第10章 VRML(虚拟现实建模语音)视点控制

虚拟现实（VRML语言）摘要：虚拟现实技术是利用计算机的图形环境和电子技术外设产生逼真的视、听、触、力等伪物质三维感觉环境。

VRML 是面向实时漫游的虚拟现实造型语言。

本文简要介绍了虚拟现实技术的概念、技术特征、应用及VRML的概念、发展与构造，并讨论了VRML在虚拟现实技术应用中重要地位。

关键词：计算机；虚拟现实；VRML1 虚拟现实技术1．1虚拟现实技术的概念虚拟现实(Viamal Reality)技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，是一种新的人一机界面形式。

它追求的是将传统的计算机从一种需要人用键盘、鼠标对其进行操作的设备变成了人处于计算机创造的人工环境中。

用户借助物定装备(如数据手套、头盔等)以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。

1．2虚拟现实技术的发展过程虚拟现实技术的起源可以追溯到1970年，任Ivan Suther Land领导下研制成功了第一个头盔显示器。

人们戴上头盔显示器，可以看到一个边长5厘米的立方体线框图飘浮在自己眼前。

当实验者转动头部时，可以看见这个发光的立方体的不同侧面，可以像真实世界中那样来确定这个物体的形状和位置。

1972年Nolan·Bushnell发明了电子游戏rorh；1985年，Apple公司的Macintosh开始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。

NASA的Ames研究中心利用Radioshaek公司的袖珍式液晶显示电视的屏幕研制成为头戴式虚拟现实眼镜，并研制成第一台商用虚拟现实硬／软件，美国空军的Supemoelwit 飞行模拟器。

虚拟现实这个名词已成为平常生活话题。

1．3虚拟现实技术的特征虚拟现实技术具有以下三个基本特征：(1)沉浸性。

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。

虚拟现实（VRML语言）摘要：虚拟现实技术是利用计算机的图形环境和电子技术外设产生逼真的视、听、触、力等伪物质三维感觉环境。

VRML 是面向实时漫游的虚拟现实造型语言。

本文简要介绍了虚拟现实技术的概念、技术特征、应用及VRML的概念、发展与构造，并讨论了VRML在虚拟现实技术应用中重要地位。

关键词：计算机；虚拟现实；VRML1 虚拟现实技术1．1虚拟现实技术的概念虚拟现实(Viamal Reality)技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术，是一种新的人一机界面形式。

它追求的是将传统的计算机从一种需要人用键盘、鼠标对其进行操作的设备变成了人处于计算机创造的人工环境中。

用户借助物定装备(如数据手套、头盔等)以自然方式与虚拟环境交互作用、相互影响，从而获得与真实世界等同的感受以及在现实世界中难以经历的体验。

1．2虚拟现实技术的发展过程虚拟现实技术的起源可以追溯到1970年，任Ivan Suther Land领导下研制成功了第一个头盔显示器。

人们戴上头盔显示器，可以看到一个边长5厘米的立方体线框图飘浮在自己眼前。

当实验者转动头部时，可以看见这个发光的立方体的不同侧面，可以像真实世界中那样来确定这个物体的形状和位置。

1972年Nolan·Bushnell发明了电子游戏rorh；1985年，Apple公司的Macintosh开始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。

NASA的Ames研究中心利用Radioshaek公司的袖珍式液晶显示电视的屏幕研制成为头戴式虚拟现实眼镜，并研制成第一台商用虚拟现实硬／软件，美国空军的Supemoelwit 飞行模拟器。

虚拟现实这个名词已成为平常生活话题。

1．3虚拟现实技术的特征虚拟现实技术具有以下三个基本特征：(1)沉浸性。

虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，由计算机产生逼真的三维立体图像，使用者戴上头盔显示器和数据手套交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。

虚拟现实技术――VRML篇一、VRML介绍1.什么是VRML？VRML是“Virtual Reality Modeling Language”的缩写形式，意思是“虚拟现实造型语言”。

