虛擬現(xiàn)實技術(shù)一一VRML篇一、VRML介紹.什么是VRML?VRML是“VirtualRealityModelingLanguagev的縮寫形式，意思是“虛擬現(xiàn)實造型語言”。第一代Web是以HTML為核心的二維瀏覽技術(shù)，受HTML語言的局限性，VRML之前的網(wǎng)頁只能是簡單的平面結(jié)構(gòu)，而且實現(xiàn)環(huán)境與參與者的動態(tài)交互是非常煩瑣的。第二代Web是以VRML為核心的三維瀏覽技術(shù)。第二代Web把VRML與HTML、Java,媒體信息流等技術(shù)有機地結(jié)合起來，形成一種新的三維超媒體Web。VRML是用來描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界(VirturalWorld),可以集成文本、圖像、音響、MPEG影像等多種媒體類型，還可以內(nèi)嵌用Java、ECMAScript等語言編寫的程序代碼。以VRML為核心構(gòu)建的虛擬世界中用戶如身處真實世界，可以和虛擬物體交互，人們可以以習(xí)慣的自然方式訪問各種場所，在虛擬社區(qū)中“直接”交談和交往。事實上，目前采用VRML技術(shù)取得成功的案例已經(jīng)很多，例如探路者到達火星后的信息就是利用VR應(yīng)在因特網(wǎng)上即時發(fā)布的，網(wǎng)絡(luò)用戶可以以三維方式隨探路者探索火星。.VRML的工作原理VRML定義了一種把3D圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語法角度看，VRML文件是顯式地定義和組織起來的3D多媒體對象集合；從語義角度看，VRML文件描述的是基于時間的交互式3D多媒體信息的抽象功能行為。VRML文件描述的基于時間的3D空間稱為虛擬境界(VirtualWorld),簡稱境界，所包含的圖形對象和聽覺對象可通過多種機制動態(tài)修改。VRML文件可以包含對其他標(biāo)準(zhǔn)格式文件的引用。可以把JPEG、PNG和MPEG文件用于對象紋理映射，把WAV和MIDI文件用于在境界中播放的聲音。另外，還可以引用包含Java或ECMAScript代碼的文件，從而實現(xiàn)對象的編程行為。VRML使用場景圖(SceneGraph)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立3D實境，VRML的場景圖是一種代表所有3D世界靜態(tài)特征的節(jié)點等級：幾何關(guān)系、質(zhì)材、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有生產(chǎn)廠商，無論是CAD、建模、動畫、VR,還是VRML,他們的結(jié)構(gòu)核心都有場景圖。境界中的對象及其屬性用節(jié)點(Node)描述，節(jié)點按照一定規(guī)則構(gòu)成場景圖(SceneGraph),也就是說，場景圖是境界的內(nèi)部表示。場景圖中的第一類節(jié)點用于從視覺和聽覺角度表現(xiàn)對象，它們按照層次體系組織起來，反映了境界的空間結(jié)構(gòu)。另一類節(jié)點參與事件產(chǎn)生和路由機制，形成路由圖(RouteGraph),確定境界隨時間的推移如何動態(tài)變化。VRML文件的解釋、執(zhí)行和呈現(xiàn)通過瀏覽器實現(xiàn)，這與利用瀏覽器顯示HTML文件的機制完全相同。瀏覽器把場景圖中的形態(tài)和聲音呈現(xiàn)給用戶，這種視聽覺呈現(xiàn)即所謂的虛擬世界(境界)o用戶通過瀏覽器獲得的視聽覺效果如同從某個特定方位體驗到的，境界中的這種位置和朝向稱為取景器(Viewer)。.VRML的應(yīng)用VRML在電子商務(wù)、教育、工程技術(shù)、建筑、娛樂、藝術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。例如在教育上，VRML不僅僅是HTML功能更強的替代品，其潛在意義在于突破上述基于WWW的教學(xué)模型建立更自然、更真實的虛擬教育環(huán)境。在這種環(huán)境中g(shù)eometrySphere{})]}DEFconeTransform{translation-500children[Shape{appearanceAppearancematerialMaterial{diffuseColor001))geometryCone{})])]#endofGroupchildren}ROUTEtouchBox.isActiveTOview2.set_bind#傳遞把這個文件調(diào)入瀏覽器，然后把鼠標(biāo)指向方塊并按下左鈕（先別松開?。?，可以看到視點已經(jīng)變?yōu)関iew2,內(nèi)部的機制我們已經(jīng)很清楚：左鈕按下時方塊節(jié)點的接觸檢測器被觸發(fā)，接著接觸檢測器從事件出口isActive送出一個事件“TRUE”，這個事件通過路由進入視點節(jié)點view2的事件入口set_bind,view2收到“TRUE”后成為當(dāng)前視點，所以在我們眼前場景發(fā)生了變化。當(dāng)松開鼠標(biāo)左鍵，又回到原來的視點，稱為視點回跳。因為松開鼠標(biāo)左鍵后,接觸傳感器向view2發(fā)送了“FALSE”事件，，這樣view2的當(dāng)前地位被解除。若不想回跳，則要自己來定義。.利用腳本編寫自定義行為在VRML中，利用Script節(jié)點（腳本節(jié)點）定義用戶自定義行為，所謂定義即用腳本描述語言（ScriptingLanguage）編寫腳本的過程。VRML97支持的腳本描述語言目前有兩種:Java和EMCAScript（這是JavaScript標(biāo)準(zhǔn)化后的名稱），關(guān)于這兩種語言本身，請參考相應(yīng)參考書，VRML97標(biāo)準(zhǔn)中定義了它們和VRML的接口方法。應(yīng)提請注意的是：VRML是基于節(jié)點的語言，所以腳本也是封裝在Script這個特殊節(jié)點中的。這里我們不過多討論腳本描述語言的細(xì)節(jié)，主要討論把腳本集成到VRML文件中的方法。