基于VRML技术的虚拟展示平台设计

PAGE23摘要科学技术的发展，特别是以计算机和网络为特征的信息技术的迅猛发展，社会生活的各个方面从观念到形式都发生了巨大的变化。虚拟现实技术是近十年来研究的热点问题之一，并逐渐从传统的在军事、国防和科研等高端领域走向普通民用。虚拟展示是其中的应用之一，在文物复原、房地产开发、企业和产品展示等方面，具有广阔的应用前景。本论文主要讨论了以下内容：概述了虚拟现实技术的应用领域，国内外研究动态以及课题的研究背景及意义。研究了VRML中纹理映射、阴影、光照等技术，对于虚拟现实建模及系统的优化做了简单的介绍。基于VRML技术设计完成的良渚文化虚拟展示平台，阐述了平台的基本构造及完成的具体内容和步骤。关键词：虚拟现实技术，交互，虚拟展示Web-basedinteractivedisplayofvirtualrealitydesignplatformABSTRACTThedevelopmentofscienceandtechnology,especiallythequickdevelopmentinITfields,whichtakecomputerandwebascharacteristiceveryaspectofsociallifehasbeenchangedgreatlyfromconcepttostyle.VirtualReality(VR)isoneofthehotsubjectincomputersciencesincethepastdecade.OriginallyVRtechnologiesmainlyareusedinsomehigh-levelfields,suchasmilitary,defenseandscientificresearches,buttheynowgraduallyareusedinsomepopular-orientedfields.Oneofthelow-levelapplicationsisVRExpowhichcanbeusedindigitalheritage,realty,enterprise/productshowandsoon.Itwillbeusedinmorewidelydomainsinthefuture.Followingresearchworkhasbeendoneinthisthesis:Thedevelopment,thefutureandcurrentsituationofVirtualRealitySystemareintroduced.Thepurposeofthisthesisisintroduced.StudyofVRMLtexturemapping,shadows,lightandothertechnologiesForvirtualrealitymodelingandoptimizationofthesystemtodoasimplepresentation.BasedonVRMLtechnologiesanddesigntheLiangzhuculturevirtualdisplayplatform,expoundedonthebasicplatformstructureandcompletionofthespecificdetailsandsteps.Keywords：Virtualrealitytechnology,Interactive,virtualdisplay目录摘要 IABSTRACT II第一章引言 11.1研究的目的与意义 11.2交互式虚拟展示平台的研究现状 11．3论文的组织结构 3第二章虚拟现实网络程序设计语言 42.1VRML的概述 42.2VRML建模 52.3VRML的交互 52.4VRML的优化 7第三章基于网络的虚拟展示平台 93.1虚拟展示平台的特点 93.2虚拟展示平台的关键技术 103.2.1三维物体的建模 103.2.2纹理映射 113.2.3光照 133.2.4阴影 133.2.5交互 14第四章基于网络的良渚文化交互式虚拟展示平台 154.1系统的提出 154.2平台开发工具的介绍 164.2.1DREAMWEAVER的概述 164.2.23DSTUDIOMAX技术 174.2.3VRMLPAD开发工具 174.2.4PHOTOSHOP工具 174.2.5JS脚本语言的扩充与交互功能 174.3系统总体设计 174.3.1系统功能需求 174.3.2系统的体系结构 184.4系统功能模块设计 18第五章总结与展望 21参考文献 22致谢 23第一章引言1.1研究的目的与意义过去,不管是企业展示商品还是对良渚古文物的介绍其表现的方式多是以文字、图片、flash动画等形式。