基于VRML的虚拟现实技术在机械设计中的应用70.pdf

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1、西南交通大学硕士学位论文基于VRML的虚拟现实技术在机械设计中的应用姓名：刘先进申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：吴鹿鸣2002.3.1西南交通大学硕士研究生学位论文摘要(虚拟现实技术是利用计算机生成一个二维空间，通过将用户置身于该环境中，借助轻便的多维输入输出设备，并根据由此而产生的一种身临其境的感觉，上感知和研究客观世界的变化规律。而V R M L 是套与全球信息网结合，用来描述二度空间互动世界的-1 十档案格式，可用来建立三度空间对象、景象、以发虚拟实境的展示模型。通过V R M L，全球信息嘲的使用者可以观赏到立体空间的模型，而彳i 限于二维空问的图形、影像。机械设汁作为

2、一门技术基础课，涉及知识面广，同时课程内一些零件的运动机理，T 作特性受力状况及结构设汁等也极为复杂。任课教师如果仅靠黑板、粉笔，则讲授起来比较困难，同时学生也4 i 易理解。而令，更是删络的时代，M 络教学更是日趋蓬勃，普通的C A I 软件受到多方面的限制，1 i 适宜远程教学，而V R M L 为开发具有真实二维世界的远程图形教育软件提供了条件，使得我幽远程教育上了一个新台阶。奉论文是以虚拟现实建模语言V R M L 2 0 为开发T 具以机械设汁中主要零部件为对象。片先选择媳型部件滑动车f!f 承为切入口，将各种形滑动轴承的j：维模型的结构展示给用户，使J B 户全血的掌握滑动轴承的结

3、构。对于静拽滑动j=l J 承的油压分布是以动画的形式显示使得用广更容易理解和接受静载符向轴承厩力分布特性。对于动载滑动轴承的轴心运动轨迹，采用定性演示的办法，使学生对轴心轨迹有个感性认识。这些采用了现令极其流行的州页设计软仆，如J a v a、D r e a m w e a v e r、F r o n t P a g e、F l a s h 等。并运用现今较为流行的血I 幻对象的程序设i=r 语言V B 60 进行整个设汁的包装，以便使整个设汁体化、美观化、安装简易化。奉论文应用了V R M L、向阳对象的程序语青V B、J a v a 和嘲页设汁软件。冈此，奉论文充分体现了学科的交叉性。在

4、当今计算机应用极为广泛的年代，此论文具有非常强的实用性和参考价值。7厂关键词：虚拟现实，(虚拟现实建模语R M L，面向对象，V B，c A I，删页设滑动轴承西南交通大学硕士研究生学位论文A b s t r a c tv i r t u a lR e a l i t yT e c h n o l o g y(V R T)p r o d u c e sa3 Ds p a c eb yt h ec o m p u t e r I tp e r c e i v e sa n ds t u d i e st h ev a r i a n tj a wo ft h eo b j e c t i v e

5、w o r l db y m a k i n gt h eu s e ri n t ot h ee n v i r o n m e n t m a k i n gu s eo fm u l t i d i m e n s i o n a li n p u t&O U t p u te q u i p m e n t sa n dt h ef e e l i n go fO N-T H E S C E N Ep r o d u c e do nt h eb a s i so ft h i s T h e n V R M Li Sak i n do ff i l ef o r m a tt h a

6、 ti SC O n j o i n tw i t ht h eW o r i dI n f o r m a t i o nN e t w o r ka n du s e df o rd e s c r i b i n gt h e3 Ds p a c ea n di n t e r m o t i v ew o r l d I tc a nb eu s e di nb u i l d i n g3 Ds p a t i a lo h e c t,s c e n ea n dv i r t u a lm o d e lf o rs h o w i n g B yV R M L t h eu s

7、 e r so f 孙eW o r l dI n f o r m a t i o nN e V a o r kc a nv i e ws p a t i a lm o d e l，w i t h o u tb e i n gc o n f i n e dt op l a n a rg r a p h，i m a g e M a c h i n eD e s i g n，a sab a s i ct e c h n o l o g ys u b j e c t，h a saw i d ek n o w l e d g ea r e a，a n dh a san u m b e ro f c o

