利用虛擬現實(shí)技術(shù)構建動(dòng)畫(huà)素材開(kāi)發(fā)環(huán)境的研究

利用虛擬現實(shí)技術(shù)構建動(dòng)畫(huà)素材開(kāi)發(fā)環(huán)境的研究

摘要：多媒體技術(shù)與虛擬現實(shí)技術(shù)是當今計算機發(fā)展的必然趨勢，如果將兩者結合起來(lái)應用于教學(xué)領(lǐng)域會(huì )是一種有益的嘗試。本文主要介紹了利用虛擬現實(shí)技術(shù)制作一個(gè)動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)環(huán)境的思想和方法,目的是解決制作網(wǎng)絡(luò )教學(xué)軟件時(shí)動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)依賴(lài)動(dòng)畫(huà)工具比較復雜以及傳輸速度較慢的問(wèn)題.這個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境適用于非計算機專(zhuān)業(yè)的教師使用。

關(guān)鍵字： 多媒體技術(shù) 虛擬現實(shí)（VRML） 動(dòng)態(tài)鏈接庫 計算機輔助教育

Abstract This article introduces a writing tool that is a method of making the animate。It is very difficult to a teacher who does not understand more knowledge of computer.。This method is very simple to use。 For the more，it has two advantages。 One is that it applies the teaching software in the internet；the other is that it is faster than thaditional method.



0 引言

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

虛擬現實(shí)技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)VRML）是一種具有真實(shí)感的高級人機界面，人們能夠通過(guò)多種感官渠道與它進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。這種技術(shù)的應用前景是非常廣泛的，在醫療、制造業(yè)、娛樂(lè )和教育等方面的應用也具有很大潛力�？梢韵胂�，如果你能夠進(jìn)入到具有沉浸感的，并且有多種感官反饋的虛擬境界中學(xué)習知識，無(wú)疑將使你的學(xué)習更為有效。

那么如何來(lái)構造這種虛擬現實(shí)的境界呢？VRML就是最佳的選擇。什么是VRML，VRML是Virtual Reality Modeling Language(虛擬現實(shí)造型語(yǔ)言)的縮寫(xiě)。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(lái)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(diǎn)，是能夠使你創(chuàng )建動(dòng)態(tài)的世界和感覺(jué)豐富的虛擬環(huán)境；動(dòng)畫(huà)空間里的物體，使它們運動(dòng)；在你的空間里播放聲音和影象；允許使用者和你的空間進(jìn)行交互；使用腳本來(lái)控制，改進(jìn)你的空間。

不僅如此，由于VRML文件僅僅是一些數學(xué)表達式來(lái)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(jìn)行計算、加工、作色等處理，然后即顯示成3D圖像。因此，它在網(wǎng)上傳送的信息量將大為減少，這樣就解決了網(wǎng)絡(luò )傳輸速度的瓶頸問(wèn)題。這樣就能夠使你在Internet上創(chuàng )建動(dòng)態(tài)的世界和感覺(jué)豐富的虛擬環(huán)境。

綜上所述可以看到，如果能夠將虛擬現實(shí)語(yǔ)言（即VRML模型）應用于計算機輔助教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)中將會(huì )是我們在教學(xué)方法上一次有益的嘗試，但是對非計算機人員來(lái)說(shuō)學(xué)習該語(yǔ)言的學(xué)習是非常困難的，我們制作這個(gè)動(dòng)畫(huà)開(kāi)發(fā)環(huán)境就是想讓教學(xué)軟件的開(kāi)發(fā)主體-----任課教師使用方便，只需填入參數便可生成需要的動(dòng)畫(huà)了。

1 問(wèn)題的提出

1.1 面臨的四個(gè)問(wèn)題

通過(guò)研究分析，發(fā)現擺在我們面前的問(wèn)題主要有四個(gè)：

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

(2) 在模型數量越來(lái)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。是利用數據庫還是別的什么技術(shù)？

(3) 為了保持該系統的穩定健康的發(fā)展，必須能及時(shí)給系統補充新的模型，并對以往開(kāi)發(fā)的舊模型進(jìn)行及時(shí)更新。那么網(wǎng)絡(luò )是不是我們最好的答案？

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

1.2 四個(gè)模塊的確立

基于上一小節的分析，我們將該開(kāi)發(fā)環(huán)境的設計分解為四個(gè)模塊進(jìn)行處理：

※VML(VRML Models Library) 構建機制的設計與實(shí)現

※VRML代碼引擎的設計與實(shí)現

※VML網(wǎng)站建設

※利用VB或Authorware開(kāi)發(fā)基于VRML的課件

首先使用者利用VML將用戶(hù)提出的要求(VRML節點(diǎn)的參數)傳給 VRML代碼引擎，由引擎生成相應的VRML代碼，再通過(guò)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(xué)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中。同時(shí)，使用者還可以不斷的通過(guò)VML網(wǎng)站對VRML引擎進(jìn)行豐富和更新。

2 VML構建機制的設計與實(shí)現

2.1根據用戶(hù)提出的要求動(dòng)態(tài)生成VRML模型

對于這個(gè)問(wèn)題，有三點(diǎn)是值得注意的：

(1) 用戶(hù)提出的要求應該是合理的要求，或者說(shuō)是符合客觀(guān)規律的要求

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

(2) 動(dòng)態(tài)生成參數輸入接口

在研究VRML時(shí)，我們發(fā)現VRML本身只是一種描述三維虛擬空間的文件。而實(shí)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(gè)參數接口描述文件，由系統讀入、分析，然后動(dòng)態(tài)生成參數輸入接口。通過(guò)對VRML的初步學(xué)習，我們發(fā)現一個(gè)VRML模型需要的參數大體分為三種：數字、文本、布爾值。針對這三種參數我們給出了如下的參數描述定義：

數字 ：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(hù)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代碼是有一些區別的。因此，必須提供對于該問(wèn)題的選項以保證生成的代碼具有針對性。在我們的系統中具體的實(shí)現方法是如果用戶(hù)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，則系統將生成的代碼自動(dòng)進(jìn)行包裝并保存到用戶(hù)指定的 .wrl文件中去。

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