上面我們曾把接觸檢測器touchBox和視點view2直接通過路徑連接起來，現(xiàn)在要定義我們指定的行為，就需要在二者之間插入一個腳本節(jié)點，也就是讓路徑繞個彎：ROUTEtouchBox.isActiveTOtouchScript.touchBoxIsActiveROUTEtouchScript.bindView2TOview2.set_bind其中的腳本節(jié)點touchScript有一個事件人口touchBoxIsActive和一個事件出口bind_View2,前者接收來自接觸檢測器touchBox的事件，然后經(jīng)自己的腳本處理后，把結(jié)果發(fā)送給視點節(jié)點view2:DEFtouchScriptScript{eventinSFBooltouchBoxIsActive#入口eventOutSFBoolbindView2 #出口url，zjavescript: #腳本functiontouchBoxIsActive(active){ #與入口同名的函數(shù)被調(diào)用bindView2=TRUE; #返回到出口關(guān)于這個Script節(jié)點，請注意一下幾點：(1)它的事件入口touchBoxIsActive和事件出口bindView2是自定義的，其它VRML節(jié)點的域和事件都是固定的。(2)這里定義的事件入口touchBoxIsActive(即入事件)和事件出口bindView2(即出事件)的類型都是SFBool(單值布爾型)，它們與touchBox的事件出口isActive和view2的事件入口set_bind的類型保持一致?！皍rl”是腳本節(jié)點的一個域，/以直接包含腳本，也可以包含一個或多個用URL地址指示的腳本，若有多個地址，則按照先后次序獲取第一個可得到的腳本。(4)腳本是以函數(shù)(function)的形式給出的，函數(shù)名touchBoxIsActive與事件入口的名稱相同，這是和ECMAScript語言的接口約定，表示相應(yīng)事件入口收到事件后調(diào)用此函數(shù)進行處理。5.事件流程與小結(jié)下面我們整理一下事件流程：(1)用戶在方塊上按下鼠標(biāo)左鍵。(2)接觸檢測器發(fā)出一個“TRUE”事件。(3)此事件進入腳本節(jié)點touchScript的事件入口touchBoxIsActive.(4)調(diào)用腳本函數(shù)touchBoxIsActive(注意函數(shù)并沒有判斷入事件的值)。(5)函數(shù)向touchScript的事件出口bindView2發(fā)送一個"TRUE”事件(還可以進行其它判斷或執(zhí)行其它事件)。(6)view2節(jié)點收到“TRUE”事件，成為當(dāng)前視點。按照VRML約定，“認(rèn)為”上述事件是同時發(fā)生的，也就是這些事件的時間戳相同。(7)若用戶松開鼠標(biāo)左鍵，則接觸檢測器發(fā)出一個"FALSE”事件，此事件同樣引起腳本函數(shù)調(diào)用并發(fā)送“TRUE”事件，所以view2仍然保持為當(dāng)前視點。本節(jié)的完整代碼是：#VRMLV2.0utf8DEFviewlViewpoint{position0020description〃viewl〃DEFview2Viewpoint{position5020description〃view2〃}Group{children[DEFboxTransform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100)}geometryBox{})DEFtouchBoxTouchSensor{}]}DEFsphereTransform{translation000children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010))geometrySphere{))])DEFconeTranform{transaltion-500children[Shape{appearanceAppearance{

materialMaterial{diffuseColor001))geometryCone{})]I#endofGroupchildrenDEFtouchScriptScript{eventinSFBooltouchBoxIsActiveeventOutSFBoolbindView2urlz/javascript:functiontouchBoxIsActive(active){bindView2=TRUE;}〃ROUTEtouchBox.isActiveTOtouchScript.touchBoxIsActiveROUTEtouchScript.bindView2TOview2.set_bind這里所建立的虛擬境界并不復(fù)雜，但涉及到了VRML2.0最基礎(chǔ)性的功能和概念：利用檢測器產(chǎn)生事件、利用路由傳遞事件以及利用腳本編寫自定義行為，掌握了這些內(nèi)容也就掌握了VRML2.0的核心。在后面的幾節(jié)中，我們將探索一些專題性的有趣功能，而本節(jié)是基礎(chǔ)，因而必須透徹理解。(六)進一步的完善與修飾.鄰近傳感器當(dāng)用戶進入或離開鄰近檢測器所劃定的區(qū)域時就會觸發(fā)它。正如你在標(biāo)準(zhǔn)中可以查到的那樣，ProximitySensor節(jié)點定義為：ProximitySensor{exposedFieldSFVec3fcenter000exposedFieldSFVec3fsize000exposedFieldSFBoolenabledTRUEeventOutSFBoolisActiveeventOutSFVec3fpositionchangedeventOutSFRotationorientation_changedeventOutSFTimeenterTimeeventOutSFTimeexitTimeProximitySensor節(jié)點共有三個外露域（exposedField）和五個出事件（eventOut）.出事件我們已經(jīng)熟悉，是節(jié)點狀態(tài)發(fā)生改變時用來通知其它節(jié)點的，這里的出事件isActive用于ProximitySensor通報自己已被激活。