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1、VRML教程VRML教程VRML历史年月，在瑞士日内瓦召开的万维网（www）会议上，Mark Pesce和Tony Parisi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：Birds of a feather.） 美国线路通(Wired)杂志的Pesce和Brian Behlendorf，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

2、场有广泛群众参与的大战役。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 Inventor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。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

3、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）。 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Open Inventor 3D模拓文件（Metafi

4、le，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Open Inventor的文件格式。这就是年月在芝加哥（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Open Inventor的设计师Paul Strauss开始作一个VRML公共域

5、（public domain）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。这个词解程序于年月公开发布。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David Mott和多位Inventor的工程师写成的WebSpace? Navigator。不久，模板图形软件（Template GraphicsSoftware）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WebSpace Navi

6、gator浏览器均免费使用。 年秋，SGI进一步推出了WebSpace Author（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, VRML Architecture Group）相聚在一起，讨论下一个版本的VRML。 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（ Moving Worlds）提案、太阳微系统(Sun Microsystem)的全息网(HollWeb)、微软公司(Microsoft)的能动VRML(Aictive VRML)、苹果

7、公司(Apple)的超世境界(Out of the world)，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Moving Worlds。经过多方努力，最终在月底以投票裁定。结果，Moving Worlds以70%选票赢得了绝对多数。年月，VGA（VRML设计小组）决定将这个方案改造成为VRML2.0。 年月，在新奥尔良(New Orleans)的SIGGRAPH96会议上公布。VRML的国际标准草案（DIS,Draft of International Standard）就是以VRML2.0为基础制订的，于年月提交国际标准化组织ISO JYCI/SC24委员会审议、依照

8、惯例，定名VRML97(ISO/TEC 14772-1:1997)，在年月认定。 年可能发表中文国标标准。初识VRMLVRML(Virtual Reality Modeling Language,虚拟现实建模语言)是一项和多媒体通讯（Multimedia Communication）,因特网（Internet）,虚拟现实（Virtual Reality, 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/IEC 14772-1:1997,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

9、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

10、一的整体。当把这些媒体类型和脚本描述语言（scripting language）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William Gibson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：#VRML V2.0

11、utf8 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

12、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）：geometry Box 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hello world.wrl,下面是完整的文件：#VRML V2.0 utf8 childrenShape geometry Box 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

13、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

14、（这是一个组节点），并定义一个 接触检测器作为它的子节点：DEF lightSwitch Group children 各几何造型子节点.DEF touchSwitch TouchSensor 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（Vi

15、ewpoint）, 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：DEF view1 Viewpoint position 0 0 20 description view1 DEF view2 Viewpoint position 5 0 20 description 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

16、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： DEF box Tranform children Shape . Box . DEF touchBox TouchSensor 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

17、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

18、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: ROUTE touchBox.isActive to view2.set_bind 好了！现在我们得到的VRML文件是：#VRML V2.0 utf8DEF view1 Viewpoint position 0 0 20description view1 DEF view2 Viewpoint position 5 0 20description view2 Group children DEF box Transfor

19、m translation 5 0 0 children Shape appearance Appearance material Material diffusecolor 1 0 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 Transform translation -5 0 0 c

20、hildren Shape appearance Appearance material Material diffusecolor 0 0 1 geometry Cone # end of Group childrenROUTE touchBox.isActive TO view2.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_bin

21、d,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（Scripting Language）编写脚

22、 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：ROUTE touchBbox.isActive

23、 TO touchScript.touchBoxIsActiveROUTE touchScript.bindView2 TO view2.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:DEF touchScript Script eventIn SFBool touchBoxIsActiveeventOut SFBool bindView2urljavescript:function touchBoxI

24、sActive(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

25、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

26、”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。#VRML V2.0 utf8DEF view1 Viewpoint position 0 0 20 description view1 DEF view2 Viewpoint position 5 0 20 description view2 Group childre

27、n DEF box Transform translation 5 0 0 children Shape appearance Appearance material Material diffusecolor 1 0 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 tra

28、nsltion -5 0 0 children Shape appearance Appearance material Material diffusecolor 0 0 1 geometry Cone #end of Group children DEF touchScript Script eventIn SFBool touchBoxIsActiveeventOut SFBool bindView2url javascript :function touchBoxIsActive (active) ROUTE touchBox.isActive TO touchScript.touch

29、BoxIsActiveROUTE touchScript.bindView2 TO view2.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：ProximityS

30、ensor exposedField SFVec3f center 0 0 0exposedField SFVec3f size 0 0 0exposedField SFBool enabled TRUEeventOut SFBool isActiveeventOut SFVec3f position_changedeventOut SFRotation orientation_changedeventOut SFTime enterTtimeeventOut SFTime exitTtime 这里稍作介绍。ProximitySensor节点共有三个外露域（exposedField)和五个出事

31、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