基于vrml的虚拟图书馆系统设计

毕业论文设计题目基于VRML的虚拟图书馆系统设计院系计算机科学与技术学院专业年级计算机科学与技术2010级专升本姓名学号指导教师教授2012年4月1日、原创性声明本人郑重声明本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名日期关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属。本人完全了解有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为。论文作者签名日期指导老师签名日期基于VRML的虚拟图书馆系统设计摘要VR技术与INTERNET技术的结合产生了VRML（虚拟现实建模语言），它是描述交互式的3D对象和世界的一种文件格式，可以与WWW一起使用，用来实现一个通过全球互联网和WWW的超链接而形成的虚拟世界。VRML作为实际的标准已经出现。本文介绍了第二代WWW技术核心VRML语言及其特性、文件创建方法、应用、发展前景和浏览器等。在简要介绍VRML的基础上，详细论述了VRML的各种开发工具，VRML技术的3DMAX支持，以及一个虚拟现实场景的设计过程。本文用较大篇幅讲述了VRML虚拟图书馆场景的设计。从最简单的虚拟场景构造到复杂型体的设计，从一个虚拟场景的动画设计到场景中某些实体的交互式控制，以及一些纹理、背景和光源方面的设计。文章还对怎样利用强大的三维立体设计器3DMAX来设计场景进行了举例描述。最后对项目进行了总结，描述了构造虚拟场景的关键技术，以及一些解决方案和进一步的研究思路。关键词虚拟现实建模语言，场景，图书馆，3DMAXVIRTUALLIBRARYSYSTEMDESIGNBASEDONVRMLABSTRACTTHECOMBINATIONOFVRANDINTERNETDEVELOPSVRML（THEVIRTUALREALITYMODELINGLANGUAGE）ITISAFILEFORMATFORDESCRIBINGINTERACTIVE3DOBJECTSANDWORLDSVRMLISUSEDTOACHIEVEAVIRTUALWORLDWITHWWWTHROUGHINTERNETANDHYPERLINKOFWWWITHASEMERGEDASTHEDEFACTTOSTANDARDTHEARTICLEINTRODUCESANEWLANGUAGEVRML,WHICHISTHECORETECHNOLOGYOFTHESECONDGENERATIONWWW,ANDDISCUSSESITSCHARACTERISTICS,PROGRAMMING,APPLICATION,PERSPECTIVE,BROWSERSANDETCBASEDONINTRODUCTINGBRIEFLYVRML,ITDISCUSSESINDETAILTHECREATINGTOOLS,THESUPPORTOF3DMAXINVRMLANDTHEPROCESSOFDESIGNINGAVIRTUALSCENEINTHISTHESIS,ITDISCUSSESTHEDESIGNOFTHELIBRARYINVIRTUALREALITYSCENEOFVRMLWITHMUCHMORELENGTH,WHICHISFROMTHESIMPLEESTVIRTUALSCENETOCOMPLEXSHAPESANDFROMTHECARTOONOFTHEVIRTUALSCENETOINTERACTIVECONTROLSOFSOMEENTITYITALSODESCRIBESSOMEDESIGNOFTEXTURE,BACKGROUNDANDLIGHTINTHETHESIS,SOMEEXAMPLESAREGIVENTOEXPLAINHOWTOUSE3DMAXTOCREATESCENESFINALLY,THISPROJECTISCONCLUDEDANDDESCRIBECRUCIALTECHNIQUESOFCONSTRUCTINGVIRTUALSCENE,ALSOPUTFORWARDSOMEPROJECTWHICHISTOBERESOLVEDANDTHEMORERESEARCHINTHEFUTUREKEYWORDSVRML,SCENE,LIBRARY,3DMAX目录1绪论111引言112虚拟现实技术概述2121什么是虚拟现实2122VRML与虚拟现实技术313虚拟现实技术的发展和前景314国内外虚拟现实技术的研究概况415虚拟现实的开发工具4151COSMOPLAYER浏览器5152CORTONA浏览器5153强大的三维编辑器3DMAX62解决问题721需求分析8211功能需求8212性能需求8213环境需求922系统设计9221虚拟图书馆的功能9222建立对象集9223物体的基本造型10224虚拟图书馆的要求1023详细设计与实现102313D建模过程10232VRML文件的导出与后期制作18233关键代码2224系统测试23241测试结果23242存在问题24243解决方法243结论25附录25参考文献26致谢271绪论11引言虚拟现实建模语言VRML是一项新技术,它涉及到多媒体通讯、因特网和虚拟现实等领域,其基本目标是实现在INTERNET上的具有交互能力的三维多媒体技术和规范。