虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)―VRML篇

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) vrml 篇一、vrml 介紹1. 什么是vrml ？vrml 是“ virtual reality modeling language ”的縮寫(xiě)形式，意思是“虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言”。第一代web 是以html 為核心的二維瀏覽技術(shù)，受html 語(yǔ)言的局限性，vrml 之前的網(wǎng)頁(yè)只能是簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)，而且實(shí)現(xiàn)環(huán)境與參與者的動(dòng)態(tài)交互是非常煩瑣的。第二代web 是以vrml 為核心的三維瀏覽技術(shù)。第二代web 把vrml 與html 、java 、媒體信息流等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成一種新的三維超媒體web 。vrml 是用來(lái)描述三維物體及其行為的，可以構(gòu)建虛擬境界( virtural

2、world), 可以集成文本、圖像、音響、mpeg 影像等多種媒體類型，還可以內(nèi)嵌用java 、ecmascript 等語(yǔ)言編寫(xiě)的程序代碼。以vrml 為核心構(gòu)建的虛擬世界中用戶如身處真實(shí)世界，可以和虛擬物體交互，人們可以以習(xí)慣的自然方式訪問(wèn)各種場(chǎng)所，在虛擬社區(qū)中“直接”交談和交往。事實(shí)上，目前采用vrml 技術(shù)取得成功的案例已經(jīng)很多，例如探路者到達(dá)火星后的信息就是利用vrml 在因特網(wǎng)上即時(shí)發(fā)布的，網(wǎng)絡(luò)用戶可以以三維方式隨探路者探索火星。2. vrml 的工作原理vrml 定義了一種把3d 圖形和多媒體集成在一起的文件格式。從語(yǔ)法角度看，vrml 文件是顯式地定義和組織起來(lái)的3d 多媒體對(duì)象

3、集合；從語(yǔ)義角度看，vrml 文件描述的是基于時(shí)間的交互式3d 多媒體信息的抽象功能行為vrml 文件描述的基于時(shí)間的3d 空間稱為虛擬境界(virtual world) ，簡(jiǎn)稱境界，所包含的圖形對(duì)象和聽(tīng)覺(jué)對(duì)象可通過(guò)多種機(jī)制動(dòng)態(tài)修改。vrml 文件可以包含對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)格式文件的引用?？梢园裫peg 、png 和mpeg 文件用于對(duì)象紋理映射，把wav 和midi 文件用于在境界中播放的聲音。另外，還可以引用包含java 或ecmascript 代碼的文件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象的編程行為。vrml 使用場(chǎng)景圖 ( scene graph ) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)建立3d 實(shí)境，vrml 的 場(chǎng)景圖是一種代表所有3d

4、 世界靜態(tài)特征的節(jié)點(diǎn)等級(jí)：幾何關(guān)系、質(zhì)材、紋理、幾何轉(zhuǎn)換、光線、視點(diǎn)以及嵌套結(jié)構(gòu)。幾乎所有生產(chǎn)廠商，無(wú)論是cad 、建模、動(dòng)畫(huà)、vr，還是vrml，他們的結(jié)構(gòu)核心都有場(chǎng)景圖。境界中的對(duì)象及其屬性用節(jié)點(diǎn)(node) 描述，節(jié)點(diǎn)按照一定規(guī)則構(gòu)成場(chǎng)景圖(scene graph) ，也就是說(shuō)，場(chǎng)景圖是境界的內(nèi)部表示。場(chǎng)景圖中的第一類節(jié)點(diǎn)用于從視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)角度表現(xiàn)對(duì)象，它們按照層次體系組織起來(lái)，反映了境界的空間結(jié)構(gòu)。另一類節(jié)點(diǎn)參與事件產(chǎn)生和路由機(jī)制，形成路由圖(route graph) ，確 定境界隨時(shí)間的推移如何動(dòng)態(tài)變化。vrml 文件的解釋、執(zhí)行和呈現(xiàn)通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)，這與利用瀏覽器顯示html 文件的

5、機(jī)制完全相同。瀏覽器把場(chǎng)景圖中的形態(tài)和聲音呈現(xiàn)給用戶，這種視聽(tīng)覺(jué)呈現(xiàn)即所謂的虛擬世界(境界)。用戶通過(guò)瀏覽器獲得的視聽(tīng)覺(jué)效果如同從某個(gè)特定方位體驗(yàn)到的，境界中的這種位置和朝向稱為取景器(viewer) 。3. vrml 的應(yīng)用vrml 在電子商務(wù)、教育、工程技術(shù)、建筑、娛樂(lè)、藝術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用例如在教育上，vrml 不僅僅是html 功能更強(qiáng)的替代品，其潛在意義在于突破上述基于www 的教學(xué)模型建立更自然、更真實(shí)的虛擬教育環(huán)境。在這種環(huán)境中學(xué)生可以以瀏覽探索的方式汲取知識(shí)，如進(jìn)入虛擬太空學(xué)習(xí)天文知識(shí)，利用虛擬地球?qū)W習(xí)地理知識(shí)，穿過(guò)歷史長(zhǎng)廊與歷史人物交流，進(jìn)入分子世界游歷化學(xué)殿堂等等，這些曾