这些方式缺少人机交互性,顾客对产品没有感性认识，这无疑是影响企业经济效益的主要原因之一。同样简单的形式让人们很难多面的了解古文物一些状况。全球市场竞争的出现，使企业面临着更多的压力，用尽可能低的成本，生产出更高的产品，成为企业生存和发展的重要条件。虚拟现实技术是上个世纪末出现的一种以先进的计算机、电子等技术为基础的新的学科。虚拟产品设计是建立在利用计算机完成产品开发过程构思的基本上，以计算机防真和产品生命周期建模为基础，集计算机图形学、人工智能、并行工程、网络技术、多媒体技术、虚拟显示技术等技术为一体，在虚拟条件下，对产品进行构思、设计、制作、测试和分析，在短短出现的几年时间，虚拟产品开发技术已经成为全球关注的焦点。因此考虑运用虚拟现实技术,构建具有真实感的3D虚拟产品展示系统,让观众能够从不同角度浏览物品,并交互地选择物品的细部进行审视,从而为观众提供一个全面了解物品的新体验,为企业提供展示其产品的新模式。良渚文化是我国长江下游太湖流域一支重要的古文化，因1936年原西湖博物馆施昕更先生首先发现于余杭市良渚镇而命名。距今约5300－4000年。本论文做的是基于网络的交互式虚拟展示平台的设计，对良渚文化玉器进行的三维建模、渲染表现，人们可以从多个角度对良渚文化特别其精美的玉器进行不同角度的观赏，可以让更多的人认识它了解它爱护它，也希望能为良渚文化申报《世界文化遗产》做一点贡献。1.2交互式虚拟展示平台的研究现状1.2.1虚拟现实的定义虚拟现实（VirtualReality,简称VR）是由美国公司的JARONLANIER在1989年创造的一个新词。他通常是指采用头盔显示器、数据手套等一系列新型交互设备构造出的用以体验或感知虚拟境界的一种计算机软、硬件环境，拥护使用这些高级设备以自然的技能（如头的转动、身体的运动以及人类自然语言等）向计算机发送各种指令，并得到环境对用户视觉、听觉、触觉等多种感官信息的实时反馈[1]。虚拟现实简明的定义为：由计算机及其他软、硬件技术生成的，给人们多种感觉刺激的虚拟境界（VirtualEnvironment,VE,又称之为虚拟环境），是一种高级的自然人机交互系统。虚拟现实作为一项实用技术，在建筑设计、城市规划、古迹恢复、产品原型设计、娱乐、可视化仿真等多个领域有着广泛的应用前景。1.2.2虚拟现实的尽管虚拟现实技术是一项投资大难度高的使用技术，因其具有广泛的应用背景，在最近几十年得到了突飞猛进的发展。美国是虚拟现实技术研究的发源地，近年来，美国致力于虚拟现实技术研究的有名机构在开发航空、医学等重要领域的虚拟现实产业，并取得了卓越的成果。如北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早最著名的大学,他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。LomaLinda大学医学中心的DavidWarner博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VR的设备用于探讨与神经疾病相关的问题,首创了VR儿科治疗法。麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋,这些技术都是VR技术的基础,1985年MIT成立了媒体实验室,进行虚拟环境的正规研究。华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室(HITLAB),将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。英国、法国、德国、芬兰等国在推动虚拟现实技术的发展做了很大贡献。