VRML环境下图形系统的设计

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1、第10章 VRML环境 下图形系统的设计 * 110.1 虚拟现实简介 它通过计算机创建一种虚拟环境(Virtual Environment)，通过视觉、听觉、触觉、 味觉、嗅觉等作用，使用户产生和现实中 一样的感觉，从而达到身临其境的感觉， 并可实现用户与该环境直接进行交互。 虚拟现实技术有3个基本特征：沉浸感， 交互感，构想。 Date210.2 VRML概述 VRML(Virtual Reality Modeling Language) 即虚拟现实建模语言。该语言就是通过创建 一个虚拟场景以达到现实中的效果。VRML被 广泛应用于Internet上创建虚拟三维空间， 利用VRML可以随意

2、创建任何虚拟的物体，像 建筑物、城市、山脉、星体等对象。当然也 可以在虚拟空间中添加声音、动画，使之更 加生动，更接近现实。 Date310.2 VRML概述 用cortvrml插件在Microsoft的IE 6.0浏览器中可 以浏览VRML网页。 Walk的浏览方式为模拟人在虚拟三维世界中的走动 和转向等 Fly的浏览方式为模拟人在虚拟三维世界中的飞行和 转向等 Study的浏览方式为在浏览者的面前以不同的方向和 不同的角度来旋转一个或多个漂浮在空间中的对象 Plan的浏览方式为模拟在虚拟三维世界中的一个平面 内的平移。 Pan的浏览方式为模拟在三维世界中的垂直的上下或 者左右的平移。 Da

3、te410.2 VRML概述 Turn的浏览方式为改变浏览者的视角 Roll的浏览方式为在虚拟三维世界中的一 个垂直平面上实现顺时针或者逆时针方向 的视角变化。 Goto的浏览方式为走近你所要观察的对象 View试点控制。 Restore视点控制。 Date510.2 VRML概述 在浏览器窗口中的 任意位置单击鼠标 右键便会弹出如图 10.2所示的菜单图10.2 cortvrml的弹出菜单 Date610.3 VRML基本语法 10.3.1 VRML的通用语法结构 VRML文件是要创建的空间的文本性描述 ，VRML的通用语法由VRML文件来约定 。 VRML文件对语法有以下几条约定： 每个V

4、RML文件都必须以#VRML V2.0 utf8 作为文件头。 文件中的任何节点的第一个字母都要大 写 节点的域都必须位于括号里面。 Date710.3.2 VRML的基本概念 1. 节点 节点用来描述造型和造型的属性。 2. 域和域值 域定义节点的属性，域值是对属性的具体描述。 3. 事件 事件是按照指定的路由从一个节点发往另一个节 点的消息。 4. 路由 5. 交互和脚本 Date810.3.3 VRML空间计量单位 1) 长度单位长度单位也叫VRML单位，简称单位，用 来计量造型的尺寸和位置。 2) 角度单位 角度单位是用来计量坐标旋转角度的大小 的。在VRML中，角度单位通常使用的是

5、弧度制。 Date910.3.4 VRML的节点简介 1. 外形节点Shape 在创建一个造型时，必须使用Shape节点 ，它有两个域，分别为appearance域和 geometry域。Appearance节点将定义造型 外观的颜色和纹理。geometry域值是一个 定义空间造型几何尺寸大小的造型节点， 它包括Box、Cylinder、Cone、Sphere等 基本的几何节点 Date1010.3.4 VRML的节点简介 2. 组节点Group Group节点有5个域，分别是children域、 bboxCenter域、bboxSize域、addChildren 域和removeChildr

6、en域。 Group节点是将基本造型节点组织在一起 ，编成一组中的多个节点将相互交迭,从而 创建复杂的空间造型，编组后的节点可以 作为一个单独的对象来进行各种操作，包 括和其他的对象一起编成一个新的组。 Date1110.3.5 域 域有两种类型：单值类型和多值类型。单值类型 的命名以“SF”开头，只包含单一的值，像一个 数字、一种颜色、一个向量等。多值类型的命名 以“MF”开头，包含多个值，像一组数字的列 表、一组颜色的列表。 例：SFFloat 和 MFFloat 一个SFFloat域含有一个ANSIC格式的单精度浮 点数。 一个MFFLoat域含有零个或多个ANSI C格式的 单精度浮点

7、数。即允许空白，不赋任何值。 Date1210.4 在场景中添加几何体 10.4.1 Shape节点对几何体的封装 Shape节点对几何体的封装是通过 geometry域来实现的。即geometry + 几 何体造型节点。 不仅如此，Shape节点还可以实现对文本 造型的封装。 Date1310.4.2 添加长方体 在场景中添加一个立方体造型要用到Box 节点，Box节点是创建一个以坐标原点为 中心的长方体的节点，有一个域，即size 域。 size域的域值类型为SFVec3f类型，size 域值为长方体的长、宽、高的大小，通过 改变长、宽、高的大小可以创建不同的长 方体，如果长、宽、高的大小

8、相同，则该 长方体是立方体。 Date1410.4.3 添加球体 在场景中添加球体造型要用到Sphere节点 ，Sphere节点创建的是一个以坐标原点为中 心的球体，有一个域，即radius域。 域值类型为SFFloat类型，球体的半径由域 radius的域值确定，radius的默认域值为 1.0个单位。 Date1510.4.4 添加圆柱体 在场景中添加圆柱体造型要用到Cylinder 节点，Cylinder节点创建的是一个以坐标 原点为中心，由底面(bottom)，顶面 (top)和侧面(side)三个部分组成的圆柱 体。该节点有5个域，即radius域、 height域、bottom域、

