虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)初探

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)初探地理信息論壇系列講座（四）Tuesday,October18,2022主要內(nèi)容容一概述二VR硬件件及交互互設(shè)備三虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)GIS四虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)主要開(kāi)開(kāi)發(fā)技術(shù)術(shù)五虛擬環(huán)境境建模及及其工具具六開(kāi)發(fā)實(shí)例例：南京京師范大大學(xué)仙林林校區(qū)虛虛擬校園園七發(fā)展展望望與存在在的問(wèn)題題附錄：參參考文獻(xiàn)獻(xiàn)一概述虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)是高度度發(fā)展的的計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)在在各種領(lǐng)領(lǐng)域的應(yīng)應(yīng)用過(guò)程程中的結(jié)結(jié)晶和反反映，不不僅包括括圖形學(xué)學(xué)、圖像像處理、、模式識(shí)識(shí)別、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù)、并行行處理技技術(shù)、人人工智能能等高性性能計(jì)算算技術(shù)，，而且涉涉及數(shù)學(xué)學(xué)、物理理、通信信，甚至至與氣象象、地理理、美學(xué)學(xué)、心理理學(xué)和社社會(huì)學(xué)等等相關(guān)。。1.1什么是虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)或稱虛虛擬環(huán)境境,是由由計(jì)算機(jī)機(jī)生成的的.具有有臨場(chǎng)感感覺(jué)的環(huán)環(huán)境,它它是一種種全新的的人機(jī)交交互系統(tǒng)統(tǒng).虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)本本質(zhì)上說(shuō)說(shuō)是一種種高度逼逼真地模模擬人在在現(xiàn)實(shí)生生活中視視覺(jué).聽(tīng)聽(tīng)覺(jué).動(dòng)動(dòng)作等行行為的交交互技術(shù)術(shù).傳統(tǒng)的信信息處理理環(huán)境一一直是““人適應(yīng)應(yīng)計(jì)算機(jī)機(jī)”，而而當(dāng)今的的目標(biāo)或或理念是是要逐步步使““計(jì)算機(jī)機(jī)適應(yīng)人人”，人人們要求求通過(guò)視視覺(jué)、聽(tīng)聽(tīng)覺(jué)、觸觸覺(jué)、嗅嗅覺(jué)，以以及形體體、手勢(shì)勢(shì)或口令令，參與與到信息息處理的的環(huán)境中中去，從從而取得得身臨其其境的體體驗(yàn)。這這種信息息處理系系統(tǒng)已不不再是建建立在單單維的數(shù)數(shù)字化空空間上，，而是建建立在一一個(gè)多維維的信息息空間中中。虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)就是是支撐這這個(gè)多維維信息空空間的關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)。1.2虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的特點(diǎn)點(diǎn)浸沒(méi)感((Immersion))交互性((Interaction)想象性((Imagination)浸沒(méi)感((Immersion))v計(jì)算機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生一種種人為虛虛擬的環(huán)環(huán)境，這這種虛擬擬的環(huán)境境是通過(guò)過(guò)計(jì)算機(jī)機(jī)圖形構(gòu)構(gòu)成的三三維數(shù)字字模型，，編制到到計(jì)算機(jī)機(jī)中去產(chǎn)產(chǎn)生逼真真的“虛虛擬環(huán)境境”,從從而使得得用戶在在視覺(jué)上上產(chǎn)生一一種沉浸浸于虛擬擬環(huán)境的的感覺(jué),,這就是是虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)的浸沒(méi)沒(méi)感(Immersion))或臨場(chǎng)場(chǎng)參與感感交互性((Interaction)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與通常常CAD系統(tǒng)所所產(chǎn)生的的模型以以及傳統(tǒng)統(tǒng)的三維維動(dòng)畫(huà)是是不一樣樣的，它它不是一一個(gè)靜態(tài)態(tài)的世界界，而是是一個(gè)開(kāi)開(kāi)放、互互動(dòng)的環(huán)環(huán)境，虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)環(huán)境可可以通過(guò)過(guò)控制與與監(jiān)視裝裝置影響響或被使使用者影影響，這這是VR的第二二個(gè)特征征，即交交互性（（Interaction））。想象性((Imagination)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)不僅僅僅是一個(gè)個(gè)演示媒媒體，而而且還是是一個(gè)設(shè)設(shè)計(jì)工具具。