摘要：VRML語言是一種建模語言，廣泛應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)中。本文介紹如何利用VRML語言實(shí)現(xiàn)幻燈機(jī)的虛擬實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：VRML；虛擬實(shí)驗(yàn)；幻燈機(jī)

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-20ppp-0c

The Design and Realization of Virtual Experiment of the Slide Projector Based on VRML

XIN Yun-dong

(The Information and Technology Department of Jining College， Qufu 273155， China)

Abstract: The VRML is a Modeling Language， which is applied in virtual experiment widly. The virtual experiment of slide projector is realized in VRML language.

Key words: VRML; Virtual experiment; Slide projector

1 VRML語言介紹

VRML(Virtual Reality Modeling Language)即虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，是一種用于建立真實(shí)世界的場景模型或人們虛構(gòu)的三維世界的場景建模語言，具有平臺無關(guān)性，是目前虛擬實(shí)驗(yàn)制作的主流語言。VRML的對象稱為節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)的集合可以構(gòu)成復(fù)雜的景物。節(jié)點(diǎn)可以通過實(shí)例得到復(fù)用，對它們賦以名字，進(jìn)行定義后，即可建立動態(tài)的VR（虛擬世界）。

虛擬現(xiàn)實(shí)的三大特點(diǎn)就是沉浸感、交互性、構(gòu)想性。VRML不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過程的三維表示，而且能提供帶有音響效果的節(jié)點(diǎn)，用戶能走進(jìn)視聽效果十分逼真的虛擬世界。用戶能與虛擬對象交互，并得到相應(yīng)的反饋信息，就像在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，為用戶帶來了全新的感受。

2 幻燈機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計

2.1 創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的VR界面

構(gòu)建逼真三維效果的空間場景和實(shí)體。這些場景和實(shí)體與真實(shí)世界的幾何特征和物理特性基本相同，提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的虛擬空間。實(shí)驗(yàn)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，能夠體驗(yàn)到具有基本真實(shí)感的三維視覺空間。本虛擬實(shí)驗(yàn)室需要進(jìn)行建模的實(shí)驗(yàn)實(shí)體有實(shí)驗(yàn)室場景（包括墻壁、地面、頂棚、燈光、實(shí)驗(yàn)臺）、幻燈機(jī)、幻燈片、銀幕。

2.2 設(shè)計并實(shí)現(xiàn)基于VRML的幻燈機(jī)操作功能

這是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的主要部分。實(shí)驗(yàn)者在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成幻燈機(jī)實(shí)驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)。操作功能包括連接電源、放置幻燈片、調(diào)焦、換片等。

2.3 實(shí)驗(yàn)組成部分

該實(shí)驗(yàn)包括以下幾個部分：正確放置幻燈片、連接電源、調(diào)焦、換片。

3 幻燈機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)

這里以直線盒式幻燈機(jī)為例。

3.1 實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)計

實(shí)驗(yàn)器材包括實(shí)驗(yàn)臺、銀幕、幻燈機(jī)三部分。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)。一是直接用VRML語言創(chuàng)作，主要用到了Transform、Shape節(jié)點(diǎn)；二是用3DMAX制作完之后，導(dǎo)出VRML文件格式，再對其中的一些錯誤進(jìn)行修改。這里采用VRML語言直接編輯，幻燈機(jī)的效果如圖1。

3.2 正確放置幻燈片

幻燈機(jī)就是利用凸透鏡當(dāng)物體距透鏡的距離大于一倍焦距而小于二倍焦距時成倒立、放大的實(shí)像這個原理制成的。當(dāng)幻燈片離鏡頭的距離在一倍焦距和二倍焦距之間，用強(qiáng)光照射幻燈片時，就可以在屏幕上得到倒立、放大的實(shí)像。為了使得到的像成為“正立”的，所以要把幻燈片上下顛倒放置?；脽羝某跏嘉恢迷趯?shí)驗(yàn)臺上，在幻燈片上加一個接觸傳感器，當(dāng)單擊幻燈片時，便出現(xiàn)一個動畫，演示如何放置幻燈片。制作這個動畫較簡單，這里不再贅述。

3.3 連接電源

放好幻燈片后，需要接通電源，開始實(shí)驗(yàn)。電源的連接操作應(yīng)該是將電源插頭插入插座。為了實(shí)現(xiàn)連接電源，有兩種方式：一是電源導(dǎo)線由無到有的顯示；二是做一個動畫，將電源插頭插入插座的過程進(jìn)行模擬。兩種方式都可以。這個相對來說也簡單，重點(diǎn)開發(fā)的是下面兩方面。

3.4 調(diào)焦

根據(jù)成像公式1/f=1/u+1/v（u、v、f分別代表像距、物距、焦距），幻燈機(jī)的放置位置不一樣，在銀幕上成的像的清晰度就不一樣。所以需要調(diào)焦。調(diào)焦動畫的模擬是這樣的：當(dāng)單擊鏡頭左半部分時，鏡頭向左轉(zhuǎn)動、向后移動；單擊鏡頭右半部分時，鏡頭向右轉(zhuǎn)動、向前移動。為使動畫模擬更逼真，鏡頭的轉(zhuǎn)動應(yīng)具有繼承性，這就需要兩個變量分別記錄上次轉(zhuǎn)動的角度及距離，然后再加上本次轉(zhuǎn)動的角度及距離，使動畫具有了繼承性。還有一點(diǎn)，那就是在鏡頭轉(zhuǎn)動的過程中，物距發(fā)生變化，像距也隨之發(fā)生變化，那么，幻燈片能否在銀幕上成清晰的像也在變化。為了實(shí)現(xiàn)成像的清晰度的變化的模擬，采用了在銀幕前加一個很薄的方體，設(shè)置為白色，通過改變其透明度屬性（transparency），來改變成像的清晰度。主要代碼及注釋如下：

