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1、第6章 虚拟现实网络课件制作6.1 虚拟现实技术基础n1.什么是虚拟现实n2.虚拟现实类型n3.基于网络的虚拟现实技术 “虚拟现实”（virtual reality，简称vr）是用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。它可使用户获得与真实世界一样的感觉,可达到代替实际系统的目的.6.1.1 什么是虚拟现实？什么是虚拟现实？专业级虚拟现实系统具有高度的实时性,能同时使用多种输入输出设备，用户可以用人体的自然技能，借助数字头盔、立体显示技术、数据手套和数据衣服等工具，与虚拟的感
2、觉世界进行交互作用。6.1.1 什么是虚拟现实？什么是虚拟现实？现在虚拟现实的范围很广，包括虚拟环境、塞伯空间等。虚拟现实最重要的目标就是真实的体验和方便自然的人机交互，凡是能够达到或部分达到这样目标的系统就称为虚拟现实系统。6.1.1 什么是虚拟现实？什么是虚拟现实？虚拟现实系统的关键特性沉浸：“真实”的体验交互：实时操纵 得到反馈信息1桌面虚拟现实2沉浸式虚拟现实3增强现实系统4分布式虚拟现实6.1.2 6.1.2 虚拟现实类型虚拟现实类型1桌面虚拟现实 利用个人计算机和低级工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口。使用简单的外部设备6.1.2 6.1.2 虚拟现实类型
3、虚拟现实类型（如鼠标、轨迹球）来观察360度范围内的虚拟世界，并操纵虚拟场景中的各种物体。纯软件型2沉浸式虚拟现实 高级虚拟现实系统，提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟境界之中的感觉。利用头盔式显示器或其他硬件设备数据手套位置跟踪器6.1.2 6.1.2 虚拟现实类型虚拟现实类型3增强现实系统 不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受。增强现实中无法感知或不方便的感受。6.1.2 6.1.2 虚拟现实类型虚拟现实类型 真实环境和虚拟环境结合起来的系统，部分系统是真实环境，这样既可减少真实环境的资源消耗，又可对实际物体进行操作。4分布式
4、虚拟现实如果多个用户通过计算机网络连接在一起，同时参加一个虚拟空间，共同体验虚拟经历，那虚拟现实则提升到了一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。16.1.2 6.1.2 虚拟现实类型虚拟现实类型6.1.3 6.1.3 基于网络的虚拟现实技术基于网络的虚拟现实技术nVRML nWeb3D n全景全景 面向网络、基于文本描述、与设备无关的三维造面向网络、基于文本描述、与设备无关的三维造型语言，它所生成的虚拟场景由用户端的专门浏览型语言，它所生成的虚拟场景由用户端的专门浏览器来浏览和交互。器来浏览和交互。网络三维技术的统称，其本质就是在网络上表网络三维技术的统称，其本质就是在网络上表现现3D，提
5、供比，提供比vrml具有更强表现力的虚拟现实网具有更强表现力的虚拟现实网络解决方案。络解决方案。基于摄影的，作品为实景拍摄的全景照片，可基于摄影的，作品为实景拍摄的全景照片，可web浏览器中进行三维互动浏览。浏览器中进行三维互动浏览。6.2 VRML6.2 VRML课件制作课件制作n1.VRML与网络教学与网络教学n2.Vrml语法语法n3.VRML浏览器浏览器n4.VRML制作工具制作工具n5.cosmo world制作制作VRML作品作品n6.vrmlpad编辑编辑VRML6.2.1 6.2.1 VRML与网络教学与网络教学n1.VRML概念概念VRML（Virtual Reality M
6、odeling Language）是一个在Internet中描述三维造型与交互环境的文本标注三维造型与交互环境的文本标注语言语言。VRML提供对三维世界及其内部基本对象的描述（包括球体、平面、圆锥、圆柱、立方体等）并同二维的页面链接起来。VRML是描述虚拟环境中场景的一种标准。它定义了三维应用系统中常用的语言描述，如层次变换、光源、视点、几何、动画、雾、材料特性和纹理映射等，并具有简单的行为特征描述功能。6.2.1 6.2.1 VRML与网络教学与网络教学n1.VRML概念概念VRML 1.0于于1994年面世年面世 VRML 2.0规范于规范于1996年公布年公布1997年，VRML正式作为
7、国际标准发布，并获得ISO批准，此即VRML 976.2.1 6.2.1 VRML与网络教学与网络教学n2.VRML特性特性文件短小，适于网络应用兼容性强，兼容多种3D文件格式和其他媒体文件格式实时3D交互后期维护方便扩展性强可支持多种运行环境6.2.1 6.2.1 VRML与网络教学与网络教学n2.VRML特性特性不足：三维图象质量一般，场景不能过于复杂，对客户机要求较高，需要使用专门的浏览器浏览器的控制比较困难。Vrml与外界的通信能力比较差Vrml与用户的交互比较弱6.2.1 6.2.1 VRML与网络教学与网络教学n3.VRML在网络教学中的应用在网络教学中的应用能营造更为逼真的环境和