它以以視覺(jué)形形式反映映了設(shè)計(jì)計(jì)者的思思想，比比如當(dāng)在在蓋一座座現(xiàn)代化化的大廈廈之前，，你首先先要做的的事是對(duì)對(duì)這座大大廈的結(jié)結(jié)構(gòu)、外外形做細(xì)細(xì)致的構(gòu)構(gòu)思，為為了使之之定量化化，你還還需設(shè)計(jì)計(jì)許多圖圖紙，當(dāng)當(dāng)然這些些圖紙只只能內(nèi)行行人讀懂懂，虛擬擬現(xiàn)實(shí)可可以把這這種構(gòu)思思變成看看得見(jiàn)的的虛擬物物體和環(huán)環(huán)境，使使以往只只能借助助傳統(tǒng)沙沙盤的設(shè)設(shè)計(jì)模式式提升到到數(shù)字化化的即看看即所得得的完美美境界，，大大提提高了設(shè)設(shè)計(jì)和規(guī)規(guī)劃的質(zhì)質(zhì)量與效效率。這這是VR所具有有的第三三類特征征，即想想象性（（Imagination））。1.3虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)的分類類桌面虛擬擬現(xiàn)實(shí)沉浸的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)性的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)分布式虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)1.4虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與三維維動(dòng)畫(huà)的的區(qū)別虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫(huà)虛擬環(huán)境由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)。

操縱者親身體驗(yàn)虛擬三維空間，身臨其境。場(chǎng)景畫(huà)面由動(dòng)畫(huà)制作人員根據(jù)材料或想象直接畫(huà)制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，屬于演示類藝術(shù)作品。

預(yù)先假定的觀察路徑，無(wú)法改變。

操縱者可以實(shí)時(shí)感受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的場(chǎng)景變化，步移景異，并可親自布置場(chǎng)景，具有雙向互動(dòng)的功能。

只能如電影一樣單向演示，場(chǎng)景變化,畫(huà)面需要事先制作生成，耗時(shí)、費(fèi)力、成本較高。

虛擬現(xiàn)實(shí)三維動(dòng)畫(huà)支持立體顯示和3D立體聲，三維空間真實(shí)。不支持沒(méi)有時(shí)間限制，可真實(shí)詳盡地展示，并可以在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上導(dǎo)出動(dòng)畫(huà)視頻文件，同樣可以用于多模體資料制作和宣傳，性價(jià)比高。受動(dòng)畫(huà)制作時(shí)間限制，無(wú)法詳盡展示，性價(jià)比低。在實(shí)時(shí)三維環(huán)境中，支持方案調(diào)整、評(píng)估、管理、信息查詢等功能，適合較大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要，同時(shí)又具有更真實(shí)和直觀的多媒體演示功能。只適合簡(jiǎn)單的演示功能。1.5虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)在在現(xiàn)實(shí)中中的運(yùn)用用許多游戲戲廠商,,為了使使游戲人人物的動(dòng)動(dòng)作更逼逼真,常常常就會(huì)會(huì)使用動(dòng)動(dòng)作捕獲獲系統(tǒng)..虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)在在電影中中的運(yùn)用用.例子:黑黑客帝國(guó)國(guó)商品展示示(如家家居,家家電等))二VR硬件及交交互設(shè)備備一個(gè)典型型的虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)由空空間數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)、人人體數(shù)據(jù)據(jù)捕捉系系統(tǒng)、三維顯示示設(shè)備、、三維控控制設(shè)備備以及和計(jì)算機(jī)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成?？湛臻g數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)、人人體數(shù)據(jù)據(jù)捕捉系系統(tǒng)為虛虛擬環(huán)境境建立空空間模型型；三維顯示示設(shè)備、、三維控控制設(shè)備備同屬于于三維交交互設(shè)備備，設(shè)計(jì)計(jì)和制造造出性能能優(yōu)越的的三維交交互設(shè)備備是虛擬擬現(xiàn)實(shí)技技術(shù)的關(guān)關(guān)鍵。空間數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)人體數(shù)據(jù)據(jù)捕捉系系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)超級(jí)圖形形工作站站三維控制制設(shè)備三維顯示示設(shè)備采集交互空間數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)據(jù)采集系系統(tǒng)，通通過(guò)衛(wèi)星星遙感、、航空遙遙感和全全球定位位系統(tǒng)等等獲取及及時(shí)空間間數(shù)據(jù)，，建立準(zhǔn)準(zhǔn)確可靠靠的虛擬擬現(xiàn)實(shí)空空間環(huán)境境。