虛擬現實技術與VRML

摘要：虛擬現實技術是利用計算機的圖形環境和電子技術外設產生逼真的視、聽、觸、力等偽物質三維感覺環境。VRML是面向實時漫游的虛擬現實造型語言。本文簡要介紹了虛擬現實技術的概念、技術特征、應用及VRML的概念、發展與構造，并討論了VRML在虛擬現實技術應用中重要地位。

1 虛擬現實技術

1．1虛擬現實技術的概念

虛擬現實(Viamal Reality)技術是20世紀90年代以來興起的一種新型信息技術，是一種新的人一機界面形式。它追求的是將傳統的計算機從一種需要人用鍵盤、鼠標對其進行操作的設備變成了人處于計算機創造的人工環境中。用戶借助物定裝備(如數據手套、頭盔等)以自然方式與虛擬環境交互作用、相互影響，從而獲得與真實世界等同的感受以及在現實世界中難以經歷的體驗。

1．2虛擬現實技術的發展過程

虛擬現實技術的起源可以追溯到1970年，任Ivan Suther Land領導下研制成功了第一個頭盔顯示器。人們戴上頭盔顯示器，可以看到一個邊長5厘米的立方體線框圖飄浮在自己眼前。當實驗者轉動頭部時，可以看見這個發光的立方體的不同側面，可以像真實世界中那樣來確定這個物體的形狀和位置。1972年Nolan·Bushnell發明了電子游戲rorh；1985年，Apple公司的Macintosh開始研制Sinmet，1989年Sinmet完成。NASA的Ames研究中心利用Radioshaek公司的袖珍式液晶顯示電視的屏幕研制成為頭戴式虛擬現實眼鏡，并研制成第一臺商用虛擬現實硬／軟件，美國空軍的Supemoelwit飛行模擬器。虛擬現實這個名詞已成為平常生活話題。

1．3虛擬現實技術的特征

虛擬現實技術具有以下三個基本特征：

(1)沉浸性。虛擬現實技術是根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，由計算機產生逼真的三維立體圖像，使用者戴上頭盔顯示器和數據手套交互設備，便可將自己置身于虛擬環境中，成為虛擬環境中的一員。使用者與虛擬環境中的各種對象的相互作用，就如同在現實世界中的一樣。使用者在虛擬環境中，一切感覺都是那么逼真，有一種身臨其境的感覺。

(2)交互性。虛擬現實系統中的人機交互是一種近乎自然的交互，代寫畢業論文 使用者不僅可以利用電腦鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊頭盔、數據手套等傳感設備進行交互。使用者通過自身的語言、身體運動或動作等自然技能，就能對虛擬環境中的對象進行考察或操作。

(3)多感知性。由于虛擬現實系統中裝有視、聽、觸、動覺的傳感及反應裝置，因此，使用者在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而達到身臨其境的感受。

1．4虛擬現實技術的應用

隨著虛擬現實技術的迅速發展，它已經被應用于廣泛的領域：

(1)工程和建筑可用它設計各種產品和施工設備，建造工廠等預實現。如一個新產品的先期開發、一個具體建筑物一次性仿真。

(2)醫學其范圍包括建立合成藥物的分子結構模型到各種醫學模擬，如用來設計各種合成藥物，允許研究人員測試各種藥物特性，進行人體解剖仿真，外科手術仿真器。

(3)軍工模擬最初的軍工模擬是推動VR發展的主要力量，VR的許多成功的應用也是在此方面，代寫醫學論文如飛機駕駛模擬器、近戰戰術訓練器、虛擬戰場等。

(4)科學可視化現在，有許多數據或物質，如紅外光、微波、雷達、電磁場、在通道中流動的各種數據都不是可見的，利用VR技術，很容易將這些東西可視，這就為我們的研究帶來很大的方便。

(5)金融和娛樂金融可視化是指將大量數據變換成圖象式物質，從而使數據更易理解和分析。娛樂是VR的一個巨大市場，世界一些著名的娛樂城已建成VR娛東中心，在這個環境中許多話都已變成“現實”。

(6)教育VR教育是一種非常有意義的潛在市場。虛擬現實技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環境，學生能夠成為虛擬環境的一名參與者，在虛擬環境中扮演—個角色，這對調動學生的學習積極性，突破教學的重點、難點，培養學生的技能都將起到積極的作用。

2、VRML ．

2．1概念

VRML (Virtral Reality Modeling Language)是虛擬現實造型語言的縮寫形式。它是描述虛擬場景的一種標準。它定義了三維應用系統中常用的語言描述，如層次變換、光源、試點、幾何、動畫、霧、材料特性和紋理映射等，并具有簡單的行為特征描述功能。

設計VRML的一個主要目標就是保證它成為多個虛擬現實系統或其組成部分間有效的三維文件交換格式，并且，這些虛擬現實系統或其組成部分可分布在網絡的不同計算機處。

2．2 VRML的發展歷史

1994年5月。在瑞士日內瓦召開的萬維網(www)會議上。Mark Pesos和Tony Parisi在會上介紹了他們開發的可在萬維網上運行的虛擬現實界面。這時，由一個情趣相投者聯誼會BOF馬上產生強烈的反響，決定開發一種場景描述語言。它可以連通Web網。VRML這個詞就是在BOF的會議上造出來的。

1994年10月在芝加哥(Chicago)召開的第二次WWW會議上公布V1LML1．0的規范草案。主要的功能是完成靜態的3D場景，代寫碩士論文以及與HTML鏈接的功能和措施。另一位SGI的原Open Inventor的設計師Paul Ssi#39;aLt88開始作一個VRML公共域(publicdomain)的詞解程序(Parser)，當時流行于業界的名字叫Qmb．

1995年秋。SGI進一步推出了WebSpace Author(供創作的程序)。這是一種Web創作工具，可在場景內交互地擺放物體，并改進了場景的功能，還可用于發表VRML文件。

1996年初。VRML委員會審閱并討論了若干個VRML 2．0版本的建議方案，其中有SGI的動態境界(Mov-iIlg Worlds)提案、太陽微系統(Sun Microsystem)的全息網(Holl Web)、微軟公司(Mi )的能動VRML(Active、VRML)、蘋果公司(Apple)的超世界(Out of the woad)，以及其他多種提案。結果，Moving Worlds以70％選票贏得了絕對多數。1996年3月，VGA(、VRML．設計小組)決定將這個方案改造成為VRML 2．0。

1996年8月，VRML2．0在新奧爾良(New Orleans)的SIGGRAPH96會議上公布。

1998年發表中文國家標準。2002年8月，升級版本X3D通過國際標準。

2．3、VRML的應用框架

圖1是目前VRML應用的一般框架，潛在的應用正在不斷地發展當中。