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1、YCF（中职）虚拟现实技术与应用【03】第7章 X3D虚拟现实增强现实开发平台电子课件虚拟现实技术概论INTRODUCTION TO VIRTUAL REALITY TECHNOLOG INTRODUCTION TO VIRTUAL REALITY TECHNOLOG第七章 X3D虚拟现实增强现实开发平台X3D语法概述01X3D基础建模语法剖析02X3D基础建模开发03X3D基础综合案例开发与设计04学习目标7.1 X3D语法概述通过上一章的学习，我们了解虚拟现实三维建模的方法以及相关软件的应用，但所建的模型都脱离不了软件本身的环境，因此各种游戏引擎、虚拟现实引擎也就运用而生。如unity、U
2、E4、X3D都成为了当下流行的虚拟现实引擎，我们将重点学习X3D和unity两个引擎的基本操作。下面我们将首先学习X3D引擎。l X3D引擎是Web3D联盟国际组织基于网络传播三维内容开发的交互设计技术。它是一种专为万维网而设计的三维图像标记语言。因此它又不同于我们所看到的其他软件，你即使使用记事本也可以写出X3D的程序，并能在安装了BS Contact插件的浏览器中播放出来。BS Contact支持x3d标准的大部分节点，它具有良好的图形渲染效果。7.1 X3D语法概述7.1 X3D语法概述l 当然，如果全都采用记事本写程序，肯定是一件很糟心的事，X3D Edit软件的出现，为我们提供了良好
3、的图形界面，大大提高了X3D开发的工作效率。7.1 X3D语法概述l X3D Edit是免费的开源软件，但它不能放在中文目录中，而且必须在系统中安装有JDK 1.8的环境。大家现在看到是X3D打开时的界面。染效果。7.1 X3D语法概述l 在学习X3D语言之前我们可以让X3D Edit为我们创建一个新的X3D文件。1.X3D文档格式式样7.1 X3D语法概述从上图可以看出X3D的文件结构包括了：语言规范声明、文档类型声明、主程序概貌声明、头文件信息描述、场景内容等节点以及头文件节点中的元数据子节点和编写注释等内容构成。7.1 X3D语法概述l X3D是一种专为万维网而设计的三维图像标记语言。它
4、是由Web3D联盟设计的，是VRML标准的最新的升级版本。X3D基于XML格式开发，是采用UTF-8编码字符集的编写文件，因此在文件开始使用XML语法格式：引擎。X3D文件格式说明7.1 X3D文件格式说明语法说明：l 声明从“”结束。l version属性指明编写文档的XML的版本号，该项是必选项，通常设置为“1.0”。l encoding属性是可选项，表示使用编码字符集。省略该属性时，使用缺省编码字符集，即Unicode码，在X3D仿真引擎中使用国际UTF-8编码字符集。l UTF-8支持多种语言字符集.2.2 X3D文档类型声明7.1 X3D文件格式说明l DTD可分为外部DTD和内部D
5、TD两种类型，l 外部DTD存放在一个扩展名为DTD的独立文件中，l 内部DTD和它描述的XML文档存放在一起，l XML文档通过文档类型声明来引用外部DTD和定义内部DTD。l 使用内部DTD的书写格式：。l 使用外部DTD的书写格式：l X3D文档类型声明用来在文档中详细地说明文档信息，必须出现在文档的第一个元素前，文档类型采用DTD格式。从下面语句的描述可以看出它所采用的文件类型是DTD格式，文档类型声明对于确定一个文档的有效性、良好结构性是非常重要的。l 语法结构如下：2.3 X3D仿真引擎概貌7.1 X3D文件格式说明l X3D根文档标签包含概貌信息和概貌验证，在X3D根标签中XML
6、概貌和X3D命名空间也可以用来执行XML概貌验证。l 主程序概貌又包含头元素节点(head)和场景主体节点（Scene）。l X3D主程序概貌（profile），l 涵盖了组件、说明以及场景中的各节点信息。它用来指定X3D文档采用的概貌属性。l 在概貌（profile）中定义了内建节点与组件的集合，X3D文档中所使用的节点，必须在概貌（profile）指定的集合范围之内。l 概貌（profile）属性值可以是以下六种类型：l（Core核心、Interchange交换、Interactive交互、MPEG4Interactive媒体交互、Immersive沉浸及Full完全）。l 它的表达方式如
7、下：2.4 X3D中头(head)标签节点7.1 X3D文件格式说明l X3D头(head)标签节点也称为头文件（head）l 包括组件节点（component），元数据节点（metadata）或作者自定义的节点标签。l 头(head)标签节点是X3D标签的第一个子对象,放在场景之前，与网页HTML中头标签相匹配。l 头(head)标签节点语法定义如下。2.4.1 X3D组件（component）节点7.1 X3D文件格式说明l X3D组件（component）标签节点是指场景中超出X3D概貌给定的功能。组件（component）标签是头文件(head)标签里首选的子标签，即先增加一个头文件标
