2012虚拟现实技术实验教案.pdf

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1、实验一 VRML基本造型 一、实验目的 1.熟悉 VRML浏览器的安装及使用方法。2.了解 VRML编辑器 vrmlpad的安装及基本用法。3.了解 VRML语言的基本语法。4.掌握 VRML语言创建的基本几何造型。二、实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：1.Windows XP 操作系统 2.虚拟现实浏览器插件 BS_Contact_VRML-X3D.3.VRML 编辑器 vrmlpad.三、实验原理 任何一个 VRML场景中的几何造型都必须以 Shape节点进行创建，场景造型包括基本的立方体、圆柱、圆锥、圆、文本造型等。四、实验步骤 实例 1.圆柱基本几何造型。1.输入下例。#VR

2、ML V2.0 utf8#Background#skyColor 1.0 1.0 1.0#Shape appearance Appearance material Material geometry Cylinder top FALSE 2.将本例中关于 Cylinder 节点的参数进行更改，并观察每个参数的影响。实例 2.圆柱基本几何造型。1.输入下例。#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 Shape appearance Appearance material Material geometry Sphere radius 1.6

3、2.将 Sphere 节点的参数进行更改，并观察更改后的效果。实例 3.长方体等基本几何造型的例子。#VRML V2.0 utf8 Shape appearance Appearance material Material geometry Box 实验二 VRML空间变换 实验目的 1 理解 VRML空间变换的原理。2 掌握 Transform节点的用法。实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：1.Windows XP 操作系统 2.虚拟现实浏览器插件 BS_Contact_VRML-X3D.3.VRML 编辑器 vrmlpad.实验原理 VRML场景中的每一个造型都是基于当前坐标系进行

4、创建的，而单一坐标系的使用将在很大程度上限制用户的空间想象力和创造力的发挥。在 VRML场景中改变空间位置和空间朝向，需要进行VRML空间变换，也即变换造型创建所基于的空间坐标系。VRML空间变换使用 Transform节点进行。其主要的语法格式如下：Chilidren Translation 0.0 0.0 0.0 Rotation 0.0 0.0 1.0 0.0 Scale 1.0 1.0 1.0 scaleOrientation 0.0 0.0 1.0 0.0 Center 0.0 0.0 0.0 Bboxcenter 0.0 0.0 0.0 bboxSzie-1.0-1.0-1.0 a

5、ddChildren removeChildren 实验内容与步骤 实例 1.楼梯造型 1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 DEF stair Shape appearance Appearance material Material geometry Box size 1.5 1.0 5.0 Transform translation 1.3 0.8 0.0 children USE stair Transform translation 1.3 0.8 0.0 children USE stair Transform translation 1.3 0.8 0.0 childre

6、n USE stair 2.效果图如下：实例 2.立体鼠标 1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 DEF acrossmouse Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1.0 1.0 0.0 geometry Cylinder radius 0.2 height 4.0 Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.6 0.4 0.2 geometry Box Tran

7、sform rotation 1 0 0 1.571 children USE acrossmouse Transform rotation 0 0 1 1.571 children USE acrossmouse 2.效果图如下：实例 3.嵌套使用 1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1.0 1.0 1.0 Group children Shape appearance Appearance material Material emissiveColor 1.0 0.8 0.2 transparency 0.5 geometry Sphere

8、 radius 2.0 DEF space Transform translation 4 0 0 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1.0 0.0 0.0 geometry Sphere radius 0.5 Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE

9、 space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space Transform rotation 0 0 1 0.785 children USE space 2.效果如下：实验三 VRML材质及纹理 实验目的 1 理解 VRML材质及纹理的主要作用。2 掌握 VRML材质及纹理节点的用法。实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：1.Win

10、dows XP 操作系统 2.虚拟现实浏览器插件 BS_Contact_VRML-X3D.3.VRML 编辑器 vrmlpad.实验原理 造型的材质属性包括造型的反光颜色、发光颜色、明亮程度以及透明度等。造型的材质控制使用 Appearance节点的 material域的域值设置，material域的域值所使用的材质节点为 Material节点。VRML纹理映射是通过将数字纹理根据几何体的外形，按一定规则映射到几何造型或文本造型的表面。纹理映射是包括 VRML在内的各种三维技术广泛使用的一种增效渲染方法。该方法通过在造型表面映射具有微观细节的数字纹理，极大地改善了单纯使用 Material节点

