Web模式下虛擬現實圖學教育軟件的開發(fā)技術研究

【摘要】本文結合已開發(fā)的多媒體遠程教育軟件工程制圖的實例，對Web模式下虛擬現實圖學教育軟件的開發(fā)技術進行具體的分析與研究；利用VRML2.0實現虛擬真實場景模擬實時交互行為，同時構建基于WWW的交互界面虛擬現實軟件的關鍵技術。

【關鍵詞】Web；虛擬現實軟件；圖學教育

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

一、VRML概念解析

由于受到HTML的限制，web頁面通常停留在基礎的平面效果上，用戶在瀏覽頁面時的動態(tài)交互效果，實現起來較為復雜繁瑣。基于這樣的現狀，VRML應運而生；VRML所創(chuàng)造出來的是一個可進入、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設計的最基本目的，在后期的使用和發(fā)展過程中，使用VRML1.0可以制作出一些簡單的動畫，然而對運行的環(huán)境有具體的限制，即只能在Live3D中運行，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的出現也就成了必然事件。

VRML2.0的出現，完善了VRML1.0中出現的問題，同時增加了一些行為，比如旋轉、滾動、調整顏色等，主要的改進有：改變了原有的靜態(tài)世界、加強了交互性、增加了更多的動畫功能和編程功能，并且具有了原形定義的功能。

二、虛擬現實技術的定義及特征

虛擬現實技術是在計算機技術不斷發(fā)展進步的基礎上產生的新事物，是在多媒體技術出現之后的又一項計算機技術的突破。主要是以計算機技術為主體，結合模擬技術、顯示技術、傳感技術、人機界面技術等，生成一個形象逼真的三維世界，用戶在使用的過程中，可以根據個人需求，對虛擬現實世界里的物體進行交互瀏覽。

虛擬現實技術的特征主要有沉浸感，即用戶在體現虛擬場景的時候，會有身臨其境的真實感，這也是虛擬技術要實現的基本效果之一；其次是交互性，是指用戶與尋場景中的各種圖像事物相互作用的能力，簡單來說就是用戶在進入虛擬環(huán)境后，通過相應的傳感器等信息與環(huán)境發(fā)生交互作用；另外一個特點是想象性，虛擬現實呈現出來的效果不僅是一個用戶與計算機終端的一個連接口，還可以吸引用戶長期使用這一方式，一定時間后會出現一種學習、創(chuàng)造到再學習的過程，所以虛擬現實技術可以激發(fā)人們的創(chuàng)造性思維，以產生更多新奇的構思與創(chuàng)新活動。

三、利用VRML2.0建造虛擬場景

1、網上模型倉庫的建造技術

計算機多媒體工程制圖教學軟件中包含有一個用于教學的模型庫，并且這個模型庫中具有一些零碎的三維模型，和與之相關的文字、音頻和一些安裝和拆卸的方法等；所以開發(fā)出一個虛擬的現實圖學教育軟件，需要大量的技術和功能來支持開發(fā)。

VRML2.0共有10個Geometry節(jié)點，在開發(fā)利用的過程中，各個節(jié)點都有著不一樣的功能實現特點，根據實際情況需求，選用不同的節(jié)點以實現所需要實現的效果。

利用VRML2.0制作出的圓柱與圓錐相貫的虛擬模型，當用戶鼠標指針經過圖像時，底部會出現這一圖像相關聯(lián)的介紹和特點等主要信息，當點擊模型時，則會出現相應的動畫圖像和解說音頻。

2、實時交互輔助看圖場景的建造技術

在圖學教學中，求交的問題通常是教學的重難點，利用VRML2.0中的一些節(jié)點，可以通過OrientationInterpolator節(jié)點，實現物體的實時旋轉，利用PositionInterpolator節(jié)點實現物體的移動功能，包括節(jié)點CoordinationInterpolator的使用，達到相應的變形效果。根據實際情況對節(jié)點進行利用，實現動態(tài)的效果。

在實現輔助平面法求相貫線的實時輔助看圖的虛擬場景，用戶可以通過鼠標的拖動，來改變輔助平面的位置，同時依靠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的狀態(tài)。

四、合成基于WWW的虛擬現實交互界面的技術

1、使用HTML創(chuàng)建幀

虛擬場景在建立完成后，要想成功在網絡上運行就需要將基于WWW合成的HTML文件，在集成VRML世界和HTML文件的基礎上使得Web界面更加豐滿。在Web界面里通常具備的一個多幀功能，將VRML同步的文本和導航運用在用戶的瀏覽過程中，幫助用戶閱讀VRML世界。

2、利用VRML2.0中的Anchor與HTML通信

VRML2.0可以在虛擬場景的建設中，可以實現與超文本的連接對象，不局限于某一個音頻文件或圖片文件，范圍擴大至任何一個可以被瀏覽器讀取的文件，都可以與其相連接。VRML2.0 Anchor節(jié)點在其中祈禱的作用則是，當用戶點擊場景中的物體時，頁面會出現與之相對應的文字描述。

3、利用HTML標簽與VRML幀通信

HTML標簽區(qū)間內所定義的函數，通常包括有圖像文件、音頻文件、視頻文件和VRML文件等；通過使用HTML語言中的onLoad屬性，可以將之間定義的函數作為它的值，以這樣的方式實現與VRML的連接。當點擊主菜單的平面與回轉體表面相交按鈕時，左邊的窗口護出現文字與音頻同時敘述事物的特點。

五、結語

VRML是唯一一個建立于WWW基礎上，可以實現3D虛擬場景的制作，隨著計算機技術水平的提高，虛擬現實圖學教育軟件的開發(fā)和技術方面也有著明顯的提升，研究也在逐步加深，通過使用VRML2.0建立起的虛擬現實場景，給人以更加形象的真實感，并且在場景中實現的文本、音頻等簡介和描述，使得用戶在使用時更加簡單方便；在電子信息化時代，任何事物的發(fā)展都是不可估量的，相信隨著社會各方面的額發(fā)展，web模式下的虛擬現實圖學教育軟件的開發(fā)技術會有這更大的進步，為我國圖學教育產生更加深遠的影響。

【參考文獻】

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【作者簡介】

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