VRML介绍--虚拟现实造型语言

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1、VRML介绍虚拟现实造型语言VRML 是“Virtual Reality Modeling Language” 的缩写形式，意思是“虚 拟现实造型语言”。熟悉WWW的人们都知道，受HTML语言的局限性，VRML之前的网页只能是简 单的平面结构，就算Java语言能够为WWW增色不少，但也仅仅停留在平面设计 阶段，而且实现环境与参与者的动态交互是非常烦琐的。于是，VRML就应运而 生了。第一代Web是以HTML为核心的二维浏览技术，第二代Web是以VRML为核 心的三维浏览技术。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。RML被称为

2、继HTML之后的第二代Web语言，它本身是一种建模语言，也就是 说，它是用来描述三维物体及其行为的，可以构建虚拟境界(Virtural World), 可以集成文本、图像、音响、MPEG影像等多种媒体类型，还可以内嵌用Java、 ECMAScript等语言编写的程序代码。VRML的基本目标是建立因特网上的交互式 三维多媒体，基本特征包括分布式、三维、交互性、多媒体集成、境旃真性等。VRML的出现使得虚拟现实象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二多媒体+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

3、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究因特网上无比丰富的巨大信息资源。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探路者探索火星。VRML的工作原理VRML是一种用在Internet和Web超链上的，多用户交互的，独立于计算机平台 的，网络虚

4、拟现实建模语言。虚拟世界的显示、交互及网络互连都可以用VRML 来描述。VRML的设计是从在WEB上欣赏实时3D图象开始的。VRML浏览器既是插件， 又是帮助应用程序，还是独立运行的应用程序，它是传统的虚拟现实中同样也使 用的实时3D着色引擎。这使得VRML应用从三维建模和动画应用中分离出来，在 三维建模和动画应用中可以预先对前方场景进行着色，但是没有选择方向的自 由。VRML提供了 6+1度的自由，用户可以沿着三个方向移动，也可以沿着三个 方向旋转，同时还可以建立与其它3D空间的超链接。因此VRML是超空间的。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

5、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间的交互式3D多媒体信息的抽象功能行为。VRML文件描述 的基于时间的3D空间称为虚拟境界(Virtual World)，简称境界，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文件可以包含对其他标准格式文件的引用。可以把JPEG、PNG和MPEG 文件用于对象纹理映射，把WAV和MIDI文件用于在境界中播放的声音。另外， 还可以引用包含Java或ECMAScript代码的文件，从而实现对象的编程行为。所 有这些都是由其他标准提供的，之所以在VRML中选用它们，是因为它们在Inte rnet

6、上的广泛应用。VRML 97规范描述了它们在VRML中的用法。VRML使用场景图(Scene Graph)数据结构来建立3D实境，这种数据结构是 以SGI开发的Open Inventor3D工具包为基础的一种数据格式。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。几乎所有生产厂商，无论是CAD、建模、动画、 VR，还是VRML，他们的结构核心都有场景图。境界中的对象及其属性用节点(Node)描述，节点按照一定规则构成场景图(S cene Graph)，也就是说，场景图是境界的内部表示。场景图中的第一类节点用 于从视觉和听觉

7、角度表现对象，它们按照层次体系组织起来，反映了境界的空间 结构。另一类节点参与事件产生和路由机制，形成路由图(Route Graph)，确定 境界随时间的推移如何动态变化。VRML文件的解释、执行和呈现通过浏览器实现，这与利用浏览器显示HTML 文件的机制完全相同。浏览器把场景图中的形态和声音呈现给用户，这种视听觉 呈现即所谓的虚拟世界(境界)。用户通过浏览器获得的视听觉效果如同从某个特 定方位体验到的，境界中的这种位置和朝向称为取景器(Viewer)。VRML的访问方式是基于客户/服务器模式的。其中服务器提供VRML文件及支 持资源（图像、视频、声音等），客户端通过网络下载希望访问的文件，并

8、通过本 地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件描述的虚拟境界。由于浏览器是本 地平台提供的，从而实现了平台无关性。下图描述了 VRML的工作方式。VRML是一个开发标准，为了加强协作，避免技术重复和市场冲突，而鼓励其 他技术引用VRML或成为VRML的一部分。与VRML关系密切的三项技术是Java3D、 MPEG-4和Chrome。其中，Java3D和VRML都把3D Web作为关键应用对象，前者 的优势在于程序设计，后者的优势在于场景构造，二者在可编程性3D Web应用 方面密切合作。MPEG-4面向基于内容的交互式视讯应用，可以为VRML提供流技 术、压缩和音响同步技术，而MPEG-4

