金燁

（太原大學(xué)教育學(xué)院，山西太原 030001）

淺談第二代Web語言
——VRML的發(fā)展及其應(yīng)用

金燁

（太原大學(xué)教育學(xué)院，山西太原 030001）

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為第二代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，已經(jīng)越來越引起人們的廣泛關(guān)注并被廣泛應(yīng)用于生活的各個方面。本文通過與第一代Web語言做對比，簡要介紹了第二代Web語言——虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML）的概念、發(fā)展歷史、特點以及VRML在多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景。

VRML；第二代Web語言；虛擬現(xiàn)實

一、引言

在網(wǎng)絡(luò)中，人們接觸到的各種形形色色的網(wǎng)頁，都是以HTML為核心建立的第一代萬維網(wǎng)。HTML結(jié)合多媒體技術(shù)可以提供圖片、音樂、視頻等多媒體元素的瀏覽，而且在JavaScript、VBScript等腳本語言的支持下，可以提供一定的人機交互功能。但是這些網(wǎng)頁都是平面的，只能提供二維的、靜態(tài)的信息，交互方式也很單調(diào)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已不能再滿足人們的需求。

人們在視覺疲勞的時候，總會幻想在網(wǎng)絡(luò)中也有一個類似于真實世界的虛擬世界。人們在這個虛擬世界中有更大的自由度。這樣的虛擬世界的建立是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)之一，我們稱它為虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）。

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）是20世紀(jì)90年代興起的一種新的人機交互界面形式。它通過計算機虛擬出一個人工環(huán)境，讓人處于其中并以高度自由的交互方式讓用戶獲得如同在真實世界中一樣的類似感受。VRML就是一種可以建立虛擬場景的建模語言。

二、VR ML及其格式

VRML（Virtual Reality Modeling Language）的中文名字是虛擬現(xiàn)實建模語言。它是一個計算機對虛擬場景進(jìn)行描述的標(biāo)準(zhǔn)，是通過對三維場景中的節(jié)點、材料質(zhì)地、幾何形狀、光線、紋理特征等概念進(jìn)行定義和解釋，并和Inter、多媒體技術(shù)等結(jié)合在一起形成一種虛擬現(xiàn)實交互界面的建模語言。

VRML文件主要包括四個主要成分：VRML文件頭、原型、造型節(jié)點和腳本、路由。在這四個要素中，只有文件頭部分是必須的，1.0標(biāo)準(zhǔn)中文件只支持ASCII字符集，所以文本頭為#VRMLV1.0ASCII。VRML 2.0標(biāo)準(zhǔn)的文件頭與1.0標(biāo)準(zhǔn)的不同，文件頭為#VRML V2.0 utf8。為了向下兼容，VRML 2.0文件格式兼容1.0文件格式。這個文件頭有三個含義：第一、表明這個文件是一個VRML文件；第二，符合VRML 2.0版本；第三，文件使用的是utf8字符集。文件頭用于告訴瀏覽器該文件符合的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及使用的字符集等信息。原型定義了創(chuàng)建了帶有指定名稱、接口和整體的新節(jié)點類型，一旦成功地定義了原型，它就可以在VRML文件的其他地方隨意使用。造型節(jié)點是VRML中的基本建造模塊，它構(gòu)成了VRML文件的主體部分。腳本可以看作是一個節(jié)點的外殼，它的動作可以通過程序腳本來賦予。這里的程序腳本是一種簡化了的應(yīng)用程序，一個典型的腳本是由Java或JavaScript編程語言寫成的程序。路由是一種文本描述的消息，一旦在兩個節(jié)點之間創(chuàng)建了一個路由，第一個節(jié)點可以順著路由傳遞消息給第二個節(jié)點，這樣的消息被稱為事件。VRML還可以包含下列條目：注釋、節(jié)點和域值、定義的節(jié)點名、使用的節(jié)點名等。

以VRML為核心建立的Web被稱為第二代萬維網(wǎng)，以其立體的場景、強烈的代入感、高度的自由感和更多樣的交互性等特點區(qū)別于以HTML為核心建立的第一代平面Web。它能帶給用戶如身臨其境的感官享受，如隨著用戶活動而感受到的光線變化、因距離聲源的遠(yuǎn)近而感受到的聲音的大小變換等，都是第一代萬維網(wǎng)無法做到的。

三、VR ML的發(fā)展歷史

VRML起源于1994年5月在瑞士日內(nèi)瓦召開的WWW會議。會議上，Mark Pesce和Tony Parisi向與會者展示了一種他們開發(fā)的可以在萬維網(wǎng)上運行的虛擬場景的界面，并引起了強烈的反響。與會的一個叫BOF的組織決定開發(fā)一種用于虛擬場景描述的語言，并把它定名為VRML。

1994年10月在芝加哥召開的第二次萬維網(wǎng)會議上，一個名為WWW-VRML的Mailing List組織發(fā)布了VRML 1.0的草案。VRML 1.0確立了以后的工作核心，為以后的版本更新打好了基礎(chǔ)，但它本身的功能十分有限，只能建立一個靜態(tài)的虛擬環(huán)境，只能一個用戶使用且沒有交互功能，而且它完全面向ASCLL字符集沒有處理127個以上字符的能力。

在VRML 1.0的基礎(chǔ)進(jìn)行了很大的補充和完善后，VRML 2.0的規(guī)范于1996年8月在新奧爾良召開的SIGGRAPH'96會議上通過。并于1997年4月向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO JYCI/SC24委員會提交申請，成為VRML國際標(biāo)準(zhǔn)，定名為VRML 97。

1998年底由Web3D聯(lián)盟提出VRML2000X規(guī)范，也被稱為X3D(Extensible 3D)。2002年3月發(fā)布了X3D的第一版，2004年8月X3D被ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)正式批準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO／IEC19775)。