enterTime和exitTime通報用戶（代表用戶的用戶化身或指示器）進入和退出ProximitySensor檢測區(qū)的時刻。若用戶已在檢測器之內(nèi)，則當(dāng)用戶的位置或方位發(fā)生變化時，送出positionchanged和orientationchanged出事件。這五個出事件聯(lián)合起來，就定義了鄰近檢測器的功能。外露域則集域（Field）、入事件（eventin）和出事件（eventOut）三者的功能于一身，也就是說，它既象域一樣描述了節(jié)點的當(dāng)前狀態(tài)，又可以作為入事件由其它節(jié)點修改這種狀態(tài)，并作為出事件把這種改變通知其它節(jié)點。這里的enabled外露域是布爾型的，用于ProximitySensor的啟用和停用，center和size定義形為長方體的鄰近檢測區(qū)。我們要在方塊、球體和圓柱這三個物體構(gòu)成的靜態(tài)世界，現(xiàn)在在球體周圍增加一個鄰近檢測區(qū)：DEFsphereTransform{translation000children[ShapeDEFcomeCloseProximitySensor{center000size444}])ProximitySensor的名字為comeCloser,鄰近區(qū)的中心和球體的球心重合，形狀為正方體，邊長為4米，是球體直徑的兩倍。當(dāng)用戶走進球體時就會觸發(fā)這個鄰近檢測器，檢測器發(fā)出isActive事件，我們把這個事件出口通過路由指向Script節(jié)點(用來綁定視點2)：DEFcomeCloserScriptScript{eventinSFBoolenterProximitySensorlsActiveeventOutSFBoolbindView2url〃javascript:functionenterProximitySensorlsActive(active){bindView2=TRUE;}〃)隨后，我們在鄰近檢測器的出事件isActive和腳本節(jié)點comeCloserScript的入事件enterProximitySensorlsActive之間建立路由，后者收到事件后執(zhí)行函數(shù)enterProximitySensroIsActive,函數(shù)發(fā)出bindView2出事件，這個出事件通過路由連接到視點節(jié)點View2:ROUTE comeCloser.isActive TOcomeCloserScript.enterProximitySensorlsActiveROUTEcomeCloserScript.bindView2TOview2.setbind也就是說，一旦用戶進入鄰近區(qū)，境界的當(dāng)前視點麻轉(zhuǎn)換成View2.這個由兩個視點、三個物體、一個鄰近檢測器和一個腳本節(jié)點組成的境界的完整代碼如下：#VRMLV2.0utf8DEFviewlViewpoint{position0020description〃viewl〃)DEFview2Viewpoint{position0020description〃view2〃)Group{children[DEFboxTransform{translation500children_Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100)}geometryBox{}DEFsphereTransform{translation000children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010))geometrySphere{}}DEFcomeCloserProximitrySensor{center000size444DEFconeTransform{translation-500children_Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor001)}geometryCone{}]#endofGroupchildrenDEFcomeCloserScriptScript{eventinSFBoolenterProximitySensorlsActiveeventOutSFBoolbindView2urljavascript:functionenterProximitySensorlsActive(active){bindView2=TRUE;ROUTE comeCloser.isActive TOcomeCloserScript.enterProximitySensorlsActiveROUTEcomeCloserScript.bindView2TOview2.set_bind啟動VRML瀏覽器進入境界，面向球體一直走過去，當(dāng)你剛剛感到靠近球體時，會突然感到自己后退了一大步（或者說物體跳到前方更遠的地方），這表明鄰近檢測器已經(jīng)檢測到你的靠近，它把這件事通知腳本節(jié)點，腳本節(jié)點把視點View2綁定成當(dāng)前視點，從而使你感到視點突然改變。再稍稍修改一下鄰近檢測器，把它的中心位置向右移了2米：DEFcomeCloserProximitySensor{center200size444}這樣你就可以從左邊（方塊那一邊）走進球體（視點不跳），但不能從右邊（圓錐那一邊）走近它（視點跳轉(zhuǎn)）?？傊?，ProximitySensor能夠檢測用戶是否進入或離開檢測器指定的空間區(qū)域，典型用法是當(dāng)用戶走進房間時開啟燈光，當(dāng)用戶離開時關(guān)閉燈光，從而建立功能豐富的“智能”空間。.連續(xù)動畫我們已經(jīng)使用過接觸檢測器，當(dāng)我們把鼠標(biāo)指針放到方塊（這個幾何節(jié)點包含接觸檢測器）上面時，指針形狀發(fā)生變化，這意味著我們已經(jīng)進入檢測區(qū)，如果按下鼠標(biāo)左鈕，則按照我們的定義，當(dāng)前視點會發(fā)生變化。這一節(jié)仍然制作這樣一個對接觸有反應(yīng)的方塊，只是接觸后它會連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動，動畫行為可以用時間檢測器（TimeSensor）驅(qū)動，而不斷變化的旋轉(zhuǎn)值可用腳本節(jié)點或朝向插補器（orientationinterpolator）給出。