VRML程序設計VRML程序設計四、造型的空間變換、編組和素材調用4.1造型的空間變換4.2造型編組和素材調用4.3其他組節(jié)點的使用Chapter4四、造型的空間變換、編組和素材調用4.1造型的空間變換Ch4.1造型的空間變換在VRML中創(chuàng)建的立體造型都是以默認坐標系的原點為中心進行定位的。Transform坐標變換節(jié)點可以創(chuàng)建一個新的坐標系，通過對坐標系的平移、旋轉、縮放操作，實現(xiàn)對立體造型位置、角度、縮放比例的改變。4.1造型的空間變換在VRML中創(chuàng)建的立體造型都是以默認坐一、Tronsform坐標變換節(jié)點Transform坐標變換節(jié)點用于創(chuàng)建一個或多個不同于默認(原始)坐標系的新坐標系。Transfom節(jié)點是一個組節(jié)點，在此節(jié)點下面可以包含一個或多個子節(jié)點，所有子節(jié)點的定位中心都基于同一個坐標系的原點。這些子節(jié)點可以是Shape造型節(jié)點、Group編組節(jié)點，也可以是下一層的Transform節(jié)點。

一、Tronsform坐標變換節(jié)點Transform{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldSFVec3fcenter000exposedFieldMFNodechildren[]exposedFieldSFRotationrotation0010exposedFieldSFVec3fscale111exposedFieldSFRotationscaleOrientation0010exposedFieldSFVec3ftranslation000fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}Transform{二、空間坐標的平移

空間坐標的平移是通過對Transform節(jié)點的trans1ation域的域值的設定，建立新的坐標原點，作為children域中所有子節(jié)點創(chuàng)建的造型的定位點，從而實現(xiàn)原始坐標系和新坐標系造型之間相對位置的移動和變化的。

三、空間坐標的旋轉空間坐標系旋轉的方法：利用Transform坐標變換節(jié)點中rotation域的域值指定旋轉軸及旋轉角度，形成一個新的旋轉后的空間坐標系，然后在新坐標中創(chuàng)建一個或一組造型。

如果需要在前面變換的基礎上連續(xù)進行空間變換，可以使用Transform節(jié)點進行逐級的嵌套變換，嵌套級數(shù)沒有限制。

二、空間坐標的平移四、空間坐標的縮放現(xiàn)實世界中的物體是千姿百態(tài)的，很難用幾種標準的造型來概括。例如，前面學習的簡單造型節(jié)點可以很容易地創(chuàng)建出圓球造型，但是要做出一個橢圓形的氣球就不容易了，其實這樣的造型可以通過對簡單造型圓球進行不同方向上的縮放拉伸來完成。和造型的平移、旋轉一樣，造型的縮放必須依靠空間坐標度量單位比例的縮放來實現(xiàn)。通常使用的空間坐標，在X、Y、Z坐標軸上采用相同比例的度量單位，利用Transform坐標變換節(jié)點中scale域scaleOrientation域和center域的域值設定不同方向坐標軸的縮放比例，形成一個新的度量單位縮放比例不同的空間坐標系，然后在新坐標系中創(chuàng)建一個或一組經過縮放處理的造型。四、空間坐標的縮放4.2造型編組和素材調用VRML提供了一類具有編組功能的節(jié)點，它們可以把多個造型作為自己的子節(jié)點組合成一個整體，一起進行平移、旋轉、縮放、外觀設計、定義和調用等項操作。在設計中合理使用組節(jié)點，能夠減少很多重復性的工作。這類組節(jié)點包括:Group編組節(jié)點、Transform坐標變換節(jié)點、Inline內聯(lián)接點、Anchor超級鏈接節(jié)點、Switch選擇開關節(jié)點、Billboard布告牌節(jié)點和LOD細節(jié)層次控制節(jié)點等。4.2造型編組和素材調用VRML提供了一類具有編組功能的節(jié)一、Group編組節(jié)點Group{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldMFNodechildren[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}一、Group編組節(jié)點二、素材調用的基本方法1.采用DEF節(jié)點定義及USE節(jié)點引用的方法2.利用Inline內聯(lián)節(jié)點，從本文件范圍之外的其他文件或者互聯(lián)網上，調用不需要進行修改加工的素材，素材成為原場景的一部分3.利用帶有鏈接功能的Anchor錨節(jié)點，把存儲在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為一個新的完整的場景進行調用，取代原來的場景4.利用PROTO語句和EXTERPROTO語句，在本文件內外及互聯(lián)網上定義的原型節(jié)點和外部原型節(jié)點，調用素材時可以根據(jù)需要對其原有的屬性進行更改或賦予更多的功能二、素材調用的基本方法三、節(jié)點的定義及引用VRML可以采用節(jié)點定義及引用的方法，在本文件范圍內反復調用相同的素材。在虛擬現(xiàn)實的場景設計中，常常需要將相同的造型經過不同的排列、旋轉組合成新的復雜造型。節(jié)點定義及引用的語法格式：節(jié)點定義：DEF節(jié)點名節(jié)點{}節(jié)點引用：USE節(jié)點名四、lnline內聯(lián)節(jié)點在VRML中，可以使用IMine內聯(lián)節(jié)點，從本文件范圍之外的其他文件或者互聯(lián)網的任意位置上，調用不需要進行修改加工的素材。當需要創(chuàng)建包括復雜場景和造型的大型虛擬世界的時候，VRML文件就會變得非常龐大，難于進行管理和調試。采用內聯(lián)的方法，可以將復雜的場景和造型分解成各自獨立的小文件，分別進行設計和調試，作為素材模塊存在本地硬盤或者互聯(lián)網的任意位置上。構建主程序時，在需要插入素材模塊的位置，只需利用內聯(lián)節(jié)點指明素材文件的地址和文件名即可完成調用和插入素材的過程，素材可以很方便地成為整個場景中的一部分。三、節(jié)點的定義及引用Inline{exposedFieldMFStringurl[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}Inline{五、Anchor錨鏈接節(jié)點內聯(lián)節(jié)點是把存在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為整個場景的一個組成部分調到原場景中來，而錨鏈接節(jié)點則是把存在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為一個新的完整的場景進行調用，在原場景中設置一個錨點造型，當瀏覽者點擊錨點造型時，VRML瀏覽器即可鏈接到設定的素材文件，使瀏覽者從原場景中出來，進入到素材文件所構建的新場景中去。Anchor{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldMFNodechildren[]exposedFieldSFStringdescription“"exposedFieldMFStringparameter[]exposedFieldMFStringurl[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}五、Anchor錨鏈接節(jié)點六、原型的定義和調用前面所講的調用素材的三種方法只適用于對素材不需要進行加工處理、原汁原味調用的情況，如果需要對素材的屬性進行更改或賦予更多的功能后調用，可以使用PROTO原型節(jié)點或EXTERPROTO外部原型節(jié)點，它們可以定義可供修改的屬性，例如:顏色、材質、外觀等，還可以根據(jù)需要增加素材的功能。