6、經(jīng)是夢(mèng)想中的學(xué)習(xí)方式都可以逐步實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)虛擬教育世界中，甚至可以有利用vrml 制作的動(dòng)畫(huà)人物扮演教師，其面部表情和形體動(dòng)作利用動(dòng)作跟蹤系統(tǒng)捕捉下來(lái)，這樣得到的講課節(jié)目將是三維的。如果把這種方式擴(kuò)大到教學(xué)雙方，則可實(shí)現(xiàn)具有實(shí)時(shí)交互性的虛擬教學(xué)教師控制的虛擬教師和學(xué)生控制的虛擬學(xué)生就可以在一個(gè)虛擬教室中相互交流。4. vrml 的工作組及其研究目標(biāo)為了推動(dòng)vrml 技術(shù)的發(fā)展，vrml 協(xié)會(huì)組織了很多工作組，每個(gè)工作組都是自愿組織、自我約束、并經(jīng)vrml 協(xié)會(huì)認(rèn)可的技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé)某個(gè)與vrml 有關(guān)的專題技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)工作。人性動(dòng)畫(huà)工作組(humanoid animation wg) 利用

7、vrml 表現(xiàn)人類行為特性。色彩保真工作組(color fidelity wg) 確保采用任何平臺(tái)的觀眾所看到的效果都和創(chuàng)作者的原始作品一樣,顏色應(yīng)相當(dāng)一致。元形式工作組(meta forms wg) 針對(duì)利用形式文法生成的作品，提出一般性的方法論和一般性規(guī)范,使之能夠映射為某種特定形式。首要目標(biāo)是能夠表示數(shù)字生命格式( digital life-forms) 結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)。面向?qū)ο髷U(kuò)展工作組(object-oriented extensions wg) 探討和推動(dòng)對(duì)vrml 進(jìn)行面向?qū)ο髷U(kuò)展的方法。數(shù)據(jù)庫(kù)工作組(database wg) 推進(jìn)基于vrml 商業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)建，利用數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)vrml

8、 內(nèi)容的持久性、升級(jí)能力和安全傳輸能力。外部創(chuàng)作接口工作組(external authoring interface wg) 在vrml 境界 和外部環(huán)境之間建立標(biāo)準(zhǔn)接口。界面組件工作組(widgets wg) 為開(kāi)發(fā)者和用戶提供一套基礎(chǔ)性的、可自由使用的標(biāo)準(zhǔn)用戶界面組件集，并提供支持基本組件集和所有vrml 組件的理論框架。二進(jìn)制壓縮格式工作組(compressed binary format wg) 探討并開(kāi)發(fā)vrml 文件的二進(jìn)制編碼方法，重點(diǎn)是研究為了快速傳送目的而盡量縮小文件尺寸，同時(shí)為了快速解碼目的而盡量簡(jiǎn)化文件結(jié)構(gòu)。通用媒體庫(kù)工作組(universal media librari

9、es wg) 為了提高vrml 境界的真實(shí)感，同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)的下載量，而定義一種由駐留本地的媒體元件(紋理、聲音和vrml 對(duì)象)組成的小型跨平臺(tái)媒體庫(kù)。同時(shí)定義一種統(tǒng)一機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，vrml 內(nèi)容創(chuàng)作者可以在自己的境界中使用這些媒體元件?；顒?dòng)境界工作組(living worlds wg)為多用戶(包括多個(gè)開(kāi)發(fā)者)應(yīng)用的產(chǎn)生和進(jìn)化定義概念框架，并確定一組界面。鍵盤(pán)輸入工作組(keyboard in put wg)為了使內(nèi)容創(chuàng)作者能夠在自己的境界中訪問(wèn)鍵盤(pán)輸入，定義一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)。一致性工作組(conformanee wg)為與一致性測(cè)試有關(guān)的問(wèn)題提供一個(gè)討論場(chǎng)所，特別地，本組將辨別vr

10、ml 實(shí)現(xiàn)發(fā)生分歧的地方以及相應(yīng)的動(dòng)作序列。生物圈工作組(biota wg) 為生命系統(tǒng)(living system) 的研究和學(xué)習(xí)建立、配備數(shù)字式工具和環(huán)境。分布式交互仿真工作組(distributed interactive simulation wg) 有多廣播能力(multicast-capable) 的大規(guī)模虛擬環(huán)境(large-scale virtual environments ，lsves) 確立初始網(wǎng)絡(luò)約定。vrml 腳本工作組(vrml script wg)向vrml 監(jiān)查組(vrml review board ，vrb) 提供有關(guān)java 和javascript 的問(wèn)題列

11、表、修改建議和評(píng)論。自然語(yǔ)言處理和動(dòng)畫(huà)工作組(nlp & animations wg) 為了使用戶能使用自然語(yǔ)言和vrml 動(dòng)畫(huà)形象進(jìn)行交流,從而使交互更自然，增強(qiáng)用戶和動(dòng)畫(huà)形象之間的信息流動(dòng)，研究如何使用“問(wèn)題/ 回答”、“命令/ 響應(yīng)”式的對(duì)話以及基于操作系統(tǒng)命令和字符控制的自然語(yǔ)言。vrml-dhtml 集成工作組(vrml-dhtml integration wg)為vrml 和dhtml 為建立在文檔對(duì)象模型、組件(component) 接口和繪制等三個(gè)層次的緊密集成開(kāi)發(fā)一種概念模型。6.研究現(xiàn)狀vrml97 發(fā)布后，互聯(lián)網(wǎng)上的3d 圖形幾乎都使用了vrml 。由于技術(shù)的局限

