虚拟现实Chapter2-4VRML-new.ppt

1、四 虚拟现实建模语言：VRML 虚拟现实造型语言虚拟现实造型语言(Virtual Reality Modeling Language) 网上三维构模网上三维构模技术技术VRML是用来表征虚拟世界中的是用来表征虚拟世界中的个体个体，并体，并体现虚拟现实的现虚拟现实的交互性交互性与与临场感临场感要求的一门要求的一门语言语言（一）（一）VRML基本概念基本概念（二）（二）VRML的浏览与编辑的浏览与编辑（一）VRML基本概念VRML:一种与一种与互联网结互联网结合，描述三维交互世界的合，描述三维交互世界的程序语言程序语言，主要用于创建虚拟现实的对象、，主要用于创建虚拟现实的对象、景象和展示模型等；景

2、象和展示模型等；通过通过浏览器浏览器，互联网的用户可以观赏到由，互联网的用户可以观赏到由VRMLVRML创建的三维虚拟现实；创建的三维虚拟现实；1 1、VRMLVRML的由来的由来19941994年在第一届互联网国际会议上，年在第一届互联网国际会议上，Mark Mark PescePesce发表关于如何在发表关于如何在WebWeb上运行三维立体世界上运行三维立体世界的研究。经过讨论，互联网国际会议同意制定的研究。经过讨论，互联网国际会议同意制定一个描述三维场景的语言一个描述三维场景的语言VRMLVRML。多次讨论后，专家一致同意关于多次讨论后，专家一致同意关于VRMLVRML的三点要的三点要求

3、：求：平台独立性平台独立性、可扩充性可扩充性和和低带宽低带宽(14.4kbps)(14.4kbps)网络环境下网络环境下的运作能力。的运作能力。 2、VRML 1.0 1995年年5月月26日制定了日制定了VRML 1.0的规则，的规则，VRML 1.0采用由采用由SGI (Silicon Graphics, Inc.)设设计的，由计的，由OpenInventor开发开发VRML的文件格式，的文件格式，完全支持三维场景的描述，拥有交互性三维应用完全支持三维场景的描述，拥有交互性三维应用程序的特征，具有支持网络的能力。程序的特征，具有支持网络的能力。 3. VAG1995年，通过电子邮件参与讨论

4、的专家组成了年，通过电子邮件参与讨论的专家组成了VAG (VRML Architecture Group,VRML技术技术组组)，其目标是促成，其目标是促成VRML组织的成立。组织的成立。4. VRML 2.01996年年8月月4日，公布了正式的日，公布了正式的VRML 2.0规格规格书。并且成立了书。并且成立了VRML Consortium(VRML协协会会)。 5. VRML 97(VRML 2.0的国际标准的国际标准) VRML 97的国际标准是由的国际标准是由ISO(International Organization for Standards，国际标准化组，国际标准化组织织)、IE

5、C (International Electrotechnical Commission，国际电子会议，国际电子会议)和和VRML Consortium的的JTC 1(Joint Technical Committee 1，技术联合委员会，技术联合委员会)联合开发的。联合开发的。X3D：（：（Extensible 3D）X3D：Web3D协会制定的下一代协会制定的下一代VRML97标准标准可扩展的、互联网上的可扩展的、互联网上的3D图形规范图形规范X3D与与XML集成，能提供标准集成，能提供标准VRML97浏览器浏览器的全部功能的全部功能VRML的特点：的特点：平台独立性平台独立性基于文件，不

6、需编译、链接基于文件，不需编译、链接只需要只需要VRML浏览器浏览器与操作系统无关与操作系统无关可扩展性可扩展性自定义节点自定义节点低带宽要求低带宽要求存储空间小存储空间小大场景被分解为多个文件大场景被分解为多个文件VRML的特点：的特点：实时的图形渲染实时的图形渲染渲染：三维空间中的对象，由观察角度确定对象的渲染：三维空间中的对象，由观察角度确定对象的显示效果，并显示在屏幕上显示效果，并显示在屏幕上基于事件的交互基于事件的交互通过路由连接节点通过路由连接节点1、浏览、浏览VRML的条件：的条件： 可以上网的可以上网的计算机计算机 Internet Explore或或Navigator浏览器浏

7、览器 一个可以让浏览器具备浏览一个可以让浏览器具备浏览VRML功能功能的的外挂外挂(Plug-In)程序程序（二）VRML的浏览与编辑浏览器外挂程序浏览器外挂程序 常见的常见的VRML浏览器外挂程序的名称、可浏览器外挂程序的名称、可浏览的三维语言及操作系统与平台：浏览的三维语言及操作系统与平台：产品名称(开发公司)可浏览的三维语言操作系统与平台2000cities-3D browser and portal(Bart Jellema)OpenGLVRML 97Windows3Space Assistant from TGS(Template Graphics Software)VRML 1.0

