基于VRML的虚拟场景的设计与实现

基于ＶＲＭＬ的虚拟场景的设计与实现　

陈华陈福民　

（同济大学计算中　，上海２０００９２）　

Ｅ—ｉｎａｌｌ：ｈｕａｌｌｕａｃｈｅｎ＠２１ｃｎ．ｅｏｍ　

摘要文章结合ＶＲＭＬ的功能，具体分析了基于ＶＲＭＬ的三雏交互式虚拟场蒂设计的关键技术，并以虚拟演播室系　

统为应用背景，培出了用ＶＲＭＬ开发三堆交互式虚拟场景的整体解决方案　

关键词ＶＲＭＩ　事件ＥＡＩ虚拟演樯室　

文章编号１００　８３３１（２００２）０６－０１２７—０３　文献标识码Ａ　中国分类号ＴＰ３０２　

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＶＲｎＬ－Ｂａｓｅｄ　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｓｃｅｎｅ　

Ｃｈｅｎ　Ｈｕａ　Ｃｈｅｎ　Ｆｕｍｉｎ　

（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｔｏｎ￣ｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｌ山ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ＶＲＭＬ．ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ＶＲＭＬ—Ｂａ．．ｅｄ　３Ｄ　ｉｎ—　

ｔｅ－Ｆｄｅｔｌｖｅ　ｓｃｅｎｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｈａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｈｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｖｉｓｕａｌ　Ｓｔｕｃｌｉｏ　Ｓｙｓ￣ｍ，ａ　ｗｈｏｌｅ　ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　３Ｄ　ｉｎｔｅｍｅｈｖｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｃｅｎｅ　ｂｙ　ＶＲＭＬ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶＲＭ１　．Ｅｖｅｎｔ，ＥＡＩ，Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｓｔｕｄｉｏ　

ｌ　引言　

新一代的Ｗｅｂ语言ＶＲＭＬ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｌａｎ—　

ｇｕａｇｅ１，是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，它的描述　

构建ｒ通过争球Ｉｎｔｅｍｅｔ和ｗＩ’ｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ上的超链接而　

形成的虚拟世界。作为分布式、多媒体集成．平台无关，实时町　

交瓦的一维造型和渲染的开发工具，ＶＲＭＬ的应用范围不仅仅　

在诸如导游导购等同络领域，而　在本地主机　运行时．由于　

小再至网络传输速率的限制，运行效果更好，如３Ｄ游戏、多蝶　

体制作　教学演示系统、实时训练系统、仿真系统等。由于　

ＶＲＭＬ综台ｒ现有三维软件的景象描述语言的优点．因此利用　

ＶＨＭＩ　将为虚拟场景的建立提供极大的便利。　

２用ＶＲＭＬ灵活高效地创建三维场景　

ＶＲＭＬ的场景图由一系列包古对象的形状和描述信息的　

点构成。节点足组成３Ｄ场景的基本元素。ＶＲＭＬ由６ｏ多种　

娄型的节点组成，每个节点用米完成某一特殊的功能　节点包　

括一系列的域．这些域用来保存定义该功能所需参数的数值，　

例如Ｃｏｎｅ节点定义如Ｆ：　Ｃｏｎｅ｛ｆｉｅｌｄ　ＳｌａＴ１Ｑａｔ　ｂｏｔｔｏｍＲａｄｉｕｓ　１　

ｆｉｅｌｄ　ＳＦｌ　ａｔ　Ｈｅｉｇｈｔ　２Ｉ　

其巾域‘ｂｏｔｔｏｍＲａｄｉｕｓ　和“ｈ　小ｔ”分别定义　倜锥底而的　

半径ｆ】ｍ）和高度（２ｍ）。ＶＲＭＩ　场景图具有清晰的“场景图层　

扶　，类似于一棵倒立的树　所谓“场景罔层次　是指父节点与子　

节　之间的关系。例如，要求在空间坐标（１，１．Ｉ）显币红色的嘲　锥，其场嚣图层次如图１所示　由于缺省状态下，ＶＲＭＬ中的实　

体以空间坐标系的（０，０，０１为中　位置使用Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ节点可　

实　平移．然后定义Ｓｈａｐｅ子节　束描述实体的特征，宴倬的　

持征义由Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ子节点来描述实体的外观以及Ｃｏｎｅ子　节　来描述实体的几何形状　宴体的外观卫可用ｍａｔｅｒｌａｌ子节　

