摘要：虛擬現(xiàn)實技術是利用計算機的圖形環(huán)境和電子技術外設產生逼真的視、聽、觸、力等偽物質三維感覺環(huán)境。VRML是面向實時漫游的虛擬現(xiàn)實造型語言。本文簡要介紹了虛擬現(xiàn)實技術的概念、技術特征、應用及VRML的概念、發(fā)展與構造，并討論了VRML在虛擬現(xiàn)實技術應用中重要地位。

1 虛擬現(xiàn)實技術

1．1虛擬現(xiàn)實技術的概念

虛擬現(xiàn)實(Viamal Reality)技術是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術，是一種新的人一機界面形式。它追求的是將傳統(tǒng)的計算機從一種需要人用鍵盤、鼠標對其進行操作的設備變成了人處于計算機創(chuàng)造的人工環(huán)境中。用戶借助物定裝備(如數據手套、頭盔等)以自然方式與虛擬環(huán)境交互作用、相互影響，從而獲得與真實世界等同的感受以及在現(xiàn)實世界中難以經歷的體驗。

1．2虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展過程

虛擬現(xiàn)實技術的起源可以追溯到1970年，任Ivan Suther Land領導下研制成功了第一個頭盔顯示器。人們戴上頭盔顯示器，可以看到一個邊長5厘米的立方體線框圖飄浮在自己眼前。當實驗者轉動頭部時，可以看見這個發(fā)光的立方體的不同側面，可以像真實世界中那樣來確定這個物體的形狀和位置。1972年Nolan·Bushnell發(fā)明了電子游戲rorh；1985年，Apple公司的Macintosh開始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。NASA的Ames研究中心利用Radioshaek公司的袖珍式液晶顯示電視的屏幕研制成為頭戴式虛擬現(xiàn)實眼鏡，并研制成第一臺商用虛擬現(xiàn)實硬／軟件，美國空軍的Supemoelwit飛行模擬器。虛擬現(xiàn)實這個名詞已成為平常生活話題。

1．3虛擬現(xiàn)實技術的特征

虛擬現(xiàn)實技術具有以下三個基本特征：

(1)沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數據手套交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。使用者在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

(2)交互性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的交互，代寫畢業(yè)論文 使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

1．4虛擬現(xiàn)實技術的應用

隨著虛擬現(xiàn)實技術的迅速發(fā)展，它已經被應用于廣泛的領域：

(1)工程和建筑可用它設計各種產品和施工設備，建造工廠等預實現(xiàn)。如一個新產品的先期開發(fā)、一個具體建筑物一次性仿真。

(2)醫(yī)學其范圍包括建立合成藥物的分子結構模型到各種醫(yī)學模擬，如用來設計各種合成藥物，允許研究人員測試各種藥物特性，進行人體解剖仿真，外科手術仿真器。

(3)軍工模擬最初的軍工模擬是推動VR發(fā)展的主要力量，VR的許多成功的應用也是在此方面，代寫醫(yī)學論文如飛機駕駛模擬器、近戰(zhàn)戰(zhàn)術訓練器、虛擬戰(zhàn)場等。

(4)科學可視化現(xiàn)在，有許多數據或物質，如紅外光、微波、雷達、電磁場、在通道中流動的各種數據都不是可見的，利用VR技術，很容易將這些東西可視，這就為我們的研究帶來很大的方便。

(5)金融和娛樂金融可視化是指將大量數據變換成圖象式物質，從而使數據更易理解和分析。娛樂是VR的一個巨大市場，世界一些著名的娛樂城已建成VR娛東中心，在這個環(huán)境中許多話都已變成“現(xiàn)實”。

(6)教育VR教育是一種非常有意義的潛在市場。虛擬現(xiàn)實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環(huán)境，學生能夠成為虛擬環(huán)境的一名參與者，在虛擬環(huán)境中扮演—個角色，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養(yǎng)學生的技能都將起到積極的作用。