8、m p l i c a t e dm o v e m e n tm e c h a n i s m，w o r k i n gs p e c i f i c，s t a t eo fb e a r i n gf o r c ea n ds t r u c t u r ed e s i g no fp a r t s T h et e a c h e r sw i l lh a v ed i f f i c u l t yi nt e a c h i n ga n dt h es t u d e n t sc a n n o tu n d e r s t a n de a s i l y,i f

9、o n l yb ym e a n so fb l a c k b o a r d，c h a l k N o w,I t st h eg a po fn e t w o r k a n dn e t w o r ke d u c a t i o nW i I Ib em o r ea n dm o r ef l o u r i s h S i m p l eC A ls o f t w a r eh a v eb e e nl i m i t e db ym a n yf a c t s a n di t su n f l n e dt or e m o t ee d u c a t i o

10、 n H o w e、e r,T h eV R M Lp r o v i d e sc o n d i t i o nf o rd e v e l o p i n gr e m o t eg r a p h i ce d u c a t i o n a ls o f a 7 a r eo fr e a l3 D、o d d hm a k e so u rc o u n t r y Sr e m o t ee d u c a t i o ng e tt oan e、s t e p I nt h i sp a p e r V R M L 2 0i Su s e da st h ed e、e l o

11、 p i n gt 0 0 1a n dt h em a i ne l e m e n t sa n dp a r t si nm a c h i n ed e s i g na r er e g a r d e da so b j e c t s F i r s t l y,t h et y p i c a lp a r t s，s u c ha ss l i d i n gb e a r i n g s a r es e l e c t e df o re x a m p l e，t h e ns l i d i n gh e a r i n g s 3 Dm o d e l so fd

12、i f f e r e n tf o r i l l Sa r es h o w e dt ot h eu s e r st om a s t e rt h eo v e r a lJs l i d i n gb e a r i n g s s t r u c t u r e F o rt h es l i d i n gb e a r i n g su n d e rs t a t i cl o a d i n g，t h ed i s t r i b u t i o no f p r e s s u r ei se x p r e s s e dw i t ht h ea n i m a

13、t i o na n dt h e i rp r e s s u r ed i s t r i b u t i o np r o p e r t i e sc a nb em o r ee a s i l yu n d e r s t o o d T h em o v i n gW a c eo fa x e sf o rs l i d i n gb e a r i n g su n d e rd y n a m i cl o a d i n gi Sd e m o n s t r a t e dw i t haq u a l i t a t i v em e t h o dS Ot h a

14、tt h es t u d e n t sc a nh a v et h ea c q u a i n t a n c ef o ri t T h em o s tp o p u l a rs o f t w a r e s u c ha s a v a。D r e a m w e a v e r,F r o n t p a g e，F l a s h，e t c，i su s e di ns o l v i n gt h ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e V B 6 0，am o s tp o p u l a rO b j e c t-O

15、r i e n t e dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e，i su s e df o rt h ee n t i r ed e s i g np a c k a g et om a k ei ti n t oae n t i r e，b e a u t i f u la n de a s i l yi n s t a l l i n go n e T h ef o l l o w i n gl a n g u a g e sa n ds o f t w a r e，s u c ha sV R M L，V B 6 0，J a v aa n ds o m

16、eo t h e rh o m e p a g ed e s i g ns o f t w a r e，a r eu s e di nt h i sp a p e r T h u s，i td i s p l a y sas g o n gi n t e r c r o s s i n go fd i f i e r e n ts u b j e c t s W i t h i nt h ec o m p u t e r s-w i d e l 3 7-u s e dt i m e s t h i sp a p e ri sv e r yh e l p f u lf o rp r a c t