六、原型的定義和調用原型具有以下功能

(1)素材調用功能。原型可以作為素材庫反復調用。(2)節(jié)點擴展功能。原型可以使用標準節(jié)點和自定義節(jié)點創(chuàng)建新的節(jié)點類型。(3)動態(tài)更新和保護功能。原型可以通過設置接口中的域和事件，對虛擬現(xiàn)實中造型屬性進行更改或者限制更改，從而達到場景的動態(tài)更新和保護一些造型不被改動的目的。(4)造型及動作打包功能。VRML中標準節(jié)點本身均不具備行為自控能力，通過原型可以將造型與交互動作、事件、腳本等VRML元素捆綁使用。(5)網絡運作功能。原型(內部原型)可以在當前文件中定義和反復調用，外部原型可以在其他文件和網絡中定義，在當前文件中反復調用。外部原型提供了跨越網絡調用的強大功能。原型具有以下功能4.3其他組節(jié)點的使用一、Billboard布告牌節(jié)點Billboard{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldSFVec3faxisOfRotation010exposedFieldMFNodechildren[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}4.3其他組節(jié)點的使用一、Billboard布告牌節(jié)點二、Switch選擇開關節(jié)點Switch{exposedFieldMFNodechoice[]exposedFieldSFInt32whichChoice-1}二、Switch選擇開關節(jié)點三、LOD細節(jié)層次控制節(jié)點在創(chuàng)建VRML虛擬現(xiàn)實空間造型的時候，需要兼顧瀏覽器的渲染速度和造型刻畫真實度之間的關系。造型刻畫越細致就越接近于真實，然而相應的VRML文件的體積也越大，瀏覽器的渲染速度就越低，占用計算機CPU的時間就越長。LOD(LevelofDetail)細節(jié)層次控制節(jié)點主要任務就是解決這個問題，該節(jié)點可以根據(jù)瀏覽者與造型距離的遠近，選擇按照不同的細致度刻畫的造型。當造型距離比較遠的時候，選擇用較低層次細節(jié)描述方法創(chuàng)建的造型，忽略一些細節(jié)而只刻畫造型的輪廓、形狀和大小，這與在真實世界中的觀察極為相似。遠距離的物體只能看到模糊的輪廓而看不到細節(jié)，可以減小造型文件的體積，提高瀏覽器的速度。當造型距離比較近的時候，選擇用較高層次細節(jié)描述方法創(chuàng)建的造型，清晰地刻畫造型的紋理和細微特征，保證造型描述的逼真性，這一點也與我們在真實世界中的觀察相一致，物體距離越近，能夠看到的細節(jié)越多、越清晰。三、LOD細節(jié)層次控制節(jié)點LOD{exposedFieldMFNodelevel[]fieldSFVec3fcenter000fieldMFFloatrange[]}LOD{第五章、虛擬現(xiàn)實的場景環(huán)境設計5.1創(chuàng)建背景5.2創(chuàng)建光源5.3創(chuàng)建霧化效果5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航第五章、虛擬現(xiàn)實的場景環(huán)境設計5.1創(chuàng)建背景5.1創(chuàng)建背景

在VRML中添加背景是最簡單、最基本的場景環(huán)境設計方法。虛擬空間背景分為全景空間背景和天體空間背景兩種:全景空間背景是一個將造型包圍在里面的空間立方體,具有前、后、左、右、上、下六個平面,可以根據(jù)需要設置不同的材質和圖片。天體空間背景是一個無窮大的空間球體,分為天空背景和地面背景。天空和地面的劃分以地平線為界。地平線位于原始坐標系XOZ平面向后延伸的無窮遠處,上面的球體是天空,下面的球體是地面。背景和造型的嵌套關系是:造型在最里面,全景空間背景的立方體為中間包圍層,天體空間背景的無窮大球體是最外面的包圍層。如果同時增加了全景空間和天體空間兩種背景,可以通過設置全景空間背景的透明度值決定能否看到天空和地面的顏色。默認情況下,沒有全景空間背景,天空和地面均為黑色。5.1創(chuàng)建背景

在VRML中添加背景是最簡單、最基本的場景空間模型 以VRML空間坐標系的原點為中心的無限大球體 以Z-X平面為地平面

Y+向為天空

Y-向為地面天空角 天空位置與Y+的夾角地面角 地面位置與Y-的夾角空間模型Background{skyAngle[天空角1，天空角2，……]skyColor[天空色0，天空色1，天空色2，……]groundAngle[地面角1，地面角2，……]groundColor[地面色0，地面色1，地面色2，……]}天空色0為0度天空位置的顏色地面色0為0度地面位置的顏色天空色1，2，……對應天空角1，2，……地面色1，2，……對應地面角1，2，……系統(tǒng)自動過渡相鄰位置的顏色角度的單位為弧度顏色由r、g、b分量合成顏色分量的數(shù)值范圍：0.0~1.0Background虛擬現(xiàn)實技術vrml程序設計一些常用角度的弧度值（弧度=角度*π/180）一些常用角度的弧度值（弧度=角度*π/180）5.2創(chuàng)建光源