如在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,英国是领先的，特别是在欧洲。日本主要致力于建立大规模VR知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位[2]。与世界发达国家相比，我国在这个领域有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视,并根据我国的国情,制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。国内一些重点院校,已积极投入到了这一领域的研究工作。国内最早进行VR研究的北京航空航天大学计算机系，浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法;哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题;清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究;西安交通大学信息工程研究所对虚拟现实中的关键技术———立体显示技术进行了研究。目前的虚拟技术与真正的“虚拟现实”还有很大的距离，一方面网络的传输速度还远不能满足视频信息的实时传输和海量信息的数据交换；另一方面虚拟现实所使用的各种软、硬件设备和技术目前还处于初级阶段，远未达到实用和普及的程度；此外，还有信号延时所造成的交互操作的非实时性以及三维空间定位困难有悖于人的自身经验等突出问题。然而由于虚拟现实的广泛应用前景，我们相信21世纪虚拟现实会大放异彩。1．3论文的组织结构本课题我们深入研究了虚拟现实技术，以介绍良渚文化为例，详细的介绍了良渚文化的历史形成、发展状况及完美的艺术表现，本文共为五章，主要内容如下所述：第一章：绪论表明了研究的目的与意义，并简单的介绍了虚拟现实技术的一些基本概念，虚拟展示平台的研究现状，指出本文研究的主要内容。第二章：分析了当前虚拟现实的各种实现的各种实现手段，介绍了VRML技术的基本概念、特性及工作原理，详细的介绍了建模、交互与优化的特性。第三章：这章是本文的技术关键点，介绍了网络的虚拟展示平台的特点有技术，包括模型的添加表面纹理的纹理影射技术，光照阴影等一些关键技术的描述。第四章：虚拟展示平台系统整体功能的实现，系统的设计思路与想法，基本功能的实现，还简单的介绍了系统的开发工具。第五章：结论部分，对研究工作做了简要的总结，并对下一步需要进一步研究和改进的地方做了展望。第二章虚拟现实网络程序设计语言2.1VRML的概述VRML是一种网页设计语言,是三维网页的国际标准.利用它可以设计出各种各样的立体图画,并且这些立体图画还可以在屏幕上以动画的形式显现,而生成的文件不大,非常便于网上传输.其优点:简单易学,几乎不需要画立体图的经验就可以上手;编程环境简单,最简单的时候只用WINDOWS自带的记事本就可以编写立体图程序;与AUTOCAD,SOLIDWORKS,3DSMAX,PRO2E等三维动画软件有标准的接口,这使得复杂的物体商品可先由其他的软件生成,再导出为VRML的格式,减少工作量.它最大的优点就是能够在网页上实现立体动画过程,并与用户实现交互,目前利用JAVASCRIPT或者VBSCRIPT脚本语言可以方便对它进行控制.使关心爱护良渚文化的人们不需要亲自走到良渚博物馆就可以领受到五千前的风采。VRML建模语言有以下主要技术特征[2]：（1）C/S工作方式。其中服务器负责协调绝大多数防真活动，提供VRML文件极其资源，并维护环境中所有虚拟对象的状态。（2）独立平台。VRML浏览器解析VRML文件描述虚拟场景，而浏览器由本地平台提供。实现了平台上的独立性。（3）ASCII文本格式的描述性语言。VRML是用的是ASCII文本格式的三维场景式描述语言进行编程。这在保证各种平台通用的同时，也降低了数据的通讯量，从而提高网络的传输速度。（4）增强了静态场景。VRML2.0新增的一些功能可以使三维静态场景的真实感更强。（5）可交互性与动画。VRML2.0设置的接触传感器、环境传感器、感知传感器以及碰撞传感器可以对三维造型进行实时交互仿真。