1VRML是HTML的三维模型,它使用ASC的文本格式来描述现实和连接。通过VRML,我们可以模仿现实世界的特征,生成自己的虚拟现实世界,供别人访问通过VRML浏览器可以让人浏览WEB上的三维实境。VRML具有动态对象描述和超链接、通用性、扩展性、易实现性等特点,可以描述静态的和动态的三维对象,也能描述连接别的场景或媒体类型如音频、视频、图片等的超链接。VRML浏览器和生成VRML文件的工具广泛使用于多种平台的计算机,经过注册后,允许应用者对基本标准增加新的可交互对象。用户可利用现有的图形接口,很容易地开发VRML的创作工具和浏览器。12虚拟现实技术概述121什么是虚拟现实虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（VIRTUALWORLD）的计算机系统。虚拟环境是由计算机生成的，它通过人的视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的视景仿真。它是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。虚拟现实不是真的，也不是现实，它只是一个在桌面上可实时地做交互式三维图形用户界面的工具。就像窗口系统及鼠标驱动用户界面一样，虚拟现实可使计算机的运用更加有效、透明。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。虚拟现实是一门综合技术，它以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的三维视觉以及嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察。虚拟现实有三大特点浸沉感、交互性和构想性。浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉；交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。122VRML与虚拟现实技术虚拟现实的英文名称为VIRTUALREALITY，简称VR，即利用计算机的高科技手段构造出一个虚拟的世界，使参与者获得与现实一样的感觉。虚拟现实是一个在当今国际上倍受瞩目的课题。1当计算机技术尚未出现的时期，仿真只能在实物上进行，这一阶段的仿真称为模拟仿真。其特点是由于仿真是在实物上进行，因而实时性强且精度较高，但是实施的难度和费用都较大。在计算机技术问世且被引入仿真领域的初期，仿真技术步入了半模拟半数字的阶段。这时系统中的一些部分由计算机代替，另一部分则由实物充当，所以，在一定程度上仍然保留着实时性仿真的特点。80年代后期，仿真在诸多方面都发生了重大的转变，仿真研究的对象已由连续转向离散事件系统。仿真已由重视实验转向重视建模与结果分析。计算机已成为一种重要的仿真工具。计算机仿真是一门利用计算机模拟真实系统进行科学实验的技术。由于从强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，仿真系统的交互性大大加强。就应用领域方面而言，仿真已从研究制造对象的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。这些转变明显地说明，计算机仿真已经进入了一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功能已越来越突出。虚拟现实促进了仿真技术的发展。虚拟现实是采用计算机仿真技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境，置身于该环境中的人们可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用，达到彼此融为一体的程度。近年来随着信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术、多媒体技术和虚拟现实技术的发展，使得建立人机一体化的、分布的、多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，仿真因此形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。13虚拟现实技术的发展和前景虚拟现实是近来计算机网络世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字地球概念提出来的依据和基础技术。1虚拟现实应用领域十分广泛，主要在工程设计、计算机辅助设计（CAD）、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺术创作、游戏、娱乐等方面。WEB的出现更使虚拟现实技术引起人们普遍的关注。人们对它寄予厚望，希望利用这个技术使世界各地的人，可以在三维环境下交流。多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的闲谈，在网上建立一个真正的三维社区已不再只是梦想中的事。虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界我们相信社会的发展和技术的创新使这一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的将来，或许就在十年以后，或许二十年以后。14国内外虚拟现实技术的研究概况美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模VR知识库的研究。2另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。在VR开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到1991年底，英国已有从事VR的六个主要中心，它们是WINDUSTRIES，BRITISHAEROSPACE，DIMENSIONINTERNATIONAL，DIVISIONLTD，ADVANCEDROBOTICSRESEARCHCENTER和VIRTUALPRESENCELTD。和一些发达国家相比，我国VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。还有其他一些大学在虚拟现实发面取得了骄人成绩，在这里就不再介绍了。总之，虽然我们和其他一些发达国家相比还存在差距，但我国的发展前景还是很光明的，需要大家的不懈努力。15虚拟现实的开发工具如果想浏览VRML，就必须安装VRML播放器，目前支持VRML的播放器很多，这些播放器的功能特性也有很大的差异。主要包括COSMOPLAYER、CORTONA、BLAXXUNCONTACT、WORLDVIEW。这里仅对部分在设计中用到的浏览器进行介绍。151COSMOPLAYER浏览器应用平台SGI、WINDOWS9X、MACINTOSH、WINDOWSNT公司，在速度、质量、兼容性等诸多方面，都遥遥领先。但由于它被一再转手，研究人员流失殆尽，原先的各种优势不复存在。但其控制面板至今仍是最好、最科学的，可方便地在WALK模式和EXAMINE模式之间进行切换，它的兼容性和质量至今仍是一流的，但速度和扩展能力已经远远落在BLAXXUNCONTACT和CORTONA之后了。之所以它还占据着VRML浏览器市场的第一位，仅仅是历史原因造成的。152CORTONA浏览器CORTONA的应用平台是WINDOWS平台，除了能很好地支持VRML97、NURBS外，还支持多种自己规格的扩展功能，如键盘输入、拖放控制、FLASH等，更是业内第一个支持最新EAI功能的VRML浏览器，而它的安装文件仅有18M，是各种VRML浏览器中最小的。2不过CORTONA（如图31）的兼容性稍差，主要应用环境是WINDOWS平台和IE浏览器，并且声音功能还有一些小缺陷。在这一次的设计过程中使用了不同的浏览器主要有COSMOPLAYER和CORTONA，两者在使用上也有少许区别，在效果上也不尽相同。经过实验发现COSMOPLAYER对VRML的各种效果支持比较好，对各种影响、声音、导航系统的效果支持相当好。在WINDOWS7运行环境下可以浏览各种VRML文件。但是最新版本的COSMOPLAYER在WINDOWS98或者有些版本的WINDOWS中却不能单独运行系统经常找不到COSMOPLAYERCONTORLER的执行文件。这可能跟它已经很多年没有更新有关。CORTONA功能强大而且很小，它直接对IE浏览器进行升级在WINDOWS7环境下运行的相当稳定，但是该浏览器对某些影像、声音、导航系统的效果支持并不太好。这里尤其需要说明的是在对影音、图像文件的支持方面。理论上二者都支持MPEG、AVI、JPG、GIF格式，但是在实验中发现COSMOPLAYER仅对JPG和GIF文件能够有效的支持。但这些只能算一点心得并没有更深层次的研究，可能存在一定的偏颇。图21CORTONA浏览器153强大的三维编辑器3DMAX在此次设计中，用到的建模工具就是3DMAX,其可视化的界面和清晰的坐标系统是的建模过程更加方便和容易。远比使用VRMLPAD编程来实现建模要方便的多。它具有一流的三维建模和动画制作功能，若用VRML建立复杂三维模型是相当繁琐和困难的，而且毫无直观性可言，而3DMAX因其强大的三维建模和动画制作功能恰好可以弥补VRML这方面的不足。为了更好地、更全面的支持VRML20,3DMAX还提供了VRML20HELPS以帮助建立VRML世界，它包含了几乎全部的VRML特有模型，极大的方便了VRML世界的建立。启动3DMAX后，单击命令面板中的创建，再次单击次级面板中的HELPERS，在下拉式组合框中选取VRML20,这时面板上出现了12种VRML特有的造型。1ANCHOR用来创建虚拟空间的一个锚点造型，它用于VRML世界之间的链接。点击锚点造型将引导VRML浏览器顺着链接检索出该链接所连的VRML文件。这样当你漫步于INTERNET时，就可以方便的从一个虚拟空间跨入另一个虚拟空间。2TOUCHSENSOR用来创建虚拟空间中的一个接触传感器造型，用于检测参与者的动作并将其转化为适当的输出以触发一段动画。