点米描述实体的颜色　通过上述的场景冈层次就可以定义～十　红色的圆锥并在其Ｔｒｍｌｓ￣ｒｍ父节点的作用下移动到目标位置　

（１，１，１）。　

图Ｉ　ＶＲＭＩ＿场景图层次示例　

采用符合ＶＲＭＬ规范的字符对节点进行描述，然后将这　

些节点按照特定的场景图层次进行组台，形成ＡＳＣＩＩ文本格式　

的ＶＲＭＬ源文件（　．ｗｒ１），并被ＶＲＭＬ测览器解释执行，从而在　

浏览器中显示所构造的３Ｄ场景　相比而言用典型的程序语　

言最＿十的方法（如ＯｐｅｎＧ１　）建立３Ｄ空间则要复杂许多　因此，　可以和用ＶＲＭＬ文件灵活高效地构建三维虚拟场景。　

３　用ＶＲＭＬ建立场景的实时交互　

ＶＲＭＬ允许用户的行为能够实时作用于场景，　户不仅可　

以在场景中随意漫步，甚至可“随时启动一个“事件　，比如：碰　

到了　个物体，发出了巨大的碰撞声；遇到了一个ｆｑ，亲自把它　

打开，旋转灯钮来控制灯光的亮度等等　这种＾机交互是建立　

在事件基础上的。事件（Ｅｖｅｎｔ）是包含一些数据的信包，它被用　

来作为状态政变的触发器　产生事件的最初原因是环境变化、　用户交互或时问推移。场景节点通过事件八几（ｅｖｅｎｔＩｎ）接收事　

作者简介：陈华．女，博士研究生　研究方向：网络多媒体以及虚拟现实拄术　陈福民，男，博士导师，教授，研究方向：高速通信及网络多媒体拄术　

计算机工程与应用２００２　６　１２７

　维普资讯 http://www.cqvip.com 件，通过事件出口（ｅｖｅｎｔＯｕｔ）发出事件，一个节点的事件出口和　

另一节点的事件凡ｕ之间用于传递事件的通路称为路由　

（Ｒｏｕｔｅ）．用此．通过路由将节点联系成为事件体系是使ＶＲＭＬ　具有动奄交互能力的机制（见图２）　

＾事件　５　

囤２　ＶＲＭＬ的交互机｝５Ｉ　

３　ｌ使用感应器节点的交互　

ＶＲＭＩ　定义了９种感应器（ｓｅｎｓｏｒｊ节氟类　，其中４种感　

直环境变化（如时间推移），称为环境感应器，另外５种感应用　

操纵指点　殳备（如鼠标）的动作，称为指点设备感应器一感腕　

器感应到的事件一　发生，则由执彳亍引擎根据路由指示向目标　

发送，并被目标节　处理，这种处理可能改变　点状态、产　

牛其它事件，或者修改场景图结构，从而为场景提供了动志性　

例如，为了使虚拟场景中的某个对象对鼠标的点取作山反应，　

町以设１Ｉ感应器节　：Ｆ而以州户鼠标单击打开虚拟场景中的　

－盏灯为倒：　

ＤＥＦ　ＴＳ　ＴｏｕｃｈＳｅｎ￣ｒ｛）　定卫个“接触感应器”节点　ＤＥＦ　ｌａｍｐ　Ｄａｎｓｆｏ￣ｒ，｛－ｌ＿…｝　定义被感应时象“＃ｌ”的节点　ＤＥＦ　ｌａｍｐｌｉｇｈｔ　ＤｉｒｅｅｔｉｏｎａｌＬｉｇｈｔ（＃定义光源节烹　