8、签（head），然后根据设计需求增加组件。l 组件（component）标签节点语法定义如下。l 组件（component）标签节点包含两个域，一个是name（名字）,另一个是level（层级）l component标签节点name（名字）在指定的组件中，涵盖了概貌全部域中的组件的名称，level（支持层级）：表示每一个组件所支持层级，支持层级一般分为4级，分别为1、2、3、4个等级。2.4.2 X3D元数据（meta）节点7.1 X3D文件格式说明l 元数据（metadata）节点是头文件（head）节点的子节点，是对文档的作者、說明、创作日期相关信息的描述。使用方式与网页HTML的meta
9、标签一样，给属性赋值（attribute=value）进行字符匹配，提供属性名称和属性值。X3D所有节点语法均包括域名、域值、域数据类型以及存储/访问类型等，meta2.4.2 X3D元数据（meta）节点7.1 X3D文件格式说明l meta（metadata）子节点语法定义。metal 子节点包含name（名字）、content（内容）、xml:lang（语言）、dir、http-equiv、scheme等域。l name（名字）域：是一个单值字符串类型，表示属性是可选的，在此输入元数据属性的名称。l content（内容）域：是一个必须提供属性值，用来描述节点必须提供该属性值，在此输入元
10、数据的属性值。l xml:lang（语言）域：表示字符数据的语言编码，表示该属性是可选项。l dir域：表示从左到右或从右到左的文本的排列方向，可选择ltr|rtl,既ltr=left-to-right，rtl=right-to-left。表示该属性是可选项。l http-equiv域：表示HTTP服务器可能用来回应HTTP headers，该属性是可选项。l scheme域：允许作者提供用户更多的上下文内容以正确地解释元数据信息，该属性是可选项。1.5 X3D场景（Scene）节点7.1 X3D文件格式说明l X3D场景（Scene）节点是包含所有X3D场景语法定义的根节点。l 以此根节点增
11、加需要的节点和子节点以创建场景，l 在每个文件里只允许有一个场景（Scene）根节点。l X3D场景（Scene）节点包括场景（Scene）节点定义、场景（Scene）节点语法结构图以及Scene节点详解等。l 场景（Scene）根节点语法定义。1.6 X3D文件注释7.1 X3D文件格式说明l X3D文件注释在编写源代码时，为了使源代码结构更合理、更清晰和层次感更强，经常在源程序中添加注释。它允许程序员在源代码中的任何地方进行注释说明，以进一步增加源程序的可读性。l 在X3D文档中加入注释的方式与XML的语法相同。例如：l 它以一个符号“”结尾，l 注释信息可以是一行，也可以是多行，但不允许
12、嵌套。同时，字符串“-”、“”不能出现在注释中。l 浏览器在浏览X3D文件时将跳过注释部分的所有内容。另外，浏览器在浏览X3D文件时将自动忽略X3D文件中的所有空格和空行。1.6 X3D文件注释7.1 X3D文件格式说明X3D案例文件源程序框架展示如下。7.2 X3D基础建模语法剖析l 上堂课我们已经学习了X3D的基本语法，本次课主要是对X3D基础建模语法剖析，初步掌握X3D基础编程建模的思路。l X3D基础建模包含球体、圆锥体、立方体、圆柱体、文本等类型的建模。本节将对其语法进行详细的剖析。7.2.1 X3D基础节点建模设计7.2 X3D基础建模语法剖析l 在X3D基础建模语法剖析时，首先要
13、掌握图形节点的语法，因为几何体节点是图形节点的子节点。l 图形节点（Shape）语法剖析 X3D文件中，图形节点（Shape）是场景节点（Scene）的子节点，它用来编辑场景节点（Scene）中各种三维立体造型节点，如我们上面所说的立方体、球体等。它包含两个子节点：外观节点（Appearance）与基础造型节点（Geometry）。外观子节点（Appearance）定义了物体造型的外观效果，包括纹理映像、纹理坐标变换以及外观的材料节点等，基础造型子节点（Geometry）定义了立体空间物体的基础造型，如立方体（Box）节点、Cone节点、Cylinder节点和Sphere节点等原始的基础结构。
14、Shape节点是X3D的内核节点，在X3D基础建模开发中显得尤为重要。2球体节点（Sphere）l 球体节点（Sphere）通过它的域名、域值、域数据类型和事件的存储访问类型来定义一个三维立体空间球体的造型。l 主要利用球体半径（radius）和实心（solid）参数设置创建球体。l 球体节点（Sphere）语法定义如下。7.2 X3D基础建模语法剖析3立方体(Box)节点语法l 立方体(Box)节点：通过它的属性名、域值、域数据类型、存储和访问类型来描述一个三维空间立方体造型。l 主要利用立方体size尺寸长、高、宽和solid参数设置创建立方体。l 立方体(Box)节点语法定义如下。7.2
