第1章 VRML网页概述

虚拟现实三维网页设计吴迪大连大学物理学院Email:

wudiphy@163.com使用虚拟现实构造（建模）语言制作VRML网页虚拟现实三维网页设计课程纲要本课程开设的目的本课程的教学内容本课程的安排本课程的要求教学参考书本课程开设的目的1.虚拟现实技术立体网页设计是近年来刚刚兴起的一种新型语言。2.虚拟现实技术是目前最前沿的技术。3.虚拟现实技术是应用十分广阔，其发展潜力巨大。4.虚拟现实技术是一门综合性很强的技术，它融合宽带网络、多媒体、以及人工智能等高新技术。具有划时代意义。了解VRML规范和VRML网页的特点，初步掌握VRML网页的制作，掌握VRMLPad制作工具和CosmoPlayer浏览插件的使用。本课程的教学内容虚拟现实技术立体网页设计基础虚拟现实技术立体网页设计开发与设计基本几何节点和复杂几何节点设计组节点、纹理节点、场景节点设计本课程的要求考核形式：作业+考勤+提交作品本课程的安排总学时：32

教学参考书《VRML虚拟现实网页设计》，汪志达编著，清华大学出版社，2006年12月出版。《虚拟现实三维立体网络程序设计语言》清华大学和北京交通大学出版社，2004年2月出版。《X3D虚拟现实设计》电子工业出版社出版，在2007年6月出版。《VRML编程实训教程》清华大学和北京交通大学出版社，在2008年1月出版。《虚拟现实构造语言VRML》，阳化冰编著，北京航空航天大学出版社，2000.9《VRML虚拟现实网页语言》，严子翔编著，清华大学出版社，2001.8使用软件：VRMLpad

/products/vrmlpad/download/网上参考

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/ http://虚拟现实技术虚拟现实开发环境及应用虚拟现实技术基础虚拟现实三维网页设计的文件结构与规则第一章VRML网页概述1.虚拟现实技术虚拟现实技术发展虚拟现实VRML语言发展虚拟现实技术特点虚拟现实技术分类虚拟现实技术发展虚拟现实技术是一门涉及众多学科领域的高新技术。它集计算机技术、仿真技术、三维立体场景设计、图像处理、模式识别、计算机图形学、人工智能、计算机网络、多媒体、传感器技术、微电子技术以及并行处理为一体。利用虚拟现实硬件设备和计算机系统创建一个逼真虚拟环境，用户在虚拟空间体验与现实世界相同感受，如：视觉、听觉、触觉、嗅觉、碰撞、移动和搬运动态交互感。虚拟现实技术发展3个阶段VR技术探索阶段20世纪50-70年代。VR技术从实验室走向实用阶段80年代初期、中期。VR技术高速发展期，80年代末期到21世纪初。虚拟现实发展1.VRML(VirtualRealityModelingLanguage)VRML(虚拟现实建模语言)是20世纪90年代末才刚刚兴起并逐渐发展起来的一种新型语言。在国外发展普及较快。在我国刚刚起步，正处于逐步发展时期。VRML经历1.0~2.0版本的发展。2000年春提出了VRML200X新规范。2004年8月X3D正式成为国际通用标准。2.X3D（Extensible3D，可扩展3D）虚拟现实技术特点沉浸感、交互性、想象力（3I）创建逼真三维立体造型和场景具有强大的网络功能具有多媒体功能具有游戏动画设计功能配备虚拟现实硬件设备和程序驱动技术虚拟现实技术分类沉浸式虚拟现实技术模式桌面式虚拟现实技术模式纯软件虚拟现实技术模式

虚拟现实技术分类图沉浸式（硬件）虚拟现实“贵族式”软件（网络）虚拟现实“大众化”

计算机系统（硬件和软件）桌面式（基本）虚拟现实“桌面式”虚拟现实动态交互感知设备三维立体眼镜数据手套数据头盔三维立体摄像机三维立体显示器虚拟现实动态交互感知设备2.虚拟现实开发环境及应用虚拟现实开发环境虚拟现实技术应用虚拟现实开发环境软件平台

WINDOWS98/XP/2000操作系统

虚拟现实专用编辑器

虚拟现实浏览器插件

IE浏览器

虚拟现实开发工具计算机系统硬件要求：

CPU主频2.0G以上

硬盘几十~几百G

显存大于128M以上

内存512M以上开发环境工具浏览器MicrosoftInternetExplorer(IE)浏览器插件(1)CosmoPlayer—Platinum公司(2)Cortona--ParallelGraphics公司(3)Contact--BlaxxunInteractive公司开发环境工具虚拟现实软件的典型代表有：