現(xiàn)實世界中的光源來自于各種能發(fā)光的物體,例如太陽、燈泡、蠟燭、激光器等。

在默認情況下,VRML瀏覽器自動生成一個白色頭燈光源headlight。此光源為平行光束,與瀏覽者的視點同步運動,始終照亮瀏覽者的前方,和井下工作的礦工帽子上的頭燈很相似。頭燈光源可以通過設置NavigationInfo節(jié)點的headlight域的域值,控制光源打開或關閉(FALSE),默認缺省情況下,頭燈為打開狀態(tài),光源的顏色無法改變。本章之前所有的實例均采用這種默認的白色頭燈光源。除此之外,VRML中還可以人工設置三種類型的光源:點光源：點光源

(PointLight節(jié)點)，平行光源(DirectionalLight節(jié)點)和錐光源(SpotLight節(jié)點)。

5.2創(chuàng)建光源

現(xiàn)實世界中的光源來自于各種能發(fā)光的物體,例PointLight點光源節(jié)點點光源由發(fā)光點向四面八方發(fā)射亮度相同的光線,各個方向具有相同性。點光源節(jié)點既可作為獨立的節(jié)點,也可作為其他組節(jié)點的子節(jié)點使用。PointLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFVec3fattenuation100exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFVec3flocation000exposedFieldSFBoolonTRUEexposedFieldSFFloatradius100}PointLight點光源節(jié)點DirectionalLight平行光源節(jié)點現(xiàn)實世界中的平行光源是從無窮遠處照射,因此其光線是平行指向同一個方向的。例如，太陽基本是一個平行光源,太陽離地球相當遠,當太陽的光線到達地球時基本是平行的。DirectionalLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFVec3fdirection00-1exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFBoolonTRUE}

DirectionalLight平行光源節(jié)點SpotLight錐光源節(jié)點

錐光源即光線照射呈光錐狀,光源位于圓錐體的頂點,光線被限制在一個圓錐體的照射空間里;造型只有位于圓錐體空間中才會被照亮。VRML中,常常利用SpotLight節(jié)點創(chuàng)建錐光源,模擬一些特殊光照效果的場景,如舞臺燈光、探照燈、藝術攝影等。

SpotLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFVec3fattenuation100exposedFieldSFFloatbeamWidth1.570796exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFFloatcutOffAngle0.785398exposedFieldSFVec3fdirection00-1exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFVec3flocation000exposedFieldSFBoolonTRUEexposedFieldSFFloatradius100}SpotLight錐光源節(jié)點創(chuàng)建陰影效果VRML光源與自然光源的主要差別在于不能自動產生陰影。自然界的光線無法穿過不透明的物體,當光線照射這些物體時就會出現(xiàn)陰影。由于VRML中的光照只是對造型表面明暗程度的一種模擬,造型對光線沒有遮擋作用,光線可以透過造型完全照射到后面的物體上，所以VRML中的光照只能改變造型表面的明暗分布,不能自動產生陰影的效果。如果想在虛擬世界中模擬自然界的光照效果,則必須人工設置陰影造型。

陰影的形狀常常是造型沿光線照射方向形狀的壓縮和變形,一般利用Transform節(jié)點的scale域模擬陰影的形狀。陰影的顏色通常利用Material節(jié)點的域值設置為灰色或者半透明的深灰色。有些陰影形狀也可以借助于簡單造型來模擬。創(chuàng)建陰影效果5.3創(chuàng)建霧化效果在vrml中使用Fog霧節(jié)點創(chuàng)建霧化效果,模擬自然界的大氣現(xiàn)象,使虛擬現(xiàn)實的場景更加逼真、更加具有層次感,創(chuàng)造一種朦朧的美。霧化效果主要控制兩個因素:一是霧的顏色,二是霧的濃度。霧的顏色可以按照實際情況任意選擇,但通常使用白色,因為白色更接近自然界霧的本色。霧的濃度與人在霧中的能見度相反,霧越濃人的能見度越差,因此可以通過設定觀察者能見范圍的大小來調整霧的濃淡程度。

5.3創(chuàng)建霧化效果在vrml中使用Fog霧節(jié)點創(chuàng)建霧化效果Fog{exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFStringfogType"LINEAR"exposedFieldSFFloatvisibilityRange0eventInSFBoolset_bindeventOutSFBoolisBound}Fog{5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航Viewpoint視點節(jié)點Viewpoint{eventInSFBoolset_bindexposedFieldSFFloatfieldOfView0.785398exposedFieldSFBooljumpTRUEexposedFieldSFRotationorientation0010exposedFieldSFVec3fposition0010fieldSFStringdescription""eventOutSFTimebindTimeeventOutSFBoolisBound}5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航Viewpoint視點節(jié)點NavigationInfo導航節(jié)點

NavigationInfo{eventInSFBoolset_bindexposedFieldMFFloatavatarSize[0.25,1.6,0.75]exposedFieldSFBoolheadlightTRUEexposedFieldSFFloatspeed1.0exposedFieldMFStringtype"WALK"exposedFieldSFFloatvisibilityLimit0.0eventOutSFBoolisBound}NavigationInfo導航節(jié)點第六章、造型的動畫效果和交互功能6.1造型的動畫效果6.2造型的交互功能第六章、造型的動畫效果和交互功能6.1造型的動畫效果6.1造型的動畫效果在現(xiàn)實世界中,很多東西都是隨時間發(fā)生變化的,例如太陽的升起和降落、花蕾的綻開和凋謝、樹葉由綠變黃、魚兒戲水、小鳥飛翔、汽車行駛、表針轉動等等。這些就是V盯住要在虛擬環(huán)境中,通過人為設置實現(xiàn)的動畫效果。VRML創(chuàng)建動畫效果的基本方法是:由時間傳感器控制動畫的時鐘,包括動畫開始的時間、停止的時間、循環(huán)的周期等:然后將時間控制參數(shù)作為事件傳送給各種插補器節(jié)點,插補器依據(jù)事先設計好的時間關鍵點和動畫關鍵值,在瀏覽器渲染時形成連續(xù)變化的動畫效果。