8、VRML 97, CADWindows 9x/NTBlaxxum Contact 4.1(blaxxun interactive, Inc.)VRML 1.0VRML 97Windows 95/NTCASUS Presenter(Fraunhofer Institute for Computer Graphics)VRML 97SGI IRIX, Linux Windows9x/NTCommunity Place(Community Place)VRML 1.0VRML 97Windows 95/NT产品名称(开发公司)可浏览的三维语言操作系统与平台Cortona (ParalleGraphi

9、cs)MacintoshVRML 1.0Windows 95/NT/CEVRML 97Cosmo Player (Platinum)VRML 1.0Macintosh, SGIVRML 97Windows 3.x/95/NTCult3D ViewerVRML 1.0Macintosh, PCVRML 97Vivekas COSMO PLAERWindows 95/NTSGIDive (Emmaunel)VRML 1.0HP-UX, Sun, SGIWindows 95/NTDpIV (Fighting Bull Technology, LLC)VRML 97Windows 95/NTExpre

10、ssVR (Brad Anderson)VRML 1.0Windows 95/NTFreeWRL (John Stewart)VRML 97LinuxGLView (GLView is unsupported)VRML 1.0VRML 97 Windows 95/NT产品名称(开发公司)可浏览的三维语言操作系统与平台i3D (CERN VENUS group)VRML 1.0Digital Unix, SGIKwrl Version 0.0.7 pre AlphaVRML 1.0LinuxLibVRML 97 (Chris Morely)VRML 97Digital Unix, HP-UX,

11、SGI, IBM AIX, Linux, Sun Windows 95/NTPueblo (Chaco Communication, Inc.)VRML 1.0Windows 3.x/95/NTSolidView (Solid Concepts, Inc.)VRML 1.0VRML 97Windows 3.x/95/NTTerraForm (Brilliance Labs, INC.)VRML 97Windows 95/NTViscapeVRML 97PCVRMLLeyes (Aspex Software)VRML 1.0Acorn RiscOsVRML View (SIM)DFX, 3DsV

12、RML 1.0VRML 97SGI, LinuxWindows NT/95/98BeOs产品名称(开发公司)可浏览的三维语言操作系统与平台Vrwave (IICM, Graz University of Technology, Austria)VRML 97Dec Alpha, HP-UXUnix, SGI, SunVoyager (Virtus Corporation)VRML 1.0MacintoshWindows 95WebOOGL (University of Minnesota Geometry Center)VRML 1.0SGISunWorldProbe (Uppercut So

13、ftware)VRML 97Windows 95/NTWorldView (Computer Associates)VRML 97Windows 95/NT2、VRML的编辑方法的编辑方法 VRML文件格式：一般文件格式：一般文本文件文本文件，所以基，所以基本上使用任何的纯文本编辑器都可以编辑本上使用任何的纯文本编辑器都可以编辑VRML。 窗口左侧：窗口左侧：Scene Tree，可以看出文件，可以看出文件使用了哪些节点使用了哪些节点( (Node) )以及包含的子节点以及包含的子节点(Child Node)(Child Node)；也可以换成；也可以换成Resources和和File Lis

14、t等子窗口。等子窗口。 窗口右侧：窗口右侧：VRML文件的程序代码。在文件的程序代码。在右侧窗口输入一个新节点，左侧窗口就会出右侧窗口输入一个新节点，左侧窗口就会出现一个相同的节点图标。现一个相同的节点图标。3、VRML的文件结构的文件结构VRML文件：文件： 文本叙述文本叙述(Textual Description)文件，文件，可用任何文本编辑器编写可用任何文本编辑器编写VRML文件，保文件，保存成存成 .wrl文件。文件。#VRML V2.0 utf8#Draw the columnShape appearance DEF Yellow Appearance material Materi

15、al diffuseColor 1.0 1.0 0.0geometry Cylinder radius 0.5height 4.0#Draw the baseTransform translation0 -3 0children Shapeappearance USE Yellowgeometry Box size 2.0 2.0 2.0（1）VRML的文件头的文件头 上例的第一行上例的第一行 #VRML V2.0 utf8是是VRML的文件头，在任何的文件头，在任何VRML程序的第一行程序的第一行都必须写上这个文件头。都必须写上这个文件头。 文件头是对文件头是对VRML文件的描述：文件的描述

16、： 它是一个它是一个VRML的文件头；的文件头； 它是使用它是使用VRML 2.0版的规格来完成；版的规格来完成； 文件是使用国际文件是使用国际UTF-8的字符集合。的字符集合。 UTF-8字符集合：标准的字符集合，只要能字符集合：标准的字符集合，只要能在键盘上找到的字符，在键盘上找到的字符， UTF-8字符集合都包含在字符集合都包含在内，所以一个内，所以一个UTF-8的的VRML的文件中能输入任的文件中能输入任何何ASCII码。码。UTF-8是由是由ISO的规范的规范(ISO/IEC 10646.1:1993)提出的。提出的。 #VRML V2.0 utf8（2）VRML的文件注释的文件注释