（6）三维视听效果。通过SOUND节点，用户可以具体设置声音的大小、音源的位置、传播方向等空间属性。（7）实时3D渲染。（8）脚本支持。Java或者JavaScript支持。VRML通过Script节点引入Java或JavaScript语言编写的脚本程序来扩展其功能。2.2VRML建模如同HTML一样，VRML也是一种ASCII的描述语言，如前所述，其来源为Openinventor，是SGI公司为其本身需要而开发的3D图形描述语言。在语法上，HTML以标记（Tag）指定文字样式、排版格式、多媒体档案插入或超链接等功能，而VRML则以节点（Node）作为基本单位，下面为一个最基本的VRML语言程序，建立一个球，可以看出半径大小的设置，颜色等属性值。#VRMLV2.0utf8#文件头Shape{#节点定义开始 appearanceAppearance{#外观定义 materialMaterial{#定义颜色 diffuseColor1.00.00.0球体颜色为红色 } } geometrySphere {#定义一个半径为0.3的球体 radius0.3 }}VRML是一种用来描述可在WORLDWIDEWEB上运行的、可交互的3D世界和对象的文件格式，是一种描述性语言，以节点为基本单位，但由于用节点来写模型不够直观，且不易描述具有复杂面的形体，3DSMAX正好弥补了这个缺陷。模型建好以后点击File/Export，出现一个对话框，单击“存为类型”下拉列表框，选取“VRML97(＊.WRL)"文件类型，最后取一个相应的名称，单击“保存”,会出现一个VRMLEXPORT对话框，取默认值，单击OK就生成了一个以WRL为后缀的文件，该文件就可以用安装有VRML浏览器的IE打开浏览。VRML的访问方式是基于客户/服务器模式，其中服务器提供VRML文件及支持资源客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器（Browser）交互式访问该文件描述的虚拟环境，因为浏览器是本地平台提供的，从而实现了和硬件平台的无关性。2.3VRML的交互虚拟场景的交互是通过VRML的交互机制来实现的。具体来说，交互是通过节点来实现的。节点的交互就是一个节点某状态的变化能引起另一个节点状态的变化。VRML中将状态的变化一记为一个“事件”，代表输入的称为“事件输入”，代表输出的称为“事件输出’。引起其他节点变化的节点为“源节点”，发生变化的节点为“宿主节点”。“源节点”发出“事件输出”，“宿主节点”接受“事件输入”，节点的任何一个参量都可能成为一个“事件’，。通常，按照在VRML中有没有引用第三方语言，将交互分成非编程交互和编程交互。本章讨论非编程交互(基于VRML内建节点)和编程交互(基于VRML与Java语言的接口)的方法。基于VRML内建节点的交互方式。VRML提供了多种感知器，主要有:TouchSensor、CylinderSensor、TimeSensor、PositionInterpolator、ColorInterpolator、ProximitySensor、SphereSensor、VisibilitySensor等。利用这些感知器可交互控制场景中的物体产生行为动作。其中以CylinderSensor为例，下面是对于史前柄的旋转NavigationInfo{ type"walk"}DEFbingTransform{children[Shape{appearanceAppearance{ textureImageTexture{ url"bing.png" }materialMaterial{}}geometryBox{ size1.520 }}]}DEF sensorCylinderSensor{}ROUTEsensor.rotation_changedTObing.rotation其中上面的一大段是建一个史前柄的建模，最后两句文字是对柄的旋转处理。图2-1图2-2两幅便是对柄旋转侧面的图形，可以让观众从不同角度浏览。