利用虛擬現實技術構建動畫素材開發環境的研究

利用虛擬現實技術構建動畫素材開發環境的研究

利用虛擬現實技術構建動畫素材開發環境的研究

摘要：多媒體技術與虛擬現實技術是當今計算機發展的必然趨勢，如果將兩者結合起來應用于教學領域會是一種有益的嘗試。本文主要介紹了利用虛擬現實技術制作一個動畫開發環境的思想和方法,目的是解決制作網絡教學軟件時動畫開發依賴動畫工具比較復雜以及傳輸速度較慢的問題.這個開發環境適用于非計算機專業的教師使用。

關鍵字： 多媒體技術 虛擬現實（VRML） 動態鏈接庫 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

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

虛擬現實技術（簡稱VRML）是一種具有真實感的高級人機界面，人們能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互。這種技術的應用前景是非常廣泛的，在醫療、制造業、娛樂和教育等方面的應用也具有很大潛力�？梢韵胂螅�如果你能夠進入到具有沉浸感的，并且有多種感官反饋的虛擬境界中學習知識，無疑將使你的學習更為有效。

那么如何來構造這種虛擬現實的境界呢？VRML就是最佳的選擇。什么是VRML，VRML是Virtual Reality Modeling Language(虛擬現實造型語言)的縮寫。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，是能夠使你創建動態的世界和感覺豐富的虛擬環境；動畫空間里的物體，使它們運動；在你的空間里播放聲音和影象；允許使用者和你的空間進行交互；使用腳本來控制，改進你的空間。

不僅如此，由于VRML文件僅僅是一些數學表達式來描述交互式的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，將自行進行計算、加工、作色等處理，然后即顯示成3D圖像。因此，它在網上傳送的信息量將大為減少，這樣就解決了網絡傳輸速度的瓶頸問題。這樣就能夠使你在Internet上創建動態的世界和感覺豐富的虛擬環境。

綜上所述可以看到，如果能夠將虛擬現實語言（即VRML模型）應用于計算機輔助教學軟件的開發中將會是我們在教學方法上一次有益的嘗試，但是對非計算機人員來說學習該語言的學習是非常困難的，我們制作這個動畫開發環境就是想讓教學軟件的開發主體-----任課教師使用方便，只需填入參數便可生成需要的動畫了。

1 問題的提出

1.1 面臨的四個問題

通過研究分析，發現擺在我們面前的問題主要有四個：

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

(2) 在模型數量越來越多的情況下，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？

(3) 為了保持該系統的穩定健康的發展，必須能及時給系統補充新的模型，并對以往開發的舊模型進行及時更新。那么網絡是不是我們最好的答案？

(4) 對于按用戶要求動態生成的VRML模型，必須提供一種方法將其應用于教學軟件開發環境中，如VB、Authorware等。這種方法是什么？

1.2 四個模塊的確立

基于上一小節的分析，我們將該開發環境的設計分解為四個模塊進行處理：

※VML(VRML Models Library) 構建機制的設計與實現

※VRML代碼引擎的設計與實現

※VML網站建設

※利用VB或Authorware開發基于VRML的課件

首先使用者利用VML將用戶提出的要求(VRML節點的參數)傳給 VRML代碼引擎，由引擎生成相應的VRML代碼，再通過VML將生成的代碼返回給使用者。然后使用者將得到的VRML代碼應用于其教學軟件開發環境中。同時，使用者還可以不斷的通過VML網站對VRML引擎進行豐富和更新。

2 VML構建機制的設計與實現

2.1根據用戶提出的要求動態生成VRML模型

對于這個問題，有三點是值得注意的：

(1) 用戶提出的要求應該是合理的要求，或者說是符合客觀規律的要求

因為顯然如果用戶要求系統為他生成一個上底面半徑為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。因為現實中，圓柱體上下底面半徑相同。這就要求我們必須為用戶提供一個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輸入接口。

(2) 動態生成參數輸入接口

在研究VRML時，我們發現VRML本身只是一種描述三維虛擬空間的文件。而實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參數接口描述文件，由系統讀入、分析，然后動態生成參數輸入接口。通過對VRML的初步學習，我們發現一個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現方法是如果用戶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進行包裝并保存到用戶指定的 .wrl文件中去。

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