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VRML教程
VRML教程
VRML历史
１９９４年５月，在瑞士日内瓦召开的万维网（www）会议上，MarkPesce和TonyParisi在会上介绍了他们开发的可在万维网上运行的虚拟现实界面。
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Web网。
VRML这个词就是在BOF的会议上造出来的。
（BOF来自一句英语的谚语：
Birdsofafeather.）
美国《线路通》（Wired）杂志的Pesce和BrianBehlendorf，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，真可谓是一场有广泛群众参与的大战役。
其中有一位GavinBell，他是SGI（硅图公司SiliconGraphicsInc.）的工作组的工程师。
OpenInventor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３Ｄ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。
GavinBell正是利用了一次这种场合，告诉他的主管经理RillCarey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，Carey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WWW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OpenInventor3D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向公众开放不需要任何专利权和专卖权，供大家使用。
还有几项颇有讨论价值的方案也先后提交，参加候选。
Pesce和Behlendorf公允的主持了方案的论证会，最后投票结果，SGI方案赢得了多数。
这就意味着VRML是脱胎于OpenInventor的文件格式。
这就是１９９４年１０月在芝加哥（Chicago）召开的第二次WWW会议上公布VRML1.0的规范草案。
主要的功能是完成静态的3D场景，以及与HTML链接的功能和措施。
另一位SGI的原OpenInventor的设计师PaulStrauss开始作一个VRML公共域（publicdomain）的词解程序（Parser），当时流行于业界的名字叫QvLib。
这个程序的作用是把VRML的可读文件格式转换成浏览器可理解的格式。
这个词解程序于１９９５年１月公开发布。
它可以安装到各式各样的平台上，随之，各种浏览器恰似雨后春笋般勃然兴盛起来。
可以理解和显示所有VRML文件的浏览器，最早还是出自SGI，由DavidMott和多位Inventor的工程师写成的WebSpace?
Navigator。
不久，模板图形软件（TemplateGraphicsSoftware）运行于WebSpace，不仅适用于SGI平台，也适用于多种其它平台，而且所有版本的WebSpaceNavigator浏览器均免费使用。
１９９５年秋，SGI进一步推出了WebSpaceAuthor（供创作的程序）。
这是一种Web创作工具，可在场景内交互地摆放物体，并改进了场景的功能，还可用于发表VRML文件。
此时，VRML设计工作组（VGA,VRMLArchitectureGroup）相聚在一起，讨论下一个版本的VRML。
１９９６年初，VRML委员会审阅并讨论了若干个VRML2.0版本的建议方案，其中有SGI的动态境界（MovingWorlds）提案、太阳微系统（SunMicrosystem）的全息网（HollWeb）、微软公司（Microsoft）的能动VRML（AictiveVRML）、苹果公司（Apple）的超世境界（Outoftheworld），以及其他多种提案。
委员会的很多成员参与修改和完善这种种方案，特别是MovingWorlds。
经过多方努力，最终在２月底以投票裁定。
结果，MovingWorlds以70%选票赢得了绝对多数。
１９９６年３月，VGA（VRML设计小组）决定将这个方案改造成为VRML2.0。
１９９６年８月，在新奥尔良（NewOrleans）的SIGGRAPH'96会议上公布。