通过非编程的方法，一些简单的交互能够实现，但是无法实现较理想的动态效果，在编程交互中，VRML引入SCRIPT节点，为JAVA和JAVASCRIPT等外部编程语言提供了应用平台，大大拓展了自身的动态交互能力。VRML与其它实现三维场景的技术手段（如OpenGL,Cult3D,3DSMAX,Viewpoint）相比，具有语法简单、三维建模功能强大、便于网上发布等优点。但由于VRML本身仅仅是一种标准,不可能满足各行各业的所有需要。所以，高级交互功能的实现必须借助于Java等功能强大的高级语言。这样，可以有效地弥补VRML本身的一些不足（例如逻辑判断、文件操作、键盘输入、精确控制场景等），进而完善与HTML等其它媒体的交互,也可实现复杂的虚拟环境系统网络课件。2.4VRML的优化VRML是一种三维场景的应用，只所以未能真正推广开来，最重要的一点也就是它的下载速度慢，对复杂场景的渲染给系统带来的开销很大，为保证能顺畅的浏览场景，对VRML文件的优化是必不可少的，下面介绍几种常用优化方法[3]：(一)删除程序中不必要的间隔。检查是否有语法、值类型的错误，提供的域值是否在适当范围内，检验是否有语法、值类型的错误，应尽量删除文件中不必要的空格、空行等，(二)导入模型的优化，删除和隐藏场景中的不可见面。通过建模工具建立的模型。虽然有逼真的效果，当导出为VRML文件时，数据的精确度会非常高，从而使文件的体积过大，影响其网络传输速度，压缩数据，减小精确度是必不可少的。(三)多使用DEF/USE命名方式，减少文件的代码长度。(四)原型（PROTO）封装。通过原型定义，可以创建新的类型节点，为架枸个性化场景带来了很大方便。(五)有效使用纹理。纹理是可重复使用和具有延展性的，可用以使用小纹理代替大纹理，利用SCALE将纹理映射为多辐纹理，从而提高场景的渲染速度。(六)使用纹理图产生复杂的几何体。一些复杂的几何体应尽量用BILLBOARD将纹理图映射为复杂的几何体。(七)利用压缩工具压缩VRML文件。经压缩后的VRML文件只有原来的1/3，压缩相当高，具体可采用GZIP压缩工具，也可以采用VRMLPAD提供的压缩工具。第三章基于网络的虚拟展示平台3.1虚拟展示平台的特点随着数字化设计的发展，人们已不再满足在网上浏览一些静态的、文本类、二维的产品图片，而对那些具有动态的、三维可视化效果的产品需求越来越迫切。目前，在一些行业如家电、轻工业产品和医疗设备领域，三维数字化产品虚拟展示已初步得到应用，其中的一个重要特点就是，基于用户需求，以三维实体形式构建产品模型，并将三维的（包括结构和性能特点）设计信息及时展现给客户，让用户尽早了解产品的特点、性能等因素。这里的产品信息主要包括两部分：一是三维模型信息，包括产品的外观、色彩、结构、材质等三维模型信息；二是动态运行信息，包括在运行过程中所传达出来的特征及运行状态等。虚拟现实具有多感知性（multi-sensation）、沉浸感（immersion）、交互性(interaction)和自主性(autonomy)这四个重要特征[4]。沉浸感：是指计算机生成的虚拟世界能给人一种身临其境的感觉，即计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉感知、嗅觉感知等，理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。多感知性：指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。交互性：是指人能够很自然地跟虚拟世界中的对象进行交互操作或者交流；用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。构想：是指用户通过对虚拟环境中物体的操纵与观察加深对事物的认识和理解，提高感性与理性认识，从而启发新的构思。虚拟现实技术的每一步发展都是围绕它的特性而进行的，让人们能沉浸到计算机所创建的环境在，激发人类的灵感。虚拟产品展示设计平台最主要的功能是为企业提供一个设计具体产品交互式虚拟展示系统的开发环境，以便于顾客在虚拟环境下了解产品的各种信息。借助该平台，企业能简单、全面、直观地为顾客发布产品。