这样当你鼠标移动到该造型或者从该造型上移开时，就会开始或停止一段动画。3PROXSENSOR用来创建虚拟空间中的一块不可见的长方形区域，该区域可以感知参与者的进入、离开以及参与者在该长方形区域中移动时间等。4TIMESENSOR用来创建一个控制虚拟空间中动画进行的时钟。由于VRML20动画采用了关键帧技术，因而必须为它所控制的造型指定关键时刻的关键值以达到动画平滑的效果。5BACKGROUND用来描述虚拟空间中的背景特征，为你的VRML世界提供一个外部环境。该背景由一个天空球体、一个在天空球体内的地面球体和一个在天空和地面之间的背景立方体组成。这三者在概念上均为无穷大，你可以从不同的角度观察，但永远无法接近他们。对其剩下的其他造型，这里不再一一描述，若后面设计中用到，再进行功能描述。3DMAX在制作立体场景方面功能相当强大。这次毕业设计用到它的很多方面，是这次设计使用的主要工具之一。但它也有不足之处，3DMAX生成的虚拟场景最大的缺点就是代码过于冗杂，因为3DMAX把场景中的每一个细微的面都进行了细化，而且对场景中的每一个点的坐标位置描述的相当精确，而浏览虚拟场景时没有必要那么精确，这主要是因为3DMAX并不是面向VRML开发设计的。3DMAX中的动画效果也不能导入到VRML当中去，导出后只会一帧一帧的显示，没有达到预期的效果。2解决问题21需求分析在进行系统建模和构建前，需要对图书馆的整体进行规划，并对系统进行全面的需求分析。其中包括对虚拟图书馆的功能进行描述，对系统性能需求的描述以及系统的环境需求。211功能需求虚拟图书馆构建完毕后，可以实现浏览者在虚拟的场景中进行自由的浏览，可以对图书馆内部的各种模型观察，并可以从各个角度对图书馆场景进行观察。通过设置不同的视点已达到上面的要求，使浏览者能够全面全方位的在场景中漫游。在虚拟图书馆中，浏览者可以用行走、飞行、检视、平移等多种方式对模型进行观察。虚拟大学图书馆是用VRML技术构建的虚拟图书馆，他的研究内容包括图书馆内部基本场景的建立；图像、环境、装饰、灯光与场景的有机结合以增加场景的复杂度和主动性；利用光照技术和和触发器技术及接口编程技术增加场景的交互性和动态性，给人以身临其境的感觉。由于提供的观察者是不可见的，为了增加虚拟图书馆的真实感，场景中将有导航人进行导航以及指定场景的自动浏览功能。虚拟图书馆旨在实现可供浏览的、漫游的、比较完整的虚拟环境，其中图书馆内包括桌子椅子、壁画、门窗、书柜和电灯等，用浏览者自主导航的方式展示各模型和场景整体的画面。浏览者可以在图书馆内随意走动，并观赏里面的各种模型，给浏览者以身临其境的感觉，从而达到虚拟现实的目的。图书馆内部环境具有分布性、三维性、交互性和环境逼真性。该系统支持手动漫游，浏览者可以自主的控制视角对图书馆场景进行自由的浏览，可以按照自己的想要的方式进行漫游。场景内支持任意模型的复制、移动、删除和方位的任意修改。对于图书馆内部各种模型，可以在3DMAX中进行形状和材质的改变，可以利用3DMAX中各种全局光渲染器生成的光照情景，使场景具有非常逼真的静态光影效果。212性能需求在性能实现发面，要求表现真实，文件不能太大，浏览速度要快。由于VRML具有平台无关性，故VRML与用于绝大部分的操作系统。由于整个图书馆的三维立体场景在执行过程中需要设计大量的图形计算和大量的数据读入读出，故对于计算机的显存和CPU主频要求较高，特别是浏览比较复杂，而且色彩渲染较高场景时，这一技术瓶颈相当突出。对计算机的性能配置基本要求是CPU配置最好能在1G以上和256M显存，在这个配置下可以流畅的浏览虚拟场。而且显示器最好选择CRT，显示器分辨率在1024768以上，颜色为32位以上。如果选择LCD显示器，在浏览较大场景时将会有比较明显的延迟现象，如果分辨率较低对很多三维设计器产生影响，而且在浏览器场景中的物体时，视角也比较小。如果CUP性能很低，则会影响文件执行速度，而且会导致画面停滞，没有流畅的漫游感。213环境需求编程语言VRML使用辅助工具VRMLPAD、3DMAX、PHOTOSHOP操作系统WINDOWS722系统设计系统设计是进行设计进行设计的前提，没有正确的系统设计就没有正确的系统，鉴于本次设计并不像制作系统软件那么复杂繁琐，此次设计并不需要很多的过程，需要的主要是设计和建模过程，因此系统设计也较为简单。221虚拟图书馆的功能本场景是实现一个地面上的一个虚拟图书馆。它将采取有效的方式将二维、三维、图形、影像、背景、灯光、视角等结合在一起。浏览者可以在虚拟图书馆内进行漫游，向四周观察，行动也不受约束，非常自由。222建立对象集有了一个大致的想法后可以把场景进行细化，该虚拟场景可以细化为多个对象集。大致可以分成椅子、书柜、电灯和壁画四个对象集。其中椅子场景又包括若干个自己和若干个长方形桌子；书柜场景包含若干个单个书柜和连体书柜；电灯场景包括12个吊灯；壁画场景包括4个壁画。223物体的基本造型对对象进行了细化后就要研究每一个物体，由于每一个物体都有物理特性，所以就要研究物体的基本造型，包括形状、颜色、材质、发光、空间位置、图片、光源、视点等等。由于基本造型众多，需要在3DMAX里详细描述，在这里就不一一举例了。