12、性，如帶寬不夠，需要下栽插件瀏覽，文件量大，真實(shí)感、交互性需要進(jìn)一步加強(qiáng)等原因，最近一二年，許多制作web3d 圖形的軟件公司的產(chǎn)品，并沒(méi)有完全遵循vrml97 標(biāo)準(zhǔn)，而是使用了專用的文件格式和瀏覽器插件，開(kāi)發(fā)了比較實(shí)用的vr 軟件。這些軟件有些比vrml 有了進(jìn)步，在渲染速度、圖像質(zhì)量、造型技術(shù)、交互性以及數(shù)據(jù)的壓縮與優(yōu)化上，都有勝過(guò)vrml 之處。比如，cult3d 、viewpoint 、gl4java 、pulse3d 、flatland 、flash 、jpeg2000 等。cult3d 、viewpoint 、360 度環(huán)視等技術(shù)正被應(yīng)用。以blaxxun 和parallelgra

13、phics 公司為代表，它們都有各自的vr 瀏覽器插件，并各自開(kāi)發(fā)基于vrml 標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)功能( x3d )，使3d 的效果，交互性能更加完美；支持mpeg ，mov 、avi 等視頻文件，rm 等流媒體文件，wav 、midi 、mp3 、aiff 等多種音頻文件，flash 動(dòng)畫(huà)文件，多種材質(zhì)效果，支持nurbs 曲線，粒子效果，霧化效果；支持多人的交互環(huán)境，vr 眼鏡等硬件設(shè)備；在娛樂(lè)、電子商務(wù)等領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用，并各自為適應(yīng)x3d 的發(fā)展，以x3d 為核心，有blaxxun3d 等相關(guān)產(chǎn)品。在虛擬場(chǎng)景，尤其是大場(chǎng)景的應(yīng)用方面，以vrml 標(biāo)準(zhǔn)為核心的技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。二、初識(shí)v

14、rml( 一)vrml 的文件結(jié)構(gòu)1. 文件頭vrml2.0(vrml97) 開(kāi)頭如下：# vrml v2.0 utf8 vrml 是大小寫(xiě)敏感的，utf8 是指一種純文本編碼方式2. 場(chǎng)景圖 ( scene graph )由描述“對(duì)象及其屬性”的節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)是vrml 的基本單元，場(chǎng)景圖的第一類節(jié)點(diǎn)用于從視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)角度表現(xiàn)對(duì)象，它們是按照層次體系結(jié)構(gòu)組織的；另一類節(jié)點(diǎn)，則參與事件產(chǎn)生和路由機(jī)制。3. 原型 ( prototype )用戶可以通過(guò)原型擴(kuò)充vrml 的節(jié)點(diǎn)類型集。原型的定義可以包含在使用該原型的文件中，也可以在外部定義4. 事件路由（route ）有些vrml 節(jié)點(diǎn)能通過(guò)產(chǎn)生事

15、件響應(yīng)環(huán)境變化或用戶交互。事件一旦產(chǎn)生，就按時(shí)間順序向路由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收后進(jìn)行相應(yīng)處理，可改變節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，產(chǎn)生其他事件，或者修改場(chǎng)景圖的結(jié)構(gòu)。利用腳本節(jié)點(diǎn)script ，作者可以java 或javascript 語(yǔ)言自定義任意事件處理。（二）vrkl 節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)類型虛擬場(chǎng)景由對(duì)象構(gòu)成，對(duì)象及其屬性用節(jié)點(diǎn)（node ）描述，節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成vrml 文件的基本單元。vrml97 定義了54 種基本節(jié)點(diǎn)類型（內(nèi)部節(jié)點(diǎn)類型），用戶也可以通過(guò)原型機(jī)制定義自己的節(jié)點(diǎn)類型。節(jié)點(diǎn)由域和事件組成：1. 域（field ）描述了節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)。其中外露域（exposedfield ）是域和事件的統(tǒng)一體，它既

16、作為域描述節(jié)點(diǎn)，又隱含著形如“set_域名”的入事件和“域名_changed 的出事件。2. 事件（event ）分為入事件和出事件，入事件將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的改變；出事件向外報(bào)告自身狀態(tài)的變化。（三）vrml 瀏覽器blaxxun contact 3d cosmo player visvape 等microsoft vrml2.0 viewer （四）編寫(xiě)vrml 境界1. 制作第一個(gè)虛擬境界#vrml v2.0 utf8 group children shape geometry box 將它保存為simpleworld.wrl 文件，則可以用瀏覽器看到它。2. 定義外觀一一第二場(chǎng)景再定義立方

17、體的外觀，即改變shape 節(jié)點(diǎn)的appearance 域（外觀），appearance 域是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)的material 域定義為一個(gè)material 節(jié)點(diǎn)：則shape 節(jié)點(diǎn)變成了：shape appearance appearance material material geometry box 修改它的diffusecolor 域（漫射色），應(yīng)該是 1 0 0 ，3 個(gè)數(shù)字分別表示紅色、綠色和藍(lán)色，取值范圍是0 到1：material material diffusecolor 1 0 0 這樣，生成了第二個(gè)場(chǎng)景文件：#vrml v2.0 utf8 group children

18、shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box 3. 定義變換一一第三個(gè)場(chǎng)景若想移動(dòng)這個(gè)紅色的立方體，可以通過(guò)為它外套一個(gè)transform 節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)：transform translation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box transform 節(jié)點(diǎn)的translation 5 0 0 表示x 軸向上右移5 個(gè)單位（米）則第三個(gè)場(chǎng)景