遙感感是一種種利用物物體反射射和輻射射電磁波波的固有有特性，，通過(guò)貫貫徹電磁磁波、識(shí)識(shí)別物體體以及物物體存在在環(huán)境條條件的技技術(shù)。人體數(shù)據(jù)據(jù)捕捉系系統(tǒng)人體數(shù)據(jù)捕捉捉設(shè)備，，可以實(shí)實(shí)事的記記錄人體體的各項(xiàng)項(xiàng)數(shù)據(jù)和和動(dòng)作，，包括人人體動(dòng)作作、面部部表情、、生理指指數(shù)、氣氣味、語(yǔ)語(yǔ)音等。。三維交互互設(shè)備常見(jiàn)的三維顯示示設(shè)備有頭盔式式顯示器器和立體體眼鏡等等。頭盔式顯顯示器采采用立體體圖繪制制技術(shù)來(lái)來(lái)產(chǎn)生兩兩幅相隔隔一定間間距的透透視圖，，并直接接顯示到到對(duì)應(yīng)于于用戶左左、右眼眼的兩個(gè)個(gè)顯示器器上。新新型的頭頭盔式顯顯示器都都配以磁磁定位傳傳感器，，可以測(cè)測(cè)定用戶戶的視線線方向，，使場(chǎng)景景能夠隨隨著用戶戶視線的的改變而而作出相相應(yīng)的變變化。三維交互設(shè)備備三維空間間控制設(shè)設(shè)備共同特征征是至少少能夠控控制六個(gè)個(gè)自由度度(DegreeofFreedom))，對(duì)應(yīng)于描描述三維維對(duì)象的的寬度、、高度、、深度、、俯仰(pitch))角、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)(yaw)角和偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(roll)角。常見(jiàn)見(jiàn)的三維維控制設(shè)設(shè)備有數(shù)數(shù)據(jù)手套套、跟蹤蹤球、三三維探針針、三維維鼠標(biāo)器器及三維維操作桿桿等。數(shù)據(jù)手套套的出現(xiàn)現(xiàn)，為虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)提提供了一一種全新新的交互互手段，，可以為為用戶提提供一種種非常真真實(shí)自然然的三維維交互手手段。高性能計(jì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)高性能計(jì)計(jì)算機(jī)系系統(tǒng)處理理技術(shù)主主要包括括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和數(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處處理技術(shù)術(shù)；實(shí)時(shí)時(shí)、逼真真圖形圖圖像生成成與顯示示技術(shù)；；多種聲聲音的合合成與聲聲音空間間化技術(shù)術(shù)；多維維信息數(shù)數(shù)據(jù)的融融合、數(shù)數(shù)據(jù)壓縮縮以及數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的的生成；；包括命命令識(shí)別別、語(yǔ)音音識(shí)別，，以及手手勢(shì)和人人的面部部表情信信息的檢檢測(cè)等在在內(nèi)的模模式識(shí)別別；分布布式與并并行計(jì)算算，以及及高速、、大規(guī)模模的遠(yuǎn)程程網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)。三虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)與網(wǎng)絡(luò)絡(luò)、GIS現(xiàn)在的虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)綜綜合了各各學(xué)科的的最新研研究成果果，包括括計(jì)算機(jī)機(jī)科學(xué)、、通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)術(shù)、地理理信息系系統(tǒng)、遙遙感科學(xué)學(xué)等多領(lǐng)領(lǐng)域的成成果。本本節(jié)主要要內(nèi)容：：虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)虛擬擬GIS分布式GIS地理協(xié)同同3.1虛擬GIS計(jì)算機(jī)科科學(xué)中圖圖形技術(shù)術(shù)和人機(jī)機(jī)接口技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，特特別是虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)應(yīng)應(yīng)用的推推廣，為為GIS提供了一一種新的的分析地地學(xué)數(shù)據(jù)據(jù)和探索索地學(xué)問(wèn)問(wèn)題的技技術(shù)平臺(tái)臺(tái)，推動(dòng)動(dòng)著GIS技術(shù)同虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)和和可視化化技術(shù)的的融合，，拓展了了多維GIS、特別是三三維GIS研究的內(nèi)內(nèi)涵，提提供了全全新的空空間數(shù)據(jù)據(jù)分析模模式和新新的GIS應(yīng)用模式式。當(dāng)前前國(guó)際上上把這種種結(jié)合虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)技術(shù)和和科學(xué)計(jì)計(jì)算可視視化技術(shù)術(shù)而設(shè)計(jì)計(jì)的多維維GIS系統(tǒng)稱之之為虛擬擬GIS系統(tǒng)“VirtualGIS（VGIS）”。