基于VRML的虚拟实验系统设计

1、基于VRML的虚拟实验系统设计摘要：以一个物理电路虚拟实验系统为根底，介绍了vrl及其实现原理，并详细阐述了虚拟实验系统的创立过程和创立方法。关键词：虚拟现实；vrl；虚拟实验0引言随着网络技术和虚拟现实技术的迅猛开展和普及，远程教育得到了强大的技术支持，使网络虚拟实验实现了对传统实验的有力补允，实现了其时间上的拓展和空间上的延伸。目前的虚拟实验多为二维演示实验，在实验真实感、交互性和教学效果等方面与真实实验相差甚远。vrlvirtualrealitydelinglanguage是开放的、可扩展的、工业标准的虚拟现实描绘语言，它可以在eb上创立可导航的、超链接的三维虚拟现实空间，并使用户与场景

2、进展实时交互，感知和操作虚拟对象，因此可以提供更佳的性能和更好的教学效果。1虚拟现实与vrl虚拟现实virtualreality是一项综合集成人机界面交互技术，它利用计算机生成具有外表色彩的立体图形模拟现实环境，通过多种传感设备使用户融入到该环境中，并与该环境中的对象进展自然的、实时的交互，从而使用户产生一种沉浸在虚拟环境中的真实感觉。vrl作为一种与互联网结合，用来描绘三维交互世界的程序语言，可应用于创立虚拟现实的对象、景象和展示模型等。vrl的工作原理是用文本信息描绘三维场景,在internet网上传输，在本地机上由vrl阅读器解释生成三维场景，解释生成的标准标准即是vrl标准，而把复杂的

3、处理任务交给本地机从而减轻了网路的负荷。2实验系统的设计与实现2.1虚拟场景的建立vrl语言本身可以进展三维建模，但是它的标记语言特性使得建立三维虚拟场景比拟费事，尤其是对一些庞大、复杂、要求精细逼真的场景。一种比拟通用的方法是用3dax这样的三维建模软件来建立静态虚拟场景，然后再导入到vrl编辑器中添加动态效果和交互控制。但是，一般建模软件建立的场景文件都很大，这对网络传输是不利的，必须进展场景优化。通常我们可以采用以下几种方法进展优化。利用vrl中的ld节点levelfdetail，细节层次。ld节点主要是以视觉效应为每个物体建立多个相似模型，根据间隔 由远及近依次使用从粗到细的不同模型描

4、绘物体，减少不需要的模型细节，从而加速模型的绘制，到达优化处理的目的。多使用def/use方式。对于在场景中屡次使用的对象，可在对象首次使用时用def给物体命名，以后仅需通过“use+对象名即可引用该物体。这种方法不但可以进步代码重用度，减少文件体积，还可以减少场景中要绘制的多边形，进步场景生成速度。多使用prt原型定义。使用原型可以获得与def/use方式一样效果，此外它还有动画效果，能进展交互控制，其使用更为灵敏，功能更为强大。复杂模型尽可能用简单模型拼装。用布尔运算得到的复杂模型不利于修改和贴图，为此可用bx、ne、ylinder、sphere这些简单模型来构建复杂模型，这样既可以节省在

5、网络中的传输时间，也有利于阅读器的优化。利用压缩工具压缩vrl文件。在vrl的构建过程中难免会出现一些冗余信息，通过压缩工具，可以删掉冗余空间，减少文件体积。2.2自动演示功能实现自动演示功能主要用来演示实验的全过程，以帮助用户理解实验。例如，本系统中的一个根本实验就是通过电源开关的开、合控制灯泡的亮灭。自动演示功能可利用预定义动画来实现，这主要涉及下面的几个功能节点。传感器sensr。传感器是虚拟场景中的动作感知器，利用它来感知场景中各种物体的动作。本例中可以为电源开关添加感知鼠标单击动作的接触传感器tuhsensr和自动时间控制的时间传感器tiesensr。插补器interplatr。插补

6、器是实现动画效果必不可少的节点，它给出了动画过程中各个时刻变化量的参数值。电源开关的开合和电流表指针的转动都是旋转运动，可以为它们添加插补器rientatininterplatr，而灯泡亮度的变化要由颜色插补器lrinterplatr来实现。rute命令。rute命令根据动画响应的顺序将各传感器、插补器、以及要控制的节点串连起来共同实现一个效果。2.3使用javasript实现交互功能交互功能要求系统根据用户对场景中不同节点的操作做出不同的响应，这就不能通过预定义的方式来实现，而必须采用更复杂的程序代码进展处理。vrl中常用的脚本语言是javasrip。此外，对于一些需要与网页进展信息传递的场

7、景，还可以利用网页中的javaapplet来实现更为复杂的控制功能。javaeaiexternalauthringinterfae，外部创作接口是增强vrl场景与外部环境通信联络和交融才能的一个高层次的java类包，它使得外部的javaapplet程序可以利用vrl的事件模型访问和控制vrl场景中的节点。本例中采用javasript脚本的形式进展代码编程来判断电源开关开、合状态并确定其转向动画。最后脚本代码要用rute命令与相关传感器、插补器、和节点串连起来，形成一条动画通路。2.4将vrl场景嵌入网页利用htl语言的ebed元素可以实现vrl和htl语言的结合。网页中嵌入虚拟场景文件，能将三维立体信息和二维平面信息交融在同一个网页之中，网页局部既可以对三维立体场景进展解释、说明，又可以作为用户与场景交互的界面，弥补三维场景在文本方面的缺乏。3完毕语vrl语言具有交互性、分布式、场景逼真、易于实现等特性，是开发基于internet虚拟实验系统的首眩利用vrl构建的虚拟实验系统可以模拟出逼真的实验场景，并提供与实际实验相似的理论体验，不但可以进步实验的效率和效果，拓宽学生实验学习的途径，而且可以更好地