VRML的国际标准草案（DIS,DraftofInternationalStandard）就是以VRML2.0为基础制订的，于１９９７年４月提交国际标准化组织ISOJYCI/SC24委员会审议、依照惯例，定名VRML97（ISO/TEC14772-1:
1997），在１９９７年１２月认定。
１９９８年可能发表中文国标标准。
初识VRML
VRML（VirtualRealityModelingLanguage,虚拟现实建模语言）是一项和多媒体通讯（MultimediaCommunication）,因特网（Internet）,虚拟现实（VirtualReality,VR）等领域密切相关的新技术,其基本目标是建立因特网上的交互式三维多媒体。
VRML于1998年1月被正式比准为国际标准（ISO/IEC14772-1:
1997,通常称为VRML97）,创立了标准化进程仅18个月的ISO/IEC记录，它还是第一个用HTML发布的国际标准。
VRML是一种3D交换格式,它定义了当今3D应用中的绝大多数常见概念,诸如变换层级,光源,视点,几何,动画,雾,材质属性和纹理映射等等。
VRML的基本目标是确保能够成为一种有效的3D文件交换格式。
VRML是HTML的3D模型。
它把交互式三维能力带入了万维网，即VRML是一种可以发布3D网页的跨平台语言。
事实上，三维提供了一种更自然的体验方式，例如游戏，工程和科学可视化，教育和建筑。
诸如此类的典型项目仅靠基于网页的文本和图像是不够的，而需要增强交互性，动态效果连续感以及用户的参与探索，这正是VRML的目标。
VRML提供的技术能够把三维，二维，文本和多媒体集成为统一的整体。
当把这些媒体类型和脚本描述语言（scriptinglanguage）以及因特网的功能结合在一起时，就可能产
生一种全新的交互式应用。
VRML在支持经典二维桌面模型的同时，把它扩展到更广阔的时空背景中。
VRML是赛博空间（cyberspace）的基础。
赛博空间的概念是由科幻作家WilliamGibson提出的。
虽然VRML没有为真正的用户仿真定义必要的网络和数据库协议，但是应该看到VRML迅速发展的步伐，作为标准，它必须保持简单性和可实现性，并在此前提下鼓励前沿性的试验和扩展。
VRML基本模型
VRML是由立方体、圆锥和球体三个几何形状构成的。
输入的第一行文字是：
#VRMLV2.0utf8
这是VRML文件的标志，所有2.0版本的VRML文件都以这行文字打头，VRML97是由VRML2.0版修订而成的，符合VRML97规范的VRML文件也以这行文字打头。
其中“#”表示这是一个注释。
而utf8表示此文件采用的是utf8编码方案，这在标准中有详细说明。
先加入一个Group节点（组节点）:
Group{}组节点的花括号之内的所有内容视为一个整体，利用组节点可以把虚拟场景组织成条理清晰的树形分支结构。
下面定义组节点的children域（孩子域）:
children[在children后的方括号内定义Group节点的所有孩子对象，第一个孩子是一个Shape节点（形态节点），它描述一个几何形状及其颜色等特征：
Shape{在Shape节点内定义一个几何体Box（方盒节点）：
geometryBox{}注意我们没有为Box定义任何域,这意味着它的尺寸和坐标位置等特性取缺省值（单位立方体）。
随后补齐各右括号：
]}
至此，我们已经成功地制作了第一个虚拟境界，把它保存为"helloworld.wrl",下面
是完整的文件：
#VRMLV2.0utf8
children[Shape{geometryBox{}}]
}
用浏览器打开这个文件，你会看到一个灰色的立方体，尽管不太好看，但你还是可以
通过改变视点位置从不同方位观察它，初步体验“三维交互”的感觉。
增加交互能力
上一节我们学习了用几何体建立虚拟境界以及为几何体赋予色彩和材质的方法，这样建立的虚拟境界是静态的。
这一节我们将使一个几何体（为了更具一般性，下面我们称之为对象）能够根据用户动作做出反应，即交互能力，这是VRML2.0最突出的特征。
1.检测器
在VRML中，检测器（Sensor）节点是交互能力的基础。
检测器节点共九种。
在场景图中，检测器节点一般是以其它节点的子节点的身份而存在的，它的父节点称为可触发节点，触发条件和时机由检测器节点类型确定。
接触检测器（TouchSensor）是最常用的检测器之一，最典型的应用例子是开关。
其它检测器将在后续教程中陆续介绍。
这里我们定义一个开关节点lightSwitch（这是一个组节点），并定义一个接触检测器作
为它的子节点：
DEFlightSwitchGroup{children[各几何造型子节点...