VRML、Virtools、JAVA3D、X3D、OpenGL和Vega等本课程主要介绍VRML。编辑器（1）记事本编辑器（2）Vrmlpad编辑器还可以采用： vrbuilder3DsMax Maya虚拟现实技术应用虚拟现实城市规划、设计、建造。虚拟旅游、观光、休闲。虚拟现实交通（汽车、飞行模拟训练等）虚拟现实军事、仿真（虚拟战场等训练模拟）虚拟现实工业制造（工业加工设计制造等）虚拟现实医学（医学成象、制药等）虚拟现实科学研究（分子建模、数字地球等）虚拟教学（虚拟课件、虚拟教学演示等）虚拟现实能源（石油、天然气、电力、煤炭等）虚拟现实娱乐（开发虚拟游戏、娱乐等）虚拟现实城市-1这是世界上最为著名的虚拟现实城市“虚拟洛杉矶”，至今已成功完成十多个城市虚拟仿真项目。

虚拟现实城市-2虚拟深圳中心区虚拟现实三维立体空间场景虚拟现实校园-3韶关大学信息工程学院虚拟现实三维立体空间场景设计3.浏览器主要浏览器的使用方法：

CosmoPlayerCortonaContact(1)CosmoPlayer—Platinum公司UseRestoretoautomaticallyreturntotheloadedworld'soriginalactiveviewpointMovingAroundinaWorldTomovearoundina3Dworld,clicktheGo,

Slide,orTiltbuttonandthendragthepointerintheCosmoPlayerwindow.Onceyouclickacontrol,itstaysselecteduntilyouclickanother.GoClickandthendragtomoveinanydirection.SlideClickandthendragtoslidestraightupanddownortosliderightorleft.TiltClickandthendragtolookupordownorfromsidetoside.ExaminingObjectsToexamineobjectsina3Dworld,clicktheRotate,Pan,orZoombuttonandthendragthepointerintheCosmoPlayerwindow.Onceyouclickacontrol,itstaysselecteduntilyouclickanother.RotateClickandthendragtorotateanobject.PanClickandthendragtopanright,left,up,ordown.ZoomClickandthendraguptozoominordragdowntozoomout.Undo/redoClickSeek

andthenclickanobjecttomoveclosertoit.

(2)Cortona--ParallelGraphics公司

UseWalk

+

Plantomoveinahorizontalplane.Forward-movecloserBackward-movefurtherRight-turntotherightLeft-turntotheleft.

UseFly

+

Plantomoveleftorright.UseStudy

+

Plantoexamineanobjectfromvariousangles.

UseRestoretoautomaticallyreturntotheloadedworld'soriginalactiveviewpointUseFittomakethesceneviewfullyvisibleintheCortona3DViewer3DwindowChooseViewpointsfromthepop-upmenu,andthenselectaviewpointfromthelistofthepredefinedviewpoints.Clickthearrowbuttonstomovetothenextorpreviousviewpoint.YoucanalsopressPageDownorPageUpkeyboardbutton.(3)Contact--BlaxxunInteractive公司实例Flash事例VRML事例其他事例Vrmlpad开发界面4.

Vrmlpad编辑器菜单栏工具栏主窗口主窗口EditingEnhancedcolor-codingDynamicerrorsdetectingDocumentTabsSceneTreeRoutingMapResourceViewPreviewVrmlScriptDebuggerNodeThumbnails

主要功能：智能自动完成在编辑VRML文本时能够根据上下文关系及其在场景图中的位置给出一个包含合适的VRML标识文本的列表以供选择。这些VRML标识文本关键字关键字、节点名称、域的名称、域类型、SFNode节点和MFNode节点的子域、标准VRML脚本对象及其属性和方法的名称。

主要功能：动态错误检测VrmlPad可以提示用户语法、值类型的错误或警告。提供域值是否在适当范围中。可以校验是否有重复的节点定义，是否有不匹配的域名或路由。

主要功能：语法强调显示支持可定制的VRML语法强调显示（包括关键词、域和节点的类型）。

主要功能：场景图树的可视化显示节点的代码能够根据场景图的结构展开或收起以方便编辑，可以在结构视图中选择要编辑的节点或域。主要功能：多文档同时编辑在同一个VrmlPad中同时打开多个文件以便进行文件之间的复制、剪切、粘贴的操作,或方便的查找替换文本。同一个文件也可以使用两个窗口来浏览同一文件的不同部分。根据当前打开的文件能够很容易的找到与之相关的文件（例如Inlines、Anchor、EXTERNPROTOs）并进行编辑。

主要功能：资源文件管理使用Resourceviewwindow（资源查看窗口）来查看、编辑、浏览文档的资源。资源中某个文件重命名时，相关的文件链接也会同时自动更改

主要功能：自动化操作与自定义脚本操作VrmlPad允许开发者通过外部应用程序界面（API）使用C、C++、VisualBasic、BorlandDelphi这样的语言来操控Vrmlpad。另外高级用户还可以通过建立来插件、VBScript、JavaScript宏命令在VrmlPad环境中执行自定义的任务。

主要功能：整合脚本调试器可以使用此整合的脚本调试器在内嵌的vrmlscript脚本中，或在用Cortona控件插入VRML的网页中查找并修复。这个调试器有这些控制脚本的执行的功能：可以暂停脚本的执行，运行至指定行，设置断点，一步步的运行脚本。监视脚本的数据状态：当前调用的堆栈；相关的前后代码中变量，数组，对象；计算包含这些数据的表达式。在调试阶段修改变量，数组，或对象的值。在调试阶段添加并测试新的脚本代码。使用QuickWatchwindow（快速监视窗口）检验或修改变化的数据。使用CodeTips(代码上的弹出提示)快速监视脚本中的变量值。