224虚拟图书馆的要求首先浏览者可以与场景内的物体和对象进行近距离的接触，计算机不能呆板的设定用户，用户可以在整个场景中随意浏览，有相当大的自由度。第二，运行环境要尽可能低，减少不必要的计算，避免冗余节点23详细设计与实现详细设计阶段的根本目标是确定应该怎样具体实现所要求的系统，也是就是说，经过这个阶段的设计工作，应该得出对目标系统的精确描述，详细设计结果基本上决定了最终的程序代码的质量。为了实现整个虚拟图书馆系统，需要比较全面的掌握VRML语言，能够熟练的掌握其中大部分节点的特性。而且整个设计过程都需要对三维立体空间有一定的空间想象能力，空间定点也就成立设计过程中重要的一环。当然，有了3DMAX的辅助，为设计过程提供了很大的方便。在如下的详细设计中着重对整个设计过程中的重要技术细节进行描述。2313D建模过程（1）墙体的创建首先选择工具面板，然后选择矩形工具后拉出一个矩形，修改参数为1400020000MM。接着再拉出两个50001000MM的矩形，选择捕捉工具，进行捕捉顶点操作，然后放在大矩形的最左端，上下各一个，为下面制作窗户做准备。用同样的方法，为书柜大厅里也拉出两个矩形，然后用捕捉工具，放在适当的位置为下面制作窗户做准备。选择直线工具，开启顶点捕捉工具将刚才建立好的矩形描绘出来，此时需要注意，现在的操作应该细致认真，不然容易造成绘制的图形发生偏离。描绘完毕后，基本的墙体线条描绘完毕，下面继续将墙体“挤出”。CTRLA全部选择描绘好的线条，然后在工具面板里修改器列表中，选择“挤出”工具，并修改参数为3000MM，此时可以得出墙体模型。墙体建立完毕后，点击鼠标右键，在右侧选项中选择转换为可编辑多边形，接着进行下一步修改。在工具面板中选择多边形工具，然后选中墙体所有的“面”然后在工具面板里的编辑多边形下拉菜单中选择翻转按钮，使的墙体的法线翻转，这样才能在图书馆内部看到想要的效果，不然将是漆黑一片。下面需要对墙体内部进行进一步的细化修改。首先选择墙体，然后点击鼠标右键，选择对象属性，进入属性选择菜单后，在“背面消隐”选项的前面打钩选择，这样可以使墙体的面对着我们的面进行消隐，为下面的操作提供了方便。（如图21）图21墙体的建立（2）窗体的创建首先选择墙体上事先建好的两条线，选择完毕后，点击“连接”工具，然后输入参数2400MM，这是窗体的高度。然后点击“多边形”工具，选择面，再选中窗体,然后点击编辑多边形面板里面的“挤出”按钮，输入参数240MM，以达到更为逼真的效果。然后选择分离，使其与墙体分离，并命名为窗框。（如图22）图22窗框然后关闭子物体,再次选择窗框，为了操作方便，使用快捷键ALTQ，使窗体孤立。点击工具栏选择按钮，选择“边”选项，然后选取窗体两边，点击编辑几何体下面的“连接”选项，输入参数2600MM，然后再次选择最上方的两条边，再次连接，在其中央做出一条线。接着选择下方两条边，继续进行连接操作，然后连接出第三条边。此时可看出窗体大致形状。最后，点击“面”工具，选择整个窗体，然后选择编辑多边形下面“插入”工具，在插入面板里，选择“按多边形”插入方式，然后输入变量30MM。再选择“挤出”工具，输入参数30MM。为了是窗体更为逼真，立体感更强，需要对窗体重复进行插入操作，分别输入参数为10MM和10MM，此时得到的窗体就更为立体。完成后，点击面选择工具，将窗体的五个面删除，此时窗体完成。依照上面的步骤，将图书馆室内的窗户全部完成。（如图23）图23窗体整体（3）墙角线的建立首先选择“面”选项，将建好的墙体全部选择中，然后在编辑几何体界面下选择切片平面工具，接着看着图形缓慢移动切线，并将参数修改为260MM。然后进行切割，切割完毕后可以看到距地面260MM处出现一条环形切线。因为墙角线和墙面的材质不同，所以需要对墙角线和墙面赋予不同的材质。选择切割好的墙角线，然后选择“分离”工具将其与墙面分离。按F键进入前视图，点击穿越选择工具，然后选择墙角面，选择面工具，选择分离工具，命名为墙角线，使之完成分离。因为墙角线有向外凸出效果，所以对其进行细化，选择所有墙角线，然后选择挤出工具，选择按各自的法线挤出，并输入参数20MM。（如图24）图23墙角线完成（4）书柜的制作首先创建一个长度为1800MM，宽度为1100MM，高度为1800MM的长方体，并命名为书柜。第二步，再分别建立4个长度，宽度，高度都为70MM的长方体，并用“对其”工具，使他们分别与书柜的四个边角对齐。改变4个书角的颜色，然后命名为“书角”。鼠标右键点击书柜，将其转换成可编辑的多边形，然后对其进行细化。点击“边”工具，选择一条边，然后加选同一个面上的另一条边，选择“连接”工具连接两条边，输入参数2，使所选择的面分段为两端。接着选择书柜已划分成两段的面，选择“面”工具将它们选中。然后点击插入工具，选择按多边形插入，然后输入参数20MM。最后对其进行挤出操作，形成柜子内陷的效果。点击挤出按钮，选择按组挤出，然后输入参数50MM。，确定后各得到如下图形。为了让书柜更加逼真，需要对其进行进一步细化，对其进行圆滑处理。首先选择中整个书柜，然后需要在其四周加上环切线。在编辑几何体选项里，选择使用NURMS细分，这样就能使书柜的表面和四周更加圆滑和逼真，不会出现很突兀的棱角。最后为书柜选择适当的颜色进行颜色处理，书柜制作完成。