基于VRML的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于VRML的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：以一個(gè)物理電路虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為根底，介紹了vrl及其實(shí)現(xiàn)原理，并詳細(xì)闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的創(chuàng)立過(guò)程和創(chuàng)立方法。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；vrl；虛擬實(shí)驗(yàn)0引言隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛開(kāi)展和普及，遠(yuǎn)程教育得到了強(qiáng)大的技術(shù)支持，使網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有力補(bǔ)允，實(shí)現(xiàn)了其時(shí)間上的拓展和空間上的延伸。目前的虛擬實(shí)驗(yàn)多為二維演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)真實(shí)感、交互性和教學(xué)效果等方面與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相差甚遠(yuǎn)。vrlvirtualrealitydelinglanguage是開(kāi)放的、可擴(kuò)展的、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬現(xiàn)實(shí)描繪語(yǔ)言，它可以在eb上創(chuàng)立可導(dǎo)航的、超鏈接的三維虛擬現(xiàn)實(shí)空間，并使用戶與場(chǎng)景

2、進(jìn)展實(shí)時(shí)交互，感知和操作虛擬對(duì)象，因此可以提供更佳的性能和更好的教學(xué)效果。1虛擬現(xiàn)實(shí)與vrl虛擬現(xiàn)實(shí)virtualreality是一項(xiàng)綜合集成人機(jī)界面交互技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)生成具有外表色彩的立體圖形模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，通過(guò)多種傳感設(shè)備使用戶融入到該環(huán)境中，并與該環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)展自然的、實(shí)時(shí)的交互，從而使用戶產(chǎn)生一種沉浸在虛擬環(huán)境中的真實(shí)感覺(jué)。vrl作為一種與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，用來(lái)描繪三維交互世界的程序語(yǔ)言，可應(yīng)用于創(chuàng)立虛擬現(xiàn)實(shí)的對(duì)象、景象和展示模型等。vrl的工作原理是用文本信息描繪三維場(chǎng)景,在internet網(wǎng)上傳輸，在本地機(jī)上由vrl閱讀器解釋生成三維場(chǎng)景，解釋生成的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)即是vrl標(biāo)準(zhǔn)，而把復(fù)雜的

3、處理任務(wù)交給本地機(jī)從而減輕了網(wǎng)路的負(fù)荷。2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1虛擬場(chǎng)景的建立vrl語(yǔ)言本身可以進(jìn)展三維建模，但是它的標(biāo)記語(yǔ)言特性使得建立三維虛擬場(chǎng)景比擬費(fèi)事，尤其是對(duì)一些龐大、復(fù)雜、要求精細(xì)逼真的場(chǎng)景。一種比擬通用的方法是用3dax這樣的三維建模軟件來(lái)建立靜態(tài)虛擬場(chǎng)景，然后再導(dǎo)入到vrl編輯器中添加動(dòng)態(tài)效果和交互控制。但是，一般建模軟件建立的場(chǎng)景文件都很大，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸是不利的，必須進(jìn)展場(chǎng)景優(yōu)化。通常我們可以采用以下幾種方法進(jìn)展優(yōu)化。利用vrl中的ld節(jié)點(diǎn)levelfdetail，細(xì)節(jié)層次。ld節(jié)點(diǎn)主要是以視覺(jué)效應(yīng)為每個(gè)物體建立多個(gè)相似模型，根據(jù)間隔 由遠(yuǎn)及近依次使用從粗到細(xì)的不同模型描

4、繪物體，減少不需要的模型細(xì)節(jié)，從而加速模型的繪制，到達(dá)優(yōu)化處理的目的。多使用def/use方式。對(duì)于在場(chǎng)景中屢次使用的對(duì)象，可在對(duì)象首次使用時(shí)用def給物體命名，以后僅需通過(guò)“use+對(duì)象名即可引用該物體。這種方法不但可以進(jìn)步代碼重用度，減少文件體積，還可以減少場(chǎng)景中要繪制的多邊形，進(jìn)步場(chǎng)景生成速度。多使用prt原型定義。使用原型可以獲得與def/use方式一樣效果，此外它還有動(dòng)畫(huà)效果，能進(jìn)展交互控制，其使用更為靈敏，功能更為強(qiáng)大。復(fù)雜模型盡可能用簡(jiǎn)單模型拼裝。用布爾運(yùn)算得到的復(fù)雜模型不利于修改和貼圖，為此可用bx、ne、ylinder、sphere這些簡(jiǎn)單模型來(lái)構(gòu)建復(fù)雜模型，這樣既可以節(jié)省在