8、场景，人机交互更为自然，更能增强想象力，增强学生的感官刺激，激发学生兴趣模拟仿真宏观世界和微观世界用虚拟仿真代替实际训练全景观察物理结构创设实验环境，进行实验教学6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础是一个扩展名为WRL的文本文件或扩展名为WRZ的二进制文件。文本编辑软件。Vrml浏览器。6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础#VRML V2.0 utf8Shape appearance Appearance material Material#用缺省材质和颜色 geometry Cylinder radius 3 height 6 side TRUE top FALSE
9、bottom TRUE 文件头：给浏览器提供文件的版本信息文件头：给浏览器提供文件的版本信息注释：以号开始的说明文字注释：以号开始的说明文字节点：场景信息的单位。用来描述场景中节点：场景信息的单位。用来描述场景中的造型、灯光及声音等的造型、灯光及声音等属性值：描述及改变节点属性的大小属性值：描述及改变节点属性的大小Vrml文件结构文件结构6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础节点(node)，VRML世界的基本单位n其地位相当于面向对象语言中的对象其地位相当于面向对象语言中的对象,但语义简单许但语义简单许多多n节点由若干域节点由若干域(Field)描述描述.每个域包括域名每个域包括域
10、名(也称也称域域的类型的类型)和和“值值”.n节点的域可能是简单的参数节点的域可能是简单的参数,如上例中的圆柱体如上例中的圆柱体节点有若干描述圆柱体的具体参数节点有若干描述圆柱体的具体参数.n节点的域也可能是另外的节点节点的域也可能是另外的节点,如上例中的如上例中的Shape节点节点,它含有两个域它含有两个域,名字分别为外观名字分别为外观(appearance)和几何形状和几何形状(geometry),其值都其值都是别的节点是别的节点.n节点描述和域的次序无关节点描述和域的次序无关6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础节点(node)，VRML世界的基本单位n有一些系统已定义的节点,
11、例如 Box,Cylinder,Shape,Material,SpotLight等n它们所含的域(名)是确定的,例如radius等.nVRML文本编写者的任务就是要给这些域设计适当的值n系统对这些域有缺省值,例如Boxsize 2,2,2,Sphere radius 1 等.n用户也可以自定义非规则几何体节点6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础节点类型n1、基本造型n2、组n3、造型节点n5、光照节点n6、多媒体节点n7、监测器和插补器节点6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础n1、基本造型Shapegeometry 几何造型节点Box,Sphere,Cone,Cylin
12、derappearance 定义颜色和表面纹理等外观属性 Material,Texture,TextureTransform表面特性:Appearance节点nmaterial域:值为Material节点,可有如下域ndiffuseColor,颜色的反射与入光角度有关nshineness,光洁度,取值 0.0-1.0ntransparency,透明度,取值 0.0-1.0ntexture域:值取ImageTexture,MovieTexture,PixelTexture节点之一ntextureTransform域:TextureTransform节点.用于在施用前对纹理做空间变换例子3:图像纹
13、理的应用#VRML V2.0 utf8Shape geometry Box appearance Appearance texture ImageTexture url“ie.gif”6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础n2、组节点 对若干造型进行编组，将他们组为一个整体进行操作GroupTransformAnchor等6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础n2、造型节点XYZ重新确定坐标重新确定坐标系统系统实现平移旋实现平移旋转和缩放转和缩放6.2.2 6.2.2 VRML语法基础语法基础translation x y z 将物体平行位移rotation x y z r
14、 按右手法则,将物体围绕由原点和(x y z)确定的射线旋转r弧度scale x y z,相对原点,按照给出的比例因子在空间三个方向上放大(缩小)注意:变换是针对物体上每一个点的.在成组节点中,变换对组中的节点都有效.嵌套的变换效果叠加,由内向外变换顺序:scale,rotation,translation还有些可选参数,例如旋转的原点,放大的中心等VRML的动画能力nAbility to change the world over timen不仅几何位置的变化，还包括颜色、光线、声音等。n具体表现在对有关节点属性值的动态改变n如何启动一个动画过程？-VRML提供各种各样的“传感器”节点,响应