（如图24）图24书柜模型（5）吊灯的制作首先创建一个半径为80MM，高度为200MM的圆柱形作为天花板吊灯的底座，然后将其转化为可编辑的多边形，对其进行略微修改。然后建立一个长度为2200MM，宽度为450MM，高度为40MM的长方体，作为吊灯的底座面。同样的方法，将其转换为可编辑多边形，将其四周加上环切线，再用圆滑的方式将其展现。然后再其两侧分别建立两个长度为450MM，宽度为10MM，高度为200MM的长方体，再用对齐工具将它与底座面的两边对齐，然后用复制工具复制另一个，仍然将其对齐于底座面的另一边。最后将底座和底座面合并，用移动工具移动底座，使它的轴心和底座面的轴心重合，避免两者之间出现缝隙，然后进出顶视图观察，看是否移动到位，如果没有，继续移动，直到两者无缝连接。此时完成吊灯的整体框架，下面将制作灯管。用同样的方法，首先创建一个半径为50MM，高度为2000MM的圆柱体。此时灯管体已经完成，下面为其制作接口部分，创建一个半径为70MM，高度为50MM的圆柱体，然后选择“旋转”工具，将其按Y轴旋转90度，然后将其移动至灯管体一侧，然后点击CTRLV对其进行复制，然后将其移动至灯管另一侧，移动时依照坐标系精确移动，并用顶视图进行观察，以确保灯管和接口的无缝连接。最后，将灯管打包成组，便于整体移动。接着将灯管和底座进行合并，首先选中灯管部分，利用移动工具和坐标系参数输入的方式将灯光放在底座上合适的位置。最后使用“对齐”工具，将灯管和底座的两端对其，选择“对齐”工具后，点击吊灯底座，然后勾选X轴，再选择将灯管X轴的最大值与电灯底座的X轴的最大值对齐。对其完毕后，用同样的方法，转到透视图，对电灯整体进行检查，如果没有问题，则电灯制作完毕。（如图25）图25吊灯（6）桌子椅子的制作首先点击文件下拉菜单，点击场景重置，将界面内其他物体清除掉。然后设定系统尺寸，在自定义下拉菜单下，点击单位设置，将显示单位比例和系统单位设置都选定为毫米。选择创建按钮，键盘输入创建一个长度为25MM，宽度为25MM，高度为500MM的长方体。然后点击L进入左视图，在图形上按鼠标右键，将其转换为可编辑多边形物体，然后选择顶点工具选择最上面的四个顶点，将其向左移动150MM，接着需要向上再挤出200MM，进入透视图，选择面工具，选择最上面的面，然后进入编辑多边形下拉菜单里的挤出设定工具，输入参数200MM，因为椅子腿有弯曲效果，需要对其加一圈环切线，在椅子腿中间加完一圈环切线之后，选中移动工具，将环切线向右拉动一定距离即可。由于椅子靠背上部也有弯曲效果，用同样的方法，选中最上面的四个顶点，然后将其向右拉动一定的距离。为了使椅子腿更加圆滑，需要为其边缘添加一些倒角，所以在其四周加上几圈环切线，以达到所要效果。制作完毕后，将其命名为“椅子腿”。接着制作椅子的横撑，首先创建一个长度为400MM，宽度为25MM，高度为25MM的长方体。然后将其移动至高度为400MM的位置，鼠标右键单击移动工具，然后输入参数400即可，再将它向前推拉至适当的位置。接着将横撑转换为可编辑多边形物体，然后选择“线”工具，为其四周添加几圈环切线，已达到圆滑效果。最后为其命名为“横撑”。此时再次选中横撑，CTRLV对其复制，复制完毕后需要对其旋转可得到椅子腿，点击旋转按钮，在X轴输入角度90，然后鼠标右键点击移动工具，输入参数200MM，然后再次推拉将其移动至适当的位置。也可用对齐工具，是它的Z轴最大短与另一个椅子腿Z轴最大端对其。由于椅子两侧是对称的，所以选中现在建好的所有模型，CTRLV复制后，将其整体沿着Y轴移动400个单位，鼠标右键单击移动工具，然后输入参数400MM即可。接着对椅子的横撑进行复制，旋转移动后利用对齐工具，使各个坐标轴对齐，即可得到椅子的整体框架。（如图56）图26椅子框架下面继续对椅子面进行创建，首先创建一个长度为400MM，宽度为400MM，高度为20MM的长方体，然后选择“对齐”工具，将其Z轴的最小对准目标物体的最大，然后进行拖拉将其移动至适当的位置。由于椅子面有一个向下弯曲的效果，所以需要在椅子面中间加上三条环切线，首先选择线工具，选择椅子面的其中一边，然后单击环形按钮，选中桌子面边缘的所有边，然后选择连接，输入参数3，即可为桌子面添加3条环切线，然后分别选择这三条线，分别向上或向下进行微调，使得椅子面有向下弯曲的效果。然后在椅子面的四种的面进行挤出工作，使得椅子面的四周能够包住椅子腿。最后进行椅子靠背的制作，用同样的方法，创建一个长度为20MM，宽度为450MM，高度为200MM的长方体，然后将其转换为可编辑的多边形物体，点击L进入左视图，点击F4打开线框显示，然后将其放在高度约为500MM的位置，然后选择顶点工具，选择椅子靠背最上面的四个顶点，接着向右侧拉动，使椅子靠背得到倾斜的效果，最后选择“对齐”工具，使椅子靠背和目标物体的轴心对齐即可。然后利用上面的方法同样使椅子靠背有向后弯曲的效果。桌子的制作和椅子基本相同，在此不再重复叙述。最后利用复制工具，可以得到多张椅子，通过移动和镜像工具，将椅子放在桌子的两侧即可，此时桌子椅子建模完毕。（如图27）图27桌子椅子模型（7）场景贴图及物体的合并首先，需要赋予窗户玻璃材质，但是3DMAX中的玻璃材质在VRML中无法显示，所以在这种情况下，需要对窗体进行修改，以便为后期制作提供必要的准备。