DEF tiaojiaocontrol Script {

eventInSFFloatjingtoutimefraction#時間片段

eventInSFVec3fjingtoutouchpoint#接收點(diǎn)擊點(diǎn)位置的入事件

eventInSFTime jingtoustarttime#點(diǎn)擊的開始時間

eventOut SFRotation jingtourotation#轉(zhuǎn)動角度的出事件

eventOut SFVec3f jingtouqianhouyidong#鏡頭前后移動的距離

eventOut SFFloat jiaoju#改變銀幕成像的清晰度

field SFVec3f touchpoint 0 0 0#判斷點(diǎn)擊位置的中間變量

field SFFloat jtzd 0#記錄上次轉(zhuǎn)完后，所處的角度

field SFFloat qianzd 0#記錄上次轉(zhuǎn)過的角度

field SFFloat houzd 0#記錄本次轉(zhuǎn)過的角度

field SFFloat juli 0#記錄上次轉(zhuǎn)完后，所處的位置

field SFFloat qianydjuli 0#記錄上次移動的距離

field SFFloat houydjuli 0#記錄本次移動的距離

url \"javascript:

function jingtoustarttime(value){

qianzd=jtzd;

houzd=0;//在本次轉(zhuǎn)動之前，先將其置零 ，使其具有繼承性

qianydjuli=juli;

houydjuli=0;

}

function jingtoutouchpoint(value){touchpoint=value;}

function jingtoutimefraction(value){

houzd=houzd+0.002;

houydjuli=houydjuli+.002;

if(touchpoint[0]<0.035) { //向左轉(zhuǎn)

jingtourotation[0]=0;jingtourotation[1]=0;jingtourotation[2]=1;

jingtourotation[3]=qianzd+houzd*1.57; //本次轉(zhuǎn)動后的角度

if(juli<=.2){jingtouqianhouyidong[0]=0;jingtouqianhouyidong[1]=0;

jingtouqianhouyidong[2]=qianydjuli+houydjuli;

if(jingtouqianhouyidong[2]<=.1){jiaoju=jingtouqianhouyidong[2]*10;}

else{jiaoju=2-jingtouqianhouyidong[2]*10;}

}

}

else{……}

jtzd=jingtourotation[3];

juli=jingtouqianhouyidong[2];

}\"

}

#鏡頭變動

ROUTE jingtoutouch.isActive TO jingtoutime.set_enabled

ROUTE jingtoutouch.touchTime TO tiaojiaocontrol.jingtoustarttime

ROUTE jingtoutime.fraction_changed TO tiaojiaocontrol.jingtoutimefraction

ROUTE tiaojiaocontrol.jingtourotation TO jingtouti.set_rotation

ROUTE tiaojiaocontrol.jingtouqianhouyidong TO jingtouti.translation

ROUTE jingtoutouch.hitPoint_changed TO tiaojiaocontrol.jingtoutouchpoint

ROUTE tiaojiaocontrol.jiaoju TOqingxidu.transparency

效果如圖2、圖3。

3.5 換片操作

在進(jìn)行幻燈機(jī)操作時，需要按下一個按鈕來換上下一個幻燈片，這是換片操作。這個操作包括兩部分：一是直線盒要往前移動一個格，導(dǎo)桿將幻燈片推入鏡頭的后面，二是銀幕上的像也要作相應(yīng)的變化。主要代碼如下：

DEF piankongzhi Script {

eventInSFTime huanpiananxia

eventOut SFVec3f pian1dong

……

eventOut SFVec3f pian10dong

eventOut SFVec3f dihedong

eventOut MFString urlchange

field SFVec3f piandi1weizhi -.12 .066 -0.2

……

field SFVec3f piandi10weizhi -.12 .066 0.16

field SFVec3f fangpian1weizhi .15 0 0

……

field SFVec3f fangpian10weizhi .15 .0 -0.36

field SFVec3f huipian1weizhi 0 0 0

……

field SFVec3f huipian10weizhi 0 0 -0.36

field SFInt32 cishu 0

url \"javascript:

function huanpiananxia(){

cishu+=1;

if(cishu==1){pian1dong=fangpian1weizhi;

dihedong=piandi1weizhi;

urlchange[0]='huandengji1.jpg';

}

……

if(cishu==10){pian10dong=fangpian10weizhi;

pian9dong=huipian9weizhi;

dihedong=piandi10weizhi;

urlchange[0]='huandengji2.jpg';

}

}\"

}

ROUTE huanpiananniu.touchTime TO piankongzhi.huanpiananxia

ROUTE piankongzhi.pian1dong TO huandengpian1.translation

……

ROUTE piankongzhi.pian10dong TOhuandengpian10.translation

ROUTE piankongzhi.dihedong TO pianjidizuo.translation

效果如圖4、圖5。

5 總結(jié)

這里只是實(shí)現(xiàn)了幻燈機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)的部分主要功能。還有擴(kuò)展的地方，如成像原理模擬、內(nèi)部結(jié)構(gòu)模擬、實(shí)驗(yàn)方式、其他型號幻燈機(jī)功能的模擬等。這里不能一一細(xì)述，有待以后進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 段新昱．虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)與VRML編程[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[2] 陸昌輝．使用VRML與JAVA創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境[M]．北京：北京大學(xué)出版社，2003．

收稿日期：2008-03-12