17、i c a b i l i t ya n dr e f e r e n c e K e y w o r d s：V i r t u a lR e a l i t y,V i r t u a lR e a l i t yM o d e l i n gL a n g u a g eV R M LO b j e c t-O r i e n t e d，V B，C A I，H o m e p a g eD e s i g n，S l i d i n gB e a r i n g堕壹奎壅盔兰堡塑窒生皇焦堡塞蔓!夏第1 章绪论目前，随着计算机多媒体技术的快速发展及计算机网络技术的快速兴起，对我国C A I

18、 提出了更高的要求。现如今，我国C A I 软件多数是由A u t h o r w a r e，P o w e r P o i n t 等多媒体开发工具软件开发的。它们基于本机或局域嘲，这些C A I 软件含有大量的图形与动画文件(+f l c，a v i)，容量较大，不利于文件的转化和网上传输。另外，三维模型与三维动画已成为多媒体现代教育技术的重要组成部分。但是，这些模型与动画只是软件设计者事先设计好的一幅幅二维动画，用户只是被动地接受知识，而不能进行实时交互以发挥其主观能动性，大大降低了远程教育的效果。然而，虚拟现实技术的应用前景非常广阔。它开始于军事领域的需求，在军事和航天领域的模拟和训

19、练中起到了非常重要的作用。另外，虚拟现实技术在医疗、T 业、娱乐和教育等方面的应用也具有很大的潜力。目前，在“需求牵引”和“技术推动”下，虚拟现实技术(V R T V i r t u a lR e a l i t yT e c h n o l o g y)已经取得了一些技术成果，集成了一些很有实用的前景的应用系统，并且智能虚拟世界也在小断发展。新一代的W e b 语言虚拟现实建模语言(V R M L)，是个二维造型和渲染的图形描述性语言，它把个“虚拟世界”看作个“场景”，而场景中的一切部看作“节点”，它的描述构建通过I n t e r n e t 和W o r l d W i d eW e b

20、 上的超链接而形成的虚拟世界。由于V R M L 为虚拟环境的建立提供了良好的规范，综合了现有二维软件的景象描述语言的优点，冈此，被广泛地应用于I n t e m e t 上创建虚拟的二维空间。V R M L 为开发具有真实三维世界的远程图形教育软件提供了条件，使得我蚓远程教育上了一个新台阶。本文主要着重讨论基奉V R M L 的虚拟现实在机械设汁中的应用，着重讲解了V R M L 的开发方法和应用。1 1 虚拟现实技术的基本原理虚拟现实技术利用计算机生成一个三维空间，通过将用户置身于该环境中，借助轻便的多维输入输出设备，并根据由此而产生的种身临其境的感觉，出感知和研究客观世界的变化规律。用户

21、在虚拟的环境中可以“自由”运动，随意地观察周围的景物。多维输入输出设备包括数据手套、服屏、脚西南交通大学硕士研究生学位论文蔓兰至踏传动设备和数据服装等。其中，数据手套可以戴在手上，通过手指或关节对用户或显示图进行多维交互控制，发布用户命令；用液晶做成的眼屏是一副带有两个微型屏幕的眼睛，其中每个屏幕均可以分别显示图形，戴在两眼之前产生真正具有立体感的图像，还可以安装在配备音响的头盔上：服装上装有检测人体所处位霞的光纤传感器。利用双向数据传送来实现人机交互，记录用户的动作，并将此信息作为动作数据送到工作站，然后，再由动作数据修改模型中的图形。这种动作反应信息是连续不断地更新的，并立即送回用户头盔，

22、因此能够呈现一个与用户动作同步的图形和声音虚拟世界。这样，用户看到的是全彩色立体图像，听到的是虚拟环境中的音响，手与足可以感受到虚拟环境反馈的作用力，产生一种身临其境的感觉。1 2 虚拟现实的概念和特征虚拟现实(V i r t u a lR e a l i 啦，缩写V R)技术是一种综合利用计算机图形软硬件系统、箨种显示和控制接口设备，在汁算机上提供人为的、可自主交互的、具有沉浸感觉的三维环境的先进技术。这种二维环境即为虚拟环境(V i r t u a lE n x i r o n m e n t)。F r a n c i sH a m i t 将虚拟现实定义为“一种人机交互界嘶：依赖于人的空