11、进行材质渲染所呈现的视觉宏观效果。本实验涉及到的主要节点：Appearance material texture textureTransform ImageTexture url()repeatS repeatY TextureTransform translation 0.0 0.0 rotation 0.0 scale 1.0 1.0 center 0.0 0.0 实验内容与步骤 实例 1.广告牌。1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 Shape appearance Appearance texture ImageTexture url 2.jpg geometry Box s

12、ize 2 2 0.04 Transform translation 0 0-0.1 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0 1 1 geometry Box size 2 2 0.16 2 其效果如下：实例 2.视频纹理。1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1 1 1 Transform translation 0 0-0.1 children Shape appearance Appearance material Material diff

13、useColor 0.5 0.6 0.1 geometry Box size 15 8 0.2 Shape appearance Appearance texture DEF mpeg MovieTexture url dahanzhan.mpeg loop TRUE#speed 0.1 geometry Box size 12 7 0.1 2.效果图如下：实例 3.纹理缩放。1.代码如下：#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 0.6 0.2 0.2 Shape appearance DEF aa Appearance texture ImageTexture

14、 url front.bmp#repeatS TRUE repeatT FALSE textureTransform TextureTransform scale 2 2 geometry Box size 20 10 2 Transform translation 0 0-2 children Shape appearance USE aa geometry Sphere 2.效果如下：实验四 视点与导航 实验目的 1 掌握 VRML视点及导航控制 实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：1.Windows XP 操作系统 2.虚拟现实浏览器插件 BS_Contact_VRML-X3D.

15、3.VRML 编辑器 vrmlpad.实验原理 VRML所提供的视点是在所浏览的场景中预先由用户定义的观察位置及空间朝向。在这个位置且通过该朝向，用户可以浏览到虚拟世界中相应场景的指定部分。同一个 VRML场景中可以设置许多个视点，但一次浏览只有一个视点是可用的。视点控制通过Viewpoint节点进行实现。虚拟场景中，NavigationInfo导航信息节点用来提供浏览者化身信息以及该化身如何使用当前的视点进行系统导航。实验内容与步骤 实例 1.视点应用 1.代码如下#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 0.85 0.85 0.85 Viewpoint pos

16、ition 0.0 0.0 16.0 description view1 Viewpoint position 0.0 0.0 3.0 description v2 Viewpoint orientation 0 0 1-0.0 description v3 Viewpoint orientation 0 0 1 1.571 description v4 Viewpoint fieldOfView 0.1 description v5 Viewpoint fieldOfView 1.571 orientation 0 0 1-3.14 description v6 Viewpoint desc

17、ription v7 position 0 0 1 Group children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.2 0.4 0.6 geometry Cone bottomRadius 1 height 2 Transform translation 0 1.4 0 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.2 0.4 0.6 geometry Box size 0.8 0.8 0.8 2 效果如下：视点一

18、 视点二 视点三 视点四 视点五 视点六 实例 2.导航控制 1.代码如下 用到的实例#VRML V2.0 utf8 Group children DEF yline Group children DEF xline Group children DEF one Group children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.69 0.36 0.93 specularColor 0.53 0.53 0.53 ambientIntensity 0.1 shininess 0.9 geometry Sphere

19、 Transform translation 0-1.3 0 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 1 1 0 specularColor 0.82 0.28 0.28 ambientIntensity 0.12 shininess 0.8 geometry Cone Transform translation -4 0 0 children USE one Transform translation 4 0 0 children USE one Transform translation 0-4

20、 0 children USE xline Transform translation 0 4 0 children USE xline Transform translation 0 0-4 children USE yline Transform translation 0 0 4 children USE yline 导航设置代码一：#VRML V2.0 utf8 NavigationInfo type WALK Viewpoint position 0 0 22 Inline url e12.2.wrl 导航设置代码二：#VRML V2.0 utf8 NavigationInfo sp