DEFtouchSwitchTouchSensor{}]}
这样开关节点lightSwitch就是一个可触发节点。
当然，检测器存在的理由是它被触发
时能够引起某种变化，所以在更深入讨论开关节点之前，我们先讨论一下场景变化。
2.视点
最常见的变化是视点的变化，在我们的第一个境界中你可能已经体验到视点变化：
当
你拖动鼠标或按动箭头键时（按照vrml术语，称为航行），虚拟境界就会旋转或缩放，这
实际上是在调整你的视点位置或视角。
在虚拟场景的重要位置可以定义视点节点（Viewpoi
nt）,它们是境界作者给用户推荐的上佳观赏方位，在cosmoplayer浏览器中，用户就可以
通过鼠标右键选择作者推荐的各个视点。
这里我们定义两个视点节点：
DEFview1Viewpoint{position0020description"view1"}
DEFview2Viewpoint{position5020description"view2"}
我们的潜在目的是使用户可以通过触发开关节点来切换视点。
现在先研究一下这两个视点节点，其中的坐标表示视点在场景中的位置，坐标的单位是米，这在前面已经提到过，视点的名称将会在浏览器菜单中提示出来供用户选择。
把上述视点说明加入helloworld.wrl
中（放在Group节点之前），并把其中的方块节点修改成可触发节点：
DEFboxTranform{children[Shape{....Box...}
DEFtouchBoxTouchSensor{}]}
把修改过的文件另存为“touchme.wrl”。
3.事件传递
下面我们把触发（用鼠标箭头按动方块）和场景变化（视点切换）这两件事情联系起
来，在场景图中，除节点构成的层次体系外，还有一个“事件体系”，事件体系由相互通讯的节点组成。
能够接收事件的节点都应具有事件入口（eventIn），如果它要接收多种类型的事件（称为入事件），它就应该具有多个事件入口，也就是说，事件入口象节点的域一样是有类型的。
同样，发送事件的节点应有事件出口（eventOut）,事件出口也是有类型的。
例如Viewpoint节点就有一个事件入口set_bind,当向此事件送入一个值“TRUE”（即所谓的入事件）时，该Viewpoint节点成为当前视点。
又如，接触检测器TouchSensor有一个事件出口isActive,当受到用户触发后它就从此出口送出一个“TRUE”（即所谓的出事件），补充一句，在下一个事件发送之前，此事件一直保存在事件出口中（作为记录）。
事件出口和事件入口通过路径相连，这就是VRML文件中除节点以外的另一基本组成部分：
ROUTE语句。
ROUTE语句把事件出口和事件入口联系在一起，从而构成事件体系。
在这里，我们是把接触检测器touchBox的事件出口isActive连接到视点节点view2的事件入口set_bind:
ROUTEtouchBox.isActivetoview2.set_bind好了！
现在我们得到的VRML文件是：
#VRMLV2.0utf8
DEFview1Viewpoint{position0020
description"view1"}
DEFview2Viewpoint{position5020
description"view2"}
Group{children[
DEFboxTransform{translation500children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor100}}
geometryBox{}}
DEFtouchBoxTouchSensor{}]}
DEFsphereTransform{translation000children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor010}}
geometrySphere{}}]}
DEFconeTransform{translation-500children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor001}}
geometryCone{}}]}
]#endofGroupchildren
}
ROUTEtouchBox.isActiveTOview2.set_bind
把这个文件调入浏览器，然后把鼠标指向方块并按下左钮（先别松开！
），可以看到视点已经变为view2,内部的机制我们已经很清楚：
左钮按下时方块节点的接触检测器被触发，接着接触检测器从事件出口isActive送出一个事件“TRUE”，这个事件通过路由进入视点节点view2的事件入口set_bind,view2收到“TRUE”后成为当前视点，所以在我们眼前场景发生了变化。
现在松开左钮，可以看到场景恢复到原来方位，这种功能称为视点回跳，其原因是松开左钮后接触检测器向view2发送了一个“FALSE”事件，这样view2当前的地位被解除，原来的视点成为系统视点栈的栈顶节点（即当前视点），详细说明可参见标准中对视点节点的专门论述。
如果我们不想视点回跳，就想停留在view2视点，那该怎
么办呢？
这种非系统缺省功能要自己来定义。
利用脚本编写自定义行为
在VRML中，利用Script节点（脚本节点）定义用户自定义行为，所谓定义即用脚本描述语言（ScriptingLanguage）编写脚本的过程。
VRML97支持的脚本描述语言目前有两种：
Java和EMCAScript（这是JavaScript标准化后的名称），关于这两种语言本身，请参考相应参考书，VRML97标准中定义了它们和VRML的接口方法。
应提请注意的是：
VRML是基于节点的语言，所以脚本也是封装在Script这个特殊节点中的。
这里我们不过多讨论脚本描述语言的细节，主要讨论把脚本集成到VRML文件中的方法。
上面我们曾把接触检测器touchBox和视点view2直接通过路径连接起来，现在要定义我们指定的行为，就需要在二者之间插入一个脚本节点，也就是让路径绕个弯：
ROUTEtouchBbox.isActiveTOtouchScript.touchBoxIsActive
ROUTEtouchScript.bindView2TOview2.set_bind
其中的脚本节点touchScript有一个事件人口touchBoxIsActive和一个事件出口bind_view2,前者接收来自接触检测器touchBox的事件，然后经自己的脚本处理后，把结果发送给视点节点view2:
DEFtouchScriptScript{
eventInSFBooltouchBoxIsActive
eventOutSFBoolbindView2
url"javescript:
functiontouchBoxIsActive（active）{
bindView2=TRUE;}"
}
关于这个Script节点，请注意一下几点：
（1）它的事件入口touchBoxIsActive和事件出口bindView2是自定义的，其它VRML节点的域和事件都是固定的。
（2）事件入口touchBoxIsActive（即入事件）和事件出口bindView2（即出事件）的类型都是SFBool（单值布尔型），touchBox的事件出口isActive和view2的事件入口set_bind的类型也是相同的。
（3）“url”是脚本节点的一个域，可以直接包含脚本，也可以包含一个或多个用url地址指示的脚本，若有多个地址，则按照先后次序获取第一个可得到的脚本。
（4）脚本是以函数（function）的形式给出的，函数名touchBoxIsActive与事件入口的名称相同，这是和ECMAScript语言的接口约定，表示相应事件入口收到事件后调用此函数进行处理。
事件流程与小结
下面我们整理一下事件流程：
（1）用户在方块上按下鼠标左键。
（2）接触检测器发出一个“TRUE”事件。
（3）此事件进入脚本节点touchScript的事件入口touchBoxIsActive.
