江南大学数媒0902基于虚拟现实技术大作业报告

课程：虚拟现实题目：沸腾的水壶

班级：数媒0902 学号：0305090206 姓名：沈玉婷

日期：2012.12

1、绪论

1.1 虚拟现实动画简介

虚拟现实动画就是用虚拟现实的技术以动画的形式表现出来（这是建立在虚拟现实及动画技术的基础上出现的）。我们以了解什么是虚拟现实及动画的意思后就能全面理解虚拟现实动画的概念。

1.2 关于虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR;又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。 VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

2、需求分析

随着CAD技术的发展，人们就开始研究立体声与三维立体显示相结合的计算机系统。目的在于建立一种新的用户界面，使用户可以置身于计算机所表示的三维空间资料库环境中，并可以通过眼、手、耳或特殊的空间三维装置在这个环境中"环游"，创造出一种"亲临其境"的感觉。

虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化、操作以及实时交互的环境。与传统的计算机人――机界面（如键盘、鼠标器、图形用户界面以及流行的Windows等）相比，虚拟现实无论在技术上还是思想上都有质的飞跃。传统的人――机界面将用户和计算机视为两个独立的实体，而将界面视为信息交换的媒介，由用户把要求或指令输入计算机，计算机对信息或受控对象作出动作反馈。虚拟现实则将用户和计算机视为一个整体，通过各种直观的工具将信息进行可视化，形成一个逼真的环境，用户直接置身于这种三维信息空间中自由地使用各种信息，并由此控制计算机。目前，虚拟现实技术已经遍布我们生活中的每一个行业，城市规划中的应用、旅游景观的应用、医学中应用、娱艺教中的应用、军事与航天中的应用、室内设计中的应用、房产开发中的应用、工业仿真中的应用、应急推演中的应用。由此可知，虚拟

现实技术已经成为我们生活中必不可缺的部分。

3、设计与实现

3.1 目的：

（1）要求学生达到熟练掌握VRML语言的基本知识和技能；

（2）通过开发一个基本完整的虚拟现实项目来激发学生对虚拟现实的兴趣，掌握三维虚拟现实开发技术，培养学生综合动手能力。

3.2 基本要求：

（1）掌握VRML虚拟现实建模语言；

（2）掌握常用建模工具（例如：3DS MAX或MAYA等）的基本用法，能进行摸型的建立和编辑，能将模型转换成满足程序要求的VRML模型；

（3）掌握VrmlScript语言（JavaScript的一个子集），能用VrmlScript 对VRML模型进行控制；

3.3 创新要求：

在基本功能实现的基础上，可进行创新设计。

3.4 写出设计说明书

3.5 设计思路

要设计一个VR系统，首要的问题是创造一个虚拟环境，这个虚拟环境必然要包括三维模型，因为在人的感觉中，视觉摄取的信息量最大，反应亦最为灵敏，所以在本次设计中，我先用3Dmax建立一个三围模型，主要要素有：水壶、水蒸气、煤气灶等等。建模步骤大致分为整体观察，把握大形，比例，长宽高，背景导入图片开始建模完成

4、软件调试和运行

4.1 软件调试过程

这是运行即可看到的场景，白色烟雾状物体就是水壶内水蒸气和沸水的状态

角度原因看不到，此次设计的弊端就是在这个地方

4.2 主要程序

DEF Line01 Transform {

translation 70.85 -13.39 0

rotation -1 0 0 -1.571

children [

Shape {

appearance Appearance {

material Material {

diffuseColor 0.3608 0.3608 0.3608

ambientIntensity 1.0

specularColor 0.99 0.99 0.99

shininess 0.658

transparency 0

}

}

DEF Box01 Transform {

translation 9.637 -147 -0.3308

children [

Transform {

translation 0 11.43 0

children [

Shape {

appearance Appearance {

material Material {

diffuseColor 0.7176 0.7333 0.6941

ambientIntensity 1.0

specularColor 0 0 0

shininess 0.145

transparency 0

}

}

geometry Box { size 708.9 22.87 356.7 }

}

] }

]

}

DEF Cylinder01 Transform {

translation -0.4089 -101.7 -1.01

children [

Shape {

appearance Appearance {

material Material {

diffuseColor 1 1 1

ambientIntensity 0

specularColor 0.954 0.954 0.954

shininess 0.905

transparency 0

}

}

geometry DEF Cylinder01-FACES IndexedFaceSet {

ccw TRUE

solid TRUE

coord DEF Cylinder01-COORD Coordinate { point [

······

}

coordIndex [

······

}

}

]

}

DEF Cylinder02 Transform {

translation 47.48 -96.94 108.4

rotation -0.9988 0.04146 0.02523 -1.094

scale 0.6486 0.6486 0.6486

scaleOrientation 0.9938 -0.1116 0 -0.2575

children [

Shape {

appearance Appearance {

material Material {

diffuseColor 0.7176 0.7333 0.6941

ambientIntensity 1.0

specularColor 0 0 0

shininess 0.145

transparency 0

}

}

DEF SuperSpray01 Transform {

translation 0.02738 -72.14 -42.67

children [

DEF SuperSpray01-TIMER TimeSensor { loop TRUE cycleInterval 10 },

]

}

DEF PArray01 Transform {

translation 130.8 0 63.05

children [

DEF PArray01-TIMER TimeSensor { loop TRUE cycleInterval 10 }, ]

}

5、总结

虚拟现实是多种技术的综合，包括实时三维计算机图形技术，广角（宽视野）立体显示技术，对观察者头、眼和手的跟踪技术，以及触觉/力觉反馈、立体声、网络传输、语音输入输出技术等。VRML（Virtual Reality Modeling Language）即虚拟现实建模语言。是一种用于建立真实世界的场景模型或人们虚构的三维世界的场景建模语言，也具有平台无关性。是目前Internet上基于 WWW的三维互动网站制作的主流语言。 VRML是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称，本质上是一种面向web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的VR（虚拟世界）。 VRML空间采用标准的三维空间坐标系。坐标值的格式为(x，y，z)。x，y和z分别为X轴、Y轴和Z轴上的对应坐标值。旋转空间的坐标系需要指定旋转轴、旋转方向和旋转角度。

这学期学了虚拟现实这门课，虽然没有做过多少东西，也没有实验课，但是还好学习了3Dmax 作为铺垫，有了3Dmax作为基础，再结合虚拟现实技术，最后做出了这个大作业，有太多的不足，会在以后的实验中慢慢改善。

6、参考书

[1] 毛卫强,潘云鹤.植物三维建模方法综述[J].计算机科

学,2000,27(6):35-37.

［2］李云峰．叶图像提取研究及虚拟植物

可视化实现［D］．重庆大学，2005: 53 － 62．