19、完整代碼如下：# vrml v2.0 utf8 group children transform translation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box 4. 復(fù)制節(jié)點(diǎn)一一第四個(gè)場(chǎng)景復(fù)制節(jié)點(diǎn)，并將各自的幾何形狀定義為方塊、球體和圓椎group children transform translation 5 0 0 children shape . . . geometry box transform translation 0 0 0 ch

20、ildren shape . . . geometry sphere transform translation -5 0 0 children shape . . . geometry cone # end of group children 為了以后引用方便，分別給這3 個(gè)transform 節(jié)點(diǎn)指定一個(gè)名稱：def box transform . . . def sphere transform . . . def cone transform . . . 則第四個(gè)場(chǎng)景的完整代碼是：# vrml v2.0 utf8 group children def box transform tra

21、nslation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box def sphere transform translation 0 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 1 0 geometry sphere def cone transform translation -5 0 0 children shape appearance appea

22、rance material material diffusecolor 0 0 1 geometry cone # end of group children 將此文件保存為firstworld.wrl ，用瀏覽器觀看，可從多個(gè)方位瀏覽自己的作品。position 14 0 20（五）交互能力的加入1. 傳感器是交互能力的基礎(chǔ)，共9 種。在場(chǎng)景中，傳感器節(jié)點(diǎn)一般是以其他節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)的身份存在的，它的父節(jié)點(diǎn)稱為可觸發(fā)節(jié)點(diǎn)，觸發(fā)條件和時(shí)機(jī)由傳感器節(jié)點(diǎn)類型確定。接觸傳感器（touchsensor ）是最常用的傳感器，先了解一下開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)lightswitch （組節(jié)點(diǎn)），并定義一個(gè)接觸傳感器作為它的

23、子節(jié)點(diǎn)：def lightswitch group children 各幾何造型節(jié)點(diǎn)def touchsensor touchsensor 傳感器能引起某種變化，下面看場(chǎng)景變化。2. 視點(diǎn)當(dāng)你拖動(dòng)鼠標(biāo)或按動(dòng)箭頭鍵時(shí)（按照vrml 術(shù)語(yǔ)，稱為航行），虛擬境界就會(huì)旋轉(zhuǎn)或縮放，這實(shí)際上是在調(diào)整你的視點(diǎn)位置或視角。在虛擬場(chǎng)景的重要位置可以定義視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)（viewpoint ）,它們是境界作者給用戶推薦的上佳觀賞方位，在cosmoplayer 瀏覽器中，用戶就可以通過(guò)鼠標(biāo)右鍵選擇作者推薦的各個(gè)視點(diǎn)。這里我們定義兩個(gè)視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：def view1 viewpoint “ view1 ”是編程時(shí)引用的名字def

24、 view2 viewpoint position 5 0 20 description view2 目的是使用戶可以通過(guò)觸發(fā)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)來(lái)切換視點(diǎn)。視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)中的坐標(biāo)表示視點(diǎn)在場(chǎng)景中的位置，坐標(biāo)的單位是米，視點(diǎn)的名稱將會(huì)在瀏覽器菜單中提示出來(lái)供用戶選擇。把上述視點(diǎn)說(shuō)明加入helloworld2.wrl 中（放在group 節(jié)點(diǎn)之前），并把其中的方塊節(jié)點(diǎn)修改成可觸發(fā)節(jié)點(diǎn)：def box tranform children shape . box . def touchbox touchsensor 定義觸發(fā)節(jié)點(diǎn)把修改過(guò)的文件另存為“ touchme.wrl ”。3. 事件傳遞下面把觸發(fā)（用鼠標(biāo)箭頭按

25、動(dòng)方塊）和場(chǎng)景變化（視點(diǎn)切換）這兩件事情聯(lián)系起來(lái)，在場(chǎng)景圖中，除節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的層次體系外，還有一個(gè)“事件體系”，事件體系由相互通訊的節(jié)點(diǎn)組成description view1 “ view1 ”是瀏覽器上顯示的名字position 5 0 20能夠接收事件的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)具有事件入口（eventin ），如果它要接收多種類型的事件（稱為入事件），它就應(yīng)該具有多個(gè)事件入口，也就是說(shuō)，事件入口象節(jié)點(diǎn)的域一樣是有類型的。同樣，發(fā)送事件的節(jié)點(diǎn)應(yīng)有事件出口（eventout ）, 事件出口也是有類型的。例如viewpoint 節(jié)點(diǎn)就有一個(gè)事件入口set_bind, 當(dāng)向此事件送入一個(gè)值“true（即所謂的入事件）

26、時(shí)，該viewpoi nt節(jié)點(diǎn)成為當(dāng)前視點(diǎn)。又如，接觸檢測(cè)器touchsensor 有一個(gè)事件出口isactive, 當(dāng)受到用戶觸發(fā)后它就從此出口送出一個(gè)“true（即所謂的出事件）在下一個(gè)事件發(fā)送之前，此事件一直保存在事件出口中（作為記錄）。事件出口和事件入口通過(guò)路徑相連，這就是vrml 文件中除節(jié)點(diǎn)以外的另一基本組成部分：route語(yǔ)句。route語(yǔ)句把事件出口和事件入口聯(lián)系在一起，從而構(gòu)成事件體系。在這里，我們是把接觸檢測(cè)器touchbox 的事件出口isactive 連接到視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)view2 的事件入口set_bind:route touchbox.isactive to view2.