第一代Web是以HTML为核心的二维扫瞄技术，受HTML语言的局限性，VRML之前的网页只能是简单的平面结构，而且实现环境与参与者的动态交互是特不烦琐的。

第二代Web是以VRML 为核心的三维扫瞄技术。

第二代Web把VRML与HTML、Java、媒体信息流等技术有机地结合起来，形成一种新的三维超媒体Web。

VRML是用来描述三维物体及其行为的，能够构建虚拟境地（Virtural World), 能够集成文本、图像、音响、MPEG影像等多种媒体类型，还能够内嵌用Java、ECMAScript等语言编写的程序代码。

以VRML为核心构建的虚拟世界中用户如身处真实世界，能够和虚拟物体交互，人们能够以适应的自然方式访问各种场所，在虚拟社区中“直接”交谈和交往。

事实上，目前采纳VRML技术取得成功的案例差不多专门多，例如探路者到达火星后的信息确实是利用VRML在因特网上即时公布的，网络用户能够以三维方式随探路者探究火星。

2.VRML的工作原理VRML定义了一种把3D图形和多媒体集成在一起的文件格式。

从语法角度看，VRML文件是显式地定义和组织起来的3D多媒体对象集合；从语义角度看，VRML文件描述的是基于时刻的交互式3D多媒体信息的抽象功能行为。

VRML文件描述的基于时刻的3D空间称为虚拟境地(Virtual World)，简称境地，所包含的图形对象和听觉对象可通过多种机制动态修改。

VRML文件能够包含对其他标准格式文件的引用。

能够把JPEG、PNG和MPEG文件用于对象纹理映射，把WAV和MIDI文件用于在境地中播放的声音。

另外，还能够引用包含Java或ECMAScript代码的文件，从而实现对象的编程行为。

VRML使用场景图（Scene Graph）数据结构来建立3D实境，VRML的场景图是一种代表所有3D世界静态特征的节点等级：几何关系、质材、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。

VRML 读书报告引言VRML(Virtual Reality Modeling Language)是Internet上基于www(World Wide Web)的具有交互性的虚拟现实建模语言，是HTML的三维模拟，它使用VRML 浏览器能读懂的ASCii文本格式来描述世界和链接。

VRML的出现使得虚拟现实像多媒体和因特网一样逐渐走进我们的生活，简单地说，以VRML为基础的第二代万维网=多媒体+虚拟现实+因特网。

第一代万维网是一种访问文档的媒体，能够提供阅读的感受，使那些对Windows 风格的PC环境熟悉的人们容易使用因特网，而以VRML为核心的第二代万维网将使用户如身处真实世界，在一个三维环境里随意探索因特网上无比丰富的信息资源。

每个人都可以从不同的路线进入虚拟世界，和虚拟物体交互，这样控制感受的就不再是计算机，而是用户自己，人们可以以习惯的自然方式访问各种场所，在虚拟社区中“直接”交谈和交往。

事实上，目前采用VRML技术取得成功的案例已经很多，例如“火星探路者”到达火星后的信息就是利用VRML在因特网上即时发布的，网络用户可以以三维方式随“火星探路者”探索火星。