17、 上例的第二行上例的第二行 #Draw the column 文件注释说明程序的目的：画柱子。注释帮文件注释说明程序的目的：画柱子。注释帮助程序设计师记录本段程序的意义，以便日后修助程序设计师记录本段程序的意义，以便日后修正；可以帮助程序设计师修改错误时，先将部分正；可以帮助程序设计师修改错误时，先将部分程序转成注释；还可以帮助非此程序设计者阅读程序转成注释；还可以帮助非此程序设计者阅读此程序时了解程序的目的。此程序时了解程序的目的。 在在VRML的程序中，注释的使用方式就是在的程序中，注释的使用方式就是在每行程序的开头加上每行程序的开头加上“#”（3 3）节点）节点 VRML文件中最基本的单

18、位，节点还文件中最基本的单位，节点还包含子节点包含子节点(Child Node)和描述节点属性的和描述节点属性的字段字段(Fields)。 如如Shape节点：用来形容对象的几何形节点：用来形容对象的几何形状状(Geometry节点，如球体、长方体和圆柱节点，如球体、长方体和圆柱体体)及外观及外观 (Appearance节点，如表面的颜节点，如表面的颜色、透明度和光滑度色、透明度和光滑度)的节点。的节点。 前例中的一个节点前例中的一个节点 geometry Cylinder radius 0.5 height 4.0 一个节点通常包含节点的名称一个节点通常包含节点的名称(如如Cylinder)

19、，一对大括号一对大括号 ，以及，以及字段和字段值字段和字段值(如如radius 0.5)。字段和字段值字段和字段值 字段和字段值描述节点的属性。字段和字段值描述节点的属性。 字段可以分成两类，一类是字段只包字段可以分成两类，一类是字段只包含一个单独值，开头的名称为含一个单独值，开头的名称为SF(Single.value fields)；另一类则是包含多；另一类则是包含多重值，开头名称为重值，开头名称为(Multiple.valued fields)。 多重值的字段值有顺序地写在中括号多重值的字段值有顺序地写在中括号 里，如果字段没有任何值，只需列出中里，如果字段没有任何值，只需列出中括号括号

20、；如果只有一个值也可将中括号省；如果只有一个值也可将中括号省略。例如，有一个字段值类型为略。例如，有一个字段值类型为MFInt32的多重字段名为的多重字段名为foo，但它只含一个字段值，但它只含一个字段值1，有以下的表示方式：，有以下的表示方式： foo 1 foo 1, foo 1（4 4）事件和路由）事件和路由 节点通过接收事件而改变。大部分的节点通过接收事件而改变。大部分的节点有能力处理事件节点有能力处理事件(eventIns)。通过接收。通过接收事件的指示，节点可以改变目前的状态。事件的指示，节点可以改变目前的状态。例如节点的颜色可以改变，例如节点的颜色可以改变，set_ _color

21、。当。当一个节点被改变了，它会对改变的状态有一个节点被改变了，它会对改变的状态有所反应。送出一些发生事件所反应。送出一些发生事件(eventOuts)，例如例如Color_changed。1)事件事件 一个一个exposeField能够接收事件，如能够接收事件，如eventIn；能够产生事件，如；能够产生事件，如eventOut。事。事件是短暂的，事件值不会被写入件是短暂的，事件值不会被写入VRML的的文件中。文件中。 如果一个如果一个exposeField称称zzz，那么它的，那么它的eventIn事件为事件为set_zzz，eventOut事件则为事件则为zzz_changed。 连接一个

22、节点的连接一个节点的eventOuts事件和事件和eventIns事件。事件。Route不是节点，只是简单的不是节点，只是简单的语言结构，告诉一个事件如何从某个节点到语言结构，告诉一个事件如何从某个节点到达另一个节点。达另一个节点。2 2）路由）路由( (Route) Route可以放置在可以放置在VRML文件的最顶层、文件的最顶层、在在PROTO的定义中或在会出现字段的节点的定义中或在会出现字段的节点内。内。 ROUTE Syntax ROUTE NodeName . eventOutName changed TO NodeName . set eventinName#VRML V2.0 u

23、tf8#VRML V2.0 utf8Group Group children children DEF Ball Transform DEF Ball Transform children Shape children Shape appearance Appearance appearance Appearance material Material material Material geometry Sphere geometry Sphere , , DEF Clock TimeSensor DEF Clock TimeSensor cycleInterval 2.0 cycleInt