27、set_bind 現(xiàn)在我們得到的vrml 文件是：#vrml v2.0 utf8 def view1 viewpoint 視點(diǎn)position 0 0 20 description view1 def view2 viewpoint description view2 group children def box transform translation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box def touchbox touchsensor de

28、f sphere transform translation 0 0 0 children shape 觸感appearance appearance material material diffusecolor 0 1 0 geometry sphere def cone transform translation -5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 0 1 geometry cone #end of group children route touchbox.isactiv

29、e to view2.set_bind 傳遞把這個(gè)文件調(diào)入瀏覽器，然后把鼠標(biāo)指向方塊并按下左鈕（先別松開(kāi)?。?，可以看到視點(diǎn)已經(jīng)變?yōu)関iew2, 內(nèi)部的機(jī)制我們已經(jīng)很清楚：左鈕按下時(shí)方塊節(jié)點(diǎn)的接觸檢測(cè)器被觸發(fā)，接著接觸檢測(cè)器從事件出口isactive 送出一個(gè)事件“ true” ， 這 個(gè) 事 件 通 過(guò) 路 由 進(jìn) 入 視 點(diǎn) 節(jié) 點(diǎn)view2 的 事 件 入 口set_bind,view2 收到“ true后成為當(dāng)前視點(diǎn)，所以在我們眼前場(chǎng)景發(fā)生了變化。當(dāng)松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵，又回到原來(lái)的視點(diǎn)，稱為視點(diǎn)回跳。因?yàn)樗砷_(kāi)鼠標(biāo)左鍵后，接觸傳感器向view2 發(fā)送了“ false 事件，這樣view2 的當(dāng)前

30、地位被解除。若不想回跳，則要自己來(lái)定義。4. 利用腳本編寫(xiě)自定義行為在vrml 中，利用script 節(jié)點(diǎn)（腳本節(jié)點(diǎn)）定義用戶自定義行為，所謂定義即用腳本描述語(yǔ)言（scripting language ）編寫(xiě)腳本的過(guò)程。vrml97 支持的腳本描述語(yǔ)言目前有兩種：java 和emcascript （這是javascript 標(biāo)準(zhǔn)化后的名稱），關(guān)于這兩種語(yǔ)言本身，請(qǐng)參考相應(yīng)參考書(shū)，vrml97 標(biāo)準(zhǔn)中定義了它們和vrml 的接口方法。應(yīng)提請(qǐng)注意的是：vrml 是基于節(jié)點(diǎn)的語(yǔ)言，所以腳本也是封裝在script 這個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)中的。這里我們不過(guò)多討論腳本描述語(yǔ)言的細(xì)節(jié)，主要討論把腳本集成到vrml 文

31、件中的方法。上面我們?cè)呀佑|檢測(cè)器touchbox 和視點(diǎn)view2 直接通過(guò)路徑連接起來(lái)，現(xiàn)在要定義我們指定的行為，就需要在二者之間插入一個(gè)腳本節(jié)點(diǎn)，也就是讓路徑繞個(gè)彎：route touchbox.isactive to touchscript.touchboxisactive route touchscript.bindview2 to view2.set_bind 其中的腳本節(jié)點(diǎn)touchscript 有一個(gè)事件人口touchboxisactive 和一個(gè)事件出口bind_view2, 前者接收來(lái)自接觸檢測(cè)器touchbox 的事件，然后經(jīng)自的，其它vrml 節(jié)點(diǎn)的域和事件都是固定的。

32、（2 ）這里定義的事件入口touchboxisactive （即入事件）和事件出口bindview2 （即出事件）的類型都是sfbool （單值布爾型），它們與touchbox 的 事件出口isactive 和view2 的事件入口set_bind 的類型保持一致。(3 )“ url ”是腳本節(jié)點(diǎn)的一個(gè)域，可以直接包含腳本，也可以包含一個(gè)或多個(gè)用url 地址指己的腳本處理后，把結(jié)果發(fā)送給視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)def touchscript script eventin sfbool touchboxisactive eventout sfbool bindview2 urljavescript: funct

33、ion touchboxisactive(active) 用bindview2= true; 關(guān)于這個(gè)script 節(jié)點(diǎn)，請(qǐng)注意一下幾點(diǎn)：（1 ）它的事件入口touchboxisactive view2: 入口出口腳本與入口同名的函數(shù)被調(diào)返回到出口和事件出口bindview2 是自定義示的腳本，若有多個(gè)地址，則按照先后次序獲取第一個(gè)可得到的腳本。(4 ) 腳本是以函數(shù) (function ) 的形式給出的，函數(shù)名touchboxisactive 與事件入口的名稱相同，這是和ecmascript 語(yǔ)言的接口約定，表示相應(yīng)事件入口收到事件后調(diào)用此函數(shù)進(jìn)行處理。5. 事件流程與小結(jié)下面我們整理一下事

34、件流程：(1 ) 用戶在方塊上按下鼠標(biāo)左鍵。(2 ) 接觸檢測(cè)器發(fā)出一個(gè)“true事件。( 3 ) 此事件進(jìn)入腳本節(jié)點(diǎn)touchscript 的事件入口touchboxisactive. ( 4 ) 調(diào)用腳本函數(shù)touchboxisactive( 注意函數(shù)并沒(méi)有判斷入事件的值)。(5)函數(shù)向touchscript 的事件出口bindview2 發(fā)送一個(gè)“ true事 件( 還可以進(jìn)行其它判斷或執(zhí)行其它事件) 。(6)view2節(jié)點(diǎn)收到“ true事件，成為當(dāng)前視點(diǎn)。按照vrml約定，“認(rèn)為 上述事件是同時(shí)發(fā)生的，也就是這些事件的時(shí)間戳相同。(7)若用戶松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵，則接觸檢測(cè)器發(fā)出一個(gè)“fal