5、網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)間，也有利于閱讀器的優(yōu)化。利用壓縮工具壓縮vrl文件。在vrl的構(gòu)建過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些冗余信息，通過(guò)壓縮工具，可以刪掉冗余空間，減少文件體積。2.2自動(dòng)演示功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)演示功能主要用來(lái)演示實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，以幫助用戶理解實(shí)驗(yàn)。例如，本系統(tǒng)中的一個(gè)根本實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)、合控制燈泡的亮滅。自動(dòng)演示功能可利用預(yù)定義動(dòng)畫(huà)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這主要涉及下面的幾個(gè)功能節(jié)點(diǎn)。傳感器sensr。傳感器是虛擬場(chǎng)景中的動(dòng)作感知器，利用它來(lái)感知場(chǎng)景中各種物體的動(dòng)作。本例中可以為電源開(kāi)關(guān)添加感知鼠標(biāo)單擊動(dòng)作的接觸傳感器tuhsensr和自動(dòng)時(shí)間控制的時(shí)間傳感器tiesensr。插補(bǔ)器interplatr。插補(bǔ)

6、器是實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果必不可少的節(jié)點(diǎn)，它給出了動(dòng)畫(huà)過(guò)程中各個(gè)時(shí)刻變化量的參數(shù)值。電源開(kāi)關(guān)的開(kāi)合和電流表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以為它們添加插補(bǔ)器rientatininterplatr，而燈泡亮度的變化要由顏色插補(bǔ)器lrinterplatr來(lái)實(shí)現(xiàn)。rute命令。rute命令根據(jù)動(dòng)畫(huà)響應(yīng)的順序?qū)⒏鱾鞲衅?、插補(bǔ)器、以及要控制的節(jié)點(diǎn)串連起來(lái)共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)效果。2.3使用javasript實(shí)現(xiàn)交互功能交互功能要求系統(tǒng)根據(jù)用戶對(duì)場(chǎng)景中不同節(jié)點(diǎn)的操作做出不同的響應(yīng)，這就不能通過(guò)預(yù)定義的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而必須采用更復(fù)雜的程序代碼進(jìn)展處理。vrl中常用的腳本語(yǔ)言是javasrip。此外，對(duì)于一些需要與網(wǎng)頁(yè)進(jìn)展信息傳遞的場(chǎng)

7、景，還可以利用網(wǎng)頁(yè)中的javaapplet來(lái)實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制功能。javaeaiexternalauthringinterfae，外部創(chuàng)作接口是增強(qiáng)vrl場(chǎng)景與外部環(huán)境通信聯(lián)絡(luò)和交融才能的一個(gè)高層次的java類包，它使得外部的javaapplet程序可以利用vrl的事件模型訪問(wèn)和控制vrl場(chǎng)景中的節(jié)點(diǎn)。本例中采用javasript腳本的形式進(jìn)展代碼編程來(lái)判斷電源開(kāi)關(guān)開(kāi)、合狀態(tài)并確定其轉(zhuǎn)向動(dòng)畫(huà)。最后腳本代碼要用rute命令與相關(guān)傳感器、插補(bǔ)器、和節(jié)點(diǎn)串連起來(lái)，形成一條動(dòng)畫(huà)通路。2.4將vrl場(chǎng)景嵌入網(wǎng)頁(yè)利用htl語(yǔ)言的ebed元素可以實(shí)現(xiàn)vrl和htl語(yǔ)言的結(jié)合。網(wǎng)頁(yè)中嵌入虛擬場(chǎng)景文件，能將三維立體信息和二維平面信息交融在同一個(gè)網(wǎng)頁(yè)之中，網(wǎng)頁(yè)局部既可以對(duì)三維立體場(chǎng)景進(jìn)展解釋、說(shuō)明，又可以作為用戶與場(chǎng)景交互的界面，彌補(bǔ)三維場(chǎng)景在文本方面的缺乏。3完畢語(yǔ)vrl語(yǔ)言具有交互性、分布式、場(chǎng)景逼真、易于實(shí)現(xiàn)等特性，是開(kāi)發(fā)基于internet虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的首眩利用vrl構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬出逼真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，并提供與實(shí)際實(shí)驗(yàn)相似的理論體驗(yàn)，不但可以進(jìn)步實(shí)驗(yàn)的效率和效果，拓寬學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的途徑，而且可以更好地