⑴接觸傳感器作為開始的基本代碼是：#VRMLV2.0utf8DEFcubeTransform{rotation1110children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100geometryBox{}}DEFTouchSTouchSensor{}DEFrevolverScript{eventinSFBoolstartRevolvingeventOutSFRotationrevolvefieldSFFloatangle0url，zjavascript:functionstartRevolving（）{revolve[0]=l;revolve[1]=1;revolve[2]=1;revolve[3]=angle;angle+=0.1;}〃}ROUTETouchS.isOverTOrevolver.startRevolvingROUTErevolver.revolveTOcube.set_rotation其中，方塊cube包含兩個子節(jié)點，前者定義了它的形態(tài)（紅色的單位立方體），后者把它定義成接觸檢測器。注意,cube的類型是Transform節(jié)點，它的rotation域是外露域，指定本組相對于上層坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)值，這里指定的初始值是"1110”，其中前三個數(shù)值定義旋轉(zhuǎn)軸，最后一個值定義旋轉(zhuǎn)角。由于它是外露域，因而可以通過入事件（名為set.rotation）進行修改，下面定義的動態(tài)行為就是這樣實現(xiàn)的。Script節(jié)點revolver的核心是內(nèi)聯(lián)的ECMAScript腳本函數(shù)。它給定一個不斷變化的旋轉(zhuǎn)值。當(dāng)鼠標(biāo)指針移動到方塊之上時，接觸檢測器發(fā)出isOver,和第一節(jié)中采用的isActive事件不同，isOver不需鼠標(biāo)左鈕按下時即可發(fā)出。isOver事件通過路由傳遞給腳本節(jié)點的事件入口startRevolving,從而啟動函數(shù)startRevolving,函數(shù)將一個新的旋轉(zhuǎn)值發(fā)往事件出口revolve,這個旋轉(zhuǎn)值通過路由進入cube的外露域rotation,修改了方塊的旋轉(zhuǎn)角，引起它的朝向變化。鼠標(biāo)指針在cube上面的每次方位變化都引起isOver事件發(fā)送一次，從而導(dǎo)致方塊旋轉(zhuǎn)一次。⑵時間傳感器為了使方塊能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)，需要引進等間隔連續(xù)發(fā)送的時間序列，這正是時間檢測器的用武之地。時間檢測器隨著時間推移不斷產(chǎn)生事件，可用于多種目的，包括：a.驅(qū)動連續(xù)性的仿真和動畫b.控制周期性的活動（如每分鐘一次）c.初始化單獨事件，如報警鐘下面是我們要用的時間檢測器和修改后的路由關(guān)系：DEFtickerTimeSensor{clelnterval0.1loopTRUEenabledFALSE)ROUTETouchS.isOverTOticker.set_enabledROUTEticker.cycleTimeTOrevolver.startRevolvingROUTErevolver.revolveTOcube.set_rotationenabled用于啟用和停用時間檢測器，開始時它處于停用狀態(tài)，以后由接觸檢測器的isOver事件修改這一狀態(tài)。啟用的時間檢測器每隔0.1秒送出一個cycleTime事件，并用它來觸發(fā)revolver的startRevolving事件，注意，cycleTime事件的類型為SFTime,而路由兩端事件的類型必須匹配，所以盡管這里我們不關(guān)心這個事件表示的具體時刻，還是把revolver的startRevolving事件類型也改為SFTime.這樣，revolver的函數(shù)startRevolving。就會每0.1秒調(diào)用一次，從而驅(qū)動方塊連續(xù)旋轉(zhuǎn)。完整的代碼是：#VRMLV2.0utf8DEFcubeTransform{rotation1110children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100})geoemtryBox{})DEFTouchSTouchSensor{}])DEFrevolverScript{eventinSFTimestartRevolvingeventOutSFRotationrevolvefieldSFFloatangle0url^vrmlscript:functionstartRevolving(){revolve[0]=l;revolve[l]=l;revolve⑵=1;revolve[3]=angle;angle+=0.1;DEFtickerTimeSensor{cyclelnterval0.1loopTRUEenabledFALSE）ROUTETouchS.isOverTOticker.set_enabledROUTEticker.cycleTimeTOrevolver.startRevolvingROUTErevolver.revolveTOcube.set_rotation上述腳本節(jié)點的功能比較簡單，只是不斷送出調(diào)整的旋轉(zhuǎn)值，它是關(guān)鍵幀動畫的一種。由于關(guān)鍵幀動畫十分常用，故VRML專門定義了插補器節(jié)點來實現(xiàn)它。⑶方位插值器插補器節(jié)點可認(rèn)為是VRML內(nèi)置的腳本節(jié)點，它們執(zhí)行簡單的動態(tài)計算，通常和時間檢測器或者能夠使對象產(chǎn)生動作的節(jié)點結(jié)合在一起使用，生成線性關(guān)鍵幀動畫。插補器節(jié)點實際上是一個由關(guān)鍵點和對應(yīng)關(guān)鍵值定義的分段線形函數(shù)。