15、 X3D基础建模语法剖析4 圆锥体(Cone)节点语法圆锥体(Cone)节点：通过它的域名、域值、域的数据类型以及事件的存储访问类型来定义一个圆锥体(Cone)造型。主要使用圆锥体(Cone)节点中的高度（height）、圆锥底半径（bottomRadius）、侧面（side）、底面（bottom）以及实心（solid）参数设置创建圆锥体造型。Cone 圆锥体节点语法定义如下。7.2 X3D基础建模语法剖析7.2.2 X3D文本节点（Text）语法文本节点（Text）语法文本节点（Text）：通过它的Text文本造型节点的域名、域值、域的数据类型以及事件的存储访问权限的定义来三维Text文本造
16、型。主要使用文本节点（Text）中的内容（string）、文本长度（length）、文本最大有效长度（maxExtent）以及实心（solid）等参数设置创建三维立体文本。文本节点（Text）语法定义如下。7.2 X3D基础建模语法剖析7.2.2 X3D文本节点（Text）语法l 文本外观节点（FontStyle）：是文本节点（Text）的子节点，通过它的域名、域值、域的数据类型以及事件的存储访问权限的定义三维文字造型外观特征。包括字体（family）、文本风格（style）、摆放方式（justify）、文字大小（size）、文字间距（spacing）、语言（language）、文本排列方式（
17、）horizontal等参数设置定义三维文本的外观造型。7.2 X3D基础建模语法剖析l 小结：l 立方体、球体、圆锥体、圆柱体、文字是三维模型中最基本的图形元素，因此，在语法中，它们属于图形（Shape）节点的子节点，而图形（Shape）又是场景的构成元素，因此它也是场景（Scene）的子节点。l 立方体、球体等，我们在建模时主要要掌握其几何属性的参数设置，这是构成三维模型的关键。如立方体的边长（Size）等。本节小结l 上一次我们对X3D几何体建模的相关节点语法进行了剖析，本次课我们就应用上次课所学的节点语法进行实际三维模型的创建。7.3 X3D基础建模开发1.创建三维球体模型l 我们可以
18、应用两种建模方式进行比较，l 首先我们可以应用第六章所学的Blender创建一个球体模型，l 然后应用纯粹的X3D编程方式创建一个三维球体。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模创建球体造型设计1.创建三维球体模型Blender创建球体l 启动Blender2.78虚拟仿真引擎。l 按快捷键Delete，删除默认立方体。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模1.创建三维球体模型Blender创建球体l 在3D视图中，创建一个球体造型 按快捷键Shift+A“网格”“经纬球体”，7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模1.创建三维球体模型Blender创建球体l 按快捷键N
19、显示属性，调整球体半径为3.5。l 在菜单栏中，选择“文件”“导出”“*.x3d”X3D文件。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模1.创建三维球体模型X3D程序创建球体l 启动X3D。l 点击工具栏上的X3D图标新建X3D场景。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模1.创建三维球体模型X3D程序创建球体l 在场景节点增加变换子节点（Transform）l 在变换节点（Transform）增加图形子节点（Shape）l 在图形节点（Shape）增加外观子节点（Appearance）l 在外观节点（Appearance）增加材质子节点（Material）l 在图形节点（Shape
20、）增加球体子节点（Sphere）l 保存文件为X3D文件l 打开文件浏览7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模2.创建圆锥体模型Blender圆锥体模型l 启动Blender2.78虚拟仿真引擎。l 按快捷键Delete，删除默认立方体。l 在3D视图中，创建一个圆锥体造型按快捷键Shift+A“网格”“圆锥体”，改材质为红色l 在菜单栏中，选择“文件”“导出”“*.x3d”X3D文件。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模2.创建圆锥体模型X3D程序创建圆锥体模型l 启动X3D。l 点击工具栏上的X3D图标新建X3D场景。l 在场景节点增加背景子节点（Background）设
