第1章 VRML網(wǎng)頁概述

虛擬現(xiàn)實(shí)三維網(wǎng)頁設(shè)計(jì)吳迪大連大學(xué)物理學(xué)院Email:

wudiphy@163.com使用虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造（建模）語言制作VRML網(wǎng)頁虛擬現(xiàn)實(shí)三維網(wǎng)頁設(shè)計(jì)課程綱要本課程開設(shè)的目的本課程的教學(xué)內(nèi)容本課程的安排本課程的要求教學(xué)參考書本課程開設(shè)的目的1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計(jì)是近年來剛剛興起的一種新型語言。2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是目前最前沿的技術(shù)。3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是應(yīng)用十分廣闊，其發(fā)展?jié)摿薮蟆?.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，它融合寬帶網(wǎng)絡(luò)、多媒體、以及人工智能等高新技術(shù)。具有劃時(shí)代意義。了解VRML規(guī)范和VRML網(wǎng)頁的特點(diǎn)，初步掌握VRML網(wǎng)頁的制作，掌握VRMLPad制作工具和CosmoPlayer瀏覽插件的使用。本課程的教學(xué)內(nèi)容虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計(jì)基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)立體網(wǎng)頁設(shè)計(jì)開發(fā)與設(shè)計(jì)基本幾何節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜幾何節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)組節(jié)點(diǎn)、紋理節(jié)點(diǎn)、場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)本課程的要求考核形式：作業(yè)+考勤+提交作品本課程的安排總學(xué)時(shí)：32

教學(xué)參考書《VRML虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)頁設(shè)計(jì)》，汪志達(dá)編著，清華大學(xué)出版社，2006年12月出版?！短摂M現(xiàn)實(shí)三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)語言》清華大學(xué)和北京交通大學(xué)出版社，2004年2月出版?！禭3D虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)》電子工業(yè)出版社出版，在2007年6月出版。《VRML編程實(shí)訓(xùn)教程》清華大學(xué)和北京交通大學(xué)出版社，在2008年1月出版?！短摂M現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語言VRML》，陽化冰編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2000.9《VRML虛擬現(xiàn)實(shí)網(wǎng)頁語言》，嚴(yán)子翔編著，清華大學(xué)出版社，2001.8使用軟件：VRMLpad

/products/vrmlpad/download/網(wǎng)上參考

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/ http://虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)三維網(wǎng)頁設(shè)計(jì)的文件結(jié)構(gòu)與規(guī)則第一章VRML網(wǎng)頁概述1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)VRML語言發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域的高新技術(shù)。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、仿真技術(shù)、三維立體場(chǎng)景設(shè)計(jì)、圖像處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)以及并行處理為一體。利用虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)逼真虛擬環(huán)境，用戶在虛擬空間體驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)世界相同感受，如：視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、碰撞、移動(dòng)和搬運(yùn)動(dòng)態(tài)交互感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展3個(gè)階段VR技術(shù)探索階段20世紀(jì)50-70年代。VR技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱秒A段80年代初期、中期。VR技術(shù)高速發(fā)展期，80年代末期到21世紀(jì)初。虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展1.VRML(VirtualRealityModelingLanguage)VRML(虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言)是20世紀(jì)90年代末才剛剛興起并逐漸發(fā)展起來的一種新型語言。在國外發(fā)展普及較快。在我國剛剛起步，正處于逐步發(fā)展時(shí)期。VRML經(jīng)歷1.0~2.0版本的發(fā)展。2000年春提出了VRML200X新規(guī)范。2004年8月X3D正式成為國際通用標(biāo)準(zhǔn)。2.X3D（Extensible3D，可擴(kuò)展3D）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)沉浸感、交互性、想象力（3I）創(chuàng)建逼真三維立體造型和場(chǎng)景具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能具有多媒體功能具有游戲動(dòng)畫設(shè)計(jì)功能配備虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備和程序驅(qū)動(dòng)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模式桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模式純軟件虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類圖沉浸式（硬件）虛擬現(xiàn)實(shí)“貴族式”軟件（網(wǎng)絡(luò)）虛擬現(xiàn)實(shí)“大眾化”

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（硬件和軟件）桌面式（基本）虛擬現(xiàn)實(shí)“桌面式”虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)交互感知設(shè)備三維立體眼鏡數(shù)據(jù)手套數(shù)據(jù)頭盔三維立體攝像機(jī)三維立體顯示器虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)交互感知設(shè)備2.虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境及應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)環(huán)境軟件平臺(tái)

WINDOWS98/XP/2000操作系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)專用編輯器

虛擬現(xiàn)實(shí)瀏覽器插件

IE瀏覽器

虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)工具計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件要求：