根據(jù)插值類型的不同，VRML共定義六個插補器節(jié)點：Colorinterpolator（顏色插補器）、Coordinatelnterpolator（坐標(biāo)插補器）、Normallnterpolator（法線插補器）、Orientationinterpolator（朝向插補器）、positioninterpolator（位置插補器）、Scalarinterpolator（標(biāo)量插補器）。所有插補器的域和事件都是類似的：eventinSFFloatset_fructionexposedFieldMFFloatkey[...]exposedFieldMF[type]keyValue[ ]eventOut[S|M]F[type]keyValue_changed關(guān)鍵值域keyValue的類型決定了插補器的類型（例如，Orientationinterpolator的keyValue域的類型是MFFloat）,入事件set_fraction接收SFFloat型的事件，插補器隨即根據(jù)它進行插值，并通過出事件value_changed送出插值結(jié)果。這里我們把時間檢測器的fraction_changed事件作為插補器的輸入，這個事件是一個[0,1]區(qū)間的值，每個時間步都送出一次，表示當(dāng)前周期內(nèi)已過去的時間相對于整個周期的比例，是插補器常用的輸入源之一。與此對應(yīng)，我們把插補器關(guān)鍵幀的取值也定義在[0,1]范圍內(nèi)。與0和1這兩個關(guān)鍵幀對應(yīng)的關(guān)鍵值的旋轉(zhuǎn)軸是相同的，只是旋轉(zhuǎn)角度不同（0,3.14159）,這樣方位插補器輸出的旋轉(zhuǎn)值的旋轉(zhuǎn)軸固定不變，旋轉(zhuǎn)角從0遞增到3.14159,然后不斷重復(fù)。#VRMLV2.0utf8DEFcubeTransform{rotation1110children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010學(xué)生可以以瀏覽探索的方式汲取知識，如進入虛擬太空學(xué)習(xí)天文知識，利用虛擬地球?qū)W習(xí)地理知識，穿過歷史長廊與歷史人物交流，進入分子世界游歷化學(xué)殿堂等等，這些曾經(jīng)是夢想中的學(xué)習(xí)方式都可以逐步實現(xiàn)。在這個虛擬教育世界中，甚至可以有利用VRML制作的動畫人物扮演教師，其面部表情和形體動作利用動作跟蹤系統(tǒng)捕捉下來，這樣得到的講課節(jié)目將是三維的。如果把這種方式擴大到教學(xué)雙方，則可實現(xiàn)具有實時交互性的虛擬教學(xué)一一教師控制的虛擬教師和學(xué)生控制的虛擬學(xué)生就可以在一個虛擬教室中相互交流。4.VRML的工作組及其研究目標(biāo)為了推動VRML技術(shù)的發(fā)展，VRML協(xié)會組織了很多工作組，每個工作組都是自愿組織、自我約束、并經(jīng)VRML協(xié)會認(rèn)可的技術(shù)委員會，負(fù)責(zé)某個與VRML有關(guān)的專題技術(shù)的研究和實現(xiàn)工作。人性動畫工作組(HumanoidAnimationWG)利用VRML表現(xiàn)人類行為特性。色彩保真工作組(ColorFidelityWG)確保采用任何平臺的觀眾所看到的效果都和創(chuàng)作者的原始作品一樣,顏色應(yīng)相當(dāng)一致。元形式工作組(MetaFormsWG)針對利用形式文法生成的作品，提出一般性的方法論和一般性規(guī)范，使之能夠映射為某種特定形式。首要目標(biāo)是能夠表示〃數(shù)字生命格式〃(DigitalLife-Forms)結(jié)構(gòu)和增長。面向?qū)ο髷U展工作組(Object-OrientedExtensionsWG)探討和推動對VRML進行面向?qū)ο髷U展的方法。數(shù)據(jù)庫工作組(DatabaseWG)推進基于VRML商業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)建，利用數(shù)據(jù)庫維護VRML內(nèi)容的持久性、升級能力和安全傳輸能力。外部創(chuàng)作接口工作組(ExternalAuthoringInterfaceWG)在VRML境界和外部環(huán)境之間建立標(biāo)準(zhǔn)接口。界面組件工作組(WidgetsWG)為開發(fā)者和用戶提供一套基礎(chǔ)性的、可自由使用的標(biāo)準(zhǔn)用戶界面組件集，并提供支持基本組件集和所有VRML組件的理論框架。二進制壓縮格式工作組(CompressedBinaryFormatWG)探討并開發(fā)VRML文件的二進制編碼方法，重點是研究為了快速傳送目的而盡量縮小文件尺寸，同時為了快速解碼B的而盡量簡化文件結(jié)構(gòu)。通用媒體庫工作組(UniversalMediaLibrariesWG)為了提高VRML境界的真實感，同時減少網(wǎng)絡(luò)的下載量，而定義一種由駐留本地的媒體元件(紋理、聲音和VRML對象)組成的小型跨平臺媒體庫。同時定義一種統(tǒng)一機制，通過這種機制，VRML內(nèi)容創(chuàng)作者可以在自己的境界中使用這些媒體元件。活動境界工作組(LivingWorldsWG)為多用戶(包括多個開發(fā)者)應(yīng)用的產(chǎn)生和進化定義概念框架，并確定一組界面。鍵盤輸入工作組(KeyboardInputWG)為了使內(nèi)容創(chuàng)作者能夠在自己的境界中訪問鍵盤輸入，定義一個或多個擴充節(jié)點。一致性工作組(ConformanceWG)為與一致性測試有關(guān)的問題提供一個討論場所，特別地，本組將辨別VRML實現(xiàn)發(fā)生分歧的地方以及相應(yīng)的動作序列。生物圈工作組(BiotaWG)為生命系統(tǒng)(LivingSystem)的研究和學(xué)習(xí)建立、配備數(shù)字式工具和環(huán)境。分布式交互仿真工作組(DistributedInteractiveSimulationWG)為建立有多廣播能力(Mu11icast-Capab1e)的大規(guī)模虛擬環(huán)境(Large-ScaleVirtualEnvironments,LSVEs)確立初始網(wǎng)絡(luò)約定。