24、erval 2.0 loop TRUE loop TRUE , , DEF Ballpath PositionInterpolator DEF Ballpath PositionInterpolator key 0.0,0.20,0.65,1.0 key 0.0,0.20,0.65,1.0 keyValue keyValue 1.0 1.0 1.0, 1.0 1.0 1.0, 1.5 1.5 1.5, 1.5 1.5 1.5, 1.1 1.1 1.1, 1.1 1.1 1.1, 1.0 1.0 1.0, 1.0 1.0 1.0, ROUTE Clock.fraction_changed TO

25、Ballpath.set_fractionROUTE Clock.fraction_changed TO Ballpath.set_fractionROUTE Ballpath.value_changed TO Ball.set_scaleROUTE Ballpath.value_changed TO Ball.set_scale 地理虚拟建模语言（GeoVRML） GeoVRMLGeoVRML：一种地理虚拟建模语言。用虚：一种地理虚拟建模语言。用虚拟建模语言（拟建模语言（VRMLVRML）为基础来描述地理空）为基础来描述地理空间数据。其目的是让用户通过一个在间数据。其目的是让用户通过一个在W

26、ebWeb浏浏览器安装的标准的览器安装的标准的VRMLVRML插件来浏览地理参插件来浏览地理参考数据、地图、和三维地形模型。考数据、地图、和三维地形模型。GeoVRMLGeoVRML本质上是对本质上是对VRML 97VRML 97标准的扩充，但它在标准的扩充，但它在继承了继承了VRMLVRML众多优点的基础上，又具有自己的众多优点的基础上，又具有自己的特性，其中包括：特性，其中包括： (1) (1) 支持多种坐标系统和参考椭球支持多种坐标系统和参考椭球 VRMLVRML标准仅仅支持局部迪卡尔坐标系，标准仅仅支持局部迪卡尔坐标系，GeoVRMLGeoVRML全面支持多种常用坐标系和参考椭球全面支

27、持多种常用坐标系和参考椭球。只需在。只需在VRMLVRML文件中指定使用的坐标系和椭球文件中指定使用的坐标系和椭球名称并以规定的格式给出各种数据，名称并以规定的格式给出各种数据，GeoVRMLGeoVRML自动将它们转换、映射到屏幕坐标系中。自动将它们转换、映射到屏幕坐标系中。(2) (2) 全面提高数据精度全面提高数据精度 VRML 97VRML 97规定所有的数值均为规定所有的数值均为3232位位IEEEIEEE单精度单精度浮点类型，在这样的精度条件下，利用浮点类型，在这样的精度条件下，利用VRMLVRML进进行地理信息的发布将导致数据重叠、视点抖动行地理信息的发布将导致数据重叠、视点抖动

28、等一系列问题。等一系列问题。 GeoVRML GeoVRML 扩展所有的数值类型为扩展所有的数值类型为6464位双精度型位双精度型，提高精度指标到毫米级。，提高精度指标到毫米级。(3) (3) 三维建模型功能进一步增强三维建模型功能进一步增强 为了加强对复杂模型的支持，为了加强对复杂模型的支持，GeoVRMLGeoVRML新增加新增加了了GeoCoordinateGeoCoordinate（描述对象的地理坐标）、（描述对象的地理坐标）、GeoElevationGridGeoElevationGrid（建立（建立DTMDTM模型）、模型）、GeoLocationGeoLocation（将标准的（

29、将标准的VRMLVRML模型精确植入场模型精确植入场景）等景）等1010个节点。合理地使用这些节点，可以个节点。合理地使用这些节点，可以简便、迅速地实现数据的三维可视化。简便、迅速地实现数据的三维可视化。(4) (4) 浏览模式的增强浏览模式的增强 针对针对VRMLVRML插件固定用户运动步长的缺点，插件固定用户运动步长的缺点，GeoVRMLGeoVRML实现了实现了基于高程的浏览基于高程的浏览模式，即根据用户当前视点模式，即根据用户当前视点的高程值确定运动步长。这样，大大方便了用户对的高程值确定运动步长。这样，大大方便了用户对整个场景的控制。整个场景的控制。 另外，另外，GeoVRMLGeo

30、VRML还有源代码开放、与高级语言（还有源代码开放、与高级语言（JavaJava、C+C+等）可以进行通讯等特点。等）可以进行通讯等特点。GeoVRMLGeoVRML规范已经正式作为附件收入规范已经正式作为附件收入VRML97VRML97国际标准，并将作国际标准，并将作为地理几何组件包括在为地理几何组件包括在X3D/VRML200XX3D/VRML200X国际标准中。国际标准中。目前目前 Cosmo PlayCosmo Play、ParallelGraphics CortonaParallelGraphics Cortona VRML VRML ClientClient、Xj3DXj3D 等等 VRML/X3D VRML/X3D 浏览器提供浏览器提供 GeoVRML GeoVRML 支持。支持。