虛擬現(xiàn)實技術是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)它利用計算機生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：利用虛擬現(xiàn)實技術構建動畫素材開發(fā)環(huán)境的研究相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!

　　利用虛擬現(xiàn)實技術構建動畫素材開發(fā)環(huán)境的研究全文如下：

　　摘要：多媒體技術與虛擬現(xiàn)實技術是當今計算機發(fā)展的必然趨勢，如果將兩者結合起來應用于教學領域會是一種有益的嘗試。本文主要介紹了利用虛擬現(xiàn)實技術制作一個動畫開發(fā)環(huán)境的思想和方法,目的是解決制作網絡教學軟件時動畫開發(fā)依賴動畫工具比較復雜以及傳輸速度較慢的問題.這個開發(fā)環(huán)境適用于非計算機專業(yè)的教師使用。

　　關鍵字： 多媒體技術 虛擬現(xiàn)實(VRML) 動態(tài)鏈接庫 計算機輔助教育

　　0 引言

　　多媒體技術是當今計算機發(fā)展的必然趨勢。它集計算機技術、音像技術和通訊技術為一體,具有良好的集成性。它使信息不僅作用于人的視覺,而且也作用于人的聽覺,從而擴大了人對信息的攝入量,使得人機關系更加親近。

　　虛擬現(xiàn)實技術(簡稱VRML)是一種具有真實感的高級人機界面，人們能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互。這種技術的應用前景是非常廣泛的，在醫(yī)療、制造業(yè)、娛樂和教育等方面的應用也具有很大潛力?？梢韵胂螅绻隳軌蜻M入到具有沉浸感的，并且有多種感官反饋的虛擬境界中學習知識，無疑將使你的學習更為有效。

　　那么如何來構造這種虛擬現(xiàn)實的境界呢?VRML就是最佳的選擇。什么是VRML，VRML是Virtual Reality Modeling Language(虛擬現(xiàn)實造型語言)的縮寫。使用VRML，你能設計自己的三維虛擬空間、用你想象的任何東西來填充虛擬的世界。這些僅僅受限于你的想象力。VRML最讓人興奮的特點，是能夠使你創(chuàng)建動態(tài)的世界和感覺豐富的虛擬環(huán)境;動畫空間里的物體，使它們運動;在你的空間里播放聲音和影象;允許使用者和你的空間進行交互;使用腳本來控制，改進你的空間。

　　不僅如此，由于VRML文件僅僅是一些數(shù)學表達式來描述交互式的3D世界，并且也不需要傳輸大量的圖像文件，接受端在獲得這些表達式之后，將自行進行計算、加工、作色等處理，然后即顯示成3D圖像。因此，它在網上傳送的信息量將大為減少，這樣就解決了網絡傳輸速度的瓶頸問題。這樣就能夠使你在Internet上創(chuàng)建動態(tài)的世界和感覺豐富的虛擬環(huán)境。

　　綜上所述可以看到，如果能夠將虛擬現(xiàn)實語言(即VRML模型)應用于計算機輔助教學軟件的開發(fā)中將會是我們在教學方法上一次有益的嘗試，但是對非計算機人員來說學習該語言的學習是非常困難的，我們制作這個動畫開發(fā)環(huán)境就是想讓教學軟件的開發(fā)主體-----任課教師使用方便，只需填入參數(shù)便可生成需要的動畫了。

　　1 問題的提出

　　1.1 面臨的四個問題

　　通過研究分析，發(fā)現(xiàn)擺在我們面前的問題主要有四個：

　　(1) 如果想使一個VRML模型適應不同的用戶需求，該模型就必須是按用戶要求動態(tài)生成的。如根據(jù)用戶輸入的長、寬、高生成相應的長方體模型。采用什么辦法?

　　(2) 在模型數(shù)量越來越多的情況下，必須具備一種管理模型的機制，能有效的組織和管理眾多的模型。是利用數(shù)據(jù)庫還是別的什么技術?

　　(3) 為了保持該系統(tǒng)的穩(wěn)定健康的發(fā)展，必須能及時給系統(tǒng)補充新的模型，并對以往開發(fā)的舊模型進行及時更新。那么網絡是不是我們最好的答案?

　　(4) 對于按用戶要求動態(tài)生成的VRML模型，必須提供一種方法將其應用于教學軟件開發(fā)環(huán)境中，如VB、Authorware等。這種方法是什么?

