基于x3d的虚拟场景建模技术

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1、基于X3D的虚拟场景建模技术　　论文关键词:虚拟现实X3D建模　　论文摘要:L、OpenGL、Java3D、X3D等软件组成。X3D是一种为描述网络上三维物体及其行为而设计的面向对象的基于组件的三维图形规范。2002年3月发布了第一版，2004年8月被ISO(国际标准化组织)正式批准成为旧际标准(ISO／IEC19775)。由于X3D本身的平台无关性、易扩展性、实用性和灵活性，尤其是VRML和XML的集成，非常适合于分布式虚拟环境系统的开发嘲。本文全面研究了利用X3D进行场景建模和优化的关键技术并给出了具体示例。　　1虚拟现实技术　　虚

2、拟现实(VirtualReality简称VR)是1989年由美国VPLResearch公司创始人JaronLanier正式提出并作为商品加以应用的。虚拟现实技术日是指利用计算机系统、多种虚拟现实专用设备和软件构造一种虚拟环境，实现用户与虚拟环境直接进行自然交互和沟通的技术。比如我们在电影院戴立体眼镜看的3D电影《大战外星人》，就有一种“身临其境”的感觉。虚拟现实是一门融合了计算机图形学、多媒体技术、计算机仿真、人机接口技术、人工智能、传感技术、网络技术等多种技术的交叉前沿学科。其显著特点是沉浸感(Immeion)、交互性(Interac

3、tion)、想象力(Imagination)的3I特性。　　虚拟现实系统主要由硬件和软件两部分组成。当前虚拟现实系统的主要硬件设备有立体投影、立体眼镜、三维头盔显示器、数据手套、三维语音识别系统、三维空间跟踪定位器、三维空间交互球、多通道环幕系统等。虚拟现实软件系统包括：虚拟现实软件X3D(可扩展3D)、VRML(虚拟现实建模语言)、Java3D、OpenGL、Vega、Converse3d、3DMAX、Maya等。　　2X3D的组成　　X3D(Extensible3D)是由L2000X规范。X3D采用了XMI语苦进行描述便于因特网传输

4、及浏览器解析，是下一代具有扩充性的三维图形规范，采用模块化的结构，整合了XML、Java、流媒体技术等先进技术，具有高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。得到了包括Sun、Sony、Shout3D、Oracle、Autodesk／Disereet、NASA等多家公司和科研机构的支持。　　X3D系统结构是以组件技术为基础的。包括内核，VRML97特征集，应用程序接I：1和扩展集四个部分，如图1所示。内核(Core)封装了VRML97中54个节点里的23个节点，形成一个非常小的核心组件，大小介于Flash和RealPlayer之间，运行时

5、占有少量资源，具有可扩展性VRML特征集将VRML97的其余节点设计成可插拔的组件，保证了X3D能向前兼容vRML及系统运行效率。X3D采用XML编码[41，文档对象模型(DocumentObjectModelDOM)自动为X3D提供一组应用程序接口，外部应用程序可以通过DOM访问X3D文件，此外内部(脚本)创作接口(ScriptAuthoringInterface，SAI)和外部创作接口(ExternalAuthoringInterface．EAI)可以实现X3D内外部场景的动态交互。SAI是在X3D的Script节点内部利用Java

6、或者javascript语言编写脚本来实现X3D内外部场景交互。EAI是用Java语言定义的一系列类包。外部应用程序可以通过访问这些类包来实现对VRML场景的操作、控制和修改。X3D允许用户在内核上进行特征集扩展，实现复杂的或者用户自定义的功能，形成可插拔的扩展集。　　　　3X3D场景建模　　3．1X3D节点建模　　3．1．1X3D文件结构　　X3D文件结构采用ISO／IEC19775—1的7．2．3，AbstractX3Dstructure中的定义。X3D文件结构包括X3D文件头、文档类型(DTD格式)及X3D主程序概貌等内容

7、。X3D主程序概貌包括头文档和场景。头文档包括组件和元数据。X3D场景包括各种节点。通过组织各种节点来创建虚拟的三维场景。X3D的文件结构如图2所示。　　3．1．2X3D的语法结构　　在ISO／1EC19775—1中规定X3D文件头是一个单行的UTF一8文本用以识别此文件为一个XML文件，然后为用以识别验证用的XMLDTD的XML声明．然后为包括用以识别验证用的XMLSchema、文件所必需的X3D概貌和(可选的)额外的组件的X3D标签。X3D主程序概貌定义了一系列内建节点及其组件的集合，X3D文档使用的属性必须在指定的概貌的集合的范围

8、内。组件就是有相同功能的一类节点的集合，比如Geometry3D组件包含了所有的三维几何节点。X3D场景主体由一对<Scene>和<／Scene>组成的．中间可以插入背景节点、视觉节