淺談第二代Web語(yǔ)言
——VRML的發(fā)展及其應(yīng)用

金燁

（太原大學(xué)教育學(xué)院，山西太原 030001）

淺談第二代Web語(yǔ)言
——VRML的發(fā)展及其應(yīng)用

金燁

（太原大學(xué)教育學(xué)院，山西太原 030001）

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為第二代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)越來(lái)越引起人們的廣泛關(guān)注并被廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面。本文通過(guò)與第一代Web語(yǔ)言做對(duì)比，簡(jiǎn)要介紹了第二代Web語(yǔ)言——虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言（VRML）的概念、發(fā)展歷史、特點(diǎn)以及VRML在多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景。

VRML；第二代Web語(yǔ)言；虛擬現(xiàn)實(shí)

一、引言

在網(wǎng)絡(luò)中，人們接觸到的各種形形色色的網(wǎng)頁(yè)，都是以HTML為核心建立的第一代萬(wàn)維網(wǎng)。HTML結(jié)合多媒體技術(shù)可以提供圖片、音樂(lè)、視頻等多媒體元素的瀏覽，而且在JavaScript、VBScript等腳本語(yǔ)言的支持下，可以提供一定的人機(jī)交互功能。但是這些網(wǎng)頁(yè)都是平面的，只能提供二維的、靜態(tài)的信息，交互方式也很單調(diào)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已不能再滿足人們的需求。

人們?cè)谝曈X(jué)疲勞的時(shí)候，總會(huì)幻想在網(wǎng)絡(luò)中也有一個(gè)類(lèi)似于真實(shí)世界的虛擬世界。人們?cè)谶@個(gè)虛擬世界中有更大的自由度。這樣的虛擬世界的建立是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)之一，我們稱(chēng)它為虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）是20世紀(jì)90年代興起的一種新的人機(jī)交互界面形式。它通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬出一個(gè)人工環(huán)境，讓人處于其中并以高度自由的交互方式讓用戶獲得如同在真實(shí)世界中一樣的類(lèi)似感受。VRML就是一種可以建立虛擬場(chǎng)景的建模語(yǔ)言。

二、VR ML及其格式

VRML（Virtual Reality Modeling Language）的中文名字是虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言。它是一個(gè)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行描述的標(biāo)準(zhǔn)，是通過(guò)對(duì)三維場(chǎng)景中的節(jié)點(diǎn)、材料質(zhì)地、幾何形狀、光線、紋理特征等概念進(jìn)行定義和解釋?zhuān)⒑虸nter、多媒體技術(shù)等結(jié)合在一起形成一種虛擬現(xiàn)實(shí)交互界面的建模語(yǔ)言。

VRML文件主要包括四個(gè)主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點(diǎn)和腳本、路由。在這四個(gè)要素中，只有文件頭部分是必須的，1.0標(biāo)準(zhǔn)中文件只支持ASCII字符集，所以文本頭為#VRMLV1.0ASCII。VRML 2.0標(biāo)準(zhǔn)的文件頭與1.0標(biāo)準(zhǔn)的不同，文件頭為#VRML V2.0 utf8。為了向下兼容，VRML 2.0文件格式兼容1.0文件格式。這個(gè)文件頭有三個(gè)含義：第一、表明這個(gè)文件是一個(gè)VRML文件；第二，符合VRML 2.0版本；第三，文件使用的是utf8字符集。文件頭用于告訴瀏覽器該文件符合的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建了帶有指定名稱(chēng)、接口和整體的新節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點(diǎn)是VRML中的基本建造模塊，它構(gòu)成了VRML文件的主體部分。腳本可以看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)的外殼，它的動(dòng)作可以通過(guò)程序腳本來(lái)賦予。這里的程序腳本是一種簡(jiǎn)化了的應(yīng)用程序，一個(gè)典型的腳本是由Java或JavaScript編程語(yǔ)言寫(xiě)成的程序。路由是一種文本描述的消息，一旦在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建了一個(gè)路由，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以順著路由傳遞消息給第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣的消息被稱(chēng)為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點(diǎn)和域值、定義的節(jié)點(diǎn)名、使用的節(jié)點(diǎn)名等。

以VRML為核心建立的Web被稱(chēng)為第二代萬(wàn)維網(wǎng)，以其立體的場(chǎng)景、強(qiáng)烈的代入感、高度的自由感和更多樣的交互性等特點(diǎn)區(qū)別于以HTML為核心建立的第一代平面Web。它能帶給用戶如身臨其境的感官享受，如隨著用戶活動(dòng)而感受到的光線變化、因距離聲源的遠(yuǎn)近而感受到的聲音的大小變換等，都是第一代萬(wàn)維網(wǎng)無(wú)法做到的。