3.2虚拟展示平台的关键技术3.2.1三维物体的建模科学技术不断进步和经济的不断发展、全球化信息网络和全球化市场形成及技术变革的加速，一方面网络应用具备了更好的载体；同时，对于网络应用技术的研究工作也提出了更高的要求。我国具有悠久的历史，数千年的文明史为我们留下了不计其数的珍贵文物，其品种之丰富，制作之精致，无不具有很强的中华民族的特色。良渚文化中出土了很多文物，其中不乏文物精品，具有极高的艺术和历史价值，特别是良渚玉器的精美是绝无仅有的。建立基于虚拟现实与人机交互、网络以及其它相关技术的虚拟网络平台的开发，实现资源共享，保护珍贵的文物。3DSMAX是集实体造型、图象与三维动画制作于一体的功能强大的应用软件。虚拟现实涵盖了较多的学科与领域，需要综合运用多种手段，以真实模拟现实为目的，3DSMAX则扮演了重要的角色世界事物很多，它在3DSMAX中建模方法各有不同，依据不同目标物体的形状可以分为以下几种建模方法及其运用的对象：旋转建模：用line工具绘出对称截面,加入lathe(旋转)修改器可得到三维实体，用于具有中心轴对称的物体如各种陶器,以及大部分的水果。LOFT放样建模：用于在一段路径上具有一致截面或有少数截面的情况。BOOLEAN建模：用来将两个造型物体进行BOOLEAN合成。细分建模：主要用于具有较为规则的平面或光滑曲面的物体。复制、堆积建模：用于具有不规则形态的形体阵或堆积如树木，石块。依附建模：用于带有空间扭曲或变形的物体建模。面片建模：用于左右对称的生物。NURBUS曲面建模：用于大部分的曲面物体。材质建模：形状一些特殊的效果，实现主要由材质来完成。组合建模：用于工业中的复杂零件，大部的家用电器、交通工具等[5]。一些简单的玉器的制作则在3DMAX7.0中创建一些基本的模型即可，比如玉壁的制作相对来说比较简单，直接创建一个TUBE（图3-1），然后在下面的属性栏（图3-2）里设定相应的比例值，也可在修改（MODIFY）面版中执行。图3-1图3-2可以得到一个类似这样的模型（图3-3）图3-3一般的玉器则相对来说没有这么简单，如柄形器，牌饰，玉冠形器等等，诸如此类的3D模型的构造。以玉冠形器为例构建相对复杂的模型。首先还是建一个长方体，然后在修改面版中确定它们的比例，[6]在下面的SEGS值中每个面的设定一些值（相对来说值越大，其模型的精确值越高），然后选定编辑网格（EDITMESH）修改器选项，单击卷栏下的多边形按钮（图3-4），选择其中的某些平面进行拉伸，得到自己想要的结果，最后退出在修改面版中选择平滑网格（MESHSMOOTH），使物体更真实些。其中对于中间的洞孔则可以用布尔运算获得。有时3DSMAX生成的VRML文件比较大。由于受到Internet的带宽及传输速率的限制，在利用3DSMAX建模时不宜太精细，贴图不要太复杂（尽量不用贴图），场景尽量简单。在建模时减少基本几何体的分段数以节约面数[7]，删除场景中不可见的面，在权衡存储数据和外形美观的条件下，做到小而精。还有对于3DSMAX导出的有些元素并不能生成，比如一些隐藏面，其它类型的材质，光滑组等等一些无法显示，所以在3DSMAX建模中就必须注意这些。3.2.2纹理映射纹理映射是近几年来发展最快的技术之一，广泛应用于三维真实感图形的生成与显示中。运用纹理映射可以方便地制作真实感图形而不花更多的时间去考虑物体的表面细节，只有物体的形状是不够的，要使物体具有真实感，还需要设计和制作物体的属性和表面图案，如材质、贴图，最后把这些内容有机的结合起来就可以制作出一个具有强烈真实感的三维物体建模，建模后，要对形状模型的每一部分分配材质和贴图，既简化了模型的设计，又不会对视觉产生很多的影响。在设计过程中就遇到了一些类似的问题，比如贴图的处理，用纹理映射的技术贴图，效果好多了。下面是设计中的两次贴图，明显可以看出第二幅更真实些，虽然第一幅图的显示其中有作者本身的纹理技术有关，但使用第二幅的技术相对简单也不会产生很大的影响。图3-4图3-5纹理是由材质、纹理和色彩组成的，需要运用PHOTOSHOP（图象处理软件）来实现，先从专业网站上寻找图片的来源，然后对图象一些处理，如平滑、锐化等处理，把起背景色截出来，保存为PNG格式，然后直接在VRML里贴图。