四、VR ML的工作原理及其特點

雖然VRML給出的是三維虛擬場景，但它在網(wǎng)絡(luò)中的訪問速度卻并不慢。最初VRML的設(shè)計者們就考慮到了在網(wǎng)絡(luò)中傳輸圖片文件的速度很慢，而文本信息的速度卻很快的情況，所以VRML傳輸?shù)闹皇敲枋鎏摂M場景的文本信息。服務(wù)器把VRML的文本信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩裟堑目蛻舳擞嬎銠C上中，由客戶端的計算機根據(jù)VRML文本中提供的信息建立相對于的三維虛擬場景，這就是VRML的基本工作原理，被稱為服務(wù)器/客戶端（C/S）模式。這種工作模式也是VRML的特點之一。這種工作方式不僅減少了服務(wù)器的工作量和網(wǎng)路的負(fù)荷，還由于場景的建立是在本地計算機上，也實現(xiàn)了VRML的訪問與平臺無關(guān)的特性，最大限度的利用了客戶端資源。當(dāng)然，在客戶端生成虛擬場景的時候需要有專門的VRML瀏覽器如Cosmo Player、Worldview、Crotona等，或安裝有VRML瀏覽插件來對VRML的文本信息進(jìn)行解釋。

VRML的第二個特點是實時渲染。由于VRML的C/S的工作模式，VRML虛擬場景中的色彩等元素的渲染是在本地計算機上完成的。他的渲染不同于圖片、動畫或三維建模等，后者的預(yù)先進(jìn)行渲染的，而VRML場景則是根據(jù)用戶的瀏覽情況，由本地計算機實時進(jìn)行的渲染，有很強的交互性和靈活性。

VRML的第三個特點是它是可擴(kuò)充的。VRML不只是一種語言，還是一個開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。VRML一開始就被定義為是可擴(kuò)充的，一是為了減少市場的沖突，加強協(xié)作，最大化的資源整合和減少由不同的技術(shù)規(guī)范給用戶帶來的不便；二是鼓勵其他的相關(guān)技術(shù)引用VRML或稱為VRML的一部分，達(dá)到擴(kuò)充和完善VRML標(biāo)準(zhǔn)的目的。所以VRML是不斷發(fā)展的。

但VRML也有很多缺點，如著色不如OpenGL快、沒有底層控制、缺乏數(shù)據(jù)庫支持等。

五、VR ML的應(yīng)用

VRML有著眾多的優(yōu)勢，在諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。例如：

（一）教育領(lǐng)域

利用VRML獨特的立體交互方式和代入感，可以把課程當(dāng)中很多抽象的或不可能展示出來的內(nèi)容通過虛擬的方式具現(xiàn)化，以真實的例子展現(xiàn)在學(xué)生眼前。如化學(xué)分子結(jié)構(gòu)、事件的模擬或?qū)W習(xí)場景的建立等等。既方便學(xué)生的理解，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教育教學(xué)水平。

（二）商業(yè)領(lǐng)域

電子購物已經(jīng)是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分了，但用戶購物時只能觀察到平面的照片，并不能很好的選購商品。而VRML構(gòu)建的商品時立體的，用戶可以很方便的從各個角度觀察商品，使用戶在電子購物時也能有逛街的感覺。

（三）工程領(lǐng)域

在工程領(lǐng)域中新項目的開發(fā)都是通過設(shè)計、試驗品、到生產(chǎn)這三個環(huán)節(jié)逐步實現(xiàn)的。一個新的設(shè)計需要反復(fù)的推敲和試驗才有可能成為定型產(chǎn)品，而且平面設(shè)計圖很難讓人把握設(shè)計中的整體性和協(xié)調(diào)性，也需要不斷修改，過程繁復(fù)，耗時耗力。應(yīng)用VRML制作出三維實時動態(tài)虛擬模型，使得復(fù)雜的機構(gòu)運動可視化仿真成為現(xiàn)實。問題的發(fā)現(xiàn)和解決變得直觀明了，從而達(dá)到到高效、快速、敏捷、一次試制成功的目的。

（四）娛樂領(lǐng)域

VRML在這個領(lǐng)域中的應(yīng)用可以說是最吸引人的。通過VRML虛擬出各種人們平時去不了的或夢幻不存在的場景，加上其良好的實時交互方式和強烈的代入感，人們在其中游戲、探險等，都能有身臨其境的感官享受和樂趣。也許有天，不出門就可遍覽世界諸多名勝不會只是出現(xiàn)在夢中了。如上海的世博會，在網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建了一些場館的虛擬場景，不能去上海的人們可以很方便的通過網(wǎng)絡(luò)參觀這些場館，達(dá)到了參與世博、宣傳世博的目的。通過以上列舉的部分領(lǐng)域的應(yīng)用可以預(yù)見，VRML有著巨大的潛力和廣闊的發(fā)展空間，它的發(fā)展會影響和改變我們生活中的各個方面。

六、結(jié)束語

本文介紹了VRML的概念、發(fā)展歷程、特點和一些應(yīng)用實例，通過與第一代WWW做對比，可以看出VRML具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。雖然VRML的發(fā)展現(xiàn)在還處于起步階段，實際應(yīng)用并不普及，但我們可以預(yù)見到，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，VRML終將改變我們的生活。

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［3］孟國軍，鐘家騏.第二代Web語言VRML的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.中國測試技術(shù)，2003，29（2）.

［4］周前祥，姜世忠，姜國華.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.計算機仿真，2003，20（7）.

（責(zé)編：趙國梁）

TP312

A

1008-8431（2010）05-0072-03

2010-09-28

金燁（1982-），男，太原師范學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)，太原大學(xué)教育學(xué)院助教。