三、VR ML的發(fā)展歷史

VRML起源于1994年5月在瑞士日內(nèi)瓦召開(kāi)的WWW會(huì)議。會(huì)議上，Mark Pesce和Tony Parisi向與會(huì)者展示了一種他們開(kāi)發(fā)的可以在萬(wàn)維網(wǎng)上運(yùn)行的虛擬場(chǎng)景的界面，并引起了強(qiáng)烈的反響。與會(huì)的一個(gè)叫BOF的組織決定開(kāi)發(fā)一種用于虛擬場(chǎng)景描述的語(yǔ)言，并把它定名為VRML。

1994年10月在芝加哥召開(kāi)的第二次萬(wàn)維網(wǎng)會(huì)議上，一個(gè)名為WWW-VRML的Mailing List組織發(fā)布了VRML 1.0的草案。VRML 1.0確立了以后的工作核心，為以后的版本更新打好了基礎(chǔ)，但它本身的功能十分有限，只能建立一個(gè)靜態(tài)的虛擬環(huán)境，只能一個(gè)用戶使用且沒(méi)有交互功能，而且它完全面向ASCLL字符集沒(méi)有處理127個(gè)以上字符的能力。

在VRML 1.0的基礎(chǔ)進(jìn)行了很大的補(bǔ)充和完善后，VRML 2.0的規(guī)范于1996年8月在新奧爾良召開(kāi)的SIGGRAPH'96會(huì)議上通過(guò)。并于1997年4月向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO JYCI/SC24委員會(huì)提交申請(qǐng)，成為VRML國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，定名為VRML 97。

1998年底由Web3D聯(lián)盟提出VRML2000X規(guī)范，也被稱(chēng)為X3D(Extensible 3D)。2002年3月發(fā)布了X3D的第一版，2004年8月X3D被ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)正式批準(zhǔn)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO／IEC19775)。

四、VR ML的工作原理及其特點(diǎn)

雖然VRML給出的是三維虛擬場(chǎng)景，但它在網(wǎng)絡(luò)中的訪問(wèn)速度卻并不慢。最初VRML的設(shè)計(jì)者們就考慮到了在網(wǎng)絡(luò)中傳輸圖片文件的速度很慢，而文本信息的速度卻很快的情況，所以VRML傳輸?shù)闹皇敲枋鎏摂M場(chǎng)景的文本信息。服務(wù)器把VRML的文本信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩裟堑目蛻舳擞?jì)算機(jī)上中，由客戶端的計(jì)算機(jī)根據(jù)VRML文本中提供的信息建立相對(duì)于的三維虛擬場(chǎng)景，這就是VRML的基本工作原理，被稱(chēng)為服務(wù)器/客戶端（C/S）模式。這種工作模式也是VRML的特點(diǎn)之一。這種工作方式不僅減少了服務(wù)器的工作量和網(wǎng)路的負(fù)荷，還由于場(chǎng)景的建立是在本地計(jì)算機(jī)上，也實(shí)現(xiàn)了VRML的訪問(wèn)與平臺(tái)無(wú)關(guān)的特性，最大限度的利用了客戶端資源。當(dāng)然，在客戶端生成虛擬場(chǎng)景的時(shí)候需要有專(zhuān)門(mén)的VRML瀏覽器如Cosmo Player、Worldview、Crotona等，或安裝有VRML瀏覽插件來(lái)對(duì)VRML的文本信息進(jìn)行解釋。

VRML的第二個(gè)特點(diǎn)是實(shí)時(shí)渲染。由于VRML的C/S的工作模式，VRML虛擬場(chǎng)景中的色彩等元素的渲染是在本地計(jì)算機(jī)上完成的。他的渲染不同于圖片、動(dòng)畫(huà)或三維建模等，后者的預(yù)先進(jìn)行渲染的，而VRML場(chǎng)景則是根據(jù)用戶的瀏覽情況，由本地計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行的渲染，有很強(qiáng)的交互性和靈活性。