35、se”事件，此事件同樣引起腳本函數(shù)調(diào)用并發(fā)送“true事所以view2仍然保持為當(dāng)前視點(diǎn)。本節(jié)的完整代碼是：#vrml v2.0 utf8 def view1 viewpoint position 0 0 20 description view1 def view2 viewpoint position 5 0 20 description view2 group children def box transform translation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0

36、 0 geometry box def touchbox touchsensor def sphere transform translation 0 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 1 0 geometry sphere def cone tranform transaltion -5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 0 1 geometry cone #end

37、of group children def touchscript script eventin sfbool touchboxisactive eventout sfbool bindview2 url javascript : function touchboxisactive (active) bindview2 = true; route touchbox.isactive to touchscript.touchboxisactive route touchscript.bindview2 to view2.set_bind 這里所建立的虛擬境界并不復(fù)雜，但涉及到了vrml2.0 最

38、基礎(chǔ)性的功能和概念：利用檢測(cè)器產(chǎn)生事件、利用路由傳遞事件以及利用腳本編寫(xiě)自定義行為，掌握了這些內(nèi)容也就掌握了vrml2.0 的核心。在后面的幾節(jié)中，我們將探索一些專題性的有趣功能，而本節(jié)是基礎(chǔ)，因而必須透徹理解。( 六)進(jìn)一步的完善與修飾1.鄰近傳感器當(dāng)用戶進(jìn)入或離開(kāi)鄰近檢測(cè)器所劃定的區(qū)域時(shí)就會(huì)觸發(fā)它。正如你在標(biāo)準(zhǔn)中可以查到的那樣，proximitysensor 節(jié)點(diǎn)定義為：proximitysensor exposedfield sfvec3f center 0 0 0 exposedfield sfvec3f size 0 0 0 exposedfield sfbool enabled t

39、rue eventout sfbool isactive eventout sfvec3f position_changed eventout sfrotation orientation_changed eventout sftime entertime eventout sftime exittime proximitysensor 節(jié)點(diǎn)共有三個(gè)外露域( exposedfield) 和五個(gè)出事件 ( eventout ).出事件我們已經(jīng)熟悉，是節(jié)點(diǎn)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)用來(lái)通知其它節(jié)點(diǎn)的，這里的出事件isactive 用于proximitysensor 通報(bào)自己已被激活。entertime 和ex

40、ittime 通報(bào)用戶 (代表用戶的用戶化身或指示器 ) 進(jìn)入和退出proximitysensor 檢測(cè)區(qū)的時(shí)刻。若用戶已在檢測(cè)器之內(nèi)，則當(dāng)用戶的位置或方位發(fā)生變化時(shí)，送出position_changed 和orientation_changed 出事件。這五個(gè)出事件聯(lián)合起來(lái)，就定義了鄰近檢測(cè)器的功能。外露域則集域( field ) 、 入事件 ( eventin ) 和出事件 ( eventout ) 三者的功能于一身，也就是說(shuō)，它既象域一樣描述了節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，又可以作為入事件由其它節(jié)點(diǎn)修改這種狀態(tài)，并作為出事件把這種改變通知其它節(jié)點(diǎn)。這里的enabled 外露域是布爾型的，用于proxi

41、mitysensor 的啟用和停用，center 和size 定義形為長(zhǎng)方體的鄰近檢測(cè)區(qū)。我們要在方塊、球體和圓柱這三個(gè)物體構(gòu)成的靜態(tài)世界，現(xiàn)在在球體周圍增加一個(gè)鄰近檢測(cè)區(qū)：def sphere transform translation 0 0 0 children shape . def comeclose proximitysensor center 0 0 0 size 4 4 4 proximitysensor 的名字為comecloser, 鄰近區(qū)的中心和球體的球心重合，形狀為正方體，邊長(zhǎng)為4 米，是球體直徑的兩倍。當(dāng)用戶走進(jìn)球體時(shí)就會(huì)觸發(fā)這個(gè)鄰近檢測(cè)器，檢測(cè)器發(fā)出isactive

42、 事件，我們把這個(gè)事件出口通過(guò)路由指向script 節(jié)點(diǎn) ( 用來(lái)綁定視點(diǎn)2 ) ：def comecloserscript script eventin sfbool enterproximitysensorisactive eventout sfbool bindview2 url javascript : function enterproximitysensorisactive (active) bindview2=true; 隨 后 ， 我 們 在 鄰 近 檢 測(cè) 器 的 出 事 件isactive 和 腳 本 節(jié) 點(diǎn)comecloserscript 的入事件enterproximi

43、tysensorisactive 之間建立路由，后 者 收 到 事 件后執(zhí)行 函 數(shù)enterproximitysensroisactive, 函 數(shù) 發(fā) 出bindview2 出事件，這個(gè)出事件通過(guò)路由連接到視點(diǎn)節(jié)點(diǎn)view2:route comecloser.isactive to comecloserscript.enterproximitysensorisactive route comecloserscript.bindview2 to view2.set_bind 也就是說(shuō)，一旦用戶進(jìn)入鄰近區(qū)，境界的當(dāng)前視點(diǎn)將轉(zhuǎn)換成view2. 這個(gè)由兩個(gè)視點(diǎn)、三個(gè)物體、一個(gè)鄰近檢測(cè)器和一個(gè)腳本節(jié)