材质是物体的表面经过渲染之后所表现出来的特征，包含了物体的颜色、质感、光线、透明度和图案等特性，在3DSMAX中有颜色（COLOR）、光亮程度（SHININESS）、自发光度（SELF-ILLUMINATION）及不透明度（OPACITY），它们可使网格对象在着色时以真实的质感出现。如其中的自发光选项，下面图象分别以0，50，100为例。图3-6图3-7图3-8贴图是继材质之后又一个增强物体质感和真实感的强大技术，如何很好的进行贴图处理，是一件作品的关键之处。其类型可分为二维贴图、三维贴图、合成贴图与其他贴图。点击材质编辑按钮，在MAP卷栏下选择DIFFUSE选项，在弹出的材质浏览器复选[NEW]选项图3-93.2.3光照光照是虚拟现实场景中必不可少的元素，场景中的光线可以来自多个光源，OpenGL在模拟光源和光照时将光分解为红、绿、蓝三种分量，根据光源的颜色设置和物体表面材质属性的设置可以表现不同的颜色效果。光照被分为4个独立的部分：环境光、散射光、镜面反射光和发射光，这4种光被分别计算，然后叠加起来。光源的属性包罗颜色、位置和衰减以及方向。在现实世界中，离光源越远，光线越弱。由于定向光源位于无穷远处，根据距离衰减光强没有任何意义，而对于定位光源，需要设置衰减。通过将发射光限定在物体内，设定定位光源为聚光灯。在加光源的时候我们会注意到这样一个问题，在场景中加入光源比较简单，但是光源在场景中没有具体的物体形态来表达，也就是只能看到光照效果但没有具体的光源物体。这样给更改光源位置和选择光源带来不便。对此我们就在光源所在的位置加入实物代表的方法。在OSG中实现灯光的功能相对简单，主要借助OSG提供的两个类osg::LightSource和osg::light完成。在三维场景中添加灯光节点的方法，首先定义Light类型并将其加入到LightSource中，再将LightSource加入到Group加入场景中，我们在引擎中实现了动态添加灯光，设置灯光的类型、位置、颜色等功能[8]。3.2.4阴影阴影可以给出有关物体间的空间关系和光源的位置信息，有了阴影可以极大地增强画面的真实感。阴影分为本影和半影，位于中间的全黑的部分为本影，本影周围半明半暗的区域为半影。本影是任何光线都照不到地区域，半影则可以接受部分光线。阴影的生成分为静态过程和动态过程，静态的阴影生成是根据光源和物体的位置关系，事先生成的一张阴影图，在运行时将该阴影图调入到场景中，静态过程的优势在于对系统性能要求较低，资源占用不大，显示速度快，但是它不会随光源或视点的移动而实时变更，但是这种方式不能很好地体现真实性[8]。阴影的产生可以采用多遍扫描和深度纹理想结合的技术，判断哪些面或者部分不能被光源照射到。这时可以逐个判断哪些物体的表面会产生阴影，另一种方法采用texgen自动生成纹理坐标。3.2.5交互VRML是一种用来描述可在WORLDWIDEWEB上运行的、可交互的3D世界和对象的文件格式，是一种描述性语言，以节点为基本单位，但由于用节点来写模型不够直观，且不易描述具有复杂面的形体，3DSMAX正好弥补了这个缺陷[9]。模型建好以后点击File/Export，出现一个对话框，单击“存为类型”下拉列表框，选取“VRML97(＊.WRL)"文件类型，最后取一个相应的名称，单击“保存”,会出现一个VRMLEXPORT对话框，取默认值，单击OK就生成了一个以WRL为后缀的文件，该文件就可以用安装有VRML浏览器的IE打开浏览。下面是用3DSMAX建模后生成的VRML文件图3-9之后对于VRML中的一些属性的添加，比如能够让虚拟物品的旋转（DEF sensorCylinderSensor{}ROUTEsensor.rotation_changedTOyuguan.rotation），背景光等等这些。第四章基于网络的良渚文化交互式虚拟展示平台4.1系统的提出良渚遗址已成为实证中国五千年文明史的最具规模和水平的地区之一，是中华民族和东方文明的圣地。目前在环太湖流域的浙江省、江苏省、上海市共发现良渚遗址300多处，可划分为5大片和若干个点，即莫角山片、苟山片、瑶山片、土垣片、汇观山片，其中以余杭良渚最为集中。良渚文化单元共分为6类，即宫殿群、祭坛墓葬复合、墓葬、村落、城市防卫工程、原始农耕区，是中国新石器时代最完整而庞大的考古遗址之一。