章銀娥　黃賢通　胡聲洲

摘要：運(yùn)用VRML和Java工具，研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的音樂人體幾何模型，通過VRML的各種節(jié)點(diǎn)和Java腳本參數(shù)的設(shè)置使得人體幾何模型能夠動態(tài)感知虛擬音樂環(huán)境中的情感，較好地實(shí)現(xiàn)了各種行為交互，達(dá)到實(shí)施真實(shí)人體的各種行為逼真效果。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；情感模型；交互行為

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）28-0192-03

Research of the Music Emotion Model in Virtual Reality Environment

ZHANG Yin-e， HUANGXian-tong，HU Sheng-zhou

（College of Mathematics and Computer Science Gannan Normal University ，Ganzhou 341000， China）

Abstract：Using VRML and Java tools，a model of music human body in virtual reality environmenthas been researched and designed. Through the various nodes of the VRML and the setting of the Java script parameters， the human body geometry model is able to dynamically perceive the emotion in the virtual environment and has achieved a variety of behavioral interactions. All of above it has arrived to implement the real human behavior of a variety of realistic results.

Key words： Virtual reality； emotion model； interactive behavior

隨著計(jì)算機(jī)信息化的廣泛普及，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也出現(xiàn)在各行各業(yè)。人們通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)時(shí)地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，通過虛擬工具把用戶置身于一個(gè)虛擬環(huán)境中，讓用戶如同真實(shí)地控制著計(jì)算機(jī)，盡情展示用戶的情感。

與計(jì)算機(jī)發(fā)展同步的是，人們越來越習(xí)慣把計(jì)算機(jī)知識和音樂領(lǐng)域結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)制作數(shù)字化音樂，可以改善人們對音樂的理解和欣賞，更加有利于提高音樂的強(qiáng)大表現(xiàn)力，擴(kuò)大音樂應(yīng)用前景。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對音樂情感模型進(jìn)行研究可以最大限度地把音樂情感化與音樂情感的驅(qū)動更有效的結(jié)合。本文利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的VRML和Java工具對音樂情感模型的一個(gè)探討。

1 VRML與Java

VRML又稱虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言，是一種集渲染、造型于一體的圖形化描述性語言，具有沉浸性、交互性、想象性三大特性，在結(jié)合Web3D的基礎(chǔ)上具有復(fù)雜、交互性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。人們利用VRML本身的節(jié)點(diǎn)可以輕松制作出三維虛擬交互場景的情感模型。

Java是一種面向?qū)ο蟮母呒壵Z言，不同于其他的解釋性和編譯性語言。這種面向?qū)ο蟮母呒壵Z言和VRML相結(jié)合可以讓虛擬環(huán)境更加動態(tài)、真實(shí)，從而加強(qiáng)虛擬環(huán)境中人機(jī)交互的特性。

2虛擬環(huán)境中音樂情感模型的建構(gòu)

針對VRML和Java構(gòu)建的虛擬環(huán)境的功能特點(diǎn)，音樂情感模型的構(gòu)建主要分為用戶幾何模型、用戶運(yùn)動模型、用戶感知模型、虛擬環(huán)境中音樂情感模型、行為模型和認(rèn)知模型。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的用戶具有特定的音樂情感，可以隨著外部的虛擬環(huán)境變化而動態(tài)實(shí)時(shí)的感知系統(tǒng)環(huán)境的變化，從而產(chǎn)生一系列的認(rèn)知、行為規(guī)劃能力，產(chǎn)生一種逼真的效果。圖1為虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境體系結(jié)構(gòu)圖。

3 虛擬環(huán)境中音樂情感模型的設(shè)計(jì)

3.1 虛擬環(huán)境中音樂情感原型節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

虛擬環(huán)境中音樂情感人體機(jī)會模型的構(gòu)建主義是基于VRML文件中主要的節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。通過VRML的Proto原型節(jié)點(diǎn)定義人體幾何模型的關(guān)節(jié)屬性，利用節(jié)點(diǎn)嵌套把人體的各個(gè)關(guān)節(jié)聯(lián)合起來，Proto原型節(jié)點(diǎn)接口中的構(gòu)成如表1所示，其中域名中的field域名用來定義音樂情感人體的私有域，域名中的exposedField域名用來定義人體幾何模型的公共域。

3.2 虛擬環(huán)境中音樂情感人體幾何模型的設(shè)計(jì)