∞ｌ０ｒ【【０　光标ｌ忭用ｒ场景的颤色　帅ＦＡＬＳＥ　光楫是否作用于场帚，初值设为’芰闭光源　

ＨＯＵＴＥ　ＴＳ　ｉ￣ｃｔｉｖｅ　ＴＯ　ｌａｍｐｌｉｇｈｔ　ｌ＿０Ⅱ＃建立感应器输出到场　

景节点改变的路由　由于“灯　节　被定义为感应器对象，占一ＦＩ被鼠标点取，　

则激活该　接触感应器　（糠节点）发出“被点取　的消息　

（ｅｖｅｎｔＯｕｔｓ），然后按照路由指示．发送“灯亮”的消息（ｅｖｅｎｔｌｎ．￣）　到光源节点（甘标节点Ｊ，完成用户“升灯”这一与场景之间交　

的动作。　３．２使用Ｓｃｒｉｐｔ节点的交互　

依靠感应器所能感应的事件来提供的交互行为毕竟有限，　

为了支持更多事什的处理．ＶＲＭＬ定义丁脚本节点Ｓｃｒｉｐｔ。　

Ｓｃｒｉｐｔ节点包含一组利甩脚本描述语言（如Ｖ　ｒｒｒｄＳｃＨｐｔ，　

ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ和Ｊａｖａ）编写的函数。Ｓｃｒｉｐｔ节电收到事件后将执行　

相应函数，函数能通过常规的路由机制发送事件．或直接向　

Ｓｃｒｉｐｔ节　指向的节点发送事件。脚本逆可　动态地增加或删　

除路由，从而修改事件路由的拓扑结构。对于上述用户“开灯”　

的交互．设计如下：　ＤＥＦ＇ＩＳ　ＴｏｕｃｈＳｅｎ￣ｒ｛｝＃定义一十”接触感应器”节点　ＤＥＦ】ａｍｐ　Ｆｒａｎｓ￣ｒｍｆｌ＿　｝　定卫被感应对象”灯　的节点　ＤＥＦ］ａｍｐｌｌｇｈ，肼　ｄ；０ｎ　Ｌｉ　ｎＩｆ＃定义光潭节点　ｃｏｌｏｒ　Ｉ　１　０　光源作用于场景的颜色　Ｏｎ　ＦＡＬＳＥ　光源是舌作用于场帚，初值设为　关闭光源”　

ｌ２８　２ｏ０２．６计算机工程与应用　ＤＥＦ　ｃｈ　Ｐｅ　Ｓｃｒｉｐｔ｛＃定义脚奉节点　ｅｖｅｎｔＯｕｔ　ＳＦＢ￣Ｉ［ａｍｐｓｅｔ　定义执行脚事后的拄出事件　ｅｖｅｎｔｌｎ　ＳＰＴｉｍｅ　ｔｏｔｏｕｅｈ　定义崩动脚牟的＾事件　ｕｒｌ”ｖ￣ｎｌｓｃｒｉｐ！：　定义脚本的描述语　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｔｏｔｏｕｅｈ（）　定义脚奉中的执行函数　［ａｍｐｓｅｔ＝ＴＲＵＥ；｝　＃设定发出事件　

Ｉ￣ＯＵＴＥ　ＴＳｔｃｍｃｈｌ＇ｉａｌｅ　ＴＯ　ｃｈｍｌｇｅＩｏｔｏｕｃｈ　醴定感垃器触发脚车　执行的路由　ＲＯＵＴＥ　ｃｈａｎｇｅｌａｍｐｓｅｔ　ＴＯ　Ｉａｍｐｌｌｇｈ，ｓｅｔ＿ｏｎ＃世定脚车输出到场　景节点改耍的路由　用户鼠标点取　灯”节点．激活感应器节点盎出　件．并由　

