基于VRML的虚拟场景建模研究

论文摘要

随着互联网时代的到来,网页上的二维视觉效果已经无法满足用户的要求,更多的用户希望在浏览网页时能够浏览交互式、三维动态式的页面；VRML(虚拟现实建模语言)的出现解决了这一问题。由于VRML语言的操作简单、所占用的空间较小和制作成本较低而被广泛使用,实现了在浏览器中简单、快速的浏览。利用VRML创建的以.wrl为后缀的文件,只需在浏览器中安装相应的VRML插件就可以浏览.wrl文件；在VRML创建的虚拟世界中我们不仅可以到处“浏览”整个世界,也能与其进行交互；充分满足了用户的要求。本文采用将场景分为静态和动态两部分实现,其中静态模型主要是对场景中相对静止的物体利用VRML进行建模,主要涉及到建筑物和辅助物的设计,采用了Group节点、Transformer节点和DEF重用机制来共同完成。本文主要研究了虚拟场景中动态模型的实现。动态模型包括场景中不同节点之间的交互和场景与浏览者的交互。节点之间的交互通过ROUTE、Sensor感知节点结合和插补器节点共同完成,这种交互机制是通过不同节点的入事件／出事件进行交互完成的。在场景与浏览者之间的交互,本文采用了交互式漫游功能,场景分割机制,以及在虚拟场景中嵌入外部语言JavaScript对场景进行动态设计,利用JavaScript节点完善VRML中的位置插补器节点和方向插补器节点无法从浏览器上获得浏览者信息的不足,将JavaScript处理之后的结果作为插补器节点的输入事件,以实现更好的动态交互功能。本文对虚拟场景的优化也提出了四种机制：(1)利用基本造型构建模型减少浏览器建模的时间；(2)多用重用机制,重复利用已经渲染过的节点进行平移、缩放或者旋转降低浏览器的处理时间：(3)使用内联与细节层次控制,将场景代码简化；(4)尽量使用纹理设置外观属性,能够较为真实的展现场景。在本文中首先完成了场景中主要建筑物的模型设计、辅助物设计和背景设计,然后利用Inline节点将场景中的全部.wrl文件内联在一个主文件中,实现了分而自治的效果,并减少了浏览器的处理时间,较好的实现了场景的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文背景与研究意义
• 1.2 虚拟现实国内外研究状况
• 1.3 VRML的产生及发展历程
• 1.4 VRML的基本原理和特点
• 1.4.1 VRML基本原理
• 1.4.2 VRML的特点
• 1.5 本文所作的工作与组织结构
• 第2章 虚拟场景的静态模型设计
• 2.1 虚拟场景建模工具介绍
• 2.1.1 VRMLPad
• 2.1.2 Internet Space Builder（ISB）
• 2.1.3 Cosmo World
• 2.2 虚拟场景基本节点
• 2.2.1 背景节点—Background节点
• 2.2.2 基本造型节点—Shape节点
• 2.2.3 场景效果节点
• 2.2.4 触摸感知器节点—TouchSensor节点
• 2.3 虚拟场景的静态模型设计
• 2.3.1 虚拟场景中背景的设计
• 2.3.2 虚拟场景中的主要建筑物设计
• 2.3.3 虚拟场景中花草树木、光源等辅助物的设计
• 第3章 虚拟场景的动态模型设计和优化
• 3.1 虚拟场景动态节点--Script节点
• 3.2 虚拟场景的动态设计
• 3.3 VRML动态漫游功能的实现
• 3.3.1 被动式漫游功能实现
• 3.3.2 交互式漫游功能的实现
• 第4章 虚拟教学楼的设计与实现
• 4.1 虚拟教学楼的整体设计
• 4.1.1 教学楼的设计
• 4.1.2 多媒体教室的设计
• 4.1.3 辅助物的设计
• 4.2 虚拟教学楼中的场景分割机制
• 4.2.1 场景分割机制
• 4.2.2 基于VRML的场景分割的实现
• 4.3 虚拟教学楼的动态实现
• 4.3.1 视点交互浏览
• 4.3.2 路由实现动态交互
• 4.3.3 JavaScript实现动态交互
• 4.4 虚拟教学楼的优化
• 4.4.1 使用基本造型节点建模
• 4.4.2 使用重用机制
• 4.4.3 使用内联与细节层次控制
• 4.4.4 充分使用纹理
• 4.5 虚拟教学楼整体效果图
• 第5章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的本文和参与科研项目
• 致谢