23、间怨象和计算机产生的虚幻(I l l u s i o n)表现形式”：将虚拟环境定义为“一种计算机产生的通常为自然三维的交互计算机图形。可以提供一种人造现实感”。另外，V R 是一种可以创建和体验虚拟世界(V i r t u a lW o r l d)的计算机系统。其中虚拟世界为全体虚拟环境(V E)或给定仿真对象的全体，它是由汁算机产生具有动态声、像功能的三维空间环境，通过视、听、触觉等作用，最终使得参与者产生身临其境感觉的交互式视景仿真。这样，虚拟现实技术的核心是通过汁算机产生一种如同“身临其境”的三维空问环境，而且使操作者能够进入该环境，直接观测和参与该环境中事物的变化与相互作用。冈此，

24、虚拟实现的概念包含了下述含义：I)模拟环境，即由计算机生成的具有双视点的、实时动态三维立体逼真图像。逼真就要达N-维听觉、触觉及嗅觉等的逼真。而模拟环境则可以是某一特定现实世界的真实实现，也可以是虚拟构想的世界。西南交通大学硕士研究生学位论交!丛夏2)感知，指理想的虚拟实现技术应该具有一切人所具有的感知。除了计算机较形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至包括嗅觉和味觉等，亦称为多感知(M u l t iS e n s a t i o n)。3)自然技能，是人的头部转动、眼睛，手势或其它人体行为动作，由汁算机来处理与参与动作适应的数据，并对参与者的输入作出实时响应，并分

25、别反馈到他的五官，使之有身临其境的感觉，成为该模拟环境中的一内部参与者，还可和该环境中的其他参与者交互(分布式虚拟实现)。4)传感设备，即三维交互设备。常用的有头盔数据手套，三维鼠标、数据衣等穿戴于用广身上的装置和设置于现实环境中的传感装置，如摄像机、地板压力传感等。从系统的观点看，V R 技术将所有组成部分作为一个整体去追求系统整体性能的最优，冈此，该技术是把抽象、复杂的汁算机数据空间表示为直观的、参与者熟悉的事物，其实质在于提供了一种高级的人与计算机接交互接口，它有四个主要特征，用以区别一般的仿真技术及汁算机图形学等：多感知性，是指除了一般汁算机技术所具有的视觉感知之外还有听觉感知、力觉感

26、知、触觉感知、运动感知、甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理恕的V R 技术应该具有一切人所具的感知功能。由于相关技术的限制，特别是传感技术的限制，目前虚拟实现技术所具有的古感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种，无论从感知范同还是从感知的精确程度都尚无法与人相提并论。沉浸感(I m m e n s i o n)，即存在感，又称临场感，它是指参试者感知到存在在于虚拟环境中的真实程度。理想的模拟环境庶该达到使用广难以分分辨真假的程度。例如，可视场景随视点的位置而变化。交互性(I n t e r a c t i o n)，有两个方面：一是指参试者对虚拟环境中的物体的可操作程度：另一个为操作者

27、从虚拟环境中得到实时反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户可以用手去直接抓取模拟环境中的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的晕量，视场中被抓住的物体也立即随着手的移动而移动。堕塑奎塑查兰塑主堑塞圭兰焦鲨塞兰!基一自主性(A u t o n o m y)，是指虚拟环境中的特体依据现实世界物理运动定律动作的程度。例如，当受到力的推动时，物体会向力的方向移动，或翻转，或从桌面落到地面等。虚拟实现技术的四大特征使得我们不难将 V R 与相关技术区别开来。1 3 为什么将虚拟现实引入到机械设计课程中计算机辅助教学(C A I)既是计算机应用中的一个广阔领域，又是一种新的教育技术和教学方式，它