感庞时间触发ｒ脚率的执行。脚ｌ车中的执行函数使脚本输出　“打ｌ什光源　所需的参数值．并将此事件发送到场景中的光蔼　

点．从而建立ｒ由Ｓｃｒｉｐｔ节点构造的用』　与场最问的交互　

３　３使用ＶＲＭＬ　ＥＡｌ方法　

ＶＲＭＩ　内部定义的感应器节点Ｈ能感应特定的事件，　Ｓｃｒｉｐｔ节点也只能设计按照预定规则改变场景　点数据的甬　

数，然后将此甬数输出路由至目标节　由　实现外音【；一直　程　序的数据与ＶＲＭ１　文件的节　数据进行交互　则需要采用　

ＶＲＭ１　的１　＾Ｉ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ａｕｔｈｏｒｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ外部程序接口）方　｝土　具体　言．谚力法依赖于一个与ＶＲＭＬ浏览器　联系的　

Ｊａｖａ包的支持　饿Ｊａｖａ包南Ｖｒｔｔｄ．ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｖ　ｒｒｔｄ．ｅｘｔｅｍａ１．ｔｉｅｌｄ　

Ｖｍｌ＿ｅｘｔｅｒｎａ１．ｅｘｃｅｐｔｉｏｎ三部分组戚．这　包装的娄提供ｒ以下　

一　种能力：　（１）控制ＶＲＭＬ浏览器的工作状态　

ｌ２１发连事件到￣．ｑ：ｔＭＬ场景节氨的事件凡Ｅ　

１］）接收来自ＶＲＭＩ　场景节点事件出ｕ发出的事件　

以带有ＶＲＭＩ　插件（如Ｃｏｓｍｏｐｌａｙ２　１）的ｈｔｔｅｒｎｅｔ　Ｅｘｐｌｏｒｅｒ　

４　０的ＶＲＭＩ．浏览器为例，为ｒ宴现用　从外郭应用程序束控　

制　开幻”的交互．其执行函数如下：　ｆｕｎｅｔＪｏｎ　ｌＵＦｎｔｌｎ（）１１设定执行交　的函数　｛　ｒ　ｌ￣ｎｐｓｅｔ＝ＴＲＵＥ；／／设定”　亮’的参数值　Ｉｈｅｌ３ｒｏｗｓｅｒ＝Ｂｎ）ｗｓｅｒ　ｅＩＨ…ｅｒ（１；／／获取ＶＲＭＬ蒯览器【场吊ｌ对象　ｍｙｏｂｊｅｃｔ＝ｔｈｅｂ￣ｗｓｅｒｇｅｔＮｏｄｅ（　ｌａｍｐｌｉｇｈ，”）；／　获取谈场景中的光　

源　节点对象　ｍｙＥｖｅｎｔ＝ｍｙｏｂｊｅｃｔ．ｇｅｔＥｖｅｎｔｌｎ（＂￣１一ｏｎ＂）；／／设定场景中藏节点内准　

备接懂事件的域　叫Ｅｖｅｎｔ　ｓｅｔＶａｌｕｅ（［ａｍｐｓｅｔ）：｝／／设定政在场景中谊节点的事件　通过ｖＲＭＬ　ＥＡＩ方浊．可以将ＶＨＭＬ场景和其中的节点　

视为对象．并以事件为基础，实现ＶＲＭ１　场景与外部应用程序　

之间的数据传递　当然，不同的ＶＲＭＬ浏览器须采Ｈｊ不同的方　

法来实现ＶＲＭＬ　ＥＡＩ。具体情况需要参见该浏览器相麻的嚏明　

文档。　乜之．事件为节点提供ｒ接收外界消邑以厦向外界发送消　

息的能力，因而基于事件的交互构成　ＶＲＭＬ的交互场景，此　外，ＶＲＭＬ的图形渲染是“实时”的，通过在ＶＲＭＬ文件中接受　

随时间而改变的一系列节点数据，就能在ＶＲＭＬ浏览器中显　

示实时交互的场景