9、用VRML来描述3D内容。在2D页面集成方 面，可以探索VRML和Microsoft的Chrome协作的可能性。VRML的应用VRML在电子商务、教育、工程技术、建筑、娱乐、艺术等领域的广泛应用，将 会促使它迅速发展，并成为构建网络虚拟现实应用系统的基础。虚拟现实作为一 种全新的人机接口技术，必须研究用户和计算机之间的协调关系问题，这样一个 问题只有通过大量的使用才能逐步解决，VRML以因特网作为应用平台，最有希 望成为构筑虚拟现实应用的基本构架。自从1994年以来，欧洲数字城市会议每年举行一次，最近的数字城市的活 动中加入了三维技术，基于VRML的实验性数字城市主要有数字化赫尔辛基、柏 林、

10、华盛顿特区、洛杉矶和京都。我国上海交通大学ICHI实验室在这方面也作 了大量研究。国内还开发过一些基于VRML97的应用系统，如浙江公众信息产业有限公司 的 3Dworld。例如在教育上，VRML不仅仅是HTML功能更强的替代品，其潜在意义在于突 破上述基于WWW的教学模型建立更自然、更真实的虚拟教育环境。在这种环境中 学生可以以浏览探索的方式汲取知识，如进入虚拟太空学习天文知识，利用虚拟 地球学习地理知识，穿过历史长廊与历史人物交流，进入分子世界游历化学殿堂 等等，这些曾经是梦想中的学习方式都可以逐步实现。在这个虚拟教育世界中， 甚至可以有利用VRML制作的动画人物扮演教师，其面部表情和形体

11、动作利用动 作跟踪系统捕捉下来，这样得到的讲课节目将是三维的，更重要的是它不像视频 节目那样需要大量的存储量和网络带宽，用户通过Modem和电话线即可收看这种 节目，其有关试验最近已经取得成功。如果把这种方式扩大到教学双方，则可实 现具有实时交互性的虚拟教学一一教师控制的虚拟教师和学生控制的虚拟学生 就可以在一个虚拟教室中相互交流。VRML将创造一种融多媒体、三维图形、网络通讯、虚拟现实为一体的新型媒 体，兼具先进性和普及性，是关心三维图形、多媒体、新一代网页开发和虚拟现 实技术的人士应密切注意的。VRML的历史最初的三维浏览器叫做Labyrith，它诞生于1994年2月，是由Mark Pes

12、ce和T ony Parisi两人开发的。他们把它带到几个国际大型展示会上作了演示。1994 年5月，在瑞士日内瓦召开的万维网（www）会议上，Mark Pesce和Tony Pari si在会上介绍了这个可浏览万维网上三维物体的界面。这时，由一个情趣相投 者联谊会BOF马上产生强烈的反响，决定开发一种场景描述语言，它可以连通W eb网。当代Web的奠基人Tim Berners-Lee提出了需要制定一个3D Web标准， 并创建了虚拟现实标记语言VRML（Virtual Reality Markup Language）这一名 字。（BOF来自一句英语的谚语：Birds of a feather

13、）Parisi和Pesce认为推广它的最好的方式就是免费赠送，并说服了美国线 路通（Wired）杂志的Brian Behlendorf开始设置名为www-vrml的电子邮件列 表，在一个月之内，收集到一份有意于参与开发VRML人员的电子邮箱通讯录， 那只不过是开初一周内登录的志愿人员，已超过千人。VRML 的名字很快更改为Virtual Reality Modeling Language” 即虚拟 现实造型语言”，以反映它强调的是整个世界，而不是单纯的文本页。其中有一位 Gavin Bell，他是 SGI （硅图公司 Silicon Graphics Inc.）的 工作组的工程师。Open I

14、nventor是SGI推出的一工具软件，便于程序员快速、 简洁地开发各种类型的交互式3。图形程序。这种工具软件的编制是基于场景结 构和对象描述概念和手段。1992年，最初发布时名称为Inventor。工作组每周举行一次例行的午餐会，尽管外人对其中奥妙一无所知，但很多 工作组的内部事务，往往在这种不拘形式的随意交谈中得以完成。Gavin Bell 正是利用了一次这种场合，告诉他的主管经理Rill Carey关于VRML的事情，说 明急需建立一种可在Web网上运行、描述3D场景的语言。到聚餐结束时，Care y已决心从事于这场新的开拓（后来两人合办了 Wasabisoft）。1994年初夏，第一次WWW会议期间初步决定，十月份在芝加哥召开第二次W WW会议，也就是说只留出五个月的时间。在这段时间里，能否拟出一个VRML规 范的初步方案？ BOF成员和自愿加入开发新规范行列的热心网客信心十足。他们 一致认为：在下次会议之前，一个内部试用语言规范一定能完成。总的意向是： 就一个业已存在的语言加以改造比较稳妥，而另起炉灶，从头开始重干一个全新， 则不太可行。事实上，不过用了两周时间，Bell就提出了 SGI的方案它是一个经过修改的 Open Inventor 3D模拓文件（Metafile，元文件）格式的子集，在附加一些处 理网络的相应功能和措施。SGI同意将这种新的文件格式