Web模式下虛擬現(xiàn)實(shí)圖學(xué)教育軟件的開(kāi)發(fā)技術(shù)研究

【摘要】本文結(jié)合已開(kāi)發(fā)的多媒體遠(yuǎn)程教育軟件工程制圖的實(shí)例，對(duì)Web模式下虛擬現(xiàn)實(shí)圖學(xué)教育軟件的開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行具體的分析與研究；利用VRML2.0實(shí)現(xiàn)虛擬真實(shí)場(chǎng)景模擬實(shí)時(shí)交互行為，同時(shí)構(gòu)建基于WWW的交互界面虛擬現(xiàn)實(shí)軟件的關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】Web；虛擬現(xiàn)實(shí)軟件；圖學(xué)教育

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的不斷提高，目前我國(guó)多媒體技術(shù)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和發(fā)展有著較大的的提升。另外我國(guó)的圖學(xué)教育現(xiàn)代化也在隨著社會(huì)的發(fā)展，在不斷的普及變得更加廣泛；三維模型、三維動(dòng)畫(huà)逐漸成為多媒體CAI軟件的重要組成部分，但這一階段的模型與動(dòng)畫(huà)通常都是由設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)完成的二維圖片，用戶處于較為被動(dòng)的地位，只能單方面的接受知識(shí)，并沒(méi)有相關(guān)的交互性設(shè)計(jì)，圖形和文件體積一般都比較大，在顯示或傳遞的過(guò)程中速度較慢，在很大程度上影響了遠(yuǎn)程教育的效果。

一、VRML概念解析

由于受到HTML的限制，web頁(yè)面通常停留在基礎(chǔ)的平面效果上，用戶在瀏覽頁(yè)面時(shí)的動(dòng)態(tài)交互效果，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜繁瑣?；谶@樣的現(xiàn)狀，VRML應(yīng)運(yùn)而生；VRML所創(chuàng)造出來(lái)的是一個(gè)可進(jìn)入、可參與的世界。VRML1.0很容易制作出三維圖像或物體，這也正是VRML1.0設(shè)計(jì)的最基本目的，在后期的使用和發(fā)展過(guò)程中，使用VRML1.0可以制作出一些簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)，然而對(duì)運(yùn)行的環(huán)境有具體的限制，即只能在Live3D中運(yùn)行，并且成像速度比較慢，不能并行處理限制燈光范圍等，諸多方面的限制使得VRML2.0的出現(xiàn)也就成了必然事件。

VRML2.0的出現(xiàn)，完善了VRML1.0中出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)增加了一些行為，比如旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)、調(diào)整顏色等，主要的改進(jìn)有：改變了原有的靜態(tài)世界、加強(qiáng)了交互性、增加了更多的動(dòng)畫(huà)功能和編程功能，并且具有了原形定義的功能。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義及特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的新事物，是在多媒體技術(shù)出現(xiàn)之后的又一項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破。主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體，結(jié)合模擬技術(shù)、顯示技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)等，生成一個(gè)形象逼真的三維世界，用戶在使用的過(guò)程中，可以根據(jù)個(gè)人需求，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)世界里的物體進(jìn)行交互瀏覽。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征主要有沉浸感，即用戶在體現(xiàn)虛擬場(chǎng)景的時(shí)候，會(huì)有身臨其境的真實(shí)感，這也是虛擬技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的基本效果之一；其次是交互性，是指用戶與尋場(chǎng)景中的各種圖像事物相互作用的能力，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用戶在進(jìn)入虛擬環(huán)境后，通過(guò)相應(yīng)的傳感器等信息與環(huán)境發(fā)生交互作用；另外一個(gè)特點(diǎn)是想象性，虛擬現(xiàn)實(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的效果不僅是一個(gè)用戶與計(jì)算機(jī)終端的一個(gè)連接口，還可以吸引用戶長(zhǎng)期使用這一方式，一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)一種學(xué)習(xí)、創(chuàng)造到再學(xué)習(xí)的過(guò)程，所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以激發(fā)人們的創(chuàng)造性思維，以產(chǎn)生更多新奇的構(gòu)思與創(chuàng)新活動(dòng)。

三、利用VRML2.0建造虛擬場(chǎng)景

1、網(wǎng)上模型倉(cāng)庫(kù)的建造技術(shù)

計(jì)算機(jī)多媒體工程制圖教學(xué)軟件中包含有一個(gè)用于教學(xué)的模型庫(kù)，并且這個(gè)模型庫(kù)中具有一些零碎的三維模型，和與之相關(guān)的文字、音頻和一些安裝和拆卸的方法等；所以開(kāi)發(fā)出一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)圖學(xué)教育軟件，需要大量的技術(shù)和功能來(lái)支持開(kāi)發(fā)。

