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多媒体系统开发工具和编程应用VRML语言及应用开发目录：1.虚拟现实及其类型1.1虚拟现实的概念1.2虚拟现实的类型1.3虚拟现实在教育中的应用1.4虚拟现实技术2.VRML技术2.1VRML的概念2.2VRML的历史2.3VRML工作组及其研究目标2.4VRML的研究现状2.5VRML的应用实例2.5.1网上虚拟实验室2.5.2网上观景实例2.5.3网上物体展示2.5.4VRML应用网站3.VRML编程基础3.1VRML的工作原理3.2VRML浏览器3.3VRML制作工具3.3.1VRML代码编辑软件3.3.2可视化VRML制作工具3.4VRML2.0的基本语法知识3.4.1VRML文件结构3.4.2基本造型的生成3.4.3VRML动画程序编程3.4.4VRML交互程序编程3.4.5VRML多媒体编程及自定义节点的应用3.4.6VRML编程建议4.VRML应用到多媒体课件的开发4.1将VRML文件嵌入网页中4.2将VRML文件嵌入powerpoint课件中4.3将VRML文件嵌入Authorware课件中一、虚拟现实及其类型1.1虚拟现实的概念虚拟现实(VirtualReality，简称VR;又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。1.2虚拟现实的分类一般说来，我们可以从不同角度对虚拟现实进行分类。例如，按照参与者沉浸程度的不同，可以将虚拟现实分为四类：（1）桌面虚拟现实桌面虚拟现实通常利用个人计算机（PC）进行仿真，将电脑的屏幕作为用户观察虚拟环境的窗口。观看者可以通过各种外部输入设备与虚拟现实世界进行交互，并操纵其中的物体。这些外部设备包括鼠标、追踪球、力矩球等。桌面虚拟现实的缺点是缺乏真正的接近现实的体验，但相对来说成本较低，使其应用比较广泛。常见的桌面虚拟现实技术有：基于静态图象的虚拟现实QuickTimeVR,虚拟现实造型语言VRML等。（2）沉浸式虚拟现实高级虚拟现实系统提供完全沉浸的体验，使用户有一种置身于虚拟世界之中的感觉。通常利用头盔式显示器或者其他设备，把参与者的视觉、听觉等其他感觉封闭起来，而提供一个新的、虚拟的感觉空间，同时利用位置跟踪器、数据手套以及其他手控输入设备等使得参与者产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。常见的沉浸式系统有基于头盔式显示器的系统、投影式虚拟现实系统等。（3）增强现实式虚拟现实增强现实式的虚拟现实不仅是利用虚拟现实技术来模拟现实世界、仿真现实世界，而且要利用它来增强参与者对真实环境的感受，也就是增强现实中无法感知或不方便感知的感受。典型的例子是坦克驾驶员的平视显示器，它可以将仪表读数和武器瞄准数据投射到安装在驾驶员面前的穿透式屏幕上，使坦克驾驶员不必低头读座舱中仪表的数据，从而可集中精力调整导航偏差。（4）分布式虚拟现实如果将多个用户通过电脑网络连接在一起，同时在一个虚拟空间中活动，共同体验虚拟的经历，就能把虚拟现实提升到一个更高的境界，这就是分布式虚拟现实系统。在分布式虚拟现实系统中，多个用户可通过网络对同一虚拟世界进行观察和操作，以达到协同工作的目的。目前最典型的分布式虚拟现实系统是SIMNET,该系统由坦克仿真器通过网络连接而成，用于部队的联合训练。通过SIMNET系统，位子欧洲的仿真器可以和位于美国的仿真器同时运行在同一个虚拟世界中，参与同一场作战演习。1.3虚拟现实在教育中的应用虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。它主要具体应用在以下几个方面：科技研究当前许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，如北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势：1、节省成本通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制。许多实验都无法进行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。2、规避风险真实实验或操作往往会带来各种危险，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。例如：虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。3、打破空间、时间的限制利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。虚拟实训基地利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技、电器维修技能等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如：在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。