21、eed 0 Viewpoint position 0 0 20 Inline url e12.2.wrl 实验五 VRML动画 一、实验目的 1.掌握 VRML 动画的基本机理。2.掌握 VRML 的 5 中基本动画，并能自由地进行程序设计。二实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：1.Windows XP 操作系统 2.虚拟现实浏览器插件 BS_Contact_VRML-X3D.3.VRML 编辑器 vrmlpad.三、实验原理 VRML动画依据一个给定的时间传感器以及一系列插补器节点对场景中的动画进行控制。节点不但拥有域属性，还有事件属性，分为出事件和入事件 eventOut,even

22、tIn，域则分为私有域和公共域exposedField。某个节点的事件出口和其他节点的事件入口之间用于传递事件的通道称为路由。通常情况下，时间传感器的 startTime域被另一个对用户动作做出反应的传感器或脚本传来的时间事件设置。在 startTime设定的时刻以前，时间传感器不产生任何事件，在该时刻到来时，将产生值为 TRUE的 isActive事件，并开始产生 time,cycleTime和 fraction_changed事件，time事件是一个总保持当前时刻值的连续发生的事件，而其他与时间相关的事件则是周期性发生的事件。四、实验步骤 实例 1.朝向插补器动画#VRML V2.0 ut

23、f8 Background skyColor 1 1 1 DEF bar Transform translation-6.0 0 0 children Shape appearance Appearance material Material diffuseColor 0.5 0.3 0 ambientIntensity 0.4 specularColor 0.7 0.7 0.6 shininess 0.20 geometry Cylinder height 6.0 radius 0.2 DEF clock TimeSensor cycleInterval 8 loop TRUE DEF in

24、ter1 OrientationInterpolator key 0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 1.0 keyValue 0 0-1 0 0 0-1 0.875 0 0-1 1.571 0 0-1 2.356 0 0-1 3.141 0 0-1 3.926 0 0-1 4.711 0 0-1 5.496 0 0-1 6.281 DEF inter2 PositionInterpolator key 0 0.5 1.0 keyValue -6 0 0 0 0 0 6 0 0 ROUTE clock.fraction_changed TO inte

25、r1.set_fraction ROUTE inter1.value_changed TO bar.set_rotation ROUTE clock.fraction_changed TO inter2.set_fraction#ROUTE inter2.value_changed TO bar.set_translation 效果图如下，该实例实现了物体自由转动的效果。实例 2.位置插补器动画#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1 1 1 DEF ball Transform children Shape appearance Appearance mat

26、erial Material diffuseColor 0.58 0.51 0.09 specularColor 0.92 0.43 0.01 ambientIntensity 0.117 shininess 0.4 geometry Sphere DEF clock TimeSensor cycleInterval 10 loop TRUE DEF inter PositionInterpolator key 0 0.33 0.67 1 keyValue -3.0 0 0 3.0 0 0 0 3 0 -3 0 0 ROUTE clock.fraction_changed TO inter.s

27、et_fraction ROUTE inter.value_changed TO ball.set_translation 该实例实现了造型的自由运动 实例 3.标量插补器动画#VRML V2.0 utf8 Background skyColor 1 1 1 DEF rot Transform children Shape appearance Appearance material DEF color Material diffuseColor 0.8 0.5 0.8 transparency 0 geometry Sphere radius 2 Shape appearance Appea

28、rance material Material diffuseColor 1 0 0 geometry Cone bottomRadius 1 height 2 DEF clock TimeSensor cycleInterval 10 loop TRUE DEF inter1 ScalarInterpolator key 0 0.25 0.5 0.75 1 keyValue 0 0.5 0 0.5 0 DEF inter2 OrientationInterpolator key 0 0.125 0.25 0.375 0.5 0.625 0.75 0.875 1 keyValue 1 1 1