21、置SkyColorl 在场景节点增加变换子节点（Transform）l 在变换节点（Transform）增加图形子节点（Shape）l 在图形节点（Shape）增加外观子节点（Appearance）l 在外观节点（Appearance）增加材质子节点（Material）设置diffuseColor=1 0 0即红色。（色彩RGB模式）l 在图形节点（Shape）增加圆锥体子节点（Cone）,设置bottomRadius、height、bottom的参数l 保存文件为X3D文件l 打开文件浏览7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模3.创建圆柱体模型Blender圆柱体模型l 启动Blen
22、der2.78虚拟仿真引擎。l 按快捷键Delete，删除默认立方体。l 在3D视图中，创建一个圆锥体造型按快捷键Shift+A“网格”“圆柱体”，改材质为蓝色l 在菜单栏中，选择“文件”“导出”“*.x3d”X3D文件。7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模3.创建圆柱体模型X3D程序创建圆柱体模型l 启动X3D。l 点击工具栏上的X3D图标新建X3D场景。l 在场景节点增加背景子节点（Background）设置SkyColorl 在场景节点增加变换子节点（Transform）l 在变换节点（Transform）增加图形子节点（Shape）l 在图形节点（Shape）增加外观子节点（
23、Appearance）l 在外观节点（Appearance）增加材质子节点（Material）设置diffuseColor=0 0 1即蓝色。（色彩RGB模式）l 在图形节点（Shape）增加圆柱体子节点（Cylinder）,设置radius、height的参数l 保存文件为X3D文件l 打开文件浏览7.3 X3D基础建模开发7.3.1 几何建模7.3.2 模型材质纹理7.3 X3D基础建模开发Blender立方体材质纹理l 启动Blender。显示默认立方体，在3D视图中，按快捷键N设置立方体：宽、高、深参数为X=10，Y=10，Z=10。l 进行纹理贴图l 在右侧的场景工具按钮中，选择“新
24、建”/“材质”/再选择“纹理”/“建”/“打开文件”，设置映射坐标=物体，映射物体=Cube，投影方式=立方体。7.3.2 模型材质纹理7.3 X3D基础建模开发X3D立方体材质纹理l 启动X3D。l 点击工具栏上的X3D图标新建X3D场景。l 在场景节点增加变换子节点（Transform）l 在变换节点（Transform）增加图形子节点（Shape）l 在图形节点（Shape）增加外观子节点（Appearance）l 在外观节点（Appearance）增加材质子节点（Material）和贴图节点（ImageTexture）并设置图片路径l 在图形节点（Shape）增加立方体子节点（Box）
25、l 保存文件为X3D文件l 打开文件浏览在上一次课中，我们已经掌握了X3D的基本建模方式，本次课我们将进一步对X3D建模进行进一步的深化，使之能创建更为复杂、可交互互动的三维模型。7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4 X3D综合案例开发7.4 X3D基础综合案例开发与设计l X3D 场景切换交互设计综合案例开发与设计步骤：第一步：在Scene场景节点中，插入Background背景节点设计。第二步：锚节点场景设置与调用设计。第三步：设计一个用于点击的按键，用变形的球体来制作 第四步：制作一个引导文字。第五步：保存为bj01.X3d文件 第六步：另存为一个文件，把文件名改为bj02.x3d
26、 7.4.1 X3D综合案例开发交互设计l 使用X3D节点、背景节点、坐标变换节点、Anchor锚节点以及几何节点进行设计和开发。l Anchor锚节点是实现三维立体空间场景的动态调用的节点，它可以包含三维对象子节点。l Anchor锚节点，就象网页中的链接一样，当单击这个组节点中的任一个几何对象时，浏览器便读取url域指定的调用内容，可以在两个场景中相互调用场景。l Inline节点可以引入外部的其它X3D文件，也就是说，X3D文件是可以嵌套的。可以把模型分散做成很多文件，然后再用Inline节点进行整合。7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.1 X3D综合案例开发交互设计第一步：在S
