虛擬場(chǎng)景中虛擬化身的應(yīng)用

張佳杰 崔朝霞 何金寶

針對(duì)瀏覽者在虛擬場(chǎng)景中游覽迷失方向，缺少沉浸感的問(wèn)題。提出一種有效的解決辦法，即通過(guò)添加虛擬化身使虛擬環(huán)境更活潑，更有吸引力。 利用虛擬化身，自動(dòng)帶領(lǐng)瀏覽者參觀虛擬場(chǎng)景，充分了解環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是20世紀(jì)80年代末90年代初崛起的一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)。它可以真實(shí)的模擬出現(xiàn)實(shí)世界的事物或環(huán)境，用戶(hù)投入到這種環(huán)境中，猶如“身臨其境”的感覺(jué)。但是，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)的不斷深入，僅有景色、障礙物的三維場(chǎng)景已經(jīng)無(wú)法滿足人們視覺(jué)的需求，需要引入一些生動(dòng)的人物角色，即虛擬化身，并在虛擬化身身上完成各類(lèi)交互，來(lái)增加瀏覽者的沉浸感。

1 建立虛擬化身模型

當(dāng)一個(gè)虛擬的三維場(chǎng)景建好后，為了使虛擬場(chǎng)景更活潑更具吸引力，在虛擬場(chǎng)景中設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬化身是很有必要的。虛擬化身的設(shè)計(jì)手先就是建立虛擬化身模型。目前有許多建立虛擬人體模型的方法，根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和人體骨骼的構(gòu)造，采用建模的方法建立虛擬化身模型。建模過(guò)程如下：

（1）繪出三維人體骨骼層次結(jié)構(gòu)圖

（2）通過(guò)VRML語(yǔ)言中的坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)（Transform）、內(nèi)聯(lián)結(jié)點(diǎn)（Inline）等進(jìn)行設(shè)計(jì)生成人體三維骨骼圖。

（3）采用Avatar Studio軟件生成虛擬化身。通過(guò)Export VRML導(dǎo)出，生成wrl文件。使用Avatar Studio軟件導(dǎo)出的虛擬替身，生成的avatar.wrl文件存在類(lèi)型定義不匹配的問(wèn)題，需要修改類(lèi)型定義。Avatar Studio生成的avatar.wrl文件的PROTO節(jié)點(diǎn)position域的定義為exposedField SFVec3f position 0 0 0與后面要在Script節(jié)點(diǎn)調(diào)用position域的定義類(lèi)型不匹配，需要修改為eventIn SFVec3f position。

2 實(shí)現(xiàn)人性化的虛擬化身

要想得到逼真的虛擬化身，就需要使虛擬化身具有人性化，實(shí)現(xiàn)真實(shí)的人體動(dòng)作。其中最基本的就是行走，即虛擬化身在虛擬場(chǎng)景中如何引導(dǎo)瀏覽者瀏覽場(chǎng)景，在遇到障礙物時(shí)如何避障。

通過(guò)Avatar Studio軟件生成的虛擬人能夠產(chǎn)生一些簡(jiǎn)單動(dòng)作，通過(guò)ROUTE節(jié)點(diǎn)的enentIn和eventOut域來(lái)進(jìn)行傳遞，avatar.wrl文件的動(dòng)作觸發(fā)代碼如下：

動(dòng)效果，此時(shí)需要腳本語(yǔ)言。腳本語(yǔ)言是一種靈活的互動(dòng)效果實(shí)現(xiàn)方式。VRML中常用的腳本語(yǔ)言是ECMAScript（典型的是JavaScript）、VrmlScript和Java。JavaScript和VrmlScript是VR Pad軟件自帶的兩種腳本語(yǔ)言，只適合在簡(jiǎn)單的場(chǎng)景中使用，對(duì)于復(fù)雜的場(chǎng)景需要采用Java。這里通過(guò)加載path和obstacle文件實(shí)現(xiàn)虛擬人的導(dǎo)航路徑規(guī)劃。

目前VRML編程接口有以下四種方式：

1）內(nèi)嵌在VRML的Script節(jié)點(diǎn)中的描述性腳本語(yǔ)言VrmlScript和JavaScript；

2）WWW瀏覽器+VRML插件方式，通過(guò)對(duì)VRML EAI外部創(chuàng)作接口進(jìn)行編程，允許VRML世界與網(wǎng)頁(yè)其它對(duì)象相互溝通；

3）在VRML的Script節(jié)點(diǎn)中引用外部Java類(lèi)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一些特殊的、VrmlScript語(yǔ)言所不能實(shí)現(xiàn)的功能；

4）應(yīng)用VRML解釋器提供的Automation接口進(jìn)行編程。

設(shè)計(jì)中主要使用了前三種編程接口，通過(guò)觸發(fā)器ProximitySensor來(lái)檢測(cè)用戶(hù)在場(chǎng)景中的移動(dòng)，當(dāng)有用戶(hù)進(jìn)入或退出場(chǎng)景時(shí)，該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生事件。被感應(yīng)的區(qū)域由size和center設(shè)定，它們?cè)诰植孔鴺?biāo)空間定義一個(gè)矩形區(qū)域，該區(qū)域的各條邊平行于各個(gè)主坐標(biāo)軸。當(dāng)用戶(hù)進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，將產(chǎn)生兩個(gè)事件isActive為真和enterTime為當(dāng)前時(shí)間，當(dāng)用戶(hù)離開(kāi)該區(qū)域時(shí)，將產(chǎn)生兩個(gè)事件isActive為假和exitTime為當(dāng)前時(shí)間。當(dāng)用戶(hù)在該區(qū)域時(shí)，位置的改變將會(huì)產(chǎn)生position_changed事件，方向的改變將產(chǎn)生orientation_changed事件。ProximitySensor的語(yǔ)法定義如下：

在Java程序中，通過(guò)EAI獲得該P(yáng)roximitySensor的position_changed事件出口。通過(guò)EAI要求自動(dòng)捕獲事件，即當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，外部的Java代碼自動(dòng)獲得通知，并由參數(shù)獲得事件數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)是一個(gè)充滿活力，具有巨大應(yīng)用前景的高新技術(shù)領(lǐng)域。虛擬化身是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域一個(gè)很具有發(fā)展?jié)摿Φ姆较?。文中通過(guò)在虛擬場(chǎng)景中添加虛擬化身，來(lái)增加場(chǎng)景的活力和瀏覽者的沉浸感。未來(lái)虛擬化身將不止應(yīng)用于虛擬場(chǎng)景中，也將走入現(xiàn)實(shí)世界，服務(wù)人類(lèi)，實(shí)現(xiàn)工作休息兩不誤的狀態(tài)。

（作者單位：河北聯(lián)合大學(xué)遷安學(xué)院）