28、具有很强的个别教学功能，可同时对一批学生因材施教，通过网络系统，还可以实现远程教育，资源共享。目前，国家教育部正在筹备网络课程建设工程，其目的是为了远程网络教学，而现如今多数C A l 软件，都是基于本机或局域网。而且，要怨能够使嘲上教育生动化、真实化，尽量采用三维模型。并且，更生三维的可交互的虚拟现实场景能够更直观地体现出其真实模型，使学生在一个能有兴趣地去接受教育另外也可发挥学生自己的主观能动，一改以往被动接受教育的特点。1 4 虚拟现实相关开发软件现在虚拟实现软件数据量较多，有W o r l d T o o l K i t(W T K)、M R T o o I K i t、M e m e

29、、W o r l dV i s i o n s、F r e e W R L 和O p e n G L 等，其中较为流行的是W T K 和O p e n G L。下面简单介绍一下W T K 的相关内容。1 4 1W T K 的基本概念W T K 是一个跨平台的实时三维图形程序开发工具包，W T K 用户通过编写代码来调用W T K 函数库中的函数，从而建立虚拟世界。W T K 函数库中包含了1 0 0 0 多个用C 语亩编写的函数。W T K 函数是按照面向对象的命名规则命名的，共组成了2 0 多个类。这些类包括：宇宙、场景图、结点(结点又分堕妻室夔盔兰塑圭塑窒皇望焦鎏塞兰!旦为几何形状结点、光

30、照结点、雾化结点、图形变换结点、细节级别结点、分隔结点、组结点等)、几何形状、多边形、材料、三维文字、面料、任务、光照、传感器、路径、移动链接、视点、窗口、声音、用户界面、网络、串行端口。宇南是其它所有的W T K 对象的“容器”。一个虚拟现实程序中可以有多个几何形状、多边形、材料、三维文字等，但只能有一个宇宙。宇宙是第一个被建立、最后一个被删除的对象。1 4 2W T K 的工作原理W T K 应用程序的核心是模拟循环，通过调用W T u n i v e r s e _ 9 0 0 进入模拟循环调用W t u n v i s e e s t o p()J 屋模拟循环，如图卜1 所示。用以这日

31、的图1 1 模拟循环框图西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页在模拟循环中，每循环一次就渲染次宇宙，而渲染宇宙的具体方式是由场景图直接决定的，场景图本身在程序执行期间也在变化。场景图是由多种结点组成的树图，一个父结点下可以有多个子结点，渲染时按以下顺序访问场景图并执行结点的对应操作：首先访问根结点，然后从左至右访问各个子结点(或子树)，对子树也按同样顺序访问，如图1-2 所示。1 4 3l l f K 的主要功能W T K 中可以使用材料(M a t e r i a l)和面料(T e x t u r e)。材料是由物体对各种颜色光线的反射率定义的，面料则是粘贴在物体表面的位图。W T K 中

32、可以使用多种光源进行照明：环境光源、平行光源、点光源、聚集光源。用，、可以在程序中定义光源，也可以使用特定的文件格式中储存的光源。雾化效果可以使物体变得模糊，模糊程度随距离增加。W T K 中可以设置效采的各种特性：开始变得模糊的距离，完全模糊的距离，模糊程度与距离的函数关系等。W T K 史持空间球，数据手套，二维鼠标，力反馈操纵杆，数据眼，头盔显示器等多种输入输出设备。J 【明结点rJ 分隔结点心支根结点9亭享：辜釜J 分编结点JJ 儿何幽形结点屹礤蕊=一根结点l 根结点图1 2 场景图访问顺序点一九r结Tl根丁薯门饥9o亘壹奎夔盔堂塑主塑窒圭芏焦堡塞蔓L 夏一1 4 4W T K 的小结

33、为使用W T K 实现虚拟现实功能，要完成以下工作：调用W T K 函数读入三维模型、建立宇甫和场景图(其中要引入光照、雾化、材料、面料、图形变换)、显示初始画面、进入绘图循环(在循环中不断地接收用户输入，改变循环后程序结束。W T K 要求在V i s u a lc+环境下编程、编译，编译获得的可执行程序可在W i n d o w s9 x、W i n d o w sN T 下运行。1 5 虚拟现实的发展趋势为了使参与者真正能够“沉浸”于一个由于计算机生成的虚拟实验环境中，必须使生成的虚拟的视觉场景足够逼真和自然，一个好的交互武虚拟实现系统需给人的感官提供与现实环境相似的刺激。针对所研究内容