VRML腳本工作組(VRMLScriptWG)向VRML監(jiān)查組(VRMLReviewBoard,VRB)geometryBox{}}DEFTouchSTouchSensor{}DEFrevolverOrientationinterpolator{key[0,1]keyValue[0.50.50.50,0.50.50.53.14159]）DEFtickerTimeSensor{cyclelnterval2loopTRUEenabledFALSE）ROUTETouchS.isOverTOticker.set_enabledROUTEticker.fraction_changedTOrevolver.set_fractionROUTErevolver.value_changedTOcube.set_rotation小結(jié)：本節(jié)實現(xiàn)連續(xù)動向，動畫由接觸檢測器記動，由時間檢測器驅(qū)動，動畫本身比較簡單，就是不斷地旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生不斷變化的旋轉(zhuǎn)值的方法有兩種：自己編寫腳本，或者利用插補器節(jié)點。3.動態(tài)修改場景圖場景圖是描述境界結(jié)構(gòu)的基本概念，節(jié)點是構(gòu)成場景圖的基本單元。組節(jié)點是能夠包含子節(jié)點的節(jié)點，組節(jié)點本身還可作為其他組節(jié)點的子節(jié)點，從而形成層次性體系結(jié)構(gòu)。VRML中的組節(jié)點包含Anchor（錨）、Billboard（布告牌）、Collision（碰撞）、（Group）（組）、Inline（內(nèi)聯(lián)）、LOD（細(xì)節(jié)層次）、Switch（開關(guān)）、Transform（變換）共8種，除Inline.LOD、Switch這幾個具有特殊功能外，它們都定義了人事件addChild和removeChildren,前者用于向組節(jié)點的子節(jié)點域children中增加新的子節(jié)點，后備用于從中刪除子節(jié)點,這樣就可以動態(tài)修改場景圖的結(jié)構(gòu)。下面是我們這一節(jié)要建立的境界，開始的時候球體位于左邊紅色方塊的內(nèi)部，在按動底部的綠色方塊后，球體進人右邊藍包入塊之內(nèi)。#VRMLV2.0utf8Viewpoint{position0015}DEFleftBoxTransform{translation-500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100})geometryBox{}DEFrightBoxTransform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor001}geometryBox{}DEFonoffTransform{translation0-50children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010}geometryBox{}其中，左邊的方塊為紅色，右邊的方塊為藍色，下邊的方塊為綠色，都是Transform類型，三者都位于場景圖的最高層，都是場景圖的根節(jié)點，都包含一個Box幾何體作為子節(jié)點。下面為紅方塊增加一個球體子節(jié)點：DEFleftBoxTransform{translation-500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100}DEFSphereChildShape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor101})geometrySphere{radius1.2}為了以后引用方便，這里為球體子節(jié)點起了名字：SphereChildo為了讓用戶能夠增刪這個兒子，把綠方塊定義成接觸傳感器：DEFonoffTransform{translation0-50children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010})geometryBox{}}DEFTSTouchSensor{}])子節(jié)點增刪的具體任務(wù)由Script節(jié)點來完成：DEFSScript{eventinSFBoolisActiveeventOutMFNodechildfieldMFNodetestNodeUSESphereChildurl“javascript:functionisActive(value){if(value)chiId=testNode;}”)請注意，它的出事件child的類型是MFNode,也就是說，通過這個事件送出的是節(jié)點。節(jié)點S的testNode域是對球體SphereChild引用(USE語句),引用不復(fù)制該節(jié)點，而是把同一節(jié)點再次插入場景圖，從而導(dǎo)致SphereChild擁有多個父親，所以場景圖儀僅是層次結(jié)構(gòu)，而不是樹形結(jié)構(gòu)。加上下面的路由語句，建立事件聯(lián)系：ROUTETS.isActiveTOS.isActiveROUTES.childTOleftBox.removeChiIdrenROUTES.childTOrightBox.addChiIdren接觸傳感器TS的激活事件isActive鏈接到腳本節(jié)點S的isActive,這樣用戶一旦按動綠方塊，就會啟動腳本節(jié)點的事件處理函數(shù)isActive。，此函數(shù)把testNode節(jié)點(即球體節(jié)點SphereChild)送至出事件S.child。根據(jù)路由，左邊紅方塊的事件人口leftBox.removeChildren收到此事件，按照removeChildren的語義，球體節(jié)點SphereChild從leftBox的子節(jié)點列表中刪除。與此同時，右邊藍方塊的事件入口rightBox.addChiIdren也收到S.child出事件，根據(jù)addChildren的語義，球體節(jié)點SphereChild加入rightBox的子節(jié)點列表。