44、點(diǎn)組成的境界的完整代碼如下：#vrml v2.0 utf8 def view1 viewpoint position 0 0 20 description view1def view2 viewpoint position 0 0 20 description view2 group children def box transform translation 5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box def sphere transform tran

45、slation 0 0 0children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 1 0 geometry sphere def comecloser proximitrysensor center 0 0 0 size 4 4 4 def cone transform translation -5 0 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 0 1geometry cone #end of group ch

46、ildren def comecloserscript script eventin sfbool enterproximitysensorisactive eventout sfbool bindview2 url javascript : function enterproximitysensorisactive(active) bindview2=true; route comecloser.isactive to comecloserscript.enterproximitysensorisactive route comecloserscript.bindview2 to view2

47、.set_bind 啟動(dòng)vrml 瀏覽器進(jìn)入境界，面向球體一直走過(guò)去，當(dāng)你剛剛感到靠近球體時(shí)，會(huì)突然感到自己后退了一大步( 或者說(shuō)物體跳到前方更遠(yuǎn)的地方) ，這表明鄰近檢測(cè)器已經(jīng)檢測(cè)到你的靠近，它把這件事通知腳本節(jié)點(diǎn)，腳本節(jié)點(diǎn)把視點(diǎn)view2 綁定成當(dāng)前視點(diǎn)，從而使你感到視點(diǎn)突然改變。再稍稍修改一下鄰近檢測(cè)器，把它的中心位置向右移了2 米：def comecloser proximitysensor center 2 0 0 size 4 4 4 這樣你就可以從左邊（方塊那一邊）走進(jìn)球體（視點(diǎn)不跳），但不能從右邊（圓錐那一邊）走近它（視點(diǎn)跳轉(zhuǎn)）?？傊?，proximitysensor 能夠檢測(cè)用

48、戶是否進(jìn)入或離開(kāi)檢測(cè)器指定的空間區(qū)域，典型用法是當(dāng)用戶走進(jìn)房間時(shí)開(kāi)啟燈光，當(dāng)用戶離開(kāi)時(shí)關(guān)閉燈光，從而建立功能豐富的“智能”空間。2.連續(xù)動(dòng)畫(huà)我們已經(jīng)使用過(guò)接觸檢測(cè)器，當(dāng)我們把鼠標(biāo)指針?lè)诺椒綁K（這個(gè)幾何節(jié)點(diǎn)包含接觸檢測(cè)器）上面時(shí)，指針形狀發(fā)生變化，這意味著我們已經(jīng)進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，如果按下鼠標(biāo)左鈕，則按照我們的定義，當(dāng)前視點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。這一節(jié)仍然制作這樣一個(gè)對(duì)接觸有反應(yīng)的方塊，只是接觸后它會(huì)連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)畫(huà)行為可以用時(shí)間檢測(cè)器（timesensor ）驅(qū)動(dòng)，而不斷變化的旋轉(zhuǎn)值可用腳本節(jié)點(diǎn)或朝向插補(bǔ)器（orientationinterpolator ）給出。接觸傳感器作為開(kāi)始的基本代碼是：#vrml

49、 v2.0 utf8 def cube transform rotation 1 1 1 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geometry box def touchs touchsensor def revolver script eventin sfbool startrevolving eventout sfrotation revolve field sffloat angle 0 url javascript : function startrevolving ()

50、 revolve0=1; revolve1=1; revolve2=1; revolve3=angle; angle+=0.1; route touchs.isover to revolver.startrevolving route revolver.revolve to cube.set_rotation 其中，方塊cube 包含兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)，前者定義了它的形態(tài)（紅色的單位立方體）， 后者把它定義成接觸檢測(cè)器。注意，cube 的類型是transform 節(jié)點(diǎn)，它的rotation 域是外露域，指定本組相對(duì)于上層坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)值，這里指定的初始值是“ 1 1 1 0 ”，其中前三個(gè)數(shù)值定義旋轉(zhuǎn)軸

51、，最后一個(gè)值定義旋轉(zhuǎn)角。由于它是外露域，因而可以通過(guò)入事件（名為set_rotation ）進(jìn)行修改，下面定義的動(dòng)態(tài)行為就是這樣實(shí)現(xiàn)的。script 節(jié)點(diǎn)revolver 的核心是內(nèi)聯(lián)的ecmascript 腳本函數(shù)。它給定一個(gè)不斷變化的旋轉(zhuǎn)值。當(dāng)鼠標(biāo)指針移動(dòng)到方塊之上時(shí)，接觸檢測(cè)器發(fā)出isover, 和第一節(jié)中采用的isactive 事件不同，isover 不需鼠標(biāo)左鈕按下時(shí)即可發(fā)出。isover 事件通過(guò)路由傳遞給腳本 節(jié)點(diǎn)的事件入口startrevolving, 從而啟動(dòng)函數(shù)startrevolving, 函數(shù)將一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)值發(fā)往事件出口revolve, 這個(gè)旋轉(zhuǎn)值通過(guò)路由進(jìn)入cube

52、的外露域rotation, 修改了方塊的旋轉(zhuǎn)角，引起它的朝向變化。鼠標(biāo)指針在cube 上面的每次方位變化都引起isover 事件發(fā)送一次，從而導(dǎo)致方塊旋轉(zhuǎn)一次時(shí)間傳感器為了使方塊能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)，需要引進(jìn)等間隔連續(xù)發(fā)送的時(shí)間序列，這正是時(shí)間檢測(cè)器的用武之地。時(shí)間檢測(cè)器隨著時(shí)間推移不斷產(chǎn)生事件，可用于多種目的，包 括：a. 驅(qū)動(dòng)連續(xù)性的仿真和動(dòng)畫(huà)b. 控制周期性的活動(dòng)( 如每分鐘一次 ) c. 初始化單獨(dú)事件，如報(bào)警鐘下面是我們要用的時(shí)間檢測(cè)器和修改后的路由關(guān)系：def ticker timesensor cleinterval 0.1 loop true enabled false route t