34、，我们认为，建立一个完善实用的交且式适用的虚拟实验系统，需要在以下几个方面取得突破：1)虚拟视景生成技术。构造虚拟场景要通过环境生成丁具来实现。视景中的图像是汁算机根据环境需要，利用给定条件与模型，在对图像数据和图形数据汁算后所生成的。冈此，计算机图像处理中图形特征分析与推理以及图形模块相互作用和处理，是交互式虚拟场景的一个首要环节。日前，已有的环境生成丁具专用性很强，尚小具有通用性。2)头盔显示器的设汁。使用者可以通过戴上头盔，如临实地。尽管在过古的几年中，头盔设计已取得了明显的进展，但仍然存在舒适性较差的问题。另外，还需要解决头盔的视场角和分辨率和适配性关系，对实验系统中的被试者而言，视场

35、角越大越好，因为这有助于它本人的操作性和沉浸感，可是大的视角会增加头盔的蕈量和体积，甚至影响图像的分辩率。从整体水平上看，国内在V R 研究方面刚刚起步，与国外相比，存在很大的差距。西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页1 6 本课题的目标及意义本论文结合导师主持的教育部首批新世纪网络课程建设工程中“机械设计”研制与开发项目。本文主要是以滑动轴承部分为实例来探讨虚拟现实。机械设计作为一门技术基础课，涉及知识面广，同时课程内些零件的运动机理、工作特性、受力状况及结构设计等也极为复杂。任课教师如果仅靠黑板，粉笔，则讲授起来比较困难，同时学生也不易理解。另外，在嘲络即将在全国范围内掀起高潮，一般的C

36、 A I 软件以基本不能满足网络传输要求。奉论文的内容，将是以V R M L 2 0 为开发T 具，以机械设计中主要零件为对象，首先选择典型部件滑动轴承为切入口，将各种形式滑动轴承的三维模型的结构展示给用广1。使用户对滑动轴承结构有个全血的掌握，对于滑动轴承的油压分布、轴心运动轨迹等都有一定的分析。并且，通过一个生动的虚拟环境，使用，、身临其境。另外，配合删络教学，还专门作了“刚上教学”部分，通过此部分，可以浏览到滑动轴承的各个难点和乖点。奉沦文所采用的丁具：主要基于v R M L 20 开发T 具，以V B 6 0 包装，并在【M 上在线敦育】部分涉及到J A V A 语言、F r o n

37、t P a g e、F L A S H、D r e a m w e a v e r 和F i r e w o r k 等嘲页设汁软件。奉论文的目标：一是实现虚拟实验窜场景，可以在其中浏览到滑动轴承的相关零部件。二是对静载轴承压力分布特性进行模拟，可以进行参数化输入：二是模拟动载轴承轴一l i,轨迹，在这一部分只作了定性的演示。最后将全部组件打包成一个产品。亘蜜窒姿盔兰堕兰堑塞篁望焦篓塞一一舅立一2 1V R M L 介绍2 1 1 何谓V R M L第2 章虚拟现实建模语言V R M L 原名V i r t u a lR e a lit yM a r k u pL a n g u a g e，

38、后为了反映其图形能力，而更名为V i r t u a lR e a l it yM o d e l i n gL a n g u a g e。V R M L 是一套与全球信息删结合，用来描述三度空间互动世界的种档案格式，可用来建立三度空间对象、景象、以，；5 乏虚拟实境的展示模型。透过V R M L，全球信息网的使用者可以观赏到立体空间的模型，而不限于二度空间的图形、影像。1 9 9 6 年8 月公布的V R M L2 0 更加入了互动的能力，让使用者可以与全球信息网上的景象有【互动】的沟通方式。V R M L 的发展将全球信息嘲，甚全删际脚络的的运作，带入了另一个境界。博物馆的导览系统4 i