先在窗体中间添加一个长方体，以方便后期贴图使用。选择窗体，然后按ALTQ，将窗体孤立，然后按T进入顶视图，开启顶点捕捉工具，在两个顶点直接建立一个长方体，然后进入修改面板，调整长方体大小，使其覆盖整个窗体。最后按L进入左视图，移动长方体将其移至窗体中间，用同样的方法，对剩下的窗体进行相同的材质。所有的窗体修改完毕后，下面对场景进行赋予响应的材质。首先按H打开按名字选择菜单，选中墙体，然后打开材质编辑器，先点击鼠标右键将材质球转换为64显示，选择一个材质球，将标准材质转换为建筑材质，然后点击漫反射颜色，对颜色进行调节，分别输入参数R233，G233，B233，此时将材质赋予给墙体，赋予完毕后看墙体的颜色是否合适，不合适用同样的方法进行微调。接着为地面赋予瓷砖的材质，同样的方法，选中地板，打开材质编辑器，选择建筑材质，然后在图片库内选择一张瓷砖的图片拖拉至漫反射贴图右方的空白处，然后点击在视窗里显示贴图，从视窗里可以看出，由于贴图较大，需要在对贴图进行调整，点击漫反射贴图，将平铺数据改为44，由于地板是不规则图形，贴图此时无法显示，所以需要进入修改器下拉菜单，进入UV坐标，然后选择UVW贴图即可完成对地板的贴图。用同样的方法，对墙体赋予建筑材质，输入参数R203，G203，B203，然后将材质赋予墙体，最后分别将天花板和墙角线也赋予相应的材质。下面将前面做好的模型导入此场景，首先打开文件菜单，在下拉菜单里选择合并选项，然后在相应的文件夹下选择桌子椅子，在选项框中选择全部，然后确定，此时桌子椅子导入完成。下面将桌子椅子用移动工具放在合适的位置，然后CTRLV对其进行若干次复制，得到多组物体，然后将其放在图书馆的各个相应的位置，然后按F3看整体布置是否恰当，如果有偏差，则仍需要用移动工具进行调试。接着继续将书柜合并入场景之中，导入场景之后，先将书柜打包成组，以便下面复制操作，先选中书柜的所有组件，然后在组下拉菜单中点击成组即可。但是由于书柜的方向不对，需要对其进行旋转操作，选中书柜，鼠标右键点击“旋转”工具，然后在偏移坐标轴Z轴中输入参数90，此时书柜朝向改变，得到想要的效果。下面用同样的方法，将书柜放在适当的位置，然后对其进行复制，经过若干次复制后，将这些书柜放置于大厅的各个位置即可。最后导入电灯，导入后将电灯沿着Z轴方向移动即可，方法同上，最终完成物体的合并。如图（28）图28整体场景（8）灯光和摄像机的创建首先打开创建面板，点击灯光按钮，选择泛光灯，按T进入顶视图，然后最大化显示，对灯光进行调节，移动泛光灯的位置和焦距，然后在透视图内看光线效果，由于在VRML里还需要用代码进行调节，再次只需调整为大致的效果即可。接着在场景内放置几台摄像机，可以为后面漫游是提供方便，首先点击创建面板里的摄像机按钮选择目标摄像机，然后在顶视图内调节位置和角度，焦距越长，则视野越小，焦距越大，视野越大，一般人的视角为120度，所以在焦距选择框内输入参数43即可，然后在透视图内观察视野是否合适，然后在顶视图内调节位置，达到理想的效果，在透视图内按C可进入第一人称视角，此时观察摄像机是否达到预期效果，如果没有，继续进行调试，调试完毕后，可以继续添加若干个摄像机，方法相同。232VRML文件的导出与后期制作（1）建模完毕后，选择文件下拉菜单下面导出选项，在导出对话框内选择保存类型为VRML97格式，并命名为“图书馆”，在VRML97导出界面中，选中“缩进”，“基本线”以及“坐标插补器”选项，然后点击确定。导出成功后，会生成一个名为“图书馆WRL”的文件，将其用VRMLPAD打开，会显示出代码编辑界面。（如图29）图29代码界面下面通过用代码编辑的方式对模型进行贴图，灯光，视点等进行操作。由代码界面可知，在3DMAX中的模型都转换为一个个父节点，每个父节点包含若干个子节点，这些子节点是模型的各个组成部分，下面开始对模型进行贴图。物体的外部贴图是由外观域节点控制，外观域（APPEARANCE）节点是一级域节点，用在SHAPE节点中为APPEARANCE域的域值，它分为两种情况第一是节点中使用材质域，用来说明物体表面的材质，域值使用材质域节点表示。下面对材质域进行调节，VRML的色彩设计分为两种类型，一种为整体造型添加同样的颜色，另一种为造型添加变化的颜色。3第一种较为简单，只需为DIFFUSECOLOR域的域值设定一组合适的RGB分量值，就完成了对造型基本颜色的设计，浏览器会自动为整体造型的各个表面添加相同的漫反射颜色，下面就使用此种方法。首先打开左侧名字为“书柜”的父节点，然后鼠标放置于程序“MATERAL”位置，单击顶部工具栏的材质编辑命令，进入材质设置编辑器。在该编辑器中，通过鼠标操作可以编辑材质的DIFFUSECOLOR域，SPECULARCOLOR域，SHININESS域和AMBIENT域等，也以一边调整一边观看效果。需要注意的的是COLOR颜色节点的设置优于METERIAL材质节点的颜色设置，使用COLOR颜色节点后，METERIAL材质节点的EMISSIVECOLOR域设定的颜色将会失效，所以可以省略掉APPEARANCE外观域的全部设置。对于书柜其DIFFUSECOLOR的参数分别为05294，02314，003137。