虚拟现实技术的应用---基于VRML技术的城市之旅(4)

　　80年代后期，仿真在诸多方面都发生了重大的转变，仿真研究的对象已由连续转向离散事件系统。仿真已由重视实验转向重视建模与结果分析。已成为一种重要的仿真工具。计算机仿真是一门利用计算机模拟真实系统进行科学实验的技术。

　　由于从强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，仿真系统的交互性大大加强。就应用领域方面而言，仿真已从研究制造对象的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。这些转变明显地说明，计算机仿真已经进入了一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功能已越来越突出。虚拟现实促进了仿真技术的发展。虚拟现实是采用计算机仿真技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟，置身于该环境中的人们可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用，达到彼此融为一体的程度。近年来随着信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术、多媒体技术和虚拟现实技术的发展，使得建立人机一体化的、分布的、多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，仿真因此形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等^[5]。

　　1.VRML对三维虚拟世界的描述

　　VRML规定了3D应用中大多数常见的功能。

　　(1)建模能力，VRML定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力较强。                                       

　　● 基本几何形体：Box、Sphere、Cone、Cylinder

　　●    构造几何形体：IndexLineSet、IndexFaceSet、Extrusion、PiontSet、ElevationGrid

　　●    造型编组、造型定位、旋转及缩放：Group、Transform

　　●    特殊造型：Billbord、Backgroud、Text

　　基本几何形体节点只能作十分有限的几种造型，用点、线、面索引节点及拉伸节点就可以构造任意复杂的实体形状。特殊造型节点可用于场景中的文字、背景颜色等设置。造型编组可以用来描述装配关系，其中Transform节点可以确定装配位置、方向。

　　(2)真实感及渲染能力，通过提供丰富的相关节点的渲染，可以很精细地实现光照、着色、纹理贴图、三维立体声源。

　　●    光照：HeadLight、SpotLight、PointLight、DirectionLight

　　●    材质着色：Material、Appearance、Color、ColorInterpolator

　　●    纹理：ImageTexture、MoviceTexture、PixelTexture、TextureTransform

　　●    雾：Fog

　　●    明暗控制说明：Normal、NormalInterpolator

　　●    三维声音：Sound

　　场景光照的设置直接影响观察者的视觉效果，这几种光照节点可以提供各种虚拟场景的光源。不同材质的物体色彩及反光效果不同，VRML的材质及着色节点的使用可以仿造如同真实物体给出的视觉效果。文理节点可以对实体表面粘贴图片或进行像素点的设置以使实体具有同实物一样的表面花纹。雾、明暗控制都对场景的光线反射有影响。声音节点可以在场景中模拟出实际空间可能产生的各种声响，如、碰撞声等^[6]。

　　(3)观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互。视点可以控制对三维世界的观察方式。

　　●    传感器：CylinderSensor、PlaneSensor、VisibilitySensor、ProxymitySensor、SphereSensor、TouchSensor

　　●    控制视点：ViewPoint、NavigationInfo

　　各种传感器节点可以感知用户鼠标的指针，TouchSensor节点在数控车床操作按纽功能的仿真中十分有用。视点控制可以预先提供给用户一些更好的观察角度。

　　(4)动画，VRML提供了方便的动画控制方式。

　　● 关键帧时间传感器：TimeSensor

　　●线性插值器及姿态调整：CoordinateInterpolator、OrientationInterpolator、ScalarInterpolator

　　这两组节点的配合使用可以产生场景中的动画效果，关键帧时间传感器节点驱动线性插值器节点按时间顺序给出关键值插值，这些插值就是关键震动画时控制实体位置、状态所需要的中间过渡值。

　　(5)细节等级管理及碰撞检测：LOD、Collision

　　细节等级管理是对复杂实体的细节显示加以控制，使该实体可在视点外或远离视点时不显示或粗略显示。VRML自身提供的碰撞检测是指观察者在虚拟场景中的替身与实体的碰撞。

　　(6)超链接及嵌入：Anchor、Inline

　　这两个节点使VRML可以由一个虚拟场景直接链接到另一个场景，或者将另一个场景中的实体嵌入自己的场景中。

　　2.VRML的执行模式

　　通过使用VRML的Script节点编程、与Java间事件访问和建立场景图内部消息通道能够很方便的实现虚拟实体的交互和动画功能。VRML场景图可以接受两种事件驱动：从路由语句传过来的入事件及由外部程序接口写入的直接事件。路由语句说明由场景传出的每一条消息的传递路径，也就是从一个节点的出事件域传出的事件传递到一个节点的入事件域。场景中传感器节点通常定义了触发事件，它通过路由发送到场景图的其他节点的入事件域。如传感器节点的触发事件直接传递到插补器节点产生关键值插值，也可以传递Script节点进行运算处理产生关键值插值。Script节点的处理过程就是JavaScript语法编写脚本程序。Script节点还可以通过URL域引入Java程序到其他需要的节点，比如传送给实体改变它的位置、形状。由外部程序接口写入的直接事件不需要路由图传递，但其他执行过程都是一样的。如果需要外部程序的响应，它应该能够有读取节点出事件域数据的接口^[7]。