3．2網(wǎng)絡(luò)虛擬擬GIS介紹同網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)合是當(dāng)當(dāng)前虛擬GIS發(fā)展的方方向。結(jié)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)的的網(wǎng)絡(luò)虛虛擬GIS不但為人人們通過(guò)過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)來(lái)分析空空間數(shù)據(jù)據(jù)和解決決空間問(wèn)問(wèn)題提供供了技術(shù)術(shù)平臺(tái)，，同時(shí)通通過(guò)“沉沉浸式””的虛擬擬現(xiàn)實(shí)模模式，為為人們通通過(guò)虛擬擬的地理理空間交交互提供供了可能能性，從從而為研研究虛擬擬地理環(huán)環(huán)境提供供了理想想平臺(tái)。。網(wǎng)絡(luò)虛擬擬GIS架構(gòu)1.一種虛擬擬GIS是以網(wǎng)絡(luò)絡(luò)GIS為基礎(chǔ)，，將虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)同GIS的Client端連接起起來(lái)，在在虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)統(tǒng)中提供供簡(jiǎn)單的的空間分分析功能能或是將將GIS的分析結(jié)結(jié)果轉(zhuǎn)化化為虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)支持持的數(shù)據(jù)據(jù)格式，，供虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)觀察察；2.另一種虛虛擬GIS是基于分分布式虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)，，在虛擬擬現(xiàn)實(shí)系系統(tǒng)中擴(kuò)擴(kuò)展空間間數(shù)據(jù)類類型的支支持能力力，提供供簡(jiǎn)單的的空間分分析功能能。WEB虛擬GIS的總體結(jié)結(jié)構(gòu)3．3CORBA在網(wǎng)絡(luò)虛虛擬GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)中的作作用CORBA是當(dāng)前主主流的分分布式對(duì)對(duì)象計(jì)算算平臺(tái)之之一，CORBA平臺(tái)以成成為當(dāng)前前計(jì)算機(jī)機(jī)工業(yè)界界所廣泛泛接受，，并且完完全開(kāi)放放地分布布式網(wǎng)絡(luò)絡(luò)平臺(tái)。。分布式式對(duì)象是是CORBA設(shè)計(jì)的基基礎(chǔ).具有可伸伸縮性、、安全性性、負(fù)載載均衡能能力和容容錯(cuò)能力力、實(shí)時(shí)時(shí)性，為為設(shè)計(jì)特特別性能能要求的的分布式式系統(tǒng)提提供了理理性平臺(tái)臺(tái)。通過(guò)基于于CORBA網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛虛擬GIS，通過(guò)重用用CORBA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)和基基本網(wǎng)絡(luò)絡(luò)服務(wù)大大大的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)絡(luò)虛擬GIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)的的難度，，基于CORBA可以使網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬擬GIS采用較靈靈活的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)?；贑ORBA命名服務(wù)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)絡(luò)VGIS系統(tǒng)映象象概念圖圖網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS客戶端應(yīng)用服務(wù)器名稱管理應(yīng)用服務(wù)器1應(yīng)用服務(wù)器2應(yīng)用服務(wù)器n分析服務(wù)器名稱管理空間分析服務(wù)1空間分析服務(wù)2空間分析服務(wù)n……3．4虛擬地理理環(huán)境與與地理協(xié)協(xié)同虛擬地理理環(huán)境，，是以化化身為基基礎(chǔ)的多多用戶分分布式三三維智能能虛擬環(huán)環(huán)境，是是地球空空間環(huán)境境特定地地理現(xiàn)象象與規(guī)律律的數(shù)字字與多通通道感知知表達(dá)、、計(jì)算與與模擬，，可用于于地球多多維信息息的綜合合管理與與多媒體體集成發(fā)發(fā)布、人人機(jī)交互互/交融融式創(chuàng)新新式地球球科學(xué)研研究、分分布式協(xié)協(xié)同規(guī)劃劃、設(shè)計(jì)計(jì)與決策策等。用戶化身身在虛擬地地理環(huán)境境中，兩兩個(gè)用戶戶的化身身可以在在同一個(gè)個(gè)虛擬地地理位置置進(jìn)行面面對(duì)面的的交流。。而化身身作為真真實(shí)用戶戶的一種種表達(dá)，，它的信信息源可可以包含含視覺(jué)、、聽(tīng)覺(jué)甚甚至味覺(jué)覺(jué)等多種種信息源源，使得得用戶擁?yè)碛幸环N種沉浸感感，可以以身臨其其境的感感受到本本身是虛虛擬地理理環(huán)境中中的一部部分。