通過這個過程，球體節(jié)點SphereChild的父節(jié)點從leftBox更換成rightBoxo4.擴充節(jié)點類型VRML提供了54種節(jié)點類型，稱為內(nèi)部節(jié)點類型。然而實際應(yīng)用中可能要求新的節(jié)點類型，原型(prototype)是VRML實現(xiàn)節(jié)點類型擴充的基本機制。新節(jié)點類型是根據(jù)已定義的(內(nèi)部的或原型的)節(jié)點類型定義的，一旦定義，原型節(jié)點類型就可以像內(nèi)部節(jié)點類型一樣在場景圖中實例化。原型可以在當(dāng)前文件中定義并使用，也可以在其他文件中定義，即外部原型。外部原型提供了一種使節(jié)點類型能夠跨越網(wǎng)絡(luò)的機制。本節(jié)的原型例子取自VRML97標(biāo)準(zhǔn)，它定義的是一個桌子類型，這個原型為：#VRMLV2.0utf8PROTOTwoColorTable[fieldSFColorlegColor0.80.40.7fieldSFColortopColor0.60.60.1](Transform{Children{Transform{#桌面translation0.00.60.0children_Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColorIStopColor})geometryBox{size1.20.21.2})]}Transform{translation-0.50-0.5children[DEFLegShape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColorISlegColor)geometryCylinder{height1radius0.1)Transform{#另一條桌腿translation0.50-0.5childrenUSELeg}Transform{#另一條桌腿translation-0.500.5childrenUSELeg）Transform{#另一條桌腿translation0.500.5childrenUSELeg）]#根節(jié)點Transform的兒子結(jié)束}#根節(jié)點Transform結(jié)束}#原型結(jié)束原型語句PROTO分為原型接口聲明和原型定義兩部分。接口聲明包括原型的入事件和出事件的類型和名稱，以及原型的域的類型、名稱和缺省值。這里的接口聲明為：PROTOTwoColorTable[fieldSFColorlegColor0.80.40.7fieldSFColortopColor0.60.60.1]這個原型的類型名稱為“TwoColorTable”（雙色桌），它有兩個域；legColor（桌腿色）和topColor（桌面色）。作為節(jié)點類型，TwoColorTable的用法和其他內(nèi)部節(jié)點類型一樣。接口聲明之后是原型的主體，稱為原型定義。原型定義實際上是一個場景圖,由一個或多個根節(jié)點、嵌入的PROTO語句和ROUTE語句構(gòu)成，其中的第一個節(jié)點類型確定原型實例在VRML文件中的使用方法。例如，如果原型定義中的第一個節(jié)點是Material節(jié)點，則只要可以使用Material節(jié)點的地方，原型實例都可以使用。原型定義中定義的其他節(jié)點及其附帶的場景圖都不進入原型實例所在的變換層系，但可以被原型定義中的ROUTE語句或Script節(jié)點引用。TwoColorTable原型中的第一個節(jié)點是Transform組節(jié)點，它決定了TwoColorTable型節(jié)點在場景圖中的方法，在場景圖中添加一個TwoColorTable型節(jié)點.相當(dāng)于增加Transformo原型定義中節(jié)點的域、人事件、出事件可以通過IS語句和接口聲明中的域、入事件、出事件建立關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)實際上相當(dāng)于把原型定義中的這些域和事件公開作為原型的域和事件。關(guān)聯(lián)的基本規(guī)則是域和域、入事件和入事件、出事件和出事件對應(yīng)關(guān)聯(lián)，原型定義中的外露域可以和接口聲明中的域、入事件、出事件或外露城關(guān)聯(lián)。本例中的關(guān)聯(lián)有兩個：桌面diffuseColor域和接口聲明中的topColor域，桌腿的diffuseColor域和接口聲明中的legColor域之間。也就是說，TwoColorTable型節(jié)點中的topColor和legColor值實際上分別確定了桌面和桌腿的漫反射色diffuseColoro提供有關(guān)Java和JavaScript的問題列表、修改建議和評論。自然語言處理和動畫工作組(NLP&AnimationsWG)為了使用戶能使用自然語言和VRML動畫形象進行交流,從而使交互更自然，增強用戶和動畫形象之間的信息流動，研究如何使用“問題/回答"、“命令/響應(yīng)”式的對話以及基于操作系統(tǒng)命令和字符控制的自然語言。VRML-DHTML集成工作組(VRML-DHTMLIntegrationWG)為VRML和DHTML在文檔對象模型、組件(Component)接口和繪制等三個層次的緊密集成開發(fā)一種概念模型。6.研究現(xiàn)狀VRML97發(fā)布后，互聯(lián)網(wǎng)上的3D圖形兒乎都使用了VRML。由于技術(shù)的局限性,如帶寬不夠，需要下栽插件瀏覽，文件量大，真實感、交互性需要進一步加強等原因，最近一二年，許多制作Web3D圖形的軟件公司的產(chǎn)品，并沒有完全遵循VRML97標(biāo)準(zhǔn)，而是使用了專用的文件格式和瀏覽器插件，開發(fā)了比較實用的VR軟件。這些軟件有些比VRML有了進步，在渲染速度、圖像質(zhì)量、造型技術(shù)、交互性以及數(shù)據(jù)的壓縮與優(yōu)化上，都有勝過VRML之處。比如，Cult3D、Viewpoint、GL4Java>Pulse3D>Flatland>Flash>JPEG2000等。CULT3D.VIEWPOINT、360度環(huán)視等技術(shù)正被應(yīng)用。