　　1.2 四個模塊的確立

　　基于上一小節(jié)的分析，我們將該開發(fā)環(huán)境的設計分解為四個模塊進行處理：

　　※VML(VRML Models Library) 構建機制的設計與實現(xiàn)

　　※VRML代碼引擎的設計與實現(xiàn)

　　※VML網站建設

　　※利用VB或Authorware開發(fā)基于VRML的課件

　　首先使用者利用VML將用戶提出的要求(VRML節(jié)點的參數(shù))傳給 VRML代碼引擎，由引擎生成相應的VRML代碼，再通過VML將生成的代碼返回給使用者。然后使用者將得到的VRML代碼應用于其教學軟件開發(fā)環(huán)境中。同時，使用者還可以不斷的通過VML網站對VRML引擎進行豐富和更新。

　　2 VML構建機制的設計與實現(xiàn)

　　2.1根據(jù)用戶提出的要求動態(tài)生成VRML模型

　　對于這個問題，有三點是值得注意的：

　　(1) 用戶提出的要求應該是合理的要求，或者說是符合客觀規(guī)律的要求

　　因為顯然如果用戶要求系統(tǒng)為他生成一個上底面半徑為3，下底面半徑為4，高為5的圓柱體，系統(tǒng)恐怕永遠也辦不到。因為現(xiàn)實中，圓柱體上下底面半徑相同。這就要求我們必須為用戶提供一個預定義好的輸入界面。例如對于圓柱體，系統(tǒng)只提供底面半徑和高兩個輸入接口。

　　(2) 動態(tài)生成參數(shù)輸入接口

　　在研究VRML時，我們發(fā)現(xiàn)VRML本身只是一種描述三維虛擬空間的文件。而實際的三維模型的繪制工作由相應的VRML瀏覽器完成。因而，我們考慮是否可以給出一個參數(shù)接口描述文件，由系統(tǒng)讀入、分析，然后動態(tài)生成參數(shù)輸入接口。通過對VRML的初步學習，我們發(fā)現(xiàn)一個VRML模型需要的參數(shù)大體分為三種：數(shù)字、文本、布爾值。針對這三種參數(shù)我們給出了如下的參數(shù)描述定義：

　　數(shù)字 ：N,Caption,MinValue,MaxValue,InitValue

　　文本 ：T,Caption,InitText

　　布爾值：B,Caption,TrueText,FalseText,InitValue

　　其中各定義的意義如下表：

　　有了參數(shù)描述文件，我們又編制了相應的解釋描述文件并生成接口的程序。

　　(3) 對于生成的VRML模型，用戶是想將其獨立應用，還是組合到其他模型中去。 對于這兩種使用方式，最終的VRML代碼是有一些區(qū)別的。因此，必須提供對于該問題的選項以保證生成的代碼具有針對性。在我們的系統(tǒng)中具體的實現(xiàn)方法是如果用戶想將生成的模型組合到其他模型中去，他只需要將生成的代碼拷貝到剪貼板，然后再復制到他所在的VRML編輯環(huán)境中去。如果他是用于另一種目的，則系統(tǒng)將生成的代碼自動進行包裝并保存到用戶指定的 .wrl文件中去。

　　2.2 組織與管理大量的VRML模型

　　隨著模型(代碼引擎)的不斷開發(fā)，其數(shù)量也會越來越多。在這種情況下，就要求我們設計出一種能有效地組織和管理眾多的模型的機制。我們首先想到用數(shù)據(jù)庫來管理。但經分析發(fā)現(xiàn)，如果數(shù)據(jù)庫能根據(jù)用戶的要求返回模型，那這種模型必然是在數(shù)據(jù)庫中已經存在的靜態(tài)模型。如果考慮到用戶的各種要求，這個數(shù)據(jù)庫必然會無限膨脹以致失去其數(shù)據(jù)庫管理所具有的任何優(yōu)點。通過分析決定借鑒當前應用軟件(例如3D MAX)比較流行的管理機制——插件。這種機制就是將一類模型組織為一個插件(即為VRML代碼引擎)放到系統(tǒng)下。每次啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)會自動將其目錄下的所有插件裝載到系統(tǒng)中來擴充自己的功能?？梢韵胂蟛捎昧诉@種機制，肯定會極大地提高系統(tǒng)的擴展性與開放性。我們受到Windows編程中的“回調函數(shù)”思想的啟發(fā)：一般操作系統(tǒng)都是由系統(tǒng)提供函數(shù)，由程序來調用，而回調函數(shù)則是由程序提供函數(shù)，由系統(tǒng)調用，方向剛好相反。