27、cene场景节点中，插入Background背景节点设计。背景实际是六面贴图，即前后左右六张相连的图片组成7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.1 X3D综合案例开发交互设计第一步：在Scene场景节点中，插入Background背景节点设计。背景实际是六面贴图，即前后左右六张相连的图片组成7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.1 X3D综合案例开发交互设计第二步：Anchor锚节点设计。第三步：用变形的球体来制作点击的按键，7.4 X3D基础综合案例开发与设计l 第五步：保存为bj01.X3d文件l 第六步：另存为一个文件，把文件名改为bj02.x3dl 第七步：修改背景图片和锚
28、节点的链接文件名为：bj01.x3d7.4.1 X3D综合案例开发交互设计l 第四步：制作一个引导文字在本节中，要学会灵活用应用Background背景节点设计的背景图调用、Anchor锚节点设计的url应用。这两个节点都涉及到调用外部资源，因此，文件的路径一定要注意。本节小结7.4 X3D基础综合案例开发与设计l QQ宠物形象分析，可以把对象分解成为很多的标准几何体，再用Transform 中的Translate改变位置，用Scale改变比例，用Rotate改变方向。7.4.2 X3D综合案例开发三维卡通制作l QQ宠物形象建模在本节中，要学会灵活用应Transform的组合位移、旋转、比例
29、。本节小结7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作1、卡通车椅背和前档模型制作7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作2、前档弧形模型制作3、后座座椅垫模型制作7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作4、车底盘模型制作5、车底盘前圆弧模型制作7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作6、前右轮外圈与内圈模型制作7、前右轮外圈与内圈模型定位7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作8、调用右轮移位为左轮
30、模型制作10、定义前轮模型制作为后轮准备，并调用前轮移动为后轮9、轮轴模型制作7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作11、前保险模型制作12、前保险圆弧装饰模型制作7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.3 X3D综合案例开发卡通车模型制作13、中底盘模型制作14、中底盘左边圆模型制作，调用左边移动为右边在本节中，要学会灵活用应Transform的组合与调用，以及在调用时的相对位移。本节小结7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作l 利用Transform空间坐标变换、Shape空间物体造型模型节点、App
31、earance外观子节点和Material外观材料节点、Inline内联以及几何节点在三维立体空间背景下，创建一个层次清晰结构合理的复杂三维立体组合场景和造型。7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作1、用圆柱制作石茶桌7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作2、导入凉亭的模型3、建造地面的模型7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作4、设置背景7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作5、引入灯笼6、调用Transform dn
32、并旋转灯笼7.4 X3D基础综合案例开发与设计7.4.5 X3D综合案例开发三维凉亭模型制作7、用上层灯笼的方法做第一层灯笼8、调用Transform dn并旋转灯笼X3D是Web3D联盟国际组织开发的交互设计前沿开发技术，X3D是免费开源的利用程序编码创建三维模型和动画设计与制作平台。在学习X3D技术时，要具备一定的编程基础，如C、C+、Java、Java2、网页设计等，同时还要有一定的审美基础，学会形、色、质的处理，使作品更具美感。从基础入手学习X3D基本几何节点、复杂节点、组节点、材质纹理节点、动画节点以及智能AI感知节点等。由浅入深、循序渐进一步一个脚印，踏踏实实的掌握基本语法、节点、程序的结构，最终实现X3D虚拟/增强现实技术项目开发与设计。本章小结