v r m l 定义了一组节j _ 机制用于三维场攒制作i f 山浏览: 进行实时渲染。 点分为两个层次: 第层次用j 从视觉和听觉角度展示场景,表l 刿虚拟环境当河状态下的时、空结构,如 m a l c r i a l 节j _ :第二层次称为编卦i1 t 点,用于组织场景i 矧中的子节点,从而形成父子层 次包含关系,以体现创作者的组织意图,如g r o u p 节点。总结起束,v r m l 的节点可分 为8 炎j i5 4 个,如表l 所示: 表iv r m l 的节点类型 i h k ln o d e so f v r m i ,电类型i 点 b o x 、c o n e 、c 0 0 r d i n a i e 、c v l j n d e r 、e l e v a i i o n g n d 、e x ln | s i o n 、1 1 1 d e x c d l i n c s c i 、 1 1 1 d e x e d f a c e sc l 、n o r n l a i 、p o i n t s e t 、s h a 肚、s p h c r c 、i x 【 a p p c a r a n c e 、c o j t l r 、 f 【m i s i y l c 、i m 3 9 c n x 【u r c 、 m a l e r j a l 、p i x c l t c x 【u r e 、 m o i v e r x l u r c 、1 t x i u r e n a n s f o r m 、1 l x l u 化c o o r d l n a l e a n c h 【r s 、b j l l b o a r ( i 、c ) i s i 【) n 、g m up 、i n l i n c 、l d d 、s w l i c h 、i r a n s f o r i t l a u d j o c 印、b a c k g r o u n d 、d i f “l i o n a ll i g h i 、f o g 、p o l n l l i g h l 、s o u n d 、s p ( ) i l i g h i n a v i g a l i o n l n f 0 、v i e w p o i n i c 1j o r i n l c r p o l a i o r、 c ) ) r d i n a l e l n l e r i ) 【,j a l o r 、 n o r m 三l l l n i e r p ) l ;l t ) r 、 o
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