39、 再只有平面图，参观的游客可以借着鼠标的操作，浏览博物馆内的各个展览窜，有如置身其中一般，【虚拟实境】的效果V R M L最吸引人之处。奉节在接下来的部份中，将由V R M L 的力史开始，简介V R M L的概念及发展。从最抽象化的层次来看，V R M L 是对象占f 读写J 自己，而物件可以是立体几何图形、M D I 信息、J P E G 影像等。基本上，V R M L 即是以对象为基础建立的，本小节中将简介V R M L 语言的概念。坐标系统V R M L 采用的是卡氏右手立体坐标系统(C a r t e s i a nR i g h t 一H a n d e dd i m e n s

40、i o n a lS y s t e m)，量测长度和距离的基本单位是公尺，而量测角度的基奉单位是弧度。对象V R M L 以对象(n o d e s)为基础，每个对象都具有以下四项特性：表2-11 对象种类如立方体、球体、材质图等。2 对象参数称为参数场J(F i e l d s)，对象可以有零或多个参数。3 对象名称V R M L 中的对象不一定要指定名称，但若指定名称则必须唯一。一一亘壹奎夔盔堂塑圭塑塞圭堂堡迨塞篁!要_ _。_ _ _ _ _ _ _-_ _ _-。_ _。_。_。_-_-_。_-。_ _-_ _-_ _。_。_。_ _。一一一4 子对象对象与物间之问可以有阶层式的从属

41、关系具有子对象的对象称为f 群对象J(G r o u pN o d e s)：群对象可以有零或多个子对象。而V R M L 中的对象可以分为三类：表2-21 形状对象指明几何特性，如圆锥体、立方体、(S h a p eN o d e s)球体等；包含显示A S C I I 字符串的A s c iJ T e x t 对象2 属性对象属性对象会影响对象星现的方式，又(P r o p e r t yn o d e s)细分为几何属性与外观矩阵及转换摄影机光源四类。3 群对象集合其它对象，以单一物体的形式呈(G r o u pN o d e s)现。另外，啊I n l i n e 对象可自全球信息网上

42、读入资料，但是1 0 版规格书中并未定义读取方法，且w 哪I n l i n e 对象并不属于以上任何种分类之一，自成一类。参数场根据规格书的定义，参数场依所含参数的数目分为两类：只含单一值的【单值场】与含多个值的【多值场】，分别以”S r 与M F 9 为名称的开头，如：表2-3S P B 0 0 1只含单一布尔值的单值场S F S t r i n g定义个A S C I I 字符串的单值场M F C 0 1 0 r定义颜色的多值场 100，0l0，001 定义了R C B三色V R M L1 0 规格书中共定义了】2 个单值场，以及4 个多值场。参数场的形态定义了参数的格式，而根据不周的定

43、义，参数可以是数字、向量或影像的形态。堕堕窒夔壅堂塑主堡窦兰堂焦迨塞蔓坚戛2 1 2V R M L 的起源v R M L 的概念最先被提出是在1 9 9 4 年于瑞士举行的第一届全球信息网研讨会上。T i m B e r n e r sL e e 与D a v eR a g g e t t 组织了B O F(B i r d s o f a F e a t h e r)会议，讨论在全球信息网上建立虚拟实境的接口。同时，M a r kP e s e e 与T o n yP a r i s i 并开发出一套3 D 的浏览器，称为L a b y r i n t h，发表于该研讨会上。在研讨会之后，以M

44、 a r kP e s c e 与B r a i nB e h l e n d o r f 为主的相关人士并成立了一个m a i l i n g-1 i S t，讨论相关标准的制定。经过讨论，决定以现有的标准为基础，制定V R M L 的规格。讨论的结果，基于节省时间及制定上的方便，决定采用S G I 的O p e nI n v e n t o r 档案格式。不过，V R M L 规格是采用部份的O p e nI n v e n t o r 规格，再加上网络连结的能力制定而成。另外，S G I 则免费提供该套语言的剖析程序，对V R M L 的发展而言，有催化剂的效果。V R M L 自概念提