2、VRML ．

2．1概念

VRML (Virtral Reality Modeling Language)是虛擬現(xiàn)實造型語言的縮寫形式。它是描述虛擬場景的一種標準。它定義了三維應用系統(tǒng)中常用的語言描述，如層次變換、光源、試點、幾何、動畫、霧、材料特性和紋理映射等，并具有簡單的行為特征描述功能。

設計VRML的一個主要目標就是保證它成為多個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或其組成部分間有效的三維文件交換格式，并且，這些虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)或其組成部分可分布在網絡的不同計算機處。

2．2 VRML的發(fā)展歷史

1994年5月。在瑞士日內瓦召開的萬維網(www)會議上。Mark Pesos和Tony Parisi在會上介紹了他們開發(fā)的可在萬維網上運行的虛擬現(xiàn)實界面。這時，由一個情趣相投者聯(lián)誼會BOF馬上產生強烈的反響，決定開發(fā)一種場景描述語言。它可以連通Web網。VRML這個詞就是在BOF的會議上造出來的。

1994年10月在芝加哥(Chicago)召開的第二次WWW會議上公布V1LML1．0的規(guī)范草案。主要的功能是完成靜態(tài)的3D場景，代寫碩士論文以及與HTML鏈接的功能和措施。另一位SGI的原Open Inventor的設計師Paul Ssi#39;aLt88開始作一個VRML公共域(publicdomain)的詞解程序(Parser)，當時流行于業(yè)界的名字叫Qmb．

1995年秋。SGI進一步推出了WebSpace Author(供創(chuàng)作的程序)。這是一種Web創(chuàng)作工具，可在場景內交互地擺放物體，并改進了場景的功能，還可用于發(fā)表VRML文件。

1996年初。VRML委員會審閱并討論了若干個VRML 2．0版本的建議方案，其中有SGI的動態(tài)境界(Mov-iIlg Worlds)提案、太陽微系統(tǒng)(Sun Microsystem)的全息網(Holl Web)、微軟公司(Mi )的能動VRML(Active、VRML)、蘋果公司(Apple)的超世界(Out of the woad)，以及其他多種提案。結果，Moving Worlds以70％選票贏得了絕對多數。1996年3月，VGA(、VRML．設計小組)決定將這個方案改造成為VRML 2．0。

1996年8月，VRML2．0在新奧爾良(New Orleans)的SIGGRAPH96會議上公布。

1998年發(fā)表中文國家標準。2002年8月，升級版本X3D通過國際標準。

2．3、VRML的應用框架

圖1是目前VRML應用的一般框架，潛在的應用正在不斷地發(fā)展當中。

2．4VRML的構造

一個VRML文件包括了一些主要的功能部件：代寫論文文件頭，場景圖，原型和事件路由等，通過瀏覽器對VRML進行處理以聲音和圖象的形式展現(xiàn)出來，并且用戶可以與場景進行交互。

(1)文件頭為方便識別VRML文件，每個VRML文件的開始都采用以下形式：

#VRML2．0<ercoding type>[optional comment]<line terminator>

(2)場景圖結構

VRML文件用層次化的場景圖來描述三維對象和世界，在場景圖中的實體稱為節(jié)點，VRML定義了54種不同的結點類型，其中包括幾何元素體及對外表特性、聲音及聲音特性，以及不同類型的群節(jié)點。節(jié)點在域中存放它們的數據，VRML定義了20種類型的域，這些域可以用來存放從單個數據到三維旋轉矩陣。

VRML場景圖是一種單向圖，一個節(jié)點可以包含其他節(jié)點(一些類型的節(jié)點可能“子”節(jié)點)，也可以被一個或多個節(jié)點所包含(它們可以有一個以上的“父”節(jié)點)，但是一個節(jié)點不能包含自己。這樣的場景圖結構可以容納由一些子模塊構造大的或復雜的三維世界。