視視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)覺(jué)等信息息源可以以傳達(dá)協(xié)協(xié)同工作作者對(duì)事事情的真真實(shí)態(tài)度度和情緒緒，是虛虛擬地理理環(huán)境中中協(xié)同工工作者之之間交流流的重要要組成部部分，并并且在分分析地理理數(shù)據(jù)和和決策規(guī)規(guī)劃中也也都起著著非常重重要的作作用。交流模式式對(duì)于虛擬擬地理環(huán)環(huán)境不但但要有真真實(shí)的地地理背景景，而且且要為協(xié)協(xié)同工作作者們提提供一個(gè)個(gè)可靠的的信息交交流的平平臺(tái)。為為此，我我們更加加需要研研究如何何改進(jìn)人人與人之之間的交交流模式式，增強(qiáng)強(qiáng)在虛擬擬地理環(huán)環(huán)境中化化身之間間的各種種交流。。目前，按按照交流流的時(shí)效效性分類類-----非即時(shí)交交流：電電子郵件件和公告告板即時(shí)交流流：交互互性、實(shí)實(shí)時(shí)性好好，主要要包括傳傳統(tǒng)二維維場(chǎng)景、、三維場(chǎng)場(chǎng)景、流流媒體技技術(shù)和結(jié)結(jié)合模式式等。四虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)主要開(kāi)開(kāi)發(fā)技術(shù)術(shù)VRMLXMLX3DJava3DVRMLXML地理實(shí)體體X3DJAVA3D在虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)中，VRML/GeoVRML、、XML、X3D、GML以以及Java3D技術(shù)術(shù)各有所所長(zhǎng)，互互為補(bǔ)充充，利用用VRML的圖圖形建模模功能，，XML的國(guó)際化、、結(jié)構(gòu)化化、模塊塊化的特特性以及及Java強(qiáng)大的的網(wǎng)絡(luò)編編程語(yǔ)言言，共同同組成一一個(gè)強(qiáng)大大的虛擬擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境境。4.1VRML1994年，在瑞瑞士日內(nèi)內(nèi)瓦舉行行的第一一屆國(guó)際際互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)大會(huì)上上，提出出為創(chuàng)建建三維網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的界界面便于于網(wǎng)絡(luò)傳傳輸?shù)腣RML。1995年，VRML1.0版本正式式推出。。1996年，在對(duì)對(duì)1.0版本進(jìn)行行重大改改進(jìn)的基基礎(chǔ)上推推出了2.0版本，其其中添加加了場(chǎng)景景交互、、多媒體體支持，，碰撞檢檢測(cè)等功功能。1997年，經(jīng)過(guò)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)組組織的評(píng)評(píng)估后，VRML2.0成為國(guó)際際標(biāo)準(zhǔn)，，并改稱稱VRML97。VRML簡(jiǎn)例sphere..wrl

#VRMLV2.0utf8Shape{#定義節(jié)節(jié)點(diǎn)，含含有兩個(gè)個(gè)屬性appearanceAppearance{{#外觀屬屬性materialMaterial{#material(材質(zhì))，emissiveColor100}#材質(zhì)反反光性}

geometrySphere{{#幾何屬屬性radius1}}

}4.3XMLXML的英文全全名是ExtensibleMarkupLanguage，中文譯名名為可延延伸式標(biāo)標(biāo)記語(yǔ)言言。它是是一個(gè)由由W3C((WorldWideWebConsortium)所推廣的的結(jié)構(gòu)化化信息交交換標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，并且且已經(jīng)廣廣泛地被被使用。。VRML采取XML作為編碼碼的主要要原因是是因?yàn)閄ML具備國(guó)際際化的特特性、結(jié)結(jié)構(gòu)化的的格式和和模塊化化的對(duì)象象等優(yōu)勢(shì)勢(shì)。藉由由已經(jīng)被被明確制制定落實(shí)實(shí)的XML規(guī)范，X3D以XML為語(yǔ)法是是容易被被實(shí)現(xiàn)的的，而不不需要龐龐大的反反向工程程(reverseengineering)。XML與與GISXML可可以在GIS應(yīng)應(yīng)用中發(fā)發(fā)揮什么么樣的作作用？利利用XML我們們可以定定義查詢?cè)?，其?shí)實(shí)這和傳傳統(tǒng)的GIS查查詢沒(méi)有有什么不不同，比比如可以以說(shuō)“根根據(jù)用用戶指定定的區(qū)域域進(jìn)行水水淹分析析，并且且返回結(jié)結(jié)果”，，響應(yīng)消消息就可可能是基基于XML格式式的“分分析結(jié)果果在以下下圖形中中”。與與傳統(tǒng)方方式不同同之處處在于，，XML將查詢?cè)兊牡乩砝頂?shù)據(jù)和和請(qǐng)求統(tǒng)統(tǒng)一包含含在了一一個(gè)單獨(dú)獨(dú)的XML文檔檔中，響響應(yīng)信息息也在XML文檔中中。XML支支持自定定義標(biāo)記記，提供供了強(qiáng)有有力的擴(kuò)擴(kuò)展機(jī)制制，這必必然會(huì)出出現(xiàn)許多多GIS行業(yè)獨(dú)獨(dú)有的標(biāo)標(biāo)記。XML與與GISOpenGISConsortium((OGC)適適時(shí)推出出了GIS的XML標(biāo)標(biāo)記集GML((GeographyMarkupLanguage)，，為XML在GIS中中的應(yīng)用用提供了了良好的的規(guī)范化化道路，，得到了了行業(yè)內(nèi)內(nèi)眾多公公司的支支持。