6.1造型的動畫效果在現(xiàn)實世界中,很多東西都是隨時間發(fā)生變特點：隨時間改變

--位置、方向、顏色等

--VRML中：不斷改變節(jié)點的某個域的值兩個基本的控制條件：

--何時開始、何時結束

--變化速度特點：隨時間改變根據(jù)所插值的數(shù)據(jù)類型不同插補器節(jié)點可分為六種：顏色差補器(ColorInterpolator節(jié)點)、位置插補器(PositionInterpolator節(jié)點)、朝向插補器(OrientationInterpolator節(jié)點)、標量插補器(ScalarInterpolator節(jié)點)、坐標插補器(CoordinateInterpolator節(jié)點〉、法向量插補器(NomalInterpolator節(jié)點)。根據(jù)所插值的數(shù)據(jù)類型不同插補器節(jié)點可分為六種：顏色差補器(C事件與路由節(jié)點由域和事件組成,其中域的取值決定了節(jié)點所創(chuàng)建的造型或場景環(huán)境的當前狀態(tài)；事件則為節(jié)點提供了接收外界信息或向外界發(fā)送信息的能力。事件是按照指定的路徑從一個節(jié)點發(fā)往另一個節(jié)點的信息,節(jié)點通過事件入口[也稱入事件(eventIn)]接收來自其他節(jié)點的信息改變自己原有域值，通過事件出口[也稱出事件(eventout)]發(fā)送自己的信息以改變其他節(jié)點的域值。從一個節(jié)點的事件出口到另一個節(jié)點的事件入口，用來傳送事件的路徑稱為路由(route)。通過路由可以將多個節(jié)點聯(lián)系在一起，形成事件體系，使事件得以傳播而引起節(jié)點域值的變化。事件與路由路由(ROUTE)將兩個節(jié)點連接起來：

--輸出節(jié)點的名稱和eventOut域的名稱--輸入節(jié)點的名稱和eventIn域的名稱示例

ROUTEMySender.rotation_changedTOMyReceiver.set_rotationROUTE和TO必須大寫路由(ROUTE)將兩個節(jié)點連接起來：TimeSensor事件傳感器節(jié)點TimeSensor{exposedFieldSFTimecycleInterval1exposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFBoolloopFALSEexposedFieldSFTimestartTime0exposedFieldSFTimestopTime0eventOutSFTimecycleTimeeventOutSFFloatfraction_changedeventOutSFBoolisActiveeventOutSFTimetime}TimeSensor事件傳感器節(jié)點ColorInterpolator顏色插補器ColorInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFColorkeyValue[]eventOutSFColorvalue_changed}ColorInterpolator顏色插補器ScalarInterpolator標量插補器ScalarInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFFloatkeyValue[]eventOutSFFloatvalue_changed}ScalarInterpolator標量插補器PositionInterpolator位置插補器PositionInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFVec3fkeyValue[]eventOutSFVec3fvalue_changed}PositionInterpolator位置插補器OrientationInterpolator朝向插補器OrientationInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFRotationkeyValue[]eventOutSFRotationvalue_changed}OrientationInterpolator朝向插補器CoordinateInterpolator坐標插補器CoordinateInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFVec3fkeyValue[]eventOutMFVec3fvalue_changed}CoordinateInterpolator坐標插補器NormalInterpolator法向量插補器NormalInterpolator{eventInSFFloatset_fractionexposedFieldMFFloatkey[]exposedFieldMFVec3fkeyValue[]eventOutMFVec3fvalue_changed}NormalInterpolator法向量插補器6.2造型的交互功能

VRML場景中的造型能夠對瀏覽者的動作做出反應，稱之為交互功能。虛擬現(xiàn)實技術的魅力在于憑借強大的交互功能，使瀏覽者在虛擬世界中如同身臨其境。例如，瀏覽者點擊電視開關，可以播放影視片斷；走近賓館，大門可以自動打開：可以控制造型的位移或旋轉等等。大多數(shù)節(jié)點只能創(chuàng)建靜態(tài)造型,時間傳感器和插補器雖然可以使造型產生連續(xù)變化的動畫效果,但是動畫的起止時間和變化規(guī)律都是設計者事先預置的,瀏覽者只是觀賞而無法參與控制。要想實現(xiàn)人機交互,首先要感知瀏覽者的操作或者在場景中的觀察位置,然后對此操作或者位置移動做出反應。

6.2造型的交互功能

VRML場景中的造型能夠對瀏覽者的動VRML使用七種傳感器節(jié)點完成感知和反應的交互功能(時間傳感器除外，前面己介紹)，其中包括：TouchSensor觸摸傳感器、PlaneSensor平面?zhèn)鞲衅鳌ylindersensor圓柱體傳感器、Spheresensor球體傳感器、ProximitySensor接近傳感器、VisibilitySensor可視傳感器、Collision碰撞傳感器。VRML使用七種傳感器節(jié)點完成感知和反應的交互功能(時間傳感第一類傳感器：通過感知瀏覽者對于鼠標的操作行為(移動鼠標、點擊鼠標、拖動鼠標),觸發(fā)并輸出事件,實現(xiàn)人機交互的功能。這類傳感器有TouchSensor觸摸傳感器、PlaneSensor平面?zhèn)鞲衅?、CylinderSensor圓柱體傳感器、SphereSensor球體傳感器。第二種傳感器：通過感知瀏覽者在虛擬場景中的觀察位置，也就是當瀏覽者的視點與造型的接近程度達到一定范圍的時候，觸發(fā)并輸出事件，實現(xiàn)人機交互功能。這類傳感器有ProximitySensor接近傳感器、VisibilitySensor可視傳感器、Collision碰撞傳感器。