还有，可以把将要开发建筑成的住宅小区作成VRML模型，供顾客们在虚拟空间遨游来决定自己最终需要的房间等[1]。

目录VRML 读书报告 0目录 (1)第一章VRML 简介 (3)1.1VRML的发展历史 (3)1.2VRML原理与虚拟境界 (4)1.2.1VRML文件 (4)1.2.2VRML的工作原理 (4)1.2.3VRML虚拟境界 (4)1.3VRML的制作 (5)第二章VRML 核心概念和体系结构 (6)2.1 VRML核心概念 (6)2.1.1文件头（header） (6)2.1.2场景图(scene graph) (6)2.1.3原型 (8)2.2路由（ROUTE）和事件体系 (8)第三章VRML节点技术 (10)第四章VRML基本图形原理 (42)4.1二维图形变换的基本原理 (42)4.1.1基本概念 (42)4.1.2基本变换类型 (42)4.1.3复合变换 (46)4.3.1三维图形的基本变换 (47)4.3窗视变换与裁剪 (49)4.3.2常用的坐标系 (49)4.3.3窗视变换 (49)4.3.4裁剪 (50)4.4VRML中的线性变换举例 (50)4.4.1例程一 (51)4.4.2例程二 (51)4.4.3例程三 (53)4.4.4例程四 (54)第五章场景交互 (56)5.1VRML简单交互 (56)5.2VRML扩展交互 (56)5.2.1脚本编程接口SAI交互 (56)5.2.2外部编程接口(EAI)交互 (58)5.3VRML交互举例 (58)第六章VRML展望 (62)参考文献 (63)第一章VRML 简介熟悉WWW的人都知道，受HTML的限制，网页只能是平面的结构，就算JAVA语言能够为网页增色不少，但也仅仅停留在平面设计阶段，而且实现环境与浏览者的动态交互是非常繁琐的，于是VRML应运而生。

VRML虚拟现实场景设计及动态仿真的实现VRML virtual reality scene design And dynamic simulation to achieve学院：信息科学与工程学院专业班级：计算机1001学号：100405116学生姓名：魏国亮指导教师：刘阳（副教授）2014年6月摘要虚拟现实（Virtual Reality，VR）是由美国VPL公司的Jaron Laniner在1989年创造的一个新词。

它通常是指采用头盔显示器，数据手套等一系列新型交互设备构造出的用以体验或感知虚拟境界的一种计算机软件，硬件环境，用户使用这些高级设备以自然的技能（如头的转动，身体的运动以及人类的自然语言等）向计算机发送各种指令，并得到环境对用户，视觉，听觉，触觉等多种感官信息的实时反馈。