利用XML，我我們能夠夠?qū)崿F(xiàn)許許多GIS任務(wù)務(wù)-----瀏覽和生生成影像像，如SVG,,VMLandX3D格式；；可以進(jìn)行行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，如如XSLT,可可以進(jìn)進(jìn)行Schema配置置，如DTD,,XMLSchema等等；可以進(jìn)行行數(shù)據(jù)查查詢，如如Xpointer和和XQL等，還還可以運(yùn)運(yùn)行在不不同的平平臺(tái)上，，如PDA等。。4.3X3DX3D全名是Extensible3D((X3D早期的名名稱叫做做VRML-NG，VRMLNextGeneration)。它是下下一代具具擴(kuò)充性性的3D圖形規(guī)范范，并且且延伸了了VRML97的功能。。X3D名稱的由由來(lái)是整整合了XML((ExtensibleMarkupLanguage))和VRML(VirtualRealityModelingLanguage)。X3D是VRML的繼承。。VRML(VirtualRealityModelingLanguage--虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)建模語(yǔ)語(yǔ)言)是原來(lái)的的網(wǎng)絡(luò)3D圖形的ISO標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC14772)。X3D的目標(biāo)1.包含含VRML97的功能。。(仍然可以以使用X3D的技術(shù)瀏瀏覽VRML的內(nèi)容)2.與XML整合。(可以使用用XML來(lái)展現(xiàn)VRML97的功能)3.組件化。。(封裝經(jīng)量量級(jí)的核核心(core)技術(shù)，使使其能夠夠輕易地地加入新的功能能)4.擴(kuò)充性。。(使用組件件去增加加新的節(jié)節(jié)點(diǎn)，并并且符合合核心技技術(shù)的執(zhí)執(zhí)行碼)5.使用用Java保保證的的平臺(tái)通通用性4.4JAVA3D由于VRML、GML、X3D等空間建建模語(yǔ)言言載程序序設(shè)計(jì)方方面的欠欠缺，因因此迫切切需要一一種高級(jí)級(jí)編程語(yǔ)語(yǔ)言來(lái)代代替原有有的腳本本編寫(xiě)的的功能。。Java的網(wǎng)絡(luò)性性和操作作平臺(tái)無(wú)無(wú)關(guān)性以以及其對(duì)對(duì)三維圖圖形的強(qiáng)強(qiáng)有力支支持，使使得他在在未來(lái)的的三維開(kāi)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)場(chǎng)中占據(jù)據(jù)重要的的位置。。Java3D則提出了了一種新新的基于于視平臺(tái)臺(tái)的視模模型和輸輸入設(shè)備備模型的的技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)方案案.它不僅提提供了建建造和操操作三維維幾何物物體的高高層構(gòu)造造函數(shù),而且利用用這些構(gòu)構(gòu)造函數(shù)數(shù)還可以以建造復(fù)復(fù)雜程度度各異的的虛擬場(chǎng)場(chǎng)景,這些虛擬擬場(chǎng)景大大到宇宙宙天體,小到微觀觀粒子.五虛擬環(huán)境境建模及及其工具具虛擬環(huán)境境建模的的基本原原理是通通過(guò)三維維建模軟軟件在三三維空間間建立與與現(xiàn)實(shí)物物體一樣樣的三維維模型，，然后獲獲取現(xiàn)實(shí)實(shí)物體的的屬性和和紋理數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)模模型進(jìn)行行渲染，，做成仿仿真模型型后再通通過(guò)數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換，，最后導(dǎo)導(dǎo)入三維維實(shí)時(shí)驅(qū)驅(qū)動(dòng)軟件件進(jìn)行三三維動(dòng)態(tài)態(tài)仿真演演示。環(huán)境建模模技術(shù)環(huán)境建模模流程AUTOCAD和3DSMAX結(jié)合進(jìn)行行三維動(dòng)動(dòng)態(tài)仿真真MultigenCreator和Vega進(jìn)行三維維仿真5．1環(huán)境建模模技術(shù)Euclidean--geometry方法（歐歐基里德德幾何方方法）Fractal-geometry方法（不不規(guī)則碎碎片形幾幾何方法法）PhysicallyBasedModeling（基于物體體的建模模方法））ImageBasedRendering（基于圖像像的建模模方法））混合建模模技術(shù)：：PhysicallyBasedRendering和ImageBasedRendering，是未來(lái)虛虛擬環(huán)境境建模的的發(fā)展方方向。5．2環(huán)環(huán)境建建模流程程現(xiàn)實(shí)世界界數(shù)據(jù)和紋紋理采集集三維建模模仿真渲染染數(shù)據(jù)輸出出實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)動(dòng)景觀仿真真5.3AUTOCAD和3DSMAX結(jié)合進(jìn)行行三維景景觀動(dòng)態(tài)態(tài)仿真AutoCAD和3DSMAX軟軟件是是目前工工程界應(yīng)應(yīng)用最廣廣泛的兩兩種軟件件。AutoCAD軟件件在構(gòu)造造、編輯輯二維圖圖形方面面功能強(qiáng)強(qiáng),使用用方便,,并且開(kāi)開(kāi)放性好好,有AutoLISP編編程語(yǔ)語(yǔ)言的支支持等許許多優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。