53、ouchs.isover to ticker.set_enabled route ticker.cycletime to revolver.startrevolving route revolver.revolve to cube.set_rotation enabled 用于啟用和停用時(shí)間檢測(cè)器，開(kāi)始時(shí)它處于停用狀態(tài)，以后由接觸檢測(cè)器的isover 事件修改這一狀態(tài)。啟用的時(shí)間檢測(cè)器每隔0.1 秒送出一個(gè)cycletime 事件，并用它來(lái)觸發(fā)revolver 的startrevolving 事件，注意，cycletime 事件的類型為sftime, 而路由兩端事件的類型必須匹配，所以盡管這里

54、我們不關(guān)心這個(gè)事件表示的具體時(shí)刻，還是把revolver 的startrevolving事件類型也改為sftime. 這樣，revolver 的函數(shù)startrevolving() 就會(huì)每0.1 秒調(diào)用一次，從而驅(qū)動(dòng)方塊連續(xù)旋轉(zhuǎn)。完整的代碼是：#vrml v2.0 utf8 def cube transform rotation 1 1 1 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 1 0 0 geoemtry box def touchs touchsensor def revolver scr

55、ipt eventin sftime startrevolving eventout sfrotation revolve field sffloat angle 0 url vrmlscript : function startrevolving () revolve0=1; revolve1=1; revolve2=1; revolve3=angle; angle+=0.1; def ticker timesensor cycleinterval 0.1 loop true enabled false route touchs.isover to ticker.set_enabled ro

56、ute ticker.cycletime to revolver.startrevolving route revolver.revolve to cube.set_rotation 上述腳本節(jié)點(diǎn)的功能比較簡(jiǎn)單，只是不斷送出調(diào)整的旋轉(zhuǎn)值，它是關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的一種。由于關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)十分常用，故vrml 專門(mén)定義了插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)它。方位插值器插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)可認(rèn)為是vrml 內(nèi)置的腳本節(jié)點(diǎn)，它們執(zhí)行簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)計(jì)算，通常和時(shí)間檢測(cè)器或者能夠使對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)作的節(jié)點(diǎn)結(jié)合在一起使用，生成線性關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)。插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)由關(guān)鍵點(diǎn)和對(duì)應(yīng)關(guān)鍵值定義的分段線形函數(shù)據(jù)插值類型的不同，vrml 共定義六個(gè)插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)：col

57、orinterpolator （顏色插補(bǔ)器）、coordinateinterpolator （坐標(biāo)插補(bǔ)器）、normalinterpolator （法線插補(bǔ)器）、orientationinterpolator （朝向插補(bǔ)器）、positioninterpolator （位置插補(bǔ)器）、scalarinterpolator （標(biāo)量插補(bǔ)器）。 所有插補(bǔ)器的域和事件都是類似的：eventin sffloat set_fruction exposedfield mffloat key . exposedfield mftype keyvalue . eventout s|mftype keyvalue_

58、changed 關(guān) 鍵 值 域keyvalue 的 類 型 決 定 了 插 補(bǔ) 器 的 類 型 （ 例 如 ，orientationinterpolator 的keyvalue 域 的 類 型 是mffloat ）. 入 事 件set_fraction 接收sffloat 型的事件，插補(bǔ)器隨即根據(jù)它進(jìn)行插值，并通過(guò)出事件value_changed 送出插值結(jié)果。這里我們把時(shí)間檢測(cè)器的fraction_changed 事件作為插補(bǔ)器的輸入，這個(gè) 事件是一個(gè)0,1 區(qū)間的值，每個(gè)時(shí)間步都送出一次，表示當(dāng)前周期內(nèi)已過(guò)去的時(shí)間相對(duì)于整個(gè)周期的比例，是插補(bǔ)器常用的輸入源之一。與此對(duì)應(yīng)，我們把插補(bǔ)器關(guān)鍵幀

59、的取值也定義在0,1 范圍內(nèi)。與0 和1 這兩個(gè)關(guān)鍵幀對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵值的旋轉(zhuǎn)軸是相同的，只是旋轉(zhuǎn)角度不同（0,3.14159 ）,這樣方位插補(bǔ)器輸出的旋轉(zhuǎn)值的旋轉(zhuǎn)軸固定不變，旋轉(zhuǎn)角從0 遞增到3.14159, 然后不斷重復(fù)#vrml v2.0 utf8 def cube transform rotation 1 1 1 0 children shape appearance appearance material material diffusecolor 0 1 0 geometry box def touchs touchsensor def revolver orientationinter

60、polator key 0,1 keyvalue 0.5 0.5 0.5 0,0.5 0.5 0.5 3.14159 def ticker timesensor cycleinterval 2 loop true enabled false route touchs.isover to ticker.set_enabled route ticker.fraction_changed to revolver.set_fraction route revolver.value_changed to cube.set_rotation 小結(jié)：本節(jié)實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)由接觸檢測(cè)器啟動(dòng)，由時(shí)間檢測(cè)器驅(qū)動(dòng)，動(dòng)畫(huà)本身