虚拟仿真校园教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。虚拟校园也是虚拟现实技术在教育培训中最早的具体应用，它由浅至深有三个应用层面，分别适应学校不同程度的需求：简单的虚拟我们的校园环境供游客浏览基于教学、教务、校园生活，功能相对完整的三维可视化虚拟校园以学员为中心，加入一系列人性化的功能，以虚拟现实技术作为远程教育基础平台虚拟远程教育虚拟现实可为高校扩大招生后设置的分校和远程教育教学点提供可移动的电子教学场所，通过交互式远程教学的课程目录和网站，由局域网工具作校园网站的链接，可对各个终端提供开放性的、远距离的持续教育，还可为社会提供新技术和高等职业培训的机会，创造更大的经济效益与社会效益。随着虚拟现实技术的不断发展和完善，以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟现实技术以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到教育工作者的重视和青睐，最终在教育培训领域广泛应用并发挥其重要作用。1.4虚拟现实技术虚拟现实技术也称灵境技术，它是虚拟环境实现的基础，在虚拟世界的创建中占据重要地位。那么，什么是虚拟现实技术呢？虚拟现实技术是多媒体技术广泛应用后兴起的更高层次的计算机技术，它利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，用户戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，或利用键盘、鼠标等输入设备，便可进入虚拟空间，成为虚拟环境的一员，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。事实上，虚拟现实技术不仅仅是指戴着头盔和数据手套的技术，而且还应该包括一切与之有关的具有自然模拟、逼真体验的技术与方法，它的根本目标就是达到真实体验和基于自然技能的人机交互。也可更为具体地给虚拟现实技术作如下的定义：虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。虚拟现实技术的主要特点包括以下3个方面：（1）更自然的交互性用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。例如，用户可以用手去直接抓取视场中的物体，这时手有握着真实物体的感觉，同时还可以感觉物体的重量，视场中的物体也将随着手的移动而移动，随着手的挤压而变形。（2）多感知性除了一船电脑所具有的视觉和听觉感之外，还有力学感知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的所有感知功能。（3）沉浸性指用户感到作为虚拟环境中的一员存在于虚拟环境之中，即感觉身临其境。如当用户转动头部时，虚拟环境中的视景也实时地跟着变化：移动数据手套时，虚拟环境中的手中的物体也跟着移动。理想的模拟环境应该达至。使用户难以分辨真假的程度，使得参与者产生一种身临其境、投入和沉浸其中的感觉。从本质上说，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户接口技术，它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担，提高整个系统的工作效率。根据虚拟现实实现的手段不同，我们可以把虚拟现实技术分为以下两大类：（1）使用专用硬件实现的虚拟现实技术譬如在视觉方面有头盔式立体显示器等，在听觉方面有三维音响输出装置，在力觉、触觉、运动感等方面有数据手套、数据衣，以及语音识别、眼球运动检测等装置。在未来，还将开发出具备味觉、嗅觉功能的系统，从而使虚拟世界更加接近真实。但是由于硬件设施的价格昂贵、操作复杂，因此使用专用硬件的技术近期不可能普及，只能停留在实验室或者小范围试用阶段。（2）基于网络的虚拟现实技术在Internet网上，我们可以应用VRML语言、全景环视技术、Java语言等等技术来实现虚拟现实，也称网上虚拟现实技术。它是前述的桌面虚拟现实与Internet相结合的产物。其优点是使用简单，便于推广。返回二、VRML技术2.1VRML概述熟悉的人们都知道，受HTML语言的局限性，VRML（VirtualRealityModelingLanguage，虚拟现实建模语言)之前的网页只能是简单的平面结构，虽然Java语言为增色不少，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。VRML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（VirturalWorld)。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、境界逼真性等。VRML的出现使得虚拟