以Blaxxun和ParallelGraphics公司為代表，它們都有各自的VR瀏覽器插件，并各自開發(fā)基于VRML標(biāo)準(zhǔn)的擴展節(jié)點功能(X3D),使3D的效果，交互性能更加完美；支持MPEG,Mov、Avi等視頻文件,Rm等流媒體文件,Wav、Midi.Mp3、Aiff等多種音頻文件，F(xiàn)lash動畫文件，多種材質(zhì)效果，支持Nurbs曲線,粒子效果，霧化效果；支持多人的交互環(huán)境，VR眼鏡等硬件設(shè)備；在娛樂、電子商務(wù)等領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用，并各自為適應(yīng)X3D的發(fā)展，以X3D為核心，有Blaxxim3D等相關(guān)產(chǎn)品。在虛擬場景，尤其是大場景的應(yīng)用方面，以VRML標(biāo)準(zhǔn)為核心的技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢。二、初識VRML(一)VRML的文件結(jié)構(gòu).文件頭VRML2.0(VRML97)開頭如下：#VRMLV2.0utf8VRML是大小寫敏感的，utf8是指一種純文本編碼方式.場景圖(SceneGraph)由描述“對象及其屬性”的節(jié)點組成，節(jié)點是VRML的基本單元，場景圖的第一類節(jié)點用于從視覺和聽覺角度表現(xiàn)對象，它們是按照層次體系結(jié)構(gòu)組織的；另一類節(jié)點，則參與事件產(chǎn)生和路由機制。.原型(Prototype)用戶可以通過原型擴充VRML的節(jié)點類型集。原型的定義可以包含在使用該原型的文件中，也可以在外部定義。.事件路由(Route)有些VRML節(jié)點能通過產(chǎn)生事件響應(yīng)環(huán)境變化或用戶交互。事件一旦產(chǎn)生，就按時間順序向路由目標(biāo)節(jié)點發(fā)送。目標(biāo)節(jié)點接收后進行相應(yīng)處理，可改變節(jié)點狀態(tài)，產(chǎn)生其他事件，或者修改場景圖的結(jié)構(gòu)。利用腳本節(jié)點Script,作者可以Java或JavaScript語言自定義任意事件處理。（二）VRKL節(jié)點和數(shù)據(jù)類型虛擬場景由對象構(gòu)成，對象及其屬性用節(jié)點（Node）描述，節(jié)點是構(gòu)成VRML文件的基本單元。VRML97定義了54種基本節(jié)點類型（內(nèi)部節(jié)點類型），用戶也可以通過原型機制定義自己的節(jié)點類型。節(jié)點由域和事件組成：.域（field）描述了節(jié)點的當(dāng)前狀態(tài)。其中外露域（exposedField）是域和事件的統(tǒng)一體,它既作為域描述節(jié)點，又隱含著形如“set_域名”的入事件和“域名.changed”的出事件。.事件（event）分為入事件和出事件，入事件將導(dǎo)致節(jié)點狀態(tài)的改變；出事件向外報告自身狀態(tài)的變化。（三）VRML瀏覽器BlaxxunContact3DCosmoPlayerVisvape等MicrosoftVRML2.0Viewer（四）編寫VRML境界L制作第一個虛擬境界#VRMLV2.0utf8Group{children[Shape{geometryBox{}）]）將它保存為SimpleWorld.wrl文件，則可以用瀏覽器看到它。.定義外觀 第二場景再定義立方體的外觀，即改變Shape節(jié)點的appearance域（外觀），appearance域是——個節(jié)點，止匕節(jié)點的material域定義為——個Material節(jié)點：則Shape節(jié)點變成了：Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{}}geometryBox{}）修改它的diffuseColor域（漫射色），應(yīng)該是{100},3個數(shù)字分別表示紅色、綠色和藍色，取值范圍是0到1：materialMaterial{diffuseColor100}這樣，生成了第二個場景文件：#VRMLV2.0utf8Group{children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100})geometryBox{}]).定義變換一一第三個場景若想移動這個紅色的立方體，可以通過為它外套一個Transform節(jié)點來實現(xiàn)：Transform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100})geometryBox{})]}Transform節(jié)點的translation500表示x軸向上右移5個單位(米)則第三個場景完整代碼如下：#VRMLV2.0utf8Group{children[Transform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor100)4.復(fù)制節(jié)點一一第四個場景復(fù)制節(jié)點，并將各自的幾何形狀定義為方塊、球體和圓椎Group{children[Transform{translation500children[Shape{...geometryBox{})Transform{translation000children[Shape{...geometrySphere{})])Transform{translation-500children[Shape{???geometryCone{})]#endofGroupchildren}為了以后引用方便，分別給這3個Transform節(jié)點指定一個名稱:DEFboxTransform{...}DEFSphereTransform{...}DEFconeTransform{...}則第四個場景的完整代碼是：#VRMLV2.0utf8Group{children[DEFboxTransform{translation500children[Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseC