VRML

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VRML(Virtual Reality Modeling Language，虛擬現實建模語言)

　　VRML是一種用於對三維虛擬場景進行建模的描述性語言，它與以上所說的標記語言並沒有什麼關係。1997年12月，VRML作為國際標準正式發佈，並於1998年1月獲得ISO批准(國際標準號為ISO／IEC 14772 1：1997)，通常稱為VRML 97。

　　VRML 97作為ISO／IEC國際標準，將推動Internet上互動式三維應用的迅速發展，而且從Netscape Navigator 4．x和Internet Explorer 4．x開始就內置了VRML瀏覽器，這為VRML成為Internet上發佈3D內容的普遍性開放標準奠定了堅實的基礎。

　　VRML是一種三維建模語言，其基本目的是建立Internet上的互動式的三維多媒體虛擬場景，其基本特征包括分散式、三維、交互性、多媒體集成性以及場景逼真性等。

　　第一代Web實現文檔訪問，能夠提供閱讀感受；第二代Web以VRML為基礎，實現了多媒體、虛擬現實和Internet的結合，使人們有一種身臨其境的感受，在一個三維虛擬現實的場景中探索Internet上無比豐富的信息資源。

　　由於VRML具有分散式、三維、交互性、多媒體集成性以及場景逼真性等基本特征，利用VRML可以創建多媒體通信、分散式虛擬現實、設計協作系統、實境式電子商務、網路游戲、虛擬社區等全新的應用系統。

　　(1)VRML定義了一組能描述三維圖形的對象——節點(node)。

　　(2)節點被安排成層次結構——場景圖(scene graph)。

　　(3)場景圖定義了節點的順序，場景圖的狀態依賴於早期節點並影響著後來的節點。

　　(4)分隔符(separator)的應用可以使一部分場景與其他部分相互獨立。節點的特性由下列信息決定。

　　(5)對象類型包括立方體(cube)、球(sphere)、紋理映射(texture map)、變換(transformation)等。

　　(6)描述此對象的參數。

　　1994年2月，Mark Presce和Tony Parisi創建了稱為Labyrinth(迷宮)的三維瀏覽器，這是WWW上三維瀏覽器的早期原型。同年，Mark和Brian Behlendorf創立了VRML郵遞表WWW VRML，併發出了在WWW上建立三維應用正式規範的倡儀。SGI的GavinBell註意到了Open Inventor很適合作為這樣的規範，並很快組織了一份提案。經過一番激烈辯論後，Inventor提案被選定為未來規範的工作文檔。隨後，Gavin在很多Inventor工程師的幫助下，修訂並最終制定了VRML l．0規範的草案。此規範1994年10月第二屆WWW國際會議上公佈。由於VRML l．0缺少一些關鍵性特型如動作、交互和行為，需要進行重大修訂。1996年1月，SGI的動態世界(Moving World)提案在Sony公司和Mitra的合作下獲得大多數支持，成為VRML 2．0規範的工作文檔。之後，VRML 2．0規範的第一版於1996年8月在新奧爾良舉行的SIGGRAPH’96會議上公佈。1997年12月，VRML作為國際標準正式發佈，並於1998年1月獲得ISO批准，通常稱為VRML97。它是VRML 2．0經編輯修訂和少量功能性調整後的結果。

　　現在，VRML已經得到了電腦界的廣泛重視，Microsoft、IBM、Netscape、Apple、SGI、Oracle、Song、Auto Desk、Adobe、Macromedia等著名大公司紛紛推出了各自的VRML產品。Netscape Navigator 4．X和Intemet Explore 4．X都已內置了VRML瀏覽器，VRML也是Windows98的標準部分。VRML已成為Intemet上發佈3D內容的具有普遍性的開放標準。

　　VRML的基礎是採用HTTP協議傳輸數據的全球網和SGI設計的Open Inventor文件格式。VRML可用來在Internet上建造和變換虛擬世界，同時具有很好的交互性可支持大量的用戶。通過VRML瀏覽器用戶可以在虛擬場景中漫游，並可通過超級鏈接(hyperlink)到達新的三維世界。VRML是一種面向對象的描述語言，其對象包括三維幾何形體、MIDI數據和JPEG文件等。VRML內建了支持多個分散式文件的多種對象和機制，包括內聯式(inlining)嵌入其他VRML文件，通過超鏈接指向其他文件。

　　VRML具有與平臺無關的特性。VRML的訪問方式是基於客戶伺服器(C／S)模式的，伺服器提供VRML文件及資源(圖像、視頻、聲音等)，客戶通過網路下載希望訪問的文件，並通過本地平臺的瀏覽器交互地訪問該文件所描述的虛擬世界。由於瀏覽器是本地平臺提供的，所以實現了平臺無關性。

　　VRML像HTML一樣，用ASCII文本格式來描述世界和鏈接，保證了在各種平臺上通用的同時也降低了數據量，從而也可以在低帶寬的網路上實現。

　　傳統的VR中使用的實時3D渲染引擎在VRML中得到了更好的體現。這一特性把VR的建模與實時訪問更明確地隔離開來了，這也是VR不同於三維建模和動畫的地方，後者預先渲染，因而不能提供交互性。VRML提供了(6十1)個自由度，即3個移動方向和3個轉動方向，以及和其他三維空間的超鏈接。