VRML的第三個(gè)特點(diǎn)是它是可擴(kuò)充的。VRML不只是一種語(yǔ)言，還是一個(gè)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。VRML一開(kāi)始就被定義為是可擴(kuò)充的，一是為了減少市場(chǎng)的沖突，加強(qiáng)協(xié)作，最大化的資源整合和減少由不同的技術(shù)規(guī)范給用戶帶來(lái)的不便；二是鼓勵(lì)其他的相關(guān)技術(shù)引用VRML或稱(chēng)為VRML的一部分，達(dá)到擴(kuò)充和完善VRML標(biāo)準(zhǔn)的目的。所以VRML是不斷發(fā)展的。

但VRML也有很多缺點(diǎn)，如著色不如OpenGL快、沒(méi)有底層控制、缺乏數(shù)據(jù)庫(kù)支持等。

五、VR ML的應(yīng)用

VRML有著眾多的優(yōu)勢(shì)，在諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。例如：

（一）教育領(lǐng)域

利用VRML獨(dú)特的立體交互方式和代入感，可以把課程當(dāng)中很多抽象的或不可能展示出來(lái)的內(nèi)容通過(guò)虛擬的方式具現(xiàn)化，以真實(shí)的例子展現(xiàn)在學(xué)生眼前。如化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、事件的模擬或?qū)W習(xí)場(chǎng)景的建立等等。既方便學(xué)生的理解，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教育教學(xué)水平。

（二）商業(yè)領(lǐng)域

電子購(gòu)物已經(jīng)是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分了，但用戶購(gòu)物時(shí)只能觀察到平面的照片，并不能很好的選購(gòu)商品。而VRML構(gòu)建的商品時(shí)立體的，用戶可以很方便的從各個(gè)角度觀察商品，使用戶在電子購(gòu)物時(shí)也能有逛街的感覺(jué)。

（三）工程領(lǐng)域

在工程領(lǐng)域中新項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)都是通過(guò)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)品、到生產(chǎn)這三個(gè)環(huán)節(jié)逐步實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)新的設(shè)計(jì)需要反復(fù)的推敲和試驗(yàn)才有可能成為定型產(chǎn)品，而且平面設(shè)計(jì)圖很難讓人把握設(shè)計(jì)中的整體性和協(xié)調(diào)性，也需要不斷修改，過(guò)程繁復(fù)，耗時(shí)耗力。應(yīng)用VRML制作出三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬模型，使得復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可視化仿真成為現(xiàn)實(shí)。問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決變得直觀明了，從而達(dá)到到高效、快速、敏捷、一次試制成功的目的。

（四）娛樂(lè)領(lǐng)域

VRML在這個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用可以說(shuō)是最吸引人的。通過(guò)VRML虛擬出各種人們平時(shí)去不了的或夢(mèng)幻不存在的場(chǎng)景，加上其良好的實(shí)時(shí)交互方式和強(qiáng)烈的代入感，人們?cè)谄渲杏螒?、探險(xiǎn)等，都能有身臨其境的感官享受和樂(lè)趣。也許有天，不出門(mén)就可遍覽世界諸多名勝不會(huì)只是出現(xiàn)在夢(mèng)中了。如上海的世博會(huì)，在網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建了一些場(chǎng)館的虛擬場(chǎng)景，不能去上海的人們可以很方便的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)參觀這些場(chǎng)館，達(dá)到了參與世博、宣傳世博的目的。通過(guò)以上列舉的部分領(lǐng)域的應(yīng)用可以預(yù)見(jiàn)，VRML有著巨大的潛力和廣闊的發(fā)展空間，它的發(fā)展會(huì)影響和改變我們生活中的各個(gè)方面。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了VRML的概念、發(fā)展歷程、特點(diǎn)和一些應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)與第一代WWW做對(duì)比，可以看出VRML具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。雖然VRML的發(fā)展現(xiàn)在還處于起步階段，實(shí)際應(yīng)用并不普及，但我們可以預(yù)見(jiàn)到，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，VRML終將改變我們的生活。

［1］陽(yáng)化冰，劉忠麗等.虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)造語(yǔ)言VRML［M］.北京航空航天大學(xué)出版社.

［2］王付生.WWW上的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)-VRML的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.電腦應(yīng)用技術(shù)，2000，（10）.

［3］孟國(guó)軍，鐘家騏.第二代Web語(yǔ)言VRML的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2003，29（2）.

［4］周前祥，姜世忠，姜國(guó)華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2003，20（7）.

（責(zé)編：趙國(guó)梁）

TP312

A

1008-8431（2010）05-0072-03

2010-09-28

金燁（1982-），男，太原師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，太原大學(xué)教育學(xué)院助教。