(3)事件結構

VRML定義了事件或消息傳送機制，通過這些機制，場景圖中的節(jié)點可以相互通訊。每一節(jié)點定義了時間的名稱和類型，這些事件是該類型節(jié)點可以產生和經受的。ROUTE語句定義了事件產生器和接收器之間的事件路徑。

(4)感知器

感知器是VRML基本的用戶交互和動畫元素。當時間流逝時，T#39;lmeSemor節(jié)點就產生了事件，T#39;rmeSemor是所有動畫行為基礎。其他感知器是所有用戶交互的基礎，當觀看者在三維世界中移動或當用戶使用一些輸入設備進行交互操作時，這些感知器就產生了事件。感知器只產生事件，它們必須通過ROUTE語句同其它節(jié)點一起使用才能在場景中產生可見的效果。

(5)腳本和插值器

可以在事件產生器和事件接收器之間插入腳本節(jié)點。腳本節(jié)點允許VRML編輯器用任何說明支持的腳本語言定義任意的行為。VRML2．0定義了可以用Java和JavaScript以及E(MAScript語言裝的腳本節(jié)點。插值器節(jié)點實際上是完成簡單的動畫計算的內置語言。它們通常和Tune．Sesmor以及場景圖中其它的節(jié)點一起使對象移動。

(6)原型：封裝和重用

VRML2．0包括一種原型機制，可以對場景圖進行封裝和重用。幾何、特性、動畫和行為都可以分開或一起封裝。原型機制允許以現(xiàn)存節(jié)點類型的混合形式定義新的節(jié)點類型，這一機制使VRML更容易使用并且減少了VRML文件的大小。

(7)分布式場景

VRML2．0有兩種方法使一處定義的VRML世界分布于WWW網上。其中In-Line節(jié)點允許包含存儲在Web上的任何VRML文件，EX#39;IERNIPROTO語句可以由WWW網上任何地方來定義新的節(jié)點。更一般的情況是，EXTERNPROTO語句使節(jié)點在VRML文件皮外定義，這也是VRML基本的可擴展機制。

(8)顯示和交互

VRML文件的解釋，執(zhí)行和顯示一般由瀏覽器來完成，瀏覽器將展現(xiàn)場景圖中的形狀和聲音，即所謂的“虛擬世界”，用戶可以在其中漫游，這一虛擬世界的顯示根據視點的變化而不同。瀏覽器提一些漫游方法(如步行或飛行)使用戶在虛擬世界中移動視點的位置)。

除支持漫游外，瀏覽器還允許用戶通過場景圖層次中的感知器節(jié)點與虛擬世界進行交互。

3 結束語

目前，盡管虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設備還比較昂貴，虛擬現(xiàn)實技術尚未能普及。但是，隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展和完善以及硬件設備價格的不斷降低，我們相信。虛擬現(xiàn)實技術最終會在各個領域廣泛應用并發(fā)揮其重要作用。

虛擬現(xiàn)實作為一種全新的人——機接口技術，必須研究用戶和計算機之間的協(xié)調關系問題，這樣一個問題只有通過大量的使用才能逐步解決，VRML以因特網作為應用平臺，最有希望成為構筑虛擬現(xiàn)實應用的基本構架。VRML在電子商務、教育、工程技術、建筑、娛樂、藝術等領域的廣泛應用，將會促使它迅速發(fā)展，并成構建虛擬現(xiàn)實應用系統(tǒng)的基礎。

VRML將創(chuàng)造一種融多媒體、三維圖形、網絡通訊、虛擬現(xiàn)實為一體的新型媒體，兼具先進性和普及性，是關心三維圖形、多媒體、新一代網頁開發(fā)和虛擬現(xiàn)實技術的人士應密切注意的。

參考文獻：

[1]石教英．虛擬現(xiàn)實基礎及實用方法[M]．科學出版社， 2000。

[2]Mark Peace．History of Virtual RmlityModeling

[3] VRML Architecture Group (VGA)。http：//vag．vnn1．org．

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