主要功能：预览使用系统里安装的VRML浏览器预览场景。可以自动检测系统中安装的VRML浏览器，也可以指定在其中某个特定的浏览器中预览场景。可以单独预览选定的节点或组。主要功能：节点缩略图在文本编辑区旁边同步显示节点的缩略图。主要功能：发布组织并优化所有的相关文件，对场景可以采用Gzip压缩格式以优化网络下载的速度。把所有资源打包并上传到服务器上或作为邮件附件发送出去。发布向导还可以把相关的资源用base64数据编码嵌入到VRML主文件中。VRML的基本概念5.虚拟现实技术基础结点：是VRML文件的最基本组成要素。是对客观世界中各种事物、对象概念的抽象描述。VRML文件就是由许多结点之间并列或层层嵌套而构成；事件：每一个结点一般都有两种事件。一个“入事件”和一个“出事件”。在多数情况下，事件只是一个要改变域值的请求。“入事件”请求结点改变自己某个域的值；“出事件”则是请求别的结点改变它的某个域值。物体的造型即场景图：由描述对象及其属性的结点组成。脚本：是一套程序，是与其他高级语言或数据库的接口。路由：是产生事件和接受事件的结点之间的联结通道。VRML的立体空间坐标系VRML的空间坐标系是符合右手定则的三维坐标系。对象总是以坐标系的原点为中心创建的。默认情况，浏览者中心位于（0，0，10）点，视线朝Z-方向。如果创建的地面（长方体）较大，可能将浏览者卡住。VRML的长度单位：VRML单位，不是一个绝对的尺寸。6.VRML网页源码的结构与规则VRML文件

VRML文件的扩展名为：.wrl或.wrz

VRML网页源码区别大小写。

VRML文件结构

文件头结点（主编组结点

成员结点）脚本路由等组成#VRMLV2.0utf8#…………..头文件结点名#…………..结点

{

域域值#………….结点域和域值：：

}{Script#………….脚本Script结点

{

。。。

},

ROUTE#……………路由，把入事件和出事件结合起来文件特点：层次清晰，结构严谨，条理清楚，易于理解和掌握。文件头……………...相当于其他语言的main

由四部分构成：

#VRMLV2.0utf8

Group{children……UTF国际标准化组织定义的一个支持多种语言的字符集，

ASCII是它的一个子集头文件必须按规则书写，并置于文件的第一行。文件注释用符号“#”表示。主编组结点Group由children引出成员结点；成员结点之间一般用逗号分隔； children下只有一个成员结点时，中括号可以省略。#VRMLV2.0utf8Group#……..主编组结点{children[

Background#…………成员结点{。。。},

Shape#…………………成员结点{。。。}，

Script{#………………….脚本Script结点。。。},。。。]}7.VRML结点成员结点主要有：环境结点 Background（空间背景结点） Fog（大气效果结点） Sound（声音结点） PointLight、DirectionLight、SpotLight（光照效果结点）实物结点Shape（几何造型和文字结点）编组结点 Transform（坐标系变换结点） Anchor（链接物结点） Billboard（朝向结点）控制结点 NavigationInfo（浏览者信息结点） ViewPoint（视点设置结点） Inline（内联结点）成员结点内包含若干域，每个域都有域名和域值Shape{appearance{material{diffuseColor}}geometry{string“HellloWorld”fontStyle{size2}}}AppearanceMaterialTextFontStyle一级域结点一级域结点二级域结点二级域结点域名域值域编组结点可以嵌套成员结点（由children引出）。Transform#………………..编组结点{translation-2.00.00.0children[Shape#………..成员结点

{appearanceAppearance

{materialMaterial{

diffuseColor0.01.00.0}}geometry{size2}}]}8.域结点：域结点有一级域结点和二级域结点 (a)一级域结点用于表示成员结点域值的结点。如： Shape结点中appearance域的域值为Appearance结点 Sound结点中source域的域值为AudioClip结点 Shape结点中geometry域的域值可使用 Text、Box、Cone、Cylinder或Sphere结点(b)二级域结点用于表示一级域结点域值的结点。如： Appearance结点中material域的域值为Material结点 Appearance结点中texture域的域值可使用 ImageTexture或MovieTexture结点9.结点名的重定义和重用：(a)重定义结点：DEF DEF结点名结点类型{} (b)重用结点

USE结点名

形式如下：#VRMLV2.0utf8 #头文件结点名{ #VRML中各种类型的结点 域 域值 #相应结点的“域”和“域值” ： ： }DEF 结点名1 结点类型 #定义结点{ 域 域值#相应结点的“域”和“域值” ： ： }USE 结点名1 #重用结点语法事例1#VRMLV2.0utf8DEFTestUTransform{ tra