9、top域和side域。 Date1610.4.5 添加圆锥体 先看一个在三维空间场景中添加圆锥体的 实例。图10.6 在场景中添加的圆锥体造型 Date1710.4.5 添加圆锥体 在场景中添加圆锥体造型要用到Cone节点 ，Cone节点创建的是一个以空间坐标系y 轴为对称轴，原点为中心的圆锥体。 该圆锥体由两部分组成：底面(bottom)和 锥面(side)。该节点有4个域，即 bottomRadius域、height域、side域和 bottom域 Date1810.4.6 添加文本 在场景中添加文本是通过使用Shape节点 实现的，将Text节点作为geometry域的域 值，下面看一个

10、在场景中添加文本造型的 例子。 图10.7 在场景中添加文本 Date1910.5 几何体的几何变换 10.5.1 理解VRML空间 坐标系是VRML场景创建的一个很重要的依 据，这里的坐标系由x、y、z三个坐标方 向构成，其方向可以用右手规则来确定。 有了父坐标系的嵌套，就可以在任何地方 创建自己想要的造型，这些造型通过坐标 系的嵌套，组合在一起构成各种很复杂的 VRML场景，从而形成多姿多彩的三维世 界。 Date2010.5.1 理解VRML空间 1. 平移坐标系的理解 平移坐标系是通过对Transform节点的 translation域的使用创建的一个新的子坐 标系，每次平移通过Tra

11、nsform节点的 translation域指定平移距离，平移距离是 指新的子坐标系原点和父坐标系原点的分 别在x、y、z三个坐标轴的距离(这里的距 离是以VRML单位度量的)。新的子坐标系 确定后，要在新坐标系创建的造型的位置 也就被确定了。Date2110.5.1 理解VRML空间 2. 旋转坐标系的理解 (1) 确定旋转坐标系的两个因素。一是旋转 轴。二是旋转角度。 (2) 坐标系的旋转方向。 3. 缩放坐标系的理解 缩放坐标系是通过对Transform节点的 scale和scaleOrientation域的使用而创 建的新的子坐标系。 Date2210.5.3 平移几何体 几何体的平移

12、实际上是坐标系的平移，而 将几何体平移实际上就是通过使用节点 Transform的translation域，相对原坐标 系形成新的子坐标系，再在子坐标系中创 建所要平移的几何体就达到了我们平移几 何体的目的。 Date2310.5.4 旋转几何体 旋转几何体是通过使用节点Transform的 rotation和center域，指定旋转轴或者旋转 点、旋转角度，形成新的旋转子坐标系， 再在子坐标系中创建需要的造型。 1. 绕轴的旋转 Transform节点的rotation域设定父子坐标 系原点的连线作为旋转轴，同时还设定了 旋转的角度 。 Date2410.5.4 旋转几何体 2. 围绕中心的

13、旋转 有时候单一地围绕某个轴旋转来创建造型 并不很方便，通过使用Transform节点的 center域，就可以使几何体围绕某个中心 点旋转，这种旋转有时会比围绕轴旋转更 自然灵活。 Date2510.5.5 缩放几何体 1. 在不同方向上的缩放通过对Transform节点的scale和 scaleOrientation域的使用，可以沿任何方 向缩放需要的造型 2. 围绕中心点的缩放使用Transform的center域可以指定一个 缩放中心，使要创建的造型根据需要相对 该点来进行缩放，像旋转中心一样，围绕 点的缩放有时会对造型的创建提供比在不 同方向上的缩放更大的方便。 Date2610.6

14、 真实感场景创建 10.6.1 光照 在VRML中添加并控制光照是通过 PointLight节点、DirectionalLight节点和 SpotLight节点来实现的。 VRML通过对物体表面的明暗分布的计算 ，使物体同环境产生明暗对比，这样，物 体看起来就像是在发光。 Date2710.6.1 光照 1. PointLight节点PointLight节点生成一个点光源，即生成的光线 是向四周发散的。 2. DirectionalLight节点DirectionalLight节点生成一个平行光源，即生成 的光线是平行向前发射的。 3. SpotLight节点SpotLight节点创建了一个锥

15、光源，即从一个光 点位置呈锥状向一个特定的方向照射。 Date2810.6.2 纹理 大多数的VRML浏览器所支持的表面材质 的几种图像格式为JPEG、MPEG、GIF和 PNG，被称为VRML材质贴图文件的标准 格式。 在VRML中，用于指定材质表面贴图的节 点主要有ImageTexture(图片纹理节点)、 MovieTexture(影象纹理节点)、 PixeTexture(像素纹理节点)。下面分别介 绍这三种节点。 Date2910.6.2 纹理 1. ImageTexture节点 ImageTexture是图像纹理节点，指定了纹 理映射属性，通常作为Appearance节点的 texture域的域值。Date3010.6.2 纹理 例10.17，我们为正方体贴上了黄山松的图 片，如图10.16所示。图10.16 表面贴上纹理图的正方体 Date3110.6.2 纹理 2. MovieTexture节 点 Pixe Texture节点是像 素纹理节点，用来指 定纹理映射属性。 从图10.17中可以看出 不同像素部分颜色的 灰度程度的差别。图10.17 不同灰度纹理 Date3210.6.3 雾化 VRML允许在空间添加大气效果，通过