CPU主頻2.0G以上

硬盤幾十~幾百G

顯存大于128M以上

內(nèi)存512M以上開發(fā)環(huán)境工具瀏覽器MicrosoftInternetExplorer(IE)瀏覽器插件(1)CosmoPlayer—Platinum公司(2)Cortona--ParallelGraphics公司(3)Contact--BlaxxunInteractive公司開發(fā)環(huán)境工具虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的典型代表有：

VRML、Virtools、JAVA3D、X3D、OpenGL和Vega等本課程主要介紹VRML。編輯器（1）記事本編輯器（2）Vrmlpad編輯器還可以采用： vrbuilder3DsMax Maya虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造。虛擬旅游、觀光、休閑。虛擬現(xiàn)實(shí)交通（汽車、飛行模擬訓(xùn)練等）虛擬現(xiàn)實(shí)軍事、仿真（虛擬戰(zhàn)場(chǎng)等訓(xùn)練模擬）虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)制造（工業(yè)加工設(shè)計(jì)制造等）虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)（醫(yī)學(xué)成象、制藥等）虛擬現(xiàn)實(shí)科學(xué)研究（分子建模、數(shù)字地球等）虛擬教學(xué)（虛擬課件、虛擬教學(xué)演示等）虛擬現(xiàn)實(shí)能源（石油、天然氣、電力、煤炭等）虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂（開發(fā)虛擬游戲、娛樂等）虛擬現(xiàn)實(shí)城市-1這是世界上最為著名的虛擬現(xiàn)實(shí)城市“虛擬洛杉磯”，至今已成功完成十多個(gè)城市虛擬仿真項(xiàng)目。

虛擬現(xiàn)實(shí)城市-2虛擬深圳中心區(qū)虛擬現(xiàn)實(shí)三維立體空間場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)校園-3韶關(guān)大學(xué)信息工程學(xué)院虛擬現(xiàn)實(shí)三維立體空間場(chǎng)景設(shè)計(jì)3.瀏覽器主要瀏覽器的使用方法：

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公司實(shí)例Flash事例VRML事例其他事例Vrmlpad開發(fā)界面4.

Vrmlpad編輯器菜單欄工具欄主窗口主窗口EditingEnhancedcolor-codingDynamicerrorsdetectingDocumentTabsSceneTreeRoutingMapResourceViewPreviewVrmlScriptDebuggerNodeThumbnails

主要功能：智能自動(dòng)完成在編輯VRML文本時(shí)能夠根據(jù)上下文關(guān)系及其在場(chǎng)景圖中的位置給出一個(gè)包含合適的VRML標(biāo)識(shí)文本的列表以供選擇。這些VRML標(biāo)識(shí)文本關(guān)鍵字關(guān)鍵字、節(jié)點(diǎn)名稱、域的名稱、域類型、SFNode節(jié)點(diǎn)和MFNode節(jié)點(diǎn)的子域、標(biāo)準(zhǔn)VRML腳本對(duì)象及其屬性和方法的名稱。

主要功能：動(dòng)態(tài)錯(cuò)誤檢測(cè)VrmlPad可以提示用戶語法、值類型的錯(cuò)誤或警告。提供域值是否在適當(dāng)范圍中?？梢孕ｒ?yàn)是否有重復(fù)的節(jié)點(diǎn)定義，是否有不匹配的域名或路由。

主要功能：語法強(qiáng)調(diào)顯示支持可定制的VRML語法強(qiáng)調(diào)顯示（包括關(guān)鍵詞、域和節(jié)點(diǎn)的類型）。

主要功能：場(chǎng)景圖樹的可視化顯示節(jié)點(diǎn)的代碼能夠根據(jù)場(chǎng)景圖的結(jié)構(gòu)展開或收起以方便編輯，可以在結(jié)構(gòu)視圖中選擇要編輯的節(jié)點(diǎn)或域。主要功能：多文檔同時(shí)編輯在同一個(gè)VrmlPad中同時(shí)打開多個(gè)文件以便進(jìn)行文件之間的復(fù)制、剪切、粘貼的操作,或方便的查找替換文本。同一個(gè)文件也可以使用兩個(gè)窗口來瀏覽同一文件的不同部分。根據(jù)當(dāng)前打開的文件能夠很容易的找到與之相關(guān)的文件（例如Inlines、Anchor、EXTERNPROTOs）并進(jìn)行編輯。

主要功能：資源文件管理使用Resourceviewwindow（資源查看窗口）來查看、編輯、瀏覽文檔的資源。資源中某個(gè)文件重命名時(shí)，相關(guān)的文件鏈接也會(huì)同時(shí)自動(dòng)更改

