Web模式下虚拟现实图学教育软件的开发技术研究

【摘要】本文结合已开发的多媒体远程教育软件工程制图的实例，对Web模式下虚拟现实图学教育软件的开发技术进行具体的分析与研究；利用VRML2.0实现虚拟真实场景模拟实时交互行为，同时构建基于WWW的交互界面虚拟现实软件的关键技术。

【关键词】Web；虚拟现实软件；图学教育

随着计算机技术水平的不断提高，目前我国多媒体技术在随着计算机技术的普及和发展有着较大的的提升。另外我国的图学教育现代化也在随着社会的发展，在不断的普及变得更加广泛；三维模型、三维动画逐渐成为多媒体CAI软件的重要组成部分，但这一阶段的模型与动画通常都是由设计人员设计完成的二维图片，用户处于较为被动的地位，只能单方面的接受知识，并没有相关的交互性设计，图形和文件体积一般都比较大，在显示或传递的过程中速度较慢，在很大程度上影响了远程教育的效果。

一、VRML概念解析

由于受到HTML的限制，web页面通常停留在基础的平面效果上，用户在浏览页面时的动态交互效果，实现起来较为复杂繁琐。基于这样的现状，VRML应运而生；VRML所创造出来的是一个可进入、可参与的世界。VRML1.0很容易制作出三维图像或物体，这也正是VRML1.0设计的最基本目的，在后期的使用和发展过程中，使用VRML1.0可以制作出一些简单的动画，然而对运行的环境有具体的限制，即只能在Live3D中运行，并且成像速度比较慢，不能并行处理限制灯光范围等，诸多方面的限制使得VRML2.0的出现也就成了必然事件。

VRML2.0的出现，完善了VRML1.0中出现的问题，同时增加了一些行为，比如旋转、滚动、调整颜色等，主要的改进有：改变了原有的静态世界、加强了交互性、增加了更多的动画功能和编程功能，并且具有了原形定义的功能。

二、虚拟现实技术的定义及特征

虚拟现实技术是在计算机技术不断发展进步的基础上产生的新事物，是在多媒体技术出现之后的又一项计算机技术的突破。主要是以计算机技术为主体，结合模拟技术、显示技术、传感技术、人机界面技术等，生成一个形象逼真的三维世界，用户在使用的过程中，可以根据个人需求，对虚拟现实世界里的物体进行交互浏览。

虚拟现实技术的特征主要有沉浸感，即用户在体现虚拟场景的时候，会有身临其境的真实感，这也是虚拟技术要实现的基本效果之一；其次是交互性，是指用户与寻场景中的各种图像事物相互作用的能力，简单来说就是用户在进入虚拟环境后，通过相应的传感器等信息与环境发生交互作用；另外一个特点是想象性，虚拟现实呈现出来的效果不仅是一个用户与计算机终端的一个连接口，还可以吸引用户长期使用这一方式，一定时间后会出现一种学习、创造到再学习的过程，所以虚拟现实技术可以激发人们的创造性思维，以产生更多新奇的构思与创新活动。

三、利用VRML2.0建造虚拟场景

1、网上模型仓库的建造技术

计算机多媒体工程制图教学软件中包含有一个用于教学的模型库，并且这个模型库中具有一些零碎的三维模型，和与之相关的文字、音频和一些安装和拆卸的方法等；所以开发出一个虚拟的现实图学教育软件，需要大量的技术和功能来支持开发。

VRML2.0共有10个Geometry节点，在开发利用的过程中，各个节点都有着不一样的功能实现特点，根据实际情况需求，选用不同的节点以实现所需要实现的效果。

利用VRML2.0制作出的圆柱与圆锥相贯的虚拟模型，当用户鼠标指针经过图像时，底部会出现这一图像相关联的介绍和特点等主要信息，当点击模型时，则会出现相应的动画图像和解说音频。

2、实时交互辅助看图场景的建造技术

在图学教学中，求交的问题通常是教学的重难点，利用VRML2.0中的一些节点，可以通过OrientationInterpolator节点，实现物体的实时旋转，利用PositionInterpolator节点实现物体的移动功能，包括节点CoordinationInterpolator的使用，达到相应的变形效果。根据实际情况对节点进行利用，实现动态的效果。

在实现辅助平面法求相贯线的实时辅助看图的虚拟场景，用户可以通过鼠标的拖动，来改变辅助平面的位置，同时依靠Cosmo player 2.0 插件中的工具，可以具体地观察得到这一平面与圆柱和圆锥相交时的状态。

四、合成基于WWW的虚拟现实交互界面的技术

1、使用HTML创建帧

虚拟场景在建立完成后，要想成功在网络上运行就需要将基于WWW合成的HTML文件，在集成VRML世界和HTML文件的基础上使得Web界面更加丰满。在Web界面里通常具备的一个多帧功能，将VRML同步的文本和导航运用在用户的浏览过程中，帮助用户阅读VRML世界。

2、利用VRML2.0中的Anchor与HTML通信

VRML2.0可以在虚拟场景的建设中，可以实现与超文本的连接对象，不局限于某一个音频文件或图片文件，范围扩大至任何一个可以被浏览器读取的文件，都可以与其相连接。VRML2.0 Anchor節点在其中祈祷的作用则是，当用户点击场景中的物体时，页面会出现与之相对应的文字描述。

3、利用HTML标签与VRML帧通信

HTML标签区间内所定义的函数，通常包括有图像文件、音频文件、视频文件和VRML文件等；通过使用HTML语言中的onLoad属性，可以将之间定义的函数作为它的值，以这样的方式实现与VRML的连接。当点击主菜单的平面与回转体表面相交按钮时，左边的窗口护出现文字与音频同时叙述事物的特点。

五、结语

VRML是唯一一个建立于WWW基础上，可以实现3D虚拟场景的制作，随着计算机技术水平的提高，虚拟现实图学教育软件的开发和技术方面也有着明显的提升，研究也在逐步加深，通过使用VRML2.0建立起的虚拟现实场景，给人以更加形象的真实感，并且在场景中实现的文本、音频等简介和描述，使得用户在使用时更加简单方便；在电子信息化时代，任何事物的发展都是不可估量的，相信随着社会各方面的额发展，web模式下的虚拟现实图学教育软件的开发技术会有这更大的进步，为我国图学教育产生更加深远的影响。

【参考文献】

[1] 冯开平， 左宗义. 基于Web的虚拟现实图学教育软件的开发技术[J]. 工程图学学报， 2000（02）：111-116.

[2] 宋卫卫. 虚拟现实技术在图学教育软件开发中的应用研究[J]. 山东理工大学学报（自然科学版）， 2006（05）：97-100.

[3] 顾宗磊. 《工程图学》CAI设计理论与技术研究[D]. 山东大学， 2005.

【作者简介】

陈言亩（1993—），男，汉族，泉州师范学院软件学院本科生，研究方向：软件开发。