VRML2.0共有10個(gè)Geometry節(jié)點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有著不一樣的功能實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況需求，選用不同的節(jié)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)所需要實(shí)現(xiàn)的效果。

利用VRML2.0制作出的圓柱與圓錐相貫的虛擬模型，當(dāng)用戶鼠標(biāo)指針經(jīng)過(guò)圖像時(shí)，底部會(huì)出現(xiàn)這一圖像相關(guān)聯(lián)的介紹和特點(diǎn)等主要信息，當(dāng)點(diǎn)擊模型時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)圖像和解說(shuō)音頻。

2、實(shí)時(shí)交互輔助看圖場(chǎng)景的建造技術(shù)

在圖學(xué)教學(xué)中，求交的問(wèn)題通常是教學(xué)的重難點(diǎn)，利用VRML2.0中的一些節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)OrientationInterpolator節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物體的實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)，利用PositionInterpolator節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)物體的移動(dòng)功能，包括節(jié)點(diǎn)CoordinationInterpolator的使用，達(dá)到相應(yīng)的變形效果。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的效果。

在實(shí)現(xiàn)輔助平面法求相貫線的實(shí)時(shí)輔助看圖的虛擬場(chǎng)景，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)的拖動(dòng)，來(lái)改變輔助平面的位置，同時(shí)依靠Cosmo player 2.0 插件中的工具，可以具體地觀察得到這一平面與圓柱和圓錐相交時(shí)的狀態(tài)。

四、合成基于WWW的虛擬現(xiàn)實(shí)交互界面的技術(shù)

1、使用HTML創(chuàng)建幀

虛擬場(chǎng)景在建立完成后，要想成功在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行就需要將基于WWW合成的HTML文件，在集成VRML世界和HTML文件的基礎(chǔ)上使得Web界面更加豐滿。在Web界面里通常具備的一個(gè)多幀功能，將VRML同步的文本和導(dǎo)航運(yùn)用在用戶的瀏覽過(guò)程中，幫助用戶閱讀VRML世界。

2、利用VRML2.0中的Anchor與HTML通信

VRML2.0可以在虛擬場(chǎng)景的建設(shè)中，可以實(shí)現(xiàn)與超文本的連接對(duì)象，不局限于某一個(gè)音頻文件或圖片文件，范圍擴(kuò)大至任何一個(gè)可以被瀏覽器讀取的文件，都可以與其相連接。VRML2.0 Anchor節(jié)點(diǎn)在其中祈禱的作用則是，當(dāng)用戶點(diǎn)擊場(chǎng)景中的物體時(shí)，頁(yè)面會(huì)出現(xiàn)與之相對(duì)應(yīng)的文字描述。

3、利用HTML標(biāo)簽與VRML幀通信

HTML標(biāo)簽區(qū)間內(nèi)所定義的函數(shù)，通常包括有圖像文件、音頻文件、視頻文件和VRML文件等；通過(guò)使用HTML語(yǔ)言中的onLoad屬性，可以將之間定義的函數(shù)作為它的值，以這樣的方式實(shí)現(xiàn)與VRML的連接。當(dāng)點(diǎn)擊主菜單的平面與回轉(zhuǎn)體表面相交按鈕時(shí)，左邊的窗口護(hù)出現(xiàn)文字與音頻同時(shí)敘述事物的特點(diǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

VRML是唯一一個(gè)建立于WWW基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)3D虛擬場(chǎng)景的制作，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，虛擬現(xiàn)實(shí)圖學(xué)教育軟件的開(kāi)發(fā)和技術(shù)方面也有著明顯的提升，研究也在逐步加深，通過(guò)使用VRML2.0建立起的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，給人以更加形象的真實(shí)感，并且在場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)的文本、音頻等簡(jiǎn)介和描述，使得用戶在使用時(shí)更加簡(jiǎn)單方便；在電子信息化時(shí)代，任何事物的發(fā)展都是不可估量的，相信隨著社會(huì)各方面的額發(fā)展，web模式下的虛擬現(xiàn)實(shí)圖學(xué)教育軟件的開(kāi)發(fā)技術(shù)會(huì)有這更大的進(jìn)步，為我國(guó)圖學(xué)教育產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡(jiǎn)介】

陳言畝（1993—），男，漢族，泉州師范學(xué)院軟件學(xué)院本科生，研究方向：軟件開(kāi)發(fā)。