图4-1（良渚文化遗址）图4-2（良渚文化遗址）说到良渚文化，最优秀的代表就是那些众多的出土玉器，那些精美的璀璨晶莹的古玉：玉琮、玉璧、玉钺、玉镯、玉璜、玉串饰、柱形器、冠形器、三叉形器、锥形器、冠饰、牌饰、坠饰、项链、带钩、管、珠、乌、蝉、龟、鱼、蛙⋯⋯据不完全统计，良渚文化玉器的品种有61种之多，按玉器的功能来分，有礼器、装饰品、组装件和杂器4大类。良渚文化时期，农业已经进入犁耕稻作，手工业趋于专业化，琢玉业尤为发达。当时的玉器不仅以造型端庄对称、品种丰富取胜，更以其堪称鬼斧神工的精湛制作技艺令人拍案叫绝[10]。图4-3（玉壁）图4-4（玉琮）图4-5（史前牌饰）图4-6（玉冠形器）2001年，由分管副省长任组长的浙江省良渚遗址申报《世界遗产名录》领导小组成立，良渚遗址“申遗”工作提上省及杭州市、余杭区各级政府议事日程，余杭区组织人员成立良渚遗址申请领导小组办公室。2006，经指派专家考察，鉴于良渚遗址的突出价值和保存现状，地方的保护积极性，国家文物局同意将良渚遗址列入重新审订后的中国世界文化遗产预备名单[11]。创建一个基于虚拟现实与人机交互、网络以及其它相关技术的关于良渚文化的系统，实现资源共享，保护珍贵的资源。4.2平台开发工具的介绍4.2.1DREAMWEAVER的概述DREAMWEAVER是美国MACROMEDIA公司开发的集网页制作和管理网站于一身的所见即所得网页编辑器，它是第一套针对专业网页设计师特别发展的视觉化网页开发工具，利用它可以轻而易举地制作出跨越平台限制和跨越浏览器限制的充满动感的网页。DREAMWEAVER、FLASH以及在DREAMWEAVER之后推出的针对专业网页图像设计的FIREWORKS，三者被MACROMEDIA公司称为DREAMTEAM(梦之队)。DREAMWEAVER的特点（1）最佳的制作效率（2）网站管理：使用网站地图可以快速制作网站雏形、设计、更新和重组网页。改变网页位置或档案名称，DREAMWEAVER会自动更新所有连结。使用支援文字、HTML码、HTML属性标签和一般语法的搜寻及置换功能使得复杂的网站更新变得迅速又简单。（3）无可比拟的控制能力：DREAMWEAVER是唯一提供RoundtripHTML、视觉化编辑与原始码编辑同步的设计工具。4.2.23DSTUDIOMAX技术3DSMAX是使用最广泛的专业3D建模，动画和图像制作软件。3DSMAX通过构建虚拟的3维世界，来表现真实现实中的存在。它能创建耀眼夺目的视觉效果，越界引擎和进行视化设计。通过辅助建模软件，先建立三维物体，再在虚拟世界中进行组合，形成丰富多彩的虚拟现实世界，在3DSTUDIOMAX中建立模型，再将这些物体以.wrl格式导出为VRML世界，编辑在它们在虚拟世界中的位置。4.2.3VRMLPAD开发工具VRML的发展历史不长，但由于其强大的功能和诱人的应用前景，许多支持VRML的专业编辑系统不断涌现，VRMLPAD便是其中一种，功能专一且强大，并且使用方便、简单。4.2.4PHOTOSHOP工具Photoshop是一个作图软件，功能强大，小到处理照片大到大型广告设计制作都用它。处理图片为网页制作方面做了重要铺垫。4.2.5JS脚本语言的扩充与交互功能JS是JavaScript的缩写，是应用程序，可以与数据库和其它数据进行交互，增加某些功能完善了系统的开发。在VRML中，利用Script节点定义用户自定义行为。Script节点可以与虚拟场景外的程序相结合，可以支持由Java、Javascript编程语言写成的脚本程序，以实现虚拟场景的动画生成、逻辑控制以及浏览器交互，操纵场景的层次结构等功能。4.3系统总体设计4.3.1系统功能需求本论文设计的是关于良渚文化的交互式虚拟展示平台，工作内容是设计一个关于良渚文化的全面介绍，其系统主要有如下的功能需求：良渚文化的全面信息展示，这是本设计的主要内容，包括信息的收集等一些前期的准备工作，把良渚文化的信息展示给观众。基于虚拟展示VRML开发，是本设计的核心部分。要达到视觉效果实现，系统性能优化，与JAVA等编程的一些交互。网页交互功能的实现，用ASP编程技术，创建与用户沟通的问卷调查以及留言版的交流功能。4.3.2系统的体系结构系统的主页面设计包括以下几个部分。