主要功能：自動(dòng)化操作與自定義腳本操作VrmlPad允許開發(fā)者通過外部應(yīng)用程序界面（API）使用C、C++、VisualBasic、BorlandDelphi這樣的語言來操控Vrmlpad。另外高級(jí)用戶還可以通過建立來插件、VBScript、JavaScript宏命令在VrmlPad環(huán)境中執(zhí)行自定義的任務(wù)。

主要功能：整合腳本調(diào)試器可以使用此整合的腳本調(diào)試器在內(nèi)嵌的vrmlscript腳本中，或在用Cortona控件插入VRML的網(wǎng)頁中查找并修復(fù)。這個(gè)調(diào)試器有這些控制腳本的執(zhí)行的功能：可以暫停腳本的執(zhí)行，運(yùn)行至指定行，設(shè)置斷點(diǎn)，一步步的運(yùn)行腳本。監(jiān)視腳本的數(shù)據(jù)狀態(tài)：當(dāng)前調(diào)用的堆棧；相關(guān)的前后代碼中變量，數(shù)組，對(duì)象；計(jì)算包含這些數(shù)據(jù)的表達(dá)式。在調(diào)試階段修改變量，數(shù)組，或?qū)ο蟮闹怠Ｔ谡{(diào)試階段添加并測(cè)試新的腳本代碼。使用QuickWatchwindow（快速監(jiān)視窗口）檢驗(yàn)或修改變化的數(shù)據(jù)。使用CodeTips(代碼上的彈出提示)快速監(jiān)視腳本中的變量值。

主要功能：預(yù)覽使用系統(tǒng)里安裝的VRML瀏覽器預(yù)覽場(chǎng)景?？梢宰詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中安裝的VRML瀏覽器，也可以指定在其中某個(gè)特定的瀏覽器中預(yù)覽場(chǎng)景?？梢詥为?dú)預(yù)覽選定的節(jié)點(diǎn)或組。主要功能：節(jié)點(diǎn)縮略圖在文本編輯區(qū)旁邊同步顯示節(jié)點(diǎn)的縮略圖。主要功能：發(fā)布組織并優(yōu)化所有的相關(guān)文件，對(duì)場(chǎng)景可以采用Gzip壓縮格式以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)下載的速度。把所有資源打包并上傳到服務(wù)器上或作為郵件附件發(fā)送出去。發(fā)布向?qū)н€可以把相關(guān)的資源用base64數(shù)據(jù)編碼嵌入到VRML主文件中。VRML的基本概念5.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)點(diǎn)：是VRML文件的最基本組成要素。是對(duì)客觀世界中各種事物、對(duì)象概念的抽象描述。VRML文件就是由許多結(jié)點(diǎn)之間并列或?qū)訉忧短锥鴺?gòu)成；事件：每一個(gè)結(jié)點(diǎn)一般都有兩種事件。一個(gè)“入事件”和一個(gè)“出事件”。在多數(shù)情況下，事件只是一個(gè)要改變域值的請(qǐng)求。“入事件”請(qǐng)求結(jié)點(diǎn)改變自己某個(gè)域的值；“出事件”則是請(qǐng)求別的結(jié)點(diǎn)改變它的某個(gè)域值。物體的造型即場(chǎng)景圖：由描述對(duì)象及其屬性的結(jié)點(diǎn)組成。腳本：是一套程序，是與其他高級(jí)語言或數(shù)據(jù)庫的接口。路由：是產(chǎn)生事件和接受事件的結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)通道。VRML的立體空間坐標(biāo)系VRML的空間坐標(biāo)系是符合右手定則的三維坐標(biāo)系。對(duì)象總是以坐標(biāo)系的原點(diǎn)為中心創(chuàng)建的。默認(rèn)情況，瀏覽者中心位于（0，0，10）點(diǎn)，視線朝Z-方向。如果創(chuàng)建的地面（長(zhǎng)方體）較大，可能將瀏覽者卡住。VRML的長(zhǎng)度單位：VRML單位，不是一個(gè)絕對(duì)的尺寸。6.VRML網(wǎng)頁源碼的結(jié)構(gòu)與規(guī)則VRML文件

VRML文件的擴(kuò)展名為：.wrl或.wrz

VRML網(wǎng)頁源碼區(qū)別大小寫。

VRML文件結(jié)構(gòu)

文件頭結(jié)點(diǎn)（主編組結(jié)點(diǎn)

成員結(jié)點(diǎn)）腳本路由等組成#VRMLV2.0utf8#…………..頭文件結(jié)點(diǎn)名#…………..結(jié)點(diǎn)

{

域域值#………….結(jié)點(diǎn)域和域值：：

}{Script#………….腳本Script結(jié)點(diǎn)