　　VRML作為一種標準，不可能滿足所有的應用需求，有的希望交互性更強，有的希望畫面質量更高，有的希望VR世界更複雜。這些要求往往是相互制約的，同時又受到用戶平臺硬體性能的制約，因而VRML是可擴充的，即可以根據需要定義自己的對象及其屬性，並通過原型、描述語言等機制，使瀏覽器可以解釋這種對象及其行為。

　　虛擬世界由對象構成，VRML通過各種對象來描述三維場景，這些對象及其屬性稱為結點(node)。每個結點是構成VRML文件的基本單元。每個場景都是由具有不同層次結構的多個結點組成。VRML使用場景圖(Scene Graph)數據結構來建立3D實境，這是一種以SGI的Open Inventor 3D工具包為基礎的一種數據格式。場景圖規定了節點之間的等級關係和嵌套關係。

　　每個結點都可以有5個方面的特征：類型、域、事件、實現、名字。在VRML l．0中共有36個結點，分為3類：造型節點(Shape Node)、屬性節點(Property Node)、組節點(Group Node)，以及一個類似於C語言中偽指令的特殊節點WWW Inline。其中造型節點包括常用幾何體和用於任意集合體的線框圖(Indexed LineSet)和麵框圖(Indexed Face Set)。屬性節點用於指定後續節點的屬性，分為幾何與外觀組(Geometry And Appearance Group)，如坐標、材質、文本等；矩陣與變換組(Matrixor Transform Group)，包括矩陣變換、旋轉、縮放、平移、變換；攝影機組(Camera Group)，包括有無透視變換的兩種攝像機，其位置、方向、視野可定義；燈光組(Lights Group)，包括3種光源。VRML 2．0定義了54種基本結點類型，用戶可以通過原型機制定義自己的結點類型。VRML 2．0以SGI的Moving World提案為基礎，在動態和視覺效果兩方面對VRML l．0進行了改進。為連接和控制動作、反應和動畫定義了5個結構：節點事件域(Node Event Field)、路徑(Route)、感測器(Sensor)、插入件(Interpolator)和腳本節點(Script Node)。其中腳本節點包括了Java Script或關聯了一個Java Applet，使開發者可以擴充VRML的行為和動態特性。在效果方面，提供了梯度和紋理映射背景、與地點相關的聲音以及將MPEG-1視頻映射到任意對象上的MovieTexture節點，還提供了輪廓地形(ConrouredTerrain)、突出(Extrusion)、碰撞檢驗(CollisionDetection)、霧化效果(Fog)等。

　　VRML是一種造型語言，它不同於編程語言C語言、Java語言等，也不同於HTML等標記語言。它比HTML語言複雜，可以用來描述三維物體，但它比任何編程語言都簡單。其他高級語言要求用戶有一定程度的程式設計基礎。而VRML對使用者的編程功底要求不高。如果將其他高級語言與VRML結合起來使用會給用戶帶來很多方便。

　　VRML也不同於虛擬環境的專用開發工具VRT、WTK、MR等。目前它對虛擬現實的外圍設備的支持欠缺，也不支持在虛擬環境中創建虛擬環境。

　　VRML最大的優點是它的網路特性，VRML文件本身所占空間很小，這樣便於通過網路傳輸。

　　目前，VRML技術才剛剛起步，其未來將是協作的、共用的、分佈的和普遍的，具有強大的生命力，基於VRML的虛擬現實世界將會越來越豐富多彩。

　　VRML在遠程教育、科學計算可視化、工程技術、建築、電子商務、互動式娛樂、藝術等領域都有著廣泛的應用前景，利用它可以創建多媒體通信、分散式虛擬現實、設計協作系統、實境式電子商務、網路游戲、虛擬社區、賽博空間等全新的應用系統。

　　(1)工程應用

　　當前的工程很大程度上要依賴於圖形工具，以便直觀地顯示各種產品，目前CAD／CAM已經成為機械、建築等領域必不可少的軟體工具。VRML將使工程人員能通過全球網或內部網按協作方式進行三維模型的設計、交流和發佈，從而進一步提高生產率並削減成本。

　　(2)商業應用

　　對於那些期望與客戶建立直接聯繫的公司，尤其是那些在他們的主頁上向客戶發送電子廣告的公司，Imemet具有特別的吸引力。VRML有可能大幅度改善顧客購買商品的經歷。例如，顧客可以訪問虛擬世界中的商店，在那裡挑選商品，然後通過Imemet辦理付款手續，商店則及時把商品送到顧客手中。

　　(3)教育應用

　　把VRML用於建造人體模型、電腦太空旅行、化合物分子結構顯示等領域。由於數據更加逼真，大大提高了人們的想像力、激發了受教育者的學習興趣，學習效果十分顯著。隨著電腦技術、心理學、教育學等多種學科的相互結合、促進和發展，能夠提供更加協調的人機對話途徑。

　　(4)娛樂應用

　　娛樂領域是VRML的一個重要應用領域。VRML是一個功能十分強大的在Internet網上交換三維場景的描述性語言，它能提供更好的多人之間的交互，提供更加逼真的虛擬環境，從而使人們能夠享受其中的樂趣，帶來更好的娛樂感覺。VRML目前正朝著實時通信、大規模用戶交互的方向發展。

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