虚拟现实在计算机图形学课程中实验探索

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1、虚拟现实在计算机图形学课程中实验探索　　摘要：虚拟现实技术与计算机图形学相辅相成，为使计算机图形学的实验开设更具实际应用意义，该文提出基于VRML、基于三维建模技术和基于Web3D技术的三种VR实现方法，并通过实例分析了该三种方法的应用特点。关键词：虚拟现实；计算机图形学；VRML；三维建模中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）01-0209-041概述虚拟现实（VirtualReality）也称虚拟现实环境，是指用计算机技术生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让

2、用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。简单的说，虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，提供了先进的人机交流技术。目前虚拟现实技术已被广泛应用视景仿真现实、军事驾驶模拟、3D游戏开发、虚拟设计与规划、仿真培训、远程操作控制等领域之中[1]。8虚拟现实技术同时也是一项综合性计算机图形交互技术。计算机图形学中的一些方法，如三维造型与变换、光照模型、科学计算可视化等为虚拟现实技术提供了理论和技术基础。计算机图形学的发展带动了虚拟现实技术的进步，同时虚拟现实技术在

3、各领域中的广泛应用也使图形学的各个研究方向得到充分发展[2]。在高校计算机专业的计算机图形学课件的教学中，虚拟现实不算是一个重要的、必修的知识点，但如能在掌握三维造型方法的基础上辅以虚拟现实的运用，那么将能有效地提升实践操作的实际应用意义，激发学生研究探索兴趣，令图形学课程的相关知识综合运用起来，达到学以致用，相得益彰。2虚拟实现技术简介虚拟现实有四个主要特征：多感性；沉浸感；交互性；自主性。理想的、最高境界的VR技术是：虚拟场景具备与真实环境一样的真实感、能调动一切人所具有的感知功能、操作者完全感受与自然环境一样的自由

4、度和人-物交互感应。但实现中由于技术的限制，达到高度逼真的虚拟现实比较困难。目前，从技术难度和体验程度来划分，虚拟现实技术主要分成以下三类：1）桌面虚拟现实（DesktopVR）：利用个人计算机和工作站进行仿真，将计算机的屏幕作为用户观察虚拟境界的一个窗口，通过各种输入设备实现与虚拟现实世界的充分交互。2）沉浸式虚拟现实（Immersive8VR）：利用头盔式显示器、位置跟踪器、数据手套等多种交互设备，为参与者提供一个新的、虚拟的感觉空间，并产生一种身临其境、全心投入和沉浸其中的感觉。3）分布式虚拟现实（Distribu

5、tedVR）：将不同用户通过计算机网络连接在一起，共享同一个虚拟空间并协同工作达到一个更高的参与协作境界[3]。其中，桌面虚拟现实是最基础的VR方式，虽然现实体验真实感不足，但该方式成本低最易容实现，且其应用也最为广泛。在计算机图形学教学实践中，根据学习程度的不同，可以引导学生通过以下三种方式实践桌面虚拟现实的实验：（1）基于VRML的VR实现；（2）基于三维建模技术的VR实现；（3）基于Web3D技术的VR实现。3计算机图形学的虚拟现实实验探索3.1基于VRML的VR实现VRML（VritualRealitymodel

6、ingLanguage，虚拟实现建模语言）于1997年作为国标标准正式发布，它揭开VR技术在互联网上的应用序幕，也推动了后来Web3D技术的发展更新。VRML提供对三维基本对象如长方体、球体、圆锥、圆柱等的描述，同时定义了三维应用中常用的语言描述，如层次变换、光源、视点、材质和纹理映射等，并且有简单的行为特征描述功能。一个VRML文件一般由文件头、脚本和路由组成，其基本语法结构如下：8#VRMLV2.0utf8#文件头，放在第一行，是VRML文件的标志节点名{域域值……}Script{#脚本节点……}ROUTE……#路由

7、，把入事件与出事件相关联以一个简单的程序实例说明VRML的编程模式。该程序建立了三个3D对象：长方体、球体和圆锥并赋予了不同的方位、颜色等属性。#VRMLV2.0utf8DEFboxTransform{#定义一个变换节点boxtranslation-500#设置空间坐标位置children[#定义节点的子节点Shape{#定义形状geometryBox{size2.03.01.0}#长方体定义appearanceAppearance{#定义外观materialMaterial{#定义材质diffuseColor100#设

8、置漫射色颜色}}}]}8DEFsphereTransform{translation000children[Shape{geometrySphere{}#定义一个球体appearanceAppearance{materialMaterial{diffuseColor010}}}]}DEFconeTransform{t