3DSMAX軟軟件在在三維造造型、動(dòng)動(dòng)畫(huà)和渲渲染等方方面有很很大的優(yōu)優(yōu)越性。。VR數(shù)據(jù)據(jù)格式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換在用3DSMAX為VR系統(tǒng)創(chuàng)作作好模型型后，結(jié)結(jié)合VR系統(tǒng)的要要求，看看是否需需要采用用諸如LOD（LevelofDetail）模型，如如果需要要可利用用MAX自帶的LOD插件直接接生成對(duì)對(duì)象的LOD模型，最最后根據(jù)據(jù)VR系統(tǒng)的編編輯環(huán)境境將模型型輸出為為編輯環(huán)環(huán)境所能能接收的的文件類類型，如如VRML97或DXF等格式的的文件。在AUTOCAD中進(jìn)行精精確的二二維建模模，生成成*.dwg文件。在3DSMAX中制作成成效果圖圖和動(dòng)畫(huà)畫(huà)輸出。。處理和制制作各種種紋理貼貼圖，并并在3DSMAX中作立體體渲染。。導(dǎo)入3DSMAX中建立三三維立體體模型。。5.4MultigenCreator和Vega進(jìn)行三維維景觀動(dòng)動(dòng)態(tài)仿真真MultigenCreator系列列軟件，，由美美國(guó)Multigen-Paradigm公司開(kāi)開(kāi)發(fā)，它它擁有針針對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)應(yīng)用優(yōu)優(yōu)化的OpenFlight數(shù)數(shù)據(jù)格式式，強(qiáng)大大的多邊邊形建模模、矢量量建模、、大面積積地形精精確生成成功能，，以及多多種專業(yè)業(yè)選項(xiàng)及及插件，，能高效效、最優(yōu)優(yōu)化地生生成實(shí)時(shí)時(shí)三維（（RT3D）數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，，并與后后續(xù)的實(shí)實(shí)時(shí)仿真真軟件緊緊密結(jié)合合，在視視景仿真真、模擬擬訓(xùn)練、、城市仿仿真、交交互式游游戲及工工程應(yīng)用用、科學(xué)學(xué)可視化化等實(shí)時(shí)時(shí)仿真領(lǐng)領(lǐng)域有著著世界領(lǐng)領(lǐng)先的地地位。AUTOCAD和3DSMAX結(jié)合進(jìn)行行三維建建模，生生成*.3ds文件。維建模，，生成**.dwg文件。導(dǎo)入MultigenParadigmCREATOR中對(duì)三維維立體模模型進(jìn)行行紋理貼貼圖和渲渲染，并并輸出為為OPENFLIGHT文件（**.flt）。把OpenFlitht文件導(dǎo)入入MultigenParadigmVEGA中對(duì)三維維立體模模型進(jìn)行行實(shí)時(shí)動(dòng)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)漫游和和動(dòng)畫(huà)輸輸出功能能。更專業(yè)的的建模工工具和專專業(yè)模塊塊TerrainBundle（大大面積精精確三維維地形功功能集成成，需CreatorPro模模塊）；；RoadTools（標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)道路生生成工具具，與BaseCreator、、CreatorPro均均能結(jié)結(jié)合）。Paradigm-Vega構(gòu)建高級(jí)級(jí)實(shí)時(shí)仿仿真的高高效工具具VEGA是開(kāi)開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)時(shí)視覺(jué)和和聽(tīng)覺(jué)仿仿真、虛虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)和通用用視頻應(yīng)應(yīng)用的業(yè)業(yè)界領(lǐng)先先的軟件件環(huán)境。。VEGA包括括圖形環(huán)環(huán)境Lynx，，一套可可以提供供最充分分的軟件件控制和和最大程程度靈活活性的完完整的應(yīng)應(yīng)用編程程接口，，一系列列相關(guān)的的庫(kù)和AudioWorks2實(shí)實(shí)時(shí)多通通道音響響系統(tǒng)。。VEGA及其可可選模塊塊能運(yùn)行行在視窗窗NT操操作系系統(tǒng)和SGIIRIX操操作系統(tǒng)統(tǒng)，并支支持大量量種類的的數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)加載器器OpenFlight格格式及APIsOpenFlight是是Multigen開(kāi)開(kāi)發(fā)的的，在視視覺(jué)仿真真領(lǐng)域最最為流行行的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)文件格格式。OpenFlight采采用幾何何層次結(jié)結(jié)構(gòu)和節(jié)節(jié)點(diǎn)屬性性來(lái)描述述三維物物體，允允許用戶戶直接對(duì)對(duì)層次結(jié)結(jié)構(gòu)及節(jié)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行行操作，，保證從從大型數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)到到物體單單個(gè)頂點(diǎn)點(diǎn)的精確確控制。。邏輯層次次結(jié)構(gòu)及及細(xì)節(jié)層層次、截截取組、、繪制優(yōu)優(yōu)先級(jí)、、分離面面等功能能，使得得圖像產(chǎn)產(chǎn)生器知知道何時(shí)時(shí)及如何何繪制三三維場(chǎng)景景，極大大地提高高了實(shí)時(shí)時(shí)系統(tǒng)的的性能。。