世界上首个具有虚拟现实思想的装置是由Morton Heilig在1962年研制成功的，它是一种被称之为Sensorma的具有多种感官刺激的全景式立体电影设备。

该设备主要由三维视频（由一对并排的35mm摄像机同时拍摄）组成，并具有立体声功能，能产生不同的气味，能产生自然风的吹拂，座椅还可以随剧情的变化震动。

这所有的一切都使电影观看者这是体验到骑着摩托车漫游纽约市区，看见高楼，听见鸟语，闻到花香，和风吹拂面庞以及不时颠簸所带来的神奇感受。

自20世纪90年代以来，虚拟现实技术一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。

它借助计算机构建出一个与现实环境十分逼真的虚拟环境，而且支持用户使用自然的技能亲身感受它。

目前己经广泛应用于军事、科学计算可视化、教育与培训、设计与规划、虚拟测试、虚拟游览、购物、交互式娱乐、工程技术、科技探索等多方面领域。

本文介绍了使用虚拟建模语言VRML来构建的3D虚拟场景的技术和它在虚拟风力发电厂环境中的动态仿真的实现。

用虚拟现实语言构建风力发电厂可以在风力电厂竣工前就可以提前展示电厂全貌，给投资方以及即将工作的人们一个直观的展示。

第1章：虚拟现实技术概论1、什么是虚拟现实技术？虚拟现实技术是一种高端人机接口，包括通过视觉、听觉、触觉、嗅觉、和味觉等多种感觉通道的（实时模拟和实时交互）。

2、虚拟现实现实之父（Ivan Sutherland），也是计算机图形学之父3、虚拟现实技术的发源地是（美国）？？4、世界上第一套虚拟演播室由（日本）生产 NHK Nano space5、虚拟现实技术的三大特性：沉浸性，交互性、想象性6、虚拟现实系统的组成：计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等、7、虚拟现实系统的分类：沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统、增强式虚拟现实系统、分布式虚拟现实系统第2章：虚拟现实系统的硬件设备1、虚拟现实系统中硬件设备由三个部分组成：(输入设备、输出设备、生成设备)2、有关虚拟现实系统的输入设备主要分为两类：(基于自然的交互设备、三维定位跟踪设备)3、基于自然的交互设备又分为：（数据手套、数据衣、三维控制器、三维鼠标）4、数据手套主要的生产公司有：（VPL公司的数据手套、Vertex公司的赛伯手套、Exos公司的灵巧手手套、Mattel公司的Power Glove）（最便宜）5、三维定位跟踪系统包括：（电磁跟踪系统、声学跟踪系统、光学跟踪系统、机械跟踪系统、惯性位置跟踪系统）6、虚拟系统的输出设备主要有：（视觉感知设备、听觉感知设备、触觉（力觉）感知设备）7、视觉感知设备的典型应用：（台式立体显示系统、头盔显示器、吊杆式显示器、洞穴式立体显示装置、响应工作台显示装置、墙式立体显示装置）8、头盔显示器（HMD）主要组成是：（显示器）和（光学透镜）9、洞穴式立体显示装置（CAVE）主要包括：（专业虚拟现实工作站、多通道立体投影系统、虚拟现实多通道立体投影软件系统、房间式立体成像系统）10、响应工作台显示装置（RWB）主要组成有：（投影显示器、一个大的反射镜、一个即做桌面又做显示屏的特殊玻璃）11、虚拟世界的生成设备有：基于PC的VR系统、基于图形工作站的VR系统、超级计算机第三章：虚拟现实系统的相关技术1、立体显示技术是虚拟现实技术的一种极为重要的支撑技术，要实现立体的显示，现在有多种方法和手段实现，主要有：（彩色眼镜法、偏振光眼镜法、串行式立体显示法、裸眼立体显示实现技术）2、在真实感事实绘制技术中为了提高显示的逼真度加强真实性常采用的方法有：（纹理映射、环境映照、反走样）3、三维虚拟声音的主要特征：（全向三维定位特性、三维实时跟踪特性、沉浸感与交互性）4、（层次包围盒法）是碰撞检测算法中广泛使用的一种方法、它是解决碰撞检测问题固有时间复杂性的一种有效方法。

VRML工具使用说明一、浏览器使用说明1．常用快捷键Shift+鼠标前后托动：加速行走；ALT+鼠标托动：平移；CTRL+鼠标前后托动：抬头或低头2．导航工具栏二、VRML语法结构#VRML V2.0 utf8——文件头Group——主编组结点{Children——引出成员结点[Background——环境结点（FOG：大气效果；SOUND：声音结点；POINtlight\direction\spotlight:光照效果结点）：空间背景（成员结点）{skyAngle[1.308,1.570]——天空角（从X负向到Y正向到X正向）[天空角1，天空角2….]Y轴正向为0，X 正向为90度即水平面skyColor [0.5 0.1 0.9,0.0 0.5 1.0,1.0 0.5 6.0]——天空色[天空色0，….]groundAngle [1.308,1.570]——地面角（从X负向到Y负向到X正向）从Y负向开始groundColor [0.1 0.0 0.0,0.4 0.3 0.2,0.6 0.6 0.6]——颜色由R（红）G（绿）B（蓝）三色合成，数值范围从0.0—1.0，0.0最弱，1.0最强。

frontUrl []backUrl []leftUrl []rightUrl [] 此六个域用于为VRML虚拟空间分别添加前、后、左、右、上、下背景图像，以生成空topUrl [] 间立方体全景图像背景一般可不指定topUrl和bottomUrl从而使地面和天空透过全景显bottomUrl [] 示。

set_bind ——入事件，与isBound出事件用于进行VRML空间背景切换。

Ture\falseisBound——出事件，切换时为FALSE}}Fog——大气效果结点{Color r g b ——定义雾的颜色fogType type——密度类型，有两种值：“LINEAR”，“EXPONENTIAL”，默认为前者，在此中雾的浓度与浏览者观察物体的距离成正比，称线性雾；在后者中雾的浓度与之距离的平方成正比，也称指数雾。