15、用户事件.n如何在时间上控制一个动画过程？-TimeSensor节点n如何在行为上控制一个动画过程？-各种各样的“插值器”节点n通过ROUTE语句进行事件的传播：VRML动画的基本机制一个最简单的动画例子(eg5)#VRML V2.0 utf8Group children DEF PUSH TouchSensor#和下面的节点相联系 Shape geometry Cone appearance Appearance material Material diffuseColor 1 0 1 Sound#定义一个音响节点 source DEF BUZZ AudioClip url mssound.
16、wav maxFront 50#no sound heard beyond minFront 5#no change in volume withinROUTE PUSH.touchTime TO BUZZ.startTime文字例子(eg6)#VRML V2.0 utf8Shape geometry Text string Internet and Java Technologies fontStyle FontStyle size 1.5 family SERIF style BOLD VRML的事件:交互与动态的基础n事件是某些节点的性质(在VRML的53种节点中,多数与事件有关)n如何
17、知道什么节点与什么事件有关n节点规范中的显示说明n节点的exposed Field域隐含相关事件nROUTE语句:让不同节点之间事件相互联系的手段(起一个类似于赋值语句的作用)6.2.3 VRML浏览器1.Microsoft VRML2.0 View2.Cosmo player3.其他VRML浏览器 6.2.4 VRML制作工具1.VRML代码编辑软件2.可视化VRML制作工具传统的三维制作软件传统的三维制作软件 3ds max Maya Cinema 4D专用工具软件专用工具软件 Internet Space Builder,cosmo worlds,3D web site BuilderV
18、rmlPad SitePadPro6.2.5 使用Cosmo world制作vrml作品三、虚拟现实系统的应用什么是VRML(2.0)n一种语言,用于描述三维物体和由它们构成的三维场景;该场景可以具有现实世界的多种特征、可以是动态的,也可以和观察者交互作用.n它最引人入胜的应用是使人们能够在Web上构建动态的、具有丰富的传感效应的虚拟环境nVRML(2.0)不仅是VRML(1.0)的一个扩充.VRML的主要能力n描述三维物体及由它们构成的场景n动画：使物体在三维空间中运动n在场景中播放声音和电影n使观察者能与场景交互作用：传感与事件n通过脚本（用Java和JavaScript写的）使观察者在场
19、景中的感受更加生动。VRML(2.0)文件的基本格式n文件扩展名：.wrln第一行必须是：#VRML V2.0 utf8n这也是唯一必须有的内容。后面是关于“节点”（Node）的描述和注释n注释用“#”开始，直到本行结束nVRML是区分大小写字母的n现在的CosmoPlayer对词法,语法错误的处理非常弱(难怪免费).例子4:构造一个四面体#VRML V2.0 utf8Shape geometry IndexedFaceSet coord Coordinate#给出4个顶点的坐标 point 0 0 1,1.7 0-0.5,-1.7 0-0.5,0 1 0#用顶点序列来说明“面”,-1为分隔符
20、.注意底面的节点顺序,“右手法则”coordIndex 0 2 1-1,0 1 3-1,1 2 3-1,2 0 3-1 color Color#造一个颜色表 color 1 0 0,0 1 0,0 0 1,1 1 0#红,绿,蓝,黄 colorIndex 1,0,2,3#底面(0 2 1)用绿色,等 colorPerVertex FALSE#不要按顶点着色 VRML的声音和文字nSound节点,可以定义声源在场景中的位置,以及该声音能被听到的范围nAudioClip节点,出现在Sound节点的source域中,指出声音文件.该节点还含有loop,startTime,stopTime等expos
21、ed fields以控制声音播放nText节点,作为一种geometry节点,给出文字信息nFontStyle节点,出现在Text节点的fontStyle域中,描述文字的字体等文字例子(eg6)#VRML V2.0 utf8Shape geometry Text string Internet and Java Technologies fontStyle FontStyle size 1.5 family SERIF style BOLD 接触传感器规范说明的例子TouchSensor enabled TRUE#exposed field SFBoolFieldenabled 指出该传感器当