　　這樣，我們的插件(VRML代碼引擎)也被設計成能夠提供一些標準的例程(回調函數(shù))來供系統(tǒng)來調用。其與系統(tǒng)協(xié)作的機理如下圖( 圖1 )：

　　這些例程包括：

　　getLibName 返回該插件所代表節(jié)點庫的名稱

　　getNodeNameList 返回該插件所提供的模型列表

　　getArgs 返回當前選中模型的參數(shù)描述定義

　　checkArgs 核對用戶的輸入是否正確

　　processArgs 利用代碼引擎生成VRML代碼

　　根據(jù)以上機理，我們編制了系統(tǒng)“諾德發(fā)動機(Node Engine)”;而插件則是制作成DLL(動態(tài)鏈接庫)形式。之所以采用DLL這種形式，是因為我們可以利用DLL的輸出例程及其動態(tài)調用機制模擬回調函數(shù)。 鑒于Delphi 4 集成開發(fā)環(huán)境是真正的面向應用程序設計全過程的可視化應用程序開發(fā)環(huán)境，其提供的大量實用工具可以使開發(fā)人員很容易地實現(xiàn)和完成復雜的功能。因此我們選擇Delphi 4作為我們的系統(tǒng)及插件的開發(fā)工具。

　　最后我們通過實例驗證了上述機制的可行性及實用性。另外補充一點：由于插件開發(fā)采用了DLL方式，所以只要其提供了符合規(guī)則的例程，至于使用什么開發(fā)工具開發(fā)則是無關緊要的。因此說，為了在極大程度上得到第三方開發(fā)人員提供的支持，該系統(tǒng)在開放性上做出了有效的努力。

　　3 VML網站建設

　　只有不斷變化、更新的事物才最具有生命力。由于我們的系統(tǒng)采用了插件機制，因此對于模型的更新與補充是相當方便的。只需將新的插件替換老的插件即可。問題是新的插件從何而來。最好的途徑當然是利用Internet。這就要求我們首先要建立一個VML網站，其次在系統(tǒng)中提供一個連到網站上的接口。對于后者，實現(xiàn)的方法非常簡單，只需在系統(tǒng)中提供一個連到VML網站的快捷按鈕即可。

　　VML網站的建設有兩點是很重要的。第一應使訪問者感受到該網站與其他網站的區(qū)別，即應體現(xiàn)出VRML的存在。第二對于眾多的插件，應分門別類加以管理，也就要合理安排超級鏈接。在網站的實現(xiàn)中，我們用Java編制了動態(tài)菜單來實現(xiàn)對插件有效的管理。

　　至于如何體現(xiàn)VRML的存在，我們在網站首頁用VRML編寫一個簡單的三維場景。但是VRML是用VRML瀏覽器播放的，在IE中，三維場景與網頁其他部分會被VRML瀏覽器分隔開，不利于整體效果。為了解決這個問題，我們對VRML瀏覽器進行研究發(fā)現(xiàn)其描繪三維場景時使用了Microsoft公司的DirectX技術。在DirectX中有一個組件DirectAnimation是專門用來配合DHTML(動態(tài)HTML)制作網頁二維和三維動畫的。

　　因此我們便直接使用該組件構造用來模擬VRML的三維場景(如 圖 2)。對于如何在網站上組織管理插件，我們用現(xiàn)今非常流行的Java語言編制了動態(tài)菜單來管理。之所以稱之為動態(tài)菜單，是因為菜單的所有菜單項均是根據(jù)一個外部描述文件來動態(tài)生成。生成的菜單(如圖3)。

　　有了動態(tài)菜單的管理機制，當網站中插件有了變化時，維護人員便可以在最短時間內，最有效的對連接插件的超級鏈接進行維護。

　　4 結束語

　　該課題是在認知心理學理論,教學設計原理的指導下，在多媒體技術、VRML語言、網絡共享交互技術的基礎上開發(fā)出來的。本軟件的目的就是為了簡化VRML模型制作過程,以便廣大教師,特別是非計算機專業(yè)的教師應用模型開發(fā)課件。教育是一個永恒的話題，也是一門永無止境的科學，在眾多教育工作者的共同努力下，它必將會綻放出更為璀璨絢麗的光芒。

　　參考文獻：

　　1. [美]Andrea L.Ames VRML 資源手冊 電子工業(yè)出版社

　　2. [美]Richard C.Leinecker Visual J++ 寶典 電子工業(yè)出版社

　　3. 詹里 Delphi 4.0 新起點 機械工業(yè)出版社

　　4. 李元泰 Windows 程序設計實現(xiàn) 電子工業(yè)出版社