基于JAVA和VRML的虚拟校园的设计和实现_潘雷

基于JAVA和VRML的虚拟校园的设计和实现潘雷,陈谊(北京工商大学计算机学院,北京100037)摘要:随着网络技术和计算机仿真技术的不断发展,基于互联网的虚拟现实已经逐渐成熟.通过研究VRML的三维建模技术, JA V A程序对VRML的实时控制以及实现VRML和JSP互动,将基于网络的应用程序与虚拟现实结合起来,旨在创建一个全新的虚拟校园.关键词:VRML; JA V A;三维建模;虚拟校园中图分类号: TP391. 9文献标识码: A收稿日期: 2006 07 05作者简介:潘雷(1982-),男,浙江温州人,硕士研究生,研究方向:虚拟现实技术;陈谊(1963-),女,北京人,教授,博士,研究方向:计算机网络应用与虚拟现实技术.虚拟现实(virtual reality,VR)技术是一种用以创建和体验虚拟世界(virtualworld)的综合集成技术,其特征是沉浸性、交互性和多感知性[1].随着计算机网络技术的飞速发展,将虚拟现实应用到W eb网上,已经成为该技术的一个重要分支.虚拟现实建模语言VRML(virtual reality modeling language)被称为继HTML之后的第二代W eb语言,它用来描述三维物体及其行为,可以构建虚拟世界(virtualworld). VRML的基本目标是建立互联网上的交互式三维多媒体. VRML的出现使得虚拟现实像多媒体和互联网一样逐渐走进现代生活.通过使用VRML的三维虚拟建模技术,以及将JA V A技术与VRML的虚拟现实技术的结合,创建出一个全新的基于网络上的虚拟校园.1虚拟校园三维场景的设计1.1系统的体系结构因为开发的是网上虚拟校园,所以选择了B /S结构模型作为系统整体架构,进行三维建模时,选择了VRML. VRML文件和HTML一样,是用ACSII文本格式来描述场景的.这一特点是它保证在各种平台上通用的同时也降低了数据量的传输,从而在网络上可以很方便地实现虚拟现实.其中SERVER端提供VRML文件(*.wrl格式的文件)以及其文件所用到的资源,如声音、图像、动画等.客户端可以通过网络下载希望访问的文件,并可以通过本地平台上的VRML浏览器生成虚拟现实场景.为了在普通浏览器上浏览wrl格式的文件,需要安装支持VRML的插件.虚拟校园的体系结构如图1.图1虚拟校园的体系结构1.2虚拟现实场景的创建模型的制作可以采用现有的支持VRML格式的三维模型制作软件来完成.如: 3DSMAX、Mutigen Creator等,还有一些创建VRML场景的专用软件,如ISB、ISA、Cosmoworlds.在三维建模工具中造型,然后导出VRML97格式的文件.在建模部分用的是专业建模工具3DMAX,用该建模工具建造的模型可以直接保存为vrm l格式的文件.1.3需要的建模数据校区视景仿真中建筑物模型包括:校园中的各种建筑物、街道、操场、绿地、树木等.除此以外,还有一些辅助性的设施,如喷泉、公园的长椅等.建模需要的原始数据包括校区的整体规划图、管线布线图, 以确定校区仿真的整体布局.1.4VRML建模VRML的造型功能很强,通过其节点的构造,就可以创建出一个复杂充满动感的世界,节点是构成VRML文件的基本构件,用来描述造型的属性,节点包括域和描述其属性的域值[2].但是单一的节点只能描述造型、颜色、光照、纹理、视点等.这样的单一节点并不能满足创建场景的需要.节点根据其功能可以分为组节点和子节点.将不同的造型组织在一起的节点称为组节点.这样VRML构造整个场景可以通过各个子节点的组合和组节点的再组合构成.1.5纹理映射纹理映射是一种用来加入细节的技术,其通过将文理图根据几何体的外形,按一定规则映射到物体的表面.使用纹理映射使物体更具有真实感[3].在建模时,场景中使用了一样的几何图形.然而,通过在那些图形上使用不同的纹理贴图以及改变尺寸和方向,你就能使场景看起来与实际的形状不同.在VRML中,能用来创作纹理图的格式有JPEG,GIF, PNG和MPEG. VRML提供有3种纹理节点, ImageTexture节点, PixelTexture节点和MovieTexture节点,针对纹理还可以用TextureTransform进行平移、缩放、旋转等变换.2JA V A与VRML的结合Java是Sun公司推出的一种编程语言.它是一种通过解释方式来执行的语言,也是一种跨平台的程序设计语言,具有“一次编写,随处运行”的特性. JSP是一种网页技术标准. JSP技术是用JA V A语言作为脚本语言的, JSP网页为整个服务器端的JA V A库单元提供了一个接口来服务于HTTP的应用程序.2.1使用JA V A进行动态场景的生成和控制在VRML中,虽然有触动检测器和感知检测器节点,但VRML中并没有提供支持动态决策逻辑的节点,场景只是被限制在先前定义的节点路线上,沿着先前的路线来传达先前的事件.因此,需要程序语言来把任意程序逻辑置入场景和关键点,来动态控制场景.而JA V A的可移植性使得它更适于WEB程序的开发,同时JA V A提供多线程功能使得在一个程序里可同时执行多个小任务,给开发的程序带来更好的交互性能和实时控制性能[4].在VRML中,是通过Script节点来连接VRML和JA V A的,实现由JA V A程序到VRML场景的控制.方法是将JA V A程序从Script节点处获得的事件经进一步的加工,再将在JA V A程序中实现了操作者逻辑的信息反馈到Script节点中,由Script节点的eventOUT事件出口通过路由对场景进行控制[5].在Script节点中直接引用的是经过编译后的JA V A字节流,即class类型文件.因此应为JA V A源程序安装并设置编译环境.大多数插件类型的VRML浏览器是通过主浏览器的JA V A虚拟机来实行JA V A程序的,因此不仅应该为编译程序提供类库,也应该为浏览器提供类库,即JA V A的VRML 包. JA V A对VRML的支持都是通过封装好的类来实现的,而Java的VRML包通常是由VRML浏览器提供的,因此一般放在浏览器的子目录中.假设JDK1. 4(Java development kitJava开发包)安装目录为c: \Java,安装好Cortona插件以后,在安装目录找到如下两个文件:\ Program files \ common files \ParrallelG raphics\Cortona\corteai. zip和classes. zip.