在虛擬環(huán)境中人體幾何模型包括手臂、腿、頭、身軀等主要部位構(gòu)成，這些部位的構(gòu)成主要由關(guān)節(jié)Joint和段Segment來實(shí)現(xiàn)，通過對關(guān)節(jié)和段設(shè)置各個(gè)不同的rotation旋轉(zhuǎn)、center中心位置、translation平移等域值達(dá)到對人體幾何模型的整體構(gòu)建，利用DEF節(jié)點(diǎn)重用機(jī)制對原始節(jié)點(diǎn)的重復(fù)調(diào)用，其中人體幾何模型的設(shè)計(jì)過程如下所示。

DEF Human Human {

humanBody [

DEF hanim_HumanRoot Joint {

name "HumanRoot"

translation 0 0 0

rotation 0 0 1 0

center -0.004270 0.990000 -0.122639

children [

DEF hanim_sacro Joint {

………

DEF han_pelSegment {

name "pel"

children [

DEF LND21 LMARK {location -0.191261 0.874000 -0.091831 lName "Rt. Trochanterion"}

DEF LND23 LMARK {location 0.181634 0.866000 -0.142666 lName "Lt. Trochanterion"}

DEF LND73 LMARK {location -0.004813 0.760000 -0.117249 lName "Crotch"}

DEF LND17 LMARK {location -0.102637 0.928000 -0.023287 lName "R.AS"}

DEF LND19 LMARK {location 0.119350 0.928000 -0.059732 lName "L. AS"}

DEF LND28 LMARK {location -0.016897 1.052000 -0.203769 lName "Wt， P， P."}

…………..

DEF hanim_c7 Segment {

name "l1"

children [

……… }

虛擬環(huán)境如圖2所示。

3.3 虛擬環(huán)境中音樂情感行為認(rèn)知模型的設(shè)計(jì)

虛擬環(huán)境中音樂情感人體模型沒有年齡、輩分的區(qū)別，人體模型直接的交互屬于抑制性交互，通過設(shè)置不同影響交互因子PositionInterpolator位置節(jié)點(diǎn)和OrientationInterpolator轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行量化，人體幾何模型獲取對應(yīng)的參數(shù)化設(shè)置后實(shí)時(shí)生成相應(yīng)的內(nèi)部感情，通過一定的交互規(guī)則來影響人體幾何模型的自主行為規(guī)劃，在人體幾何模型的自主行為完成之后內(nèi)部的情感再次進(jìn)行更新，其實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示。

PosititonInterpolator位置節(jié)點(diǎn)和OrientationInterpolator方向節(jié)點(diǎn)參數(shù)化部分設(shè)置如下程序所示。

DEF W PositionInterpolator

{

key [0 0.0011 0.0022 0.0034 0.0045 0.0056 0.0068 0.0079 …….]

KeyValue[0.147 0.029 0.208 0.148 0.038 0.209 0.154 0.087…….]

}

DEF Human OrientationInterpolator {

key [0 0.0011 0.0022 0.0034 0.0045 0.0056 0.0068 0.0079 …….]

KeyValue[ 0 0 1 0 -0.808 0.468 0.357 0.009 -0.787 0.509…….]

}

……..

當(dāng)音樂響起之后，虛擬環(huán)境中的人體做出一系列不同的交互行為，如圖4所示。

4 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)音樂情感模型主要為用戶提供一個(gè)具有沉浸感較強(qiáng)、操作簡單的智能交互的虛擬環(huán)境。本模型仿真系統(tǒng)采用VRML和Java腳本相結(jié)合的方式，利用VRML的虛擬節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了虛擬環(huán)境中音樂情感模型及其行為的交互設(shè)置，讓人體幾何模型在實(shí)時(shí)感知虛擬環(huán)境動態(tài)變化的同時(shí)還能生成內(nèi)部情感，通過內(nèi)部情感的傳遞產(chǎn)生了具有認(rèn)知感的行為規(guī)劃，能夠自主實(shí)現(xiàn)行為的實(shí)施，很好地完成用戶虛擬化人體幾何模型的各種交互，達(dá)到了虛擬與現(xiàn)實(shí)的逼真模擬程度。但是由于在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，VRML和Java 的工具相對簡單，虛擬人體幾何模型實(shí)施的交互行為還需要考慮更豐富的內(nèi)部情感需求，需要擴(kuò)充更多的任務(wù)、行為設(shè)置來增加虛擬環(huán)境中音樂情感的逼真實(shí)現(xiàn)。

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