西南交通大学计算机系  张超钦 谭献海

摘要： 本文通过对HTML和VRML的比较，阐述了VRML的工作原理及特性，简要介绍了VRML的核心体系，并分析了一个复杂的VRML场景的设计制作流程，对可能出现的问题作了相应的解答。

关键词：HTML语言 VRML语言、虚拟现实、交互　

1. 前言

未来信息社会的三大特征是：多媒体（Multimedia）、因特网（Internet）、和虚拟现实（VR，Virtual　Reality）。１９９５年，HTML（超文本标识语言，Hyper Text Marked Language）语言以其简单及跨平台特性，将全球处于十分分散的计算机连接起来，它以超链接为基础，把文本、图片、声音、动画、影像集成在一起，提供了基本的多媒体功能。

但是受HTML语言自身局限，网页只能是简单的平面结构，就算Ｊava语言为ＷＷＷ增色不少，也仅仅停留在平面设计阶段；即使ＣＧＩ（通用网关接口，Common Gateway Interface）能使Wed有更强的交互功能，但也仅限于单调的文档及表格。

近几年出现的VRML（虚拟现实造型语言，Virtual Reality Modeling Language）彻底改变了ＷＷＷ上单调、交互性差的弱点，它将用户的行为作为浏览主体，展现在用户面前的是一个三维、逼真的多媒体界面。

2. VRML的工作原理

　VRML的访问方式是基于客户／服务器模式（见图1），其中服务器提供VRML文件（后缀为．ｗRL）及支持资源客户通过网络下载希望访问的文件，并通过本地平台上的VRML浏览器（Ｂrowse）交互式访问该文件描述的虚拟境界（Virtual World），因为浏览器是本地平台提供的，从而实现了和硬件平台的无关性。

图1 VRML的客户／服务器模型

VRML象HTML一样，是一种ASCII码描述语言，它是一套告诉浏览器如何创建一个三维世界并在其中航行（navigation）的指令，这些指令由再现器（Render）解释执行，再现器是一个内置于浏览器中或外部的程序。

由于VRML是一个三维造型和渲染的图形描述性语言，复杂的3D术语转换为动态虚拟世界是高速的硬件和浏览器，又由于其交互性强和跨平台性，使虚拟现实（VR,Virtual Reality）在Internet上有着广泛的应用，例如远程教育、商业宣传、娱乐等等，下面作者就一个大型复杂的VRML场景设计，做一些粗浅的分析，先介绍有关概念。

3. VRML的核心体系

VRML文件描述的基于时间的三维空间称为虚拟境界（Virtual World），它由对象构成，而对象及其属性用节点描述，节点是VRML的基本单元。每个节点由类型、域、事件、实现、名字组成，节点按一定规则构成场景图（Scene graph），场景图中分两类节点，第一类节点用于视觉、听觉角度表现对象，它们按层次体系组织，反映境界的空间结构，提供颜色、灯光、超链接、材质、化身、重力、碰撞、地形随动、飞行等功能，支持局部坐标系；第二类节点参与事件产生和路由机制，形成路由图，确定境界随时间推移如何动态变化。

环境变化、用户交互、时间推移产生事件，传感器（Sensor）检测并发出初始事件，实践产生其他事件或修改场景图结构，从而提供动态特性。插入器（Interpolator）是特殊事件处理器，利用它可以设计动画。

对于复杂行为处理则须利用脚本节点（Script node），它包含一组脚本描述语言编写的函数，Script节点收到事件后，将执行相应的函数，该函数可以通过常规的事件路由机制发送事件或直接向Script节点指定节点发送事件，脚本也能动态增、删路由。以下（图2）是场景中事件流程图。

图2场景中事件流程图

4. 基于VRML的场景设计

VRML，从用户的角度来说，基本上是HTML加上第三维，但从开发者角度来说，VRML环境的产生提供了一套完全的新标准，新过程以及新的Web 技术。

交叉平台和浏览器的兼容性是首先要解决的问题。设计之前，必须明确指定目标平台（PC、Mac、SGI的新O2等等），CPU速度、可以运行的带宽以及最适合使用的VRML浏览器。

VRML制作大致可分为两个阶段

⑴ 第一阶段 独立与计算机工作之外的建模

VRML世界的建造概念和其他工程建模概念相似，必须解决交流的问题，画出草图并研究材质的处理，生成模型（models）、空间（spaces）、化身（avatars），但必须考虑一些技术的限制，如，考虑到目标平台，决定在VRML文件中放入多少多边图形；预先考虑到VRML世界的运动和执行的动作，把相应的目标归类，用于设定三维物体之间的相互联系，建模与动画相互配合，如果归类正确合适，就会缩小生成动画效果之后文件的体积。

虚拟现实的设计中必须考虑加入重力(gravity)和碰撞(collision)的效果，以使虚拟现实的场景和生活中的相似。建模者需要生成代理几何模块（一系列的调用指令），其作用在于是浏览器在虚拟现实场景中只需监测一个很小的子目标，而无须计算虚拟场景中所有目标的重力和碰撞效果，最大限度的减少浏览器的工作量，并改善VRML的演示效果。

还必须考虑VRML文件的体积。VRML文件对自由曲面描述方式一直是基于ploygon，文件中描述了曲面上各个点在场景中的位置，故而文件中产生了大量的数

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