然后将以上两个文件拷贝到C: \jdk1. 4\lib目录下.再用window记事本打开C: \autoexec. bat文件后,填入:SET CLASSPATH=.;C: \jdk1. 4\lib\classes. zip;C: \jdk1. 4\lib\corteai. zip通过上述设置, Java编译器和主浏览器都能找到Java的VRML包,为Java与VRML场景之间的通讯提供了基础.整个节点的工作流程如图2.首先定义Script节点中各域的域值,接着便设置路由(route)使VRML中的其他节点和Script节点联系起来,当与Script节点有联系的节点发生事件时,事件通过路由传给Script节点的eventIn域,并通过ur域中指定的地址找到Java类,然后Java类开始工作.使M icrosoft公司决定从IE6. 0开始不再支持SunJava虚拟机.运行在M icrosoft JVM的Applet共享通用数据结构,存在跨域未授权通信漏洞,建议使用M icrosoft JVM 5. 0以上版本.图3虚拟校园场景2)正确选取Java编译器JDK版本,最好使用1. 3版本的,不要使用1. 4以上的,否则编译之后无法执行.3)选取合适的VRML浏览器.目前VRML浏览器中使用较多的有ParallelG raphics公司的Contona和blaxxun公司的Contact,建议使用Contact.最新的Contact5. 0增加了对Direct9. 0以及MPEG4-style layers的支持.4结束语VRML与其它实现三维场景的技术手段相比,具有语法简单、三维建模功能强大、便于网上发布等优点.但由于VRML本身仅仅是一种标准,不可能满足各行各业的所有需要.所以,高级交互功能的实现必须借助于Java等功能强大的高级语言.这样,可以有效地弥补VRML本身的一些不足. Java技术在VRML中的应用帮助在Internet中建立自定义的三维虚拟世界,将交互式三维能力带入万维网,将给使用者带来近乎完美的真实感觉.参考文献:[1]曾建超,俞志和.虚拟现实技术及其应用[M ].北京:清华大学出版社, 1996.[2]BrollW, Koop T. VRML: Today and Tomorrow [J].Computer and G raphics, 1996, 20(3): 427 433.[J].计算机仿真, 1999, (3): 19 21.[5]赛博科技工作室.VRML与JA V A编程技术[M ].北京:人民邮电出版社, 2002.DESIGN AND IMPLEMENT OF A VIRTUAL CAMPUSBASED ON JA V A AND VRMLPAN Lei,CHEN Yi(College ofComputer Science and Technology,Beijing Technology and BusinessUniversity, Beijing100037,China)Abstract: W ith the fast development of network and computer simulation techniques, the virtualreality based on internetgradually ismature. In order to create a new virtual campus, the applets based on the network are combined with the virtual reality through the research of the vrm l's three dimensionsmodeling technology, the java program to vrm l's real controlling and through the program designing to exchange vrm l and jsp.Key words: VRML; JA V A; three dimensionsmodeling; virtual campus(责任编辑:邓清燕)(上接第51页)[2]柴晓路. W eb服务架构与开放互操作技术[M ].北京:清华大学出版社, 2002.[3]Cronshaw JM, Krutchinsky A N, ZhangW, et al.Proteom ic analysis of the mammalian nuclear porecomplex[J]. J CellBiol, 2002, 158(5): 915 927.[4]蔡自兴,徐大佑.人工智能及其应用[M ].北京:清华大学出版社, 2003.DESIGN AND APPLICATION RESEARCH OFBIO INFORMATICS DA TA BASES SYSTEMCHEN Dan1,LIU Yue-lan2(1.College ofComputer Science and Technology,Beijing Technology and BusinessUniversity,Beijing100037,China; 2.DepartmentofComputer Science,Harbin TeacherUniversity,Harbin150001,China) Abstract: This article provides an actual application solution to the data integrated and shared bioinformatics resources which are from internet with different data sources and different formats, through the way of different formats data bases and data exchange technology, it realizes the intelligent check-up and statistics analysis function of client visit.Key words: bioinformatics; data integration; search(责任编辑:邓清燕)55第24卷第6期潘雷等:基于JA V A和VRML的虚拟校园的设计和实现。