此时如果效果已经调整好，则不需要进行下面的贴图步骤。但是由于书柜材质是木制的，所以只在才是编辑界面是无法实现书柜的木制效果，所以需要再为书柜的外表贴上木制的材质贴图。贴图域的节点结构为IMAGETEXTUREURL“图像文件名”，其中URL域说明贴图使用的图形名称和位置，必须为全名，相对位置和绝对位置都可以。需要注意的是，VRML只支持JPG和GIF图像格式。接着对书柜内部面的材质进行编辑，此时用到INDEXEDFACESET面集节点，它和线集节点一样，有COLOR，COLORINDEX和COLORPERVERTEX三个域值用于为所创建的平面造型着色，由于在建模过程中颜色已经确定，所以此时不需进行修改。用同样的方法，找到图书馆内各个模型的父节点，然后进入代码编辑命令面板，对各个图形的子节点进行材质的编辑和表面的贴图，完毕后进行调试，进入视图模式后看效果，如果有错误则退出检查代码是否出现错误并加以修改。（2）图书馆建模完毕后，由于四周全是黑色，效果很差，没有周围景物的衬托，显得非常单调，所以还要为图书馆的周围添加上场景环境。在VRML中虚拟背景分为全景空间背景和天体空间背景两种全景空间背景是一个将造型包围在里面的空间立方体，具有前后左右上下六个平面，可以根据图书馆周围的需要设置不同的材质和图片。天体空间背景是一个无穷大的空间球体，分为天空背景和地面背景。天空和地面的划分以地平线为界。地平线位于原始坐标系XOZ平面向后延伸的无穷远处，上面的球体是天空，下面的球体是地面。背景和造型的嵌套关系是造型在最里面，全景空间背景的立方体为中间包围层，天体空间背景的无穷大球体是最外面的包围层。如果同时增加了全景空间和天空空间两种背景，可以通过设置全景空间背景的透明度值决定能否看到天空和地面的颜色。在默认的情况下，没有全景空间背景，天空和地面均为黑色。下面要用到BACKGROUND背景节点，它可以是任意组节点的子节点，用于在当前坐标系中创建全景空间或天体空间背景。空间背景在空间变换中仅受到坐标系旋转变化的影响，不受坐标系平移或缩放变换的影响，因此在这种情况下，浏览者是不可能靠近背景，只能从不同的角度观察全景空间背景。BACKGROUND背景节点包括若干个域值，SKYCOLOR域的域值由一系列RGB颜色组成，用于设定天体背景中天体的颜色，默认为黑色。SKYANGLE域的域值用于设定天空着色位置所需的空间角度，角度用弧度表示。相对应的GROUNDCOLOR域和GROUNGANLE域分别用于表示地面颜色和角度。3为图书馆创建天空背景，需要模拟真实的立体天空空间效果，必须采用梯度着色的方法。在BACKGROUND背景节点中，首先对SKYCOLOR域的域值进行多种颜色的设置，天空的颜色排列方向从上到下，从垂直的顶部到水平处一次渲染。然后在SKYANGLE域的域值中，为每一种颜色提供一个空间角度，角度用垂直顶部开始度量，由于默认起始角度为0弧度在设置中被省略，所以天空角度的设置数目总比天空颜色的设置数目少一个。即第一种颜色对应于起始角度，第二种颜色对应于设置的第一个角度，第三种颜色对应于设置的第二个角度，以此类推。角度之间为两种颜色的过渡区域。创建一个多色的天空背景，有顶部的蓝色，中间的天蓝色到水平处的白色，形成一个颜色梯度变化的天空背景。接着创建地面背景，创建地面背景梯度着色的方法与创建天空背景时大体相同，在BACKGROUND背景节点中，利用GROUNDCOLOR域和GROUNDANGLE域的域值，设置一组地面颜色及确定颜色渲染位置的空间角度。地面角度的起始位置与天空角度不同，地面角度0度位于正下方，90度位于地平线，地面角度按升序排列。第一种地面颜色对应于地面角的起始位置，即地面背景的正下方；第二种颜色对应于第一个地面角的位置，以此类推。此时，图书馆的外部场景环境设置完毕。（3）由于图书馆内部并没有设置灯光，所以内部的光线暗淡，与现实效果不服，所以需要对其进行灯光的添加和设置。在VRML中，默认情况下，浏览器会自动生成一个白色头灯光源HEADLIGHT。此光源为平行光束，与浏览者的视点同步运动，始终照亮浏览者的前方。头灯光源可以通过设置NAVIGATIONINFO节点的HEADLIGHT域的域值，控制光源打开或关闭，默认缺省情况下，头灯为打开状态，光源的颜色无法改变。此外，还可以人工设置三种类型的光源点光源，平行光源和锥光源。其中点光源和常见的灯泡类似，由一个发光点向整个空间散发光线。平行光则是始终朝着一个特定的方向发射光线，在场景中产生一组完全平行的光照效果。锥光源类似于带罩的台灯，由一个发光点向一个特定的方向照亮圆锥体。光源的颜色可以再COLOR域中，由一个RGB颜色域值进行设置。在VRML创建的光源与现实世界中的光源最大的差异是无法自动产生阴影，需要通过人为设置已达到阴影效果。下面对图书馆的内部进行点光源的设置，点光源由发光点向四面八方发射亮度相同的光线，各个方向具有相同性，很适合作为图书馆内的灯光。由于在3DMAX中灯光的位置已经确定，所以在此不需要再对灯源的坐标进行调整，只需要对灯源的颜色，辐射半径，明亮程度等进行设置。POINTLIGHT点光源节点也包括若干个域值，其中ON域值用于设定点光源的打开与关闭；LOCATION用于设定点光源在当前坐标