29、0.0 1 1 1 0.785 1 1 1 1.571 1 1 1 2.356 1 1 1 3.141 1 1 1 4.711 1 1 1 5.496 1 1 1 6.281 ROUTE clock.fraction_changed TO inter1.set_fraction ROUTE inter1.value_changed TO color.set_transparency ROUTE clock.fraction_changed TO inter2.set_fraction ROUTE inter2.value_changed TO rot.set_rotation 该实例通过标量插

30、补，实现了物体透明度的变化。实验六 Cult3D技术 一、实验目的 1掌握 Cult3D 技术的特点，了解 Cult3D 技术的应用领域 2掌握 Cult3D 软件的安装与运行，Cult3D 作品的浏览 3掌握 Cult3D 软件的基本操作。二、实验器材 硬件环境：多媒体计算机 软件环境：可用 Windows XP 操作系统，Cult3D 软件 三、实验原理 Cult 3D 的开发过程比较简单，如图所示，经过三步，就可以制作出 Cult3D 的作品。四、实验步骤 实例 1.基本三维展示（演示实验）在这个实例中，主要介绍如何制作对物体进行三维展示，用鼠标的左键对物体旋转，鼠标的右键对物体进行放与

31、缩小，鼠标的左右键同时按下时则移动这个物体的位置。1.启动程序。2.添加 openbox.c3d素材文件(实例 1 的作品文件)。3.将 Event Map窗口中的 Left mouse click on object拖入 Event Map窗口右边大窗口中。在 Actions窗口中，双击 Interactivity展开其菜单，将 Mouse-Acrcball拖到 Event Map窗口中“ObjectClick_1”上，当在此图标上出现一个黑色图框时，放下图标，此时可看到两个图标间有根线连在一起。4.将 Scence Graph窗口中 Box 物体拖动到 Event Map1窗口中的 Arc

32、ball图标上，等待出现黑色图框后放下，此时可看到两个图标间有根线连在一起，在 Event map1窗口中，再次拖动 Box物体到“ObjectClick-1”上，由此就出现了基本的三维展示。5.执行菜单“preview”选项下的“Run”，可看到效果，单击鼠标左键旋转物体，单击鼠标右键放大或缩小物体，按动鼠标中键则移动物体。6.设置场景的背景 7.保存文件。实例 2、给物体部件加文字提示与音乐 在本例中主要制作一个展示计算机的各个部件名称的作品，点击作品中的“鼠标”播放音乐，点击作品中的“键盘”，则停止播放。1.启动程序。运行 Cult 3d Designer5.3，加入添加 Compute

33、r.c3d素材文件(此文件可以在本书配套光盘中找到)。2.设置物体三维展示效果，步骤同上例。3.设置文字提示功能。选取 Scence Graph窗口中的 Tooltips,单击鼠标右键，新建一个 Tooltips1,双击后弹出对话框，设置名称与文本内容。单击 Associated objects项目中的 Add/Remove按钮，弹出相应对话框，选取液晶显示器增加到右侧的区域中。在对话框中设置提示文字以及背景颜色、字体、位置、透明度、效果等。采用同样的方法，分别设置键盘、鼠标的文字提示。4.设置音乐播放。在 Event Map1窗口的左边，将 Left mouse click on objec

34、t拖入右侧的工作区中空白处，将其改名为 play.在 Scene Graph窗口中，单击“鼠标”物体，将其拖入 Event Map窗口右侧工作区刚才所加的图标 play上。在 Actions窗口中，单击 Sound下的 Play Sound,将其拖入 Event Map1窗口右侧工作区的 play上，在 sound 上单击鼠标右键，在弹出菜单中选取 parameters项，在 select对话框中选中所需的声音文件即可。5.设置音乐的停止。在 Event Map1窗口的左边，将 Left mouse click on object拖入右侧的工作区中空白处，将其改名为 stop.在 Scene Graph窗口中，单击“键盘”物体，将其拖入 Event Map窗口右侧工作区刚才所加的图标 stop上。在 Actions窗口中，单击 Sound下的 Stop Sound,将其拖入 Event Map1窗口右侧工作区的 stop上。在 Event Map窗口中，将声音源文件拖到 stop sound上。6.设置预览效果，保存文件。