22、前是否处于工作状态 EventsisOver eventOut,SFBool,指出鼠标正放在兄弟几何节点之上isActive eventOut,SFBool,指出鼠标已经按下touchTime eventOut,SFTime,指出鼠标按下后释放的时间hitPoint_changed eventOut,SFVec3f,指出位置的变化hitNormal_changed eventOut,SFVec3f,指出法线的变化hitTexCoord_changed eventOut,SFVec2f,指出纹理坐标的变化Transform bboxCenter 0 0 0#SFVec3f bboxSize -1
23、-1-1#SFVec3f translation 0 0 0#exposed field SFVec3f rotation 0 0 1 0#exposed field SFRotation scale 1 1 1#exposed field SFVec3f scaleOrientation 0 0 1 0#exposed field SFRotation center 0 0 0#exposed field SFVec3f children#exposed field MFNoden任何一个exposed field都隐含对应两个事件,于是Transform相当于有事件set_translat
24、ion (输入事件,eventIn)translation_changed (输出事件,eventOut)set_rotation,rotation_changed,等等TimeSensorTimeSensor cycleInterval 1#exposed 秒为单位的周期长度 enabled TRUE loop FALSE#exposed 是否应无限重复 startTime 0 stopTime 0n还有专门eventOut事件fraction_changed,表示当前周期(cycleInterval)已经完成.PositionInterpolator:位置插值器PositionInterp
25、olator key#exposed field MFFloat keyValue#exposed field MFVec3fnkey:从0到1的一个规格化时间表,每一项是个fraction.nkeyValue:3维空间中的一个位置表n还有专门eventIn事件set_fraction和eventOut事件value_changed.前者对应已完成的一段时间,后者对应空间位置#VRML V2.0 utf8Transform#利用位置插值器做动画 eg7 translation-5 0 0 children DEF BUTT TouchSensor Shape geometry Box size
26、 1 1 1 appearance Appearance material Material diffuseColor 1 0 0 DEF Moving_Obj Transform children Shape geometry Box#a box appearance Appearance material Material diffuseColor 0 1 0 DEF TIMER TimeSensor cycleInterval 1.5 DEF Obj_MOVER PositionInterpolator#在1.5秒里完成3次移动 key 0,0.33,0.67,1 keyValue 0
27、0 0,1 3-2,5 3-1,0 0 0 ROUTE BUTT.touchTime TO TIMER.startTime ROUTE TIMER.fraction_changed TO Obj_MOVER.set_fractionROUTE Obj_MOVER.value_changed TO Moving_Obj.translation#VRML V2.0 utf8DEF DELAY Script#利用Script延迟事件的发生 eg8 eventIn SFTime touchTime eventOut SFTime startTime url javascript:function to
28、uchTime(timevalue)startTime=timevalue+5;“Group children DEF PUSH TouchSensor Shape geometry Box appearance Appearance material Material diffuseColor 1 0 1 Sound source DEF BUZZ AudioClip url mssound.wav maxFront 50#no sound heard beyond minFront 5#no change in volume within ROUTE PUSH.touchTime TO DELAY.touchTimeROUTE DELAY.startTime TO BUZZ.startTimeHW10n完成一个至少包含6个几何体的VRML世界napply other techniques as you liken不要用工具产生,要手工写成n在两周内用email提交调试好的世界,我将随时收集它们并在课程网站上公布出来.