（4）调用脚本函数touchBoxIsActive（注意函数并没有判断入事件的值）。
（5）函数向touchScript的事件出口bindView2发送一个“TRUE”事件（还可以进行其它判
断或执行其它事件）。
（6）view2节点收到“TRUE”事件，成为当前视点。
按照VRML约定，“认为”上述事件是
同时发生的，也就是这些事件的时间戳相同。
（7）若用户松开鼠标左键，则接触检测器发出一个“FALSE”事件，此事件同样引起脚本
函数调用并发送“TRUE”事件，所以view2仍然保持为当前视点。
#VRMLV2.0utf8
DEFview1Viewpoint{position0020description"view1"}
DEFview2Viewpoint{position5020description"view2"}
Group{children[
DEFboxTransform{translation500children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor100}}
geometryBox{}}
DEFtouchboxTouchSensor{}]}
DEFsphereTransform{translation000children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor010}}
geometrySphere{}}]}
DEFconeTranform{transltion-500children[
Shape{appearanceAppearance{materialMaterial{diffusecolor001}}
geometryCone{}}]}
]#endofGroupchildren}
DEFtouchScriptScript{
eventInSFBooltouchBoxIsActive
eventOutSFBoolbindView2
url"javascript:
functiontouchBoxIsActive（active）{
}"
}
ROUTEtouchBox.isActiveTOtouchScript.touchBoxIsActive
ROUTEtouchScript.bindView2TOview2.set_bind
小结：
本节建立的虚拟境界并不复杂，但涉及到了VRML2.0最基础性的功能和概念：
利用检测器产生事件、利用路由传递事件以及利用脚本编写自定义行为，掌握了这些内容也就掌握了VRML2.0的核心。
在后面的几节中，我们将探索一些专题性的有趣功能，而本节是基础，因而必须透彻理解。
邻近检测器
本节讨论邻近检测器（ProximitySensor）,当用户进入或离开邻近检测器所划定的区域时就会触发它。
正如你在标准中可以查到的那样，ProximitySensor节点定义为：
ProximitySensor{
exposedFieldSFVec3fcenter000
exposedFieldSFVec3fsize000
exposedFieldSFBoolenabledTRUE
eventOutSFBoolisActive
eventOutSFVec3fposition_changed
eventOutSFRotationorientation_changed
eventOutSFTimeenterTtime
eventOutSFTimeexitTtime
}
这里稍作介绍。
ProximitySensor节点共有三个外露域（exposedField）和五个出事件（eventOut）.出事件我们已经熟悉，是节点状态发生改变时用来通知其它节点的，这里的出事件isActive用于ProximitySensor通报自己已被激活。
enterTime和exitTime通报用户（代表用户的用户化身或指示器）进入和退出ProximitySensor检测区的时刻。
若用户已在检测器之内，则当用户的位置或方位发生变化时，送出position_changed和orientation_changed出事件这五个出事件联合起来，就定义了邻近检测器的功能。
外露域则集域（Field）、入事件（eventIn）和出事件（eventOut）三者的功能于一身，也就是说，它既象域一样描述了节点的当前状态，又可以作为入事件由其它节点修改这种状态，并作为出事件把这种改变通知其它节点。
这里的enabled外露域是布尔型的，用于ProximitySensor的启用和停用，center和size定义形为长方体的
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