OpenFlightAPIs(C語(yǔ)語(yǔ)言開(kāi)開(kāi)發(fā)環(huán)境境)，可可以擴(kuò)展展原有的的功能及及算法，，開(kāi)發(fā)用用戶自定定義的數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)實(shí)體MultigenCreator/Vega仿真應(yīng)用用實(shí)例虛擬洛杉杉磯虛擬深圳圳中心區(qū)區(qū)六開(kāi)發(fā)實(shí)例例：南京京師范大大學(xué)仙林林校區(qū)虛虛擬校園園虛擬新校校區(qū)，就就是在計(jì)計(jì)算機(jī)環(huán)環(huán)境中，，虛擬再再現(xiàn)新校校區(qū)的景景觀，通通過(guò)頭盔盔、三維維鼠標(biāo)等等設(shè)備，，人們可可以進(jìn)入入到虛擬擬的新校校區(qū)進(jìn)行行漫游，，領(lǐng)略校校園的美美景，通通過(guò)這個(gè)個(gè)途徑讓讓更多的的人對(duì)新新校區(qū)有有清晰的的認(rèn)識(shí)，，對(duì)于該該地區(qū)的的發(fā)展規(guī)規(guī)劃及交交通、旅旅游等方方面有更更明確的的目標(biāo)。。軟硬件環(huán)環(huán)境硬件設(shè)備備：SGIOctane圖形形工作站站兩臺(tái)，，IntergraphNT工作作站，IBMPⅢ550微微機(jī)一臺(tái)臺(tái)，頭盔盔，操縱縱桿，三三維鼠標(biāo)標(biāo)，立體體眼鏡，，Intergraph高精精度掃描描儀，刻刻錄機(jī)，，磁帶機(jī)機(jī)（4mm），，外置50G硬硬盤；軟件支持持：數(shù)字?jǐn)z攝影測(cè)量量軟件----VirtuoZo3.1；GIS軟件件----Arcinfo7..1，Arcview3.1，IMAGIS；VR軟件件----MultiGen，，Vega；圖圖象處理理軟件----Photoshop5..0；三三維建模模軟件----AutoCad，3DMax。實(shí)施步驟驟1：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備備階段（1）原原始資料料：包括括南京師師范大學(xué)學(xué)仙林校校區(qū)大比比例尺航航攝相片片（影像像比例尺尺1:2500）；相相機(jī)檢校校參數(shù)文文件；地地面控制制點(diǎn)文件件。（2）元元數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)建設(shè)：：包括航航攝比例例尺分母母；航高高；航攝攝儀焦距距；航攝攝單位；；航攝日日期；航航片數(shù)；；航片編編號(hào)；高高斯-克克呂格投投影帶號(hào)號(hào)；分帶帶方式；；中央子子午線和和標(biāo)準(zhǔn)緯緯線等。。步驟2：：數(shù)據(jù)預(yù)預(yù)處理階階段數(shù)據(jù)采集集：將航攝相相片經(jīng)掃掃描數(shù)字字化，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入數(shù)字字?jǐn)z影測(cè)測(cè)量軟件件中。利利用VirtuoZo3.1建立南南京師范范大學(xué)仙仙林校區(qū)區(qū)的數(shù)字字高程模模型DEM，獲獲得正射射影像圖圖并測(cè)得得這一地地區(qū)的建建筑模型型數(shù)據(jù)以以及道路路、湖泊泊等屬性性數(shù)據(jù)。。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換換：將數(shù)據(jù)采采集階段段獲得的的數(shù)據(jù)通通過(guò)數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換，，分別按按地形數(shù)數(shù)據(jù)、文文化數(shù)據(jù)據(jù)和建筑筑數(shù)據(jù)等等方式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入虛擬擬現(xiàn)實(shí)建建模軟件件MultiGen中中。在完完成了上上述轉(zhuǎn)換換過(guò)程后后，用戶戶成功實(shí)實(shí)現(xiàn)了異異構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)間的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，將將測(cè)量數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)過(guò)GIS轉(zhuǎn)換為為創(chuàng)建數(shù)數(shù)字虛擬擬城市所所需的數(shù)數(shù)據(jù)格式式，如數(shù)數(shù)字高程程模型數(shù)數(shù)據(jù)DED、數(shù)數(shù)字文化化數(shù)據(jù)DFD、、建筑模模型數(shù)據(jù)據(jù)FLT、紋理理數(shù)據(jù)TIFF或JPG格式式。步驟3數(shù)數(shù)據(jù)建建模階段段（1）地形數(shù)據(jù)據(jù)處理：將數(shù)字字高程模模型數(shù)據(jù)據(jù)DED通過(guò)選選擇合適適的算法法建立起起三維地地表模型型，按照照與地表表模型相相對(duì)應(yīng)的的經(jīng)緯度度坐標(biāo)，，貼上正正射影像像圖作為為地表紋紋理，形形成仙林林校區(qū)的的真實(shí)的的三維地地貌景觀觀。（2）屬性數(shù)據(jù)據(jù)處理：數(shù)字文文化數(shù)據(jù)據(jù)DFD，如道道路、湖湖泊等，，可按照照不同的的地物屬屬性分層層輸入MultiGen，選選擇或重重新建立立對(duì)應(yīng)的的特征碼碼（FeatureID）和和表面材材質(zhì)碼（（SMC），賦賦予其適適當(dāng)?shù)募y紋理。然然后選擇擇合適的的投影方方式，