{

。。。

},

ROUTE#……………路由，把入事件和出事件結(jié)合起來文件特點(diǎn)：層次清晰，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，條理清楚，易于理解和掌握。文件頭……………...相當(dāng)于其他語言的main

由四部分構(gòu)成：

#VRMLV2.0utf8

Group{children……UTF國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的一個(gè)支持多種語言的字符集，

ASCII是它的一個(gè)子集頭文件必須按規(guī)則書寫，并置于文件的第一行。文件注釋用符號(hào)“#”表示。主編組結(jié)點(diǎn)Group由children引出成員結(jié)點(diǎn)；成員結(jié)點(diǎn)之間一般用逗號(hào)分隔； children下只有一個(gè)成員結(jié)點(diǎn)時(shí)，中括號(hào)可以省略。#VRMLV2.0utf8Group#……..主編組結(jié)點(diǎn){children[

Background#…………成員結(jié)點(diǎn){。。。},

Shape#…………………成員結(jié)點(diǎn){。。。}，

Script{#………………….腳本Script結(jié)點(diǎn)。。。},。。。]}7.VRML結(jié)點(diǎn)成員結(jié)點(diǎn)主要有：環(huán)境結(jié)點(diǎn) Background（空間背景結(jié)點(diǎn)） Fog（大氣效果結(jié)點(diǎn)） Sound（聲音結(jié)點(diǎn)） PointLight、DirectionLight、SpotLight（光照效果結(jié)點(diǎn)）實(shí)物結(jié)點(diǎn)Shape（幾何造型和文字結(jié)點(diǎn)）編組結(jié)點(diǎn) Transform（坐標(biāo)系變換結(jié)點(diǎn)） Anchor（鏈接物結(jié)點(diǎn)） Billboard（朝向結(jié)點(diǎn)）控制結(jié)點(diǎn) NavigationInfo（瀏覽者信息結(jié)點(diǎn)） ViewPoint（視點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)） Inline（內(nèi)聯(lián)結(jié)點(diǎn)）成員結(jié)點(diǎn)內(nèi)包含若干域，每個(gè)域都有域名和域值Shape{appearance{material{diffuseColor}}geometry{string“HellloWorld”fontStyle{size2}}}AppearanceMaterialTextFontStyle一級(jí)域結(jié)點(diǎn)一級(jí)域結(jié)點(diǎn)二級(jí)域結(jié)點(diǎn)二級(jí)域結(jié)點(diǎn)域名域值域編組結(jié)點(diǎn)可以嵌套成員結(jié)點(diǎn)（由children引出）。Transform#………………..編組結(jié)點(diǎn){translation-2.00.00.0children[Shape#………..成員結(jié)點(diǎn)

{appearanceAppearance

{materialMaterial{

diffuseColor0.01.00.0}}geometry{size2}}]}8.域結(jié)點(diǎn)：域結(jié)點(diǎn)有一級(jí)域結(jié)點(diǎn)和二級(jí)域結(jié)點(diǎn) (a)一級(jí)域結(jié)點(diǎn)用于表示成員結(jié)點(diǎn)域值的結(jié)點(diǎn)。如： Shape結(jié)點(diǎn)中appearance域的域值為Appearance結(jié)點(diǎn) Sound結(jié)點(diǎn)中source域的域值為AudioClip結(jié)點(diǎn) Shape結(jié)點(diǎn)中g(shù)eometry域的域值可使用 Text、Box、Cone、Cylinder或Sphere結(jié)點(diǎn)(b)二級(jí)域結(jié)點(diǎn)用于表示一級(jí)域結(jié)點(diǎn)域值的結(jié)點(diǎn)。如： Appearance結(jié)點(diǎn)中material域的域值為Material結(jié)點(diǎn) Appearance結(jié)點(diǎn)中texture域的域值可使用 ImageTexture或MovieTexture結(jié)點(diǎn)9.結(jié)點(diǎn)名的重定義和重用：(a)重定義結(jié)點(diǎn)：DEF DEF結(jié)點(diǎn)名結(jié)點(diǎn)類型{} (b)重用結(jié)點(diǎn)

USE結(jié)點(diǎn)名

形式如下：#VRMLV2.0utf8 #頭文件結(jié)點(diǎn)名{ #VRML中各種類型的結(jié)點(diǎn) 域 域值 #相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的“域”和“域值” ： ： }DEF 結(jié)點(diǎn)名1 結(jié)點(diǎn)類型 #定義結(jié)點(diǎn){ 域 域值#相應(yīng)結(jié)點(diǎn)的“域”和“域值” ： ： }USE 結(jié)點(diǎn)名1 #重用結(jié)點(diǎn)語法事例1#VRMLV2.0utf8DEFTestUTransform{ tra