第一類傳感器：通過感知瀏覽者對于鼠標的操作行為(移動鼠標、點TouchSensor觸摸傳感器TouchSensor{exposedFieldSFBoolenabledTRUEeventOutSFVec3fhitNormal_changedeventOutSFVec3fhitPoint_changedeventOutSFVec2fhitTexCoord_changedeventOutSFBoolisActiveeventOutSFBoolisOvereventOutSFTimetouchTime}TouchSensor觸摸傳感器PlaneSensor平面?zhèn)鞲衅鱌laneSensor{exposedFieldSFBoolautoOffsetTRUEexposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFVec2fmaxPosition-1-1exposedFieldSFVec2fminPosition00exposedFieldSFVec3foffset000eventOutSFBoolisActiveeventOutSFVec3ftrackPoint_changedeventOutSFVec3ftranslation_changed}PlaneSensor平面?zhèn)鞲衅鰿ylinderSensor圓柱體傳感器CylinderSensor{exposedFieldSFBoolautoOffsetTRUEexposedFieldSFFloatdiskAngle0.262exposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFFloatmaxAngle-1exposedFieldSFFloatminAngle0exposedFieldSFFloatoffset0eventOutSFBoolisActiveeventOutSFRotationrotation_changedeventOutSFVec3ftrackPoint_changed}CylinderSensor圓柱體傳感器SphereSensor球體傳感器SphereSensor{exposedFieldSFBoolautoOffsetTRUEexposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFRotationoffset0100eventOutSFBoolisActiveeventOutSFRotationrotation_changedeventOutSFVec3ftrackPoint_changed}SphereSensor球體傳感器ProximitySensor接近傳感器ProximitySensor{exposedFieldSFVec3fcenter000exposedFieldSFVec3fsize000exposedFieldSFBoolenabledTRUEeventOutSFBoolisActiveeventOutSFVec3fposition_changedeventOutSFRotationorientation_changedeventOutSFTimeenterTimeeventOutSFTimeexitTime}ProximitySensor接近傳感器VisibilitySensor可視傳感器VisibilitySensor{exposedFieldSFVec3fcenter000exposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFVec3fsize000eventOutSFTimeenterTimeeventOutSFTimeexitTimeeventOutSFBoolisActive}VisibilitySensor可視傳感器Collision碰撞傳感器Collision{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldMFNodechildren[]exposedFieldSFBoolcollideTRUEfieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1fieldSFNodeproxyNULLeventOutSFTimecollideTime}Collision碰撞傳感器VRML程序設計VRML程序設計四、造型的空間變換、編組和素材調用4.1造型的空間變換4.2造型編組和素材調用4.3其他組節(jié)點的使用Chapter4四、造型的空間變換、編組和素材調用4.1造型的空間變換Ch4.1造型的空間變換在VRML中創(chuàng)建的立體造型都是以默認坐標系的原點為中心進行定位的。Transform坐標變換節(jié)點可以創(chuàng)建一個新的坐標系，通過對坐標系的平移、旋轉、縮放操作，實現(xiàn)對立體造型位置、角度、縮放比例的改變。4.1造型的空間變換在VRML中創(chuàng)建的立體造型都是以默認坐一、Tronsform坐標變換節(jié)點Transform坐標變換節(jié)點用于創(chuàng)建一個或多個不同于默認(原始)坐標系的新坐標系。Transfom節(jié)點是一個組節(jié)點，在此節(jié)點下面可以包含一個或多個子節(jié)點，所有子節(jié)點的定位中心都基于同一個坐標系的原點。這些子節(jié)點可以是Shape造型節(jié)點、Group編組節(jié)點，也可以是下一層的Transform節(jié)點。

一、Tronsform坐標變換節(jié)點Transform{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldSFVec3fcenter000exposedFieldMFNodechildren[]exposedFieldSFRotationrotation0010exposedFieldSFVec3fscale111exposedFieldSFRotationscaleOrientation0010exposedFieldSFVec3ftranslation000fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}Transform{二、空間坐標的平移

空間坐標的平移是通過對Transform節(jié)點的trans1ation域的域值的設定，建立新的坐標原點，作為children域中所有子節(jié)點創(chuàng)建的造型的定位點，從而實現(xiàn)原始坐標系和新坐標系造型之間相對位置的移動和變化的。

三、空間坐標的旋轉空間坐標系旋轉的方法：利用Transform坐標變換節(jié)點中rotation域的域值指定旋轉軸及旋轉角度，形成一個新的旋轉后的空間坐標系，然后在新坐標中創(chuàng)建一個或一組造型。

如果需要在前面變換的基礎上連續(xù)進行空間變換，可以使用Transform節(jié)點進行逐級的嵌套變換，嵌套級數(shù)沒有限制。

二、空間坐標的平移四、空間坐標的縮放現(xiàn)實世界中的物體是千姿百態(tài)的，很難用幾種標準的造型來概括。例如，前面學習的簡單造型節(jié)點可以很容易地創(chuàng)建出圓球造型，但是要做出一個橢圓形的氣球就不容易了，其實這樣的造型可以通過對簡單造型圓球進行不同方向上的縮放拉伸來完成。和造型的平移、旋轉一樣，造型的縮放必須依靠空間坐標度量單位比例的縮放來實現(xiàn)。通常使用的空間坐標，在X、Y、Z坐標軸上采用相同比例的度量單位，利用Transform坐標變換節(jié)點中scale域scaleOrientation域和center域的域值設定不同方向坐標軸的縮放比例，形成一個新的度量單位縮放比例不同的空間坐標系，然后在新坐標系中創(chuàng)建一個或一組經過縮放處理的造型。四、空間坐標的縮放4.2造型編組和素材調用VRML提供了一類具有編組功能的節(jié)點，它們可以把多個造型作為自己的子節(jié)點組合成一個整體，一起進行平移、旋轉、縮放、外觀設計、定義和調用等項操作。在設計中合理使用組節(jié)點，能夠減少很多重復性的工作。這類組節(jié)點包括:Group編組節(jié)點、Transform坐標變換節(jié)點、Inline內聯(lián)接點、Anchor超級鏈接節(jié)點、Switch選擇開關節(jié)點、Billboard布告牌節(jié)點和LOD細節(jié)層次控制節(jié)點等。4.2造型編組和素材調用VRML提供了一類具有編組功能的節(jié)一、Group編組節(jié)點Group{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldMFNodechildren[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}一、Group編組節(jié)點二、素材調用的基本方法1.采用DEF節(jié)點定義及USE節(jié)點引用的方法2.利用Inline內聯(lián)節(jié)點，從本文件范圍之外的其他文件或者互聯(lián)網上，調用不需要進行修改加工的素材，素材成為原場景的一部分3.利用帶有鏈接功能的Anchor錨節(jié)點，把存儲在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為一個新的完整的場景進行調用，取代原來的場景4.利用PROTO語句和EXTERPROTO語句，在本文件內外及互聯(lián)網上定義的原型節(jié)點和外部原型節(jié)點，調用素材時可以根據(jù)需要對其原有的屬性進行更改或賦予更多的功能二、素材調用的基本方法三、節(jié)點的定義及引用VRML可以采用節(jié)點定義及引用的方法，在本文件范圍內反復調用相同的素材。在虛擬現(xiàn)實的場景設計中，常常需要將相同的造型經過不同的排列、旋轉組合成新的復雜造型。節(jié)點定義及引用的語法格式：節(jié)點定義：DEF節(jié)點名節(jié)點{}節(jié)點引用：USE節(jié)點名四、lnline內聯(lián)節(jié)點在VRML中，可以使用IMine內聯(lián)節(jié)點，從本文件范圍之外的其他文件或者互聯(lián)網的任意位置上，調用不需要進行修改加工的素材。當需要創(chuàng)建包括復雜場景和造型的大型虛擬世界的時候，VRML文件就會變得非常龐大，難于進行管理和調試。采用內聯(lián)的方法，可以將復雜的場景和造型分解成各自獨立的小文件，分別進行設計和調試，作為素材模塊存在本地硬盤或者互聯(lián)網的任意位置上。構建主程序時，在需要插入素材模塊的位置，只需利用內聯(lián)節(jié)點指明素材文件的地址和文件名即可完成調用和插入素材的過程，素材可以很方便地成為整個場景中的一部分。三、節(jié)點的定義及引用Inline{exposedFieldMFStringurl[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}Inline{五、Anchor錨鏈接節(jié)點內聯(lián)節(jié)點是把存在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為整個場景的一個組成部分調到原場景中來，而錨鏈接節(jié)點則是把存在本機硬盤或互聯(lián)網上的素材作為一個新的完整的場景進行調用，在原場景中設置一個錨點造型，當瀏覽者點擊錨點造型時，VRML瀏覽器即可鏈接到設定的素材文件，使瀏覽者從原場景中出來，進入到素材文件所構建的新場景中去。Anchor{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldMFNodechildren[]exposedFieldSFStringdescription“"exposedFieldMFStringparameter[]exposedFieldMFStringurl[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}五、Anchor錨鏈接節(jié)點六、原型的定義和調用前面所講的調用素材的三種方法只適用于對素材不需要進行加工處理、原汁原味調用的情況，如果需要對素材的屬性進行更改或賦予更多的功能后調用，可以使用PROTO原型節(jié)點或EXTERPROTO外部原型節(jié)點，它們可以定義可供修改的屬性，例如:顏色、材質、外觀等，還可以根據(jù)需要增加素材的功能。

六、原型的定義和調用原型具有以下功能

(1)素材調用功能。原型可以作為素材庫反復調用。(2)節(jié)點擴展功能。原型可以使用標準節(jié)點和自定義節(jié)點創(chuàng)建新的節(jié)點類型。(3)動態(tài)更新和保護功能。原型可以通過設置接口中的域和事件，對虛擬現(xiàn)實中造型屬性進行更改或者限制更改，從而達到場景的動態(tài)更新和保護一些造型不被改動的目的。(4)造型及動作打包功能。VRML中標準節(jié)點本身均不具備行為自控能力，通過原型可以將造型與交互動作、事件、腳本等VRML元素捆綁使用。(5)網絡運作功能。原型(內部原型)可以在當前文件中定義和反復調用，外部原型可以在其他文件和網絡中定義，在當前文件中反復調用。外部原型提供了跨越網絡調用的強大功能。原型具有以下功能4.3其他組節(jié)點的使用一、Billboard布告牌節(jié)點Billboard{eventInMFNodeaddChildreneventInMFNoderemoveChildrenexposedFieldSFVec3faxisOfRotation010exposedFieldMFNodechildren[]fieldSFVec3fbboxCenter000fieldSFVec3fbboxSize-1-1-1}4.3其他組節(jié)點的使用一、Billboard布告牌節(jié)點二、Switch選擇開關節(jié)點Switch{exposedFieldMFNodechoice[]exposedFieldSFInt32whichChoice-1}二、Switch選擇開關節(jié)點三、LOD細節(jié)層次控制節(jié)點在創(chuàng)建VRML虛擬現(xiàn)實空間造型的時候，需要兼顧瀏覽器的渲染速度和造型刻畫真實度之間的關系。造型刻畫越細致就越接近于真實，然而相應的VRML文件的體積也越大，瀏覽器的渲染速度就越低，占用計算機CPU的時間就越長。LOD(LevelofDetail)細節(jié)層次控制節(jié)點主要任務就是解決這個問題，該節(jié)點可以根據(jù)瀏覽者與造型距離的遠近，選擇按照不同的細致度刻畫的造型。當造型距離比較遠的時候，選擇用較低層次細節(jié)描述方法創(chuàng)建的造型，忽略一些細節(jié)而只刻畫造型的輪廓、形狀和大小，這與在真實世界中的觀察極為相似。遠距離的物體只能看到模糊的輪廓而看不到細節(jié)，可以減小造型文件的體積，提高瀏覽器的速度。當造型距離比較近的時候，選擇用較高層次細節(jié)描述方法創(chuàng)建的造型，清晰地刻畫造型的紋理和細微特征，保證造型描述的逼真性，這一點也與我們在真實世界中的觀察相一致，物體距離越近，能夠看到的細節(jié)越多、越清晰。三、LOD細節(jié)層次控制節(jié)點LOD{exposedFieldMFNodelevel[]fieldSFVec3fcenter000fieldMFFloatrange[]}LOD{第五章、虛擬現(xiàn)實的場景環(huán)境設計5.1創(chuàng)建背景5.2創(chuàng)建光源5.3創(chuàng)建霧化效果5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航第五章、虛擬現(xiàn)實的場景環(huán)境設計5.1創(chuàng)建背景5.1創(chuàng)建背景

在VRML中添加背景是最簡單、最基本的場景環(huán)境設計方法。虛擬空間背景分為全景空間背景和天體空間背景兩種:全景空間背景是一個將造型包圍在里面的空間立方體,具有前、后、左、右、上、下六個平面,可以根據(jù)需要設置不同的材質和圖片。天體空間背景是一個無窮大的空間球體,分為天空背景和地面背景。天空和地面的劃分以地平線為界。地平線位于原始坐標系XOZ平面向后延伸的無窮遠處,上面的球體是天空,下面的球體是地面。背景和造型的嵌套關系是:造型在最里面,全景空間背景的立方體為中間包圍層,天體空間背景的無窮大球體是最外面的包圍層。如果同時增加了全景空間和天體空間兩種背景,可以通過設置全景空間背景的透明度值決定能否看到天空和地面的顏色。默認情況下,沒有全景空間背景,天空和地面均為黑色。5.1創(chuàng)建背景

在VRML中添加背景是最簡單、最基本的場景空間模型 以VRML空間坐標系的原點為中心的無限大球體 以Z-X平面為地平面

Y+向為天空

Y-向為地面天空角 天空位置與Y+的夾角地面角 地面位置與Y-的夾角空間模型Background{skyAngle[天空角1，天空角2，……]skyColor[天空色0，天空色1，天空色2，……]groundAngle[地面角1，地面角2，……]groundColor[地面色0，地面色1，地面色2，……]}天空色0為0度天空位置的顏色地面色0為0度地面位置的顏色天空色1，2，……對應天空角1，2，……地面色1，2，……對應地面角1，2，……系統(tǒng)自動過渡相鄰位置的顏色角度的單位為弧度顏色由r、g、b分量合成顏色分量的數(shù)值范圍：0.0~1.0Background虛擬現(xiàn)實技術vrml程序設計一些常用角度的弧度值（弧度=角度*π/180）一些常用角度的弧度值（弧度=角度*π/180）5.2創(chuàng)建光源

現(xiàn)實世界中的光源來自于各種能發(fā)光的物體,例如太陽、燈泡、蠟燭、激光器等。

在默認情況下,VRML瀏覽器自動生成一個白色頭燈光源headlight。此光源為平行光束,與瀏覽者的視點同步運動,始終照亮瀏覽者的前方,和井下工作的礦工帽子上的頭燈很相似。頭燈光源可以通過設置NavigationInfo節(jié)點的headlight域的域值,控制光源打開或關閉(FALSE),默認缺省情況下,頭燈為打開狀態(tài),光源的顏色無法改變。本章之前所有的實例均采用這種默認的白色頭燈光源。除此之外,VRML中還可以人工設置三種類型的光源:點光源：點光源

(PointLight節(jié)點)，平行光源(DirectionalLight節(jié)點)和錐光源(SpotLight節(jié)點)。

5.2創(chuàng)建光源

現(xiàn)實世界中的光源來自于各種能發(fā)光的物體,例PointLight點光源節(jié)點點光源由發(fā)光點向四面八方發(fā)射亮度相同的光線,各個方向具有相同性。點光源節(jié)點既可作為獨立的節(jié)點,也可作為其他組節(jié)點的子節(jié)點使用。PointLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFVec3fattenuation100exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFVec3flocation000exposedFieldSFBoolonTRUEexposedFieldSFFloatradius100}PointLight點光源節(jié)點DirectionalLight平行光源節(jié)點現(xiàn)實世界中的平行光源是從無窮遠處照射,因此其光線是平行指向同一個方向的。例如，太陽基本是一個平行光源,太陽離地球相當遠,當太陽的光線到達地球時基本是平行的。DirectionalLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFVec3fdirection00-1exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFBoolonTRUE}

DirectionalLight平行光源節(jié)點SpotLight錐光源節(jié)點

錐光源即光線照射呈光錐狀,光源位于圓錐體的頂點,光線被限制在一個圓錐體的照射空間里;造型只有位于圓錐體空間中才會被照亮。VRML中,常常利用SpotLight節(jié)點創(chuàng)建錐光源,模擬一些特殊光照效果的場景,如舞臺燈光、探照燈、藝術攝影等。

SpotLight{exposedFieldSFFloatambientIntensity0exposedFieldSFVec3fattenuation100exposedFieldSFFloatbeamWidth1.570796exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFFloatcutOffAngle0.785398exposedFieldSFVec3fdirection00-1exposedFieldSFFloatintensity1exposedFieldSFVec3flocation000exposedFieldSFBoolonTRUEexposedFieldSFFloatradius100}SpotLight錐光源節(jié)點創(chuàng)建陰影效果VRML光源與自然光源的主要差別在于不能自動產生陰影。自然界的光線無法穿過不透明的物體,當光線照射這些物體時就會出現(xiàn)陰影。由于VRML中的光照只是對造型表面明暗程度的一種模擬,造型對光線沒有遮擋作用,光線可以透過造型完全照射到后面的物體上，所以VRML中的光照只能改變造型表面的明暗分布,不能自動產生陰影的效果。如果想在虛擬世界中模擬自然界的光照效果,則必須人工設置陰影造型。

陰影的形狀常常是造型沿光線照射方向形狀的壓縮和變形,一般利用Transform節(jié)點的scale域模擬陰影的形狀。陰影的顏色通常利用Material節(jié)點的域值設置為灰色或者半透明的深灰色。有些陰影形狀也可以借助于簡單造型來模擬。創(chuàng)建陰影效果5.3創(chuàng)建霧化效果在vrml中使用Fog霧節(jié)點創(chuàng)建霧化效果,模擬自然界的大氣現(xiàn)象,使虛擬現(xiàn)實的場景更加逼真、更加具有層次感,創(chuàng)造一種朦朧的美。霧化效果主要控制兩個因素:一是霧的顏色,二是霧的濃度。霧的顏色可以按照實際情況任意選擇,但通常使用白色,因為白色更接近自然界霧的本色。霧的濃度與人在霧中的能見度相反,霧越濃人的能見度越差,因此可以通過設定觀察者能見范圍的大小來調整霧的濃淡程度。

5.3創(chuàng)建霧化效果在vrml中使用Fog霧節(jié)點創(chuàng)建霧化效果Fog{exposedFieldSFColorcolor111exposedFieldSFStringfogType"LINEAR"exposedFieldSFFloatvisibilityRange0eventInSFBoolset_bindeventOutSFBoolisBound}Fog{5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航Viewpoint視點節(jié)點Viewpoint{eventInSFBoolset_bindexposedFieldSFFloatfieldOfView0.785398exposedFieldSFBooljumpTRUEexposedFieldSFRotationorientation0010exposedFieldSFVec3fposition0010fieldSFStringdescription""eventOutSFTimebindTimeeventOutSFBoolisBound}5.4創(chuàng)建觀察視點和視點導航Viewpoint視點節(jié)點NavigationInfo導航節(jié)點

NavigationInfo{eventInSFBoolset_bindexposedFieldMFFloatavatarSize[0.25,1.6,0.75]exposedFieldSFBoolheadlightTRUEexposedFieldSFFloatspeed1.0exposedFieldMFStringtype"WALK"exposedFieldSFFloatvisibilityLimit0.0eventOutSFBoolisBound}NavigationInfo導航節(jié)點第六章、造型的動畫效果和交互功能6.1造型的動畫效果6.2造型的交互功能第六章、造型的動畫效果和交互功能6.1造型的動畫效果6.1造型的動畫效果在現(xiàn)實世界中,很多東西都是隨時間發(fā)生變化的,例如太陽的升起和降落、花蕾的綻開和凋謝、樹葉由綠變黃、魚兒戲水、小鳥飛翔、汽車行駛、表針轉動等等。這些就是V盯住要在虛擬環(huán)境中,通過人為設置實現(xiàn)的動畫效果。VRML創(chuàng)建動畫效果的基本方法是:由時間傳感器控制動畫的時鐘,包括動畫開始的時間、停止的時間、循環(huán)的周期等:然后將時間控制參數(shù)作為事件傳送給各種插補器節(jié)點,插補器依據(jù)事先設計好的時間關鍵點和動畫關鍵值,在瀏覽器渲染時形成連續(xù)變化的動畫效果。

6.1造型的動畫效果在現(xiàn)實世界中,很多東西都是隨時間發(fā)生變特點：隨時間改變

--位置、方向、顏色等

--VRML中：不斷改變節(jié)點的某個域的值兩個基本的控制條件：

--何時開始、何時結束

--變化速度特點：隨時間改變根據(jù)所插值的數(shù)據(jù)類型不同插補器節(jié)點可分為六種：顏色差補器(ColorInterpolator節(jié)點)、位置插補器(PositionInterpolator節(jié)點)、朝向插補器(OrientationInterpolator節(jié)點)、標量插補器(ScalarInterpolator節(jié)點)、坐標插補器(CoordinateInterpolator節(jié)點〉、法向量插補器(NomalInterpolator節(jié)點)。根據(jù)所插值的數(shù)據(jù)類型不同插補器節(jié)點可分為六種：顏色差補器(C事件與路由節(jié)點由域和事件組成,其中域的取值決定了節(jié)點所創(chuàng)建的造型或場景環(huán)境的當前狀態(tài)；事件則為節(jié)點提供了接收外界信息或向外界發(fā)送信息的能力。事件是按照指定的路徑從一個節(jié)點發(fā)往另一個節(jié)點的信息,節(jié)點通過事件入口[也稱入事件(eventIn)]接收來自其他節(jié)點的信息改變自己原有域值，通過事件出口[也稱出事件(eventout)]發(fā)送自己的信息以改變其他節(jié)點的域值。從一個節(jié)點的事件出口到另一個節(jié)點的事件入口，用來傳送事件的路徑稱為路由(route)。通過路由可以將多個節(jié)點聯(lián)系在一起，形成事件體系，使事件得以傳播而引起節(jié)點域值的變化。事件與路由路由(ROUTE)將兩個節(jié)點連接起來：

--輸出節(jié)點的名稱和eventOut域的名稱--輸入節(jié)點的名稱和eventIn域的名稱示例

ROUTEMySender.rotation_changedTOMyReceiver.set_rotationROUTE和TO必須大寫路由(ROUTE)將兩個節(jié)點連接起來：TimeSensor事件傳感器節(jié)點TimeSensor{exposedFieldSFTimecycleInterval1exposedFieldSFBoolenabledTRUEexposedFieldSFBoolloopFALSEexposedFieldSFTimes