45、出至后续规格的制定，都引起了相关业界极高的兴趣。H T M L 将静态的文字、影像或图形呈现于使用者面前，然而V R M L 却是另一种全新的资料展现方式。V R M L 的虚拟实境效果，让使用者彷佛置身其中，可以浏览紫禁城全景、于图书馆中查询资料、甚至在博物馆的展览室间穿梭，凭借的却只是台计算机。不过，由于硬设备和网络传输的限制，以及平台问通用的考量使得V R M L 的发展出现了一些障碍，这也是未来有待克服的难题。2 1 3V R M L1 O在第一届全球信息网研讨会的一年之后，V A G(V R M LA r c h i t e c t u r eG r o u p)于1 9 9 5 年

46、5 月2 6 日公布1 0 版的V R M L 规格书。该规格书由S G I 的G a v i nB e l l等人起草，包括M a r kP e s c e 在内。规格书于导论开宗明义地指出，V R M L 是一套在透过网际网络和全球信息网连结起来的世界中，描述多参与者互动行为仿真的语言。V R M L l 0 版规格是以S G I 的o p e nI n v e n t o r 为基础，加入了网络连结以及文字和对象复杂度调整的功能。不过，其最受争议的一点，是互动性的支持。以O p e nI n v e n t o r 建立一个充满互动与交谈的世界，最大的问题是平台兼容性，两相取舍之下，规格

47、中保留了平台兼容性而牺牲了对互动的支持。最初规格的制定未预期到使用者对于互动的需求，使得在最初的版本中并不支持使用者的互动效果，这也导致其标准再修改。另外，最初推出的1 0版规格，并不支持声音以及多使用者的环境，即使到9 5 年1 1 月的1 1 版，查妻奎塑盔兰塑塑窒圭堂焦迨窒蔓!夏一具备了声音、多国语言、以及环境设定的能力，但仍不能处理自行移动的对象，以及多人共享的环境。B e l】等人于规格书中指出了V R M L 的设计理念为：平台独立性(P l a t f o r mI n d e p e n d e n c e)；扩充性(E x t e n s i b i l i t y)：能运作

48、于低频宽的网络上(A b i l i t yt ow o r kw e l lo v e rl o wb a n d w i d t hc o n n e c t i o n s)。同时，V R M L 在制定上与H T M L 有所区别，不被视为H T M L 的延伸，因为两者不论在资料形式或删络需求上都有所不同。规格制定时刻意避免了将V R M L 视为H T M L 的延伸，以免限制了V R M L 未来的发展。尽管V R M L1，0 的规格有些缺陷，但是它为立体空间的数据呈现建立了一个开端。在1 0 版规格之后，陆续有些修订的延伸版奉出现。而在V R M L2 0版规格节公布之后，其

49、快速发腱也连带使得1 X 版规格的发展意愿受到影响，被束之高阁。2 14V R M L2 0 的发展V R M L20 的提案由于V R M L1 0 规格H 定义了静态的对象展示、材质、光源以及J 叫络连纬功能，缺少且动的处理，V A G 于1 9 9 6 年初着手制定新一代的V R M L 规格，并于H 络上公开征求V R M L2 0 的建议书。全截止目为止，共收到六个提案见下表2-4。表2 4A c t i v e V R M LM i c r o s o f t 公司提出D y n a m i CW o r l d sG M D、吣I G R I S、Z G D V 等实验室提出H

50、o l o W e bS u n 公司提出N o v i n gW o r l d sS G I、S O N Y、W o r l d M a k e r 等公司提出O u to ft h i sW o r l dA p p l e 公司提出R e a c t i v eV i r t u a 日本I B M 公司提出E n v i r o n m e n t资料来源：h t t p：w w w n c h c g o v亘壹窒壅盔兰塑主丛窒竺芏焦焦塞篁!垦截至3 月1 8H 止，投票结果见图2-1：(资料来源：h t t p：v a g v r m o r g p o l l i n g R