基于VRML技术虚拟机械设计实验室的研究
基于VRML的虚拟实验教学系统的研究与实现
２ ３ 虚 拟实 验 教 学 系统 的开 发方 法 构建虚拟 实验教 学系统有 多种 方法 ， 但 它 们 的 基 本 思 想 应 该 是 一 致 的 ， 用 软 即 件 方 法 来 模 拟 硬 件 设 备 的 功 能 。目 前 国 内
并 记 录 实 验 结 果 。 数 据 库 。 虚 拟 实 验 系 ③ 为 统提供相关的数据服务 。 （ ） 拟 场 景 的 建 立 。 计 ＶＲＭ Ｌ虚 拟 ３ 虚 设
合 运 用三 维 图 形 技 术 、 算机 模 拟 与 仿 真 、 计 传 感 技 术 、 示 技 术 、 工 智 能 等 多 种 信 息 显 人
（ ） 能 模 块 设 计 。 论 建 设 哪 个 学 科 ２功 无 的 虚 拟 实 验 系 统 ， 功 能拟现 实技术简介
虚拟 现 实 技 术 这 一 名 词 是 由 美 国ＶＰＬ 公 司 创 建 人 拉 尼 尔 （ａｇ ｎ ａ ｉｒ在 ２ 世 纪 Ｊ ｒ ｏ Ｌ ｎ ｅ ） ０ ８ 年 代 初 提 出 的 ， 称 灵 境 技 术 或 人 工 环 ０ 也
直到正确为止。
模 拟 出 实 验 的 过 程 和 结 果 。 虚 拟 实 验 室 在
中 ， 生 能 够 在 计 算 机 建 立 的 三 维 的 模 拟 学 实 验 场 景 中 从 不 同 的 视 角 观 察 一 个 实 验 对 象 ， 过 鼠 标 的 选 择 或 者 拖 曳 操 作 便 可 以 通 进 行 虚 拟 的 实 验 。 拟 实 验 教 学 开 创 了 全 虚 新 的 学 习 场 景 ， 学 生 全 身 心 地 投 入 到 学 使 习 环 境 中 去 ， 大 提 高 了 学 生 的 学 习 兴 趣 大 和 感 知 水平 ， 利 于 学生 操 作 技 能 的提 高 。 有
基于VRML和Java的交互式虚拟装配技术研究
Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｖ ｒｕ ｓ ｍｂｌ ｙ ｗｏ ｄ ｉｔ ａ ａ ｅ ｌ ｓ ｅ；ｅ ｔｒ ａ ｕ ｈ ｒｎ ｎｅ ａ ｅ；ｓ ｒｐｔａ ｔ ｏｉ ｇ ｉ ｅ ａ ｅ；ｉ ｔｒｃ ｉｎ ｘｅ ｌａ ｔ ｏ ｇ ｉ ｔｒ ｃ ｎ ｉ ｆ ｃ ｉ ｕ ｈ ｒｎ ｎｔｒ ｃ ｆ ｎｅ ａ ｔｏ
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基于VRML的虚拟组装实验室的设计与实现
基于VRML的虚拟组装实验室的设计与实现
马世霞;刘丹;茹庆云;郭祖华
【期刊名称】《计算机应用与软件》
【年(卷),期】2008(025)005
【摘要】针对计算机组装的可视化问题,探讨了VRML在解决三维动态交互装机可视化问题中的应用潜力和存在的问题,并采用 Pro/Engineer生成的模型转换成VRML2.0的场景文件,最终在浏览器中实现了三维仿真结果的可视化.在 PC 机上实验表明,所构建的仿真模型较好地模拟了装机的三维形貌,从而为虚拟现实的研究提供一种三维数字化模型.
【总页数】3页(P193-195)
【作者】马世霞;刘丹;茹庆云;郭祖华
【作者单位】河南机电高等专科学校计算机科学与技术系,河南,新乡,453002;中南大学现代教育技术中心,湖南,长沙,410083;河南机电高等专科学校计算机科学与技术系,河南,新乡,453002;中南大学现代教育技术中心,湖南,长沙,410083;河南机电高等专科学校计算机科学与技术系,河南,新乡,453002;河南机电高等专科学校计算机科学与技术系,河南,新乡,453002
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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3.基于ASP与VRML的计算机组装虚拟实验室的研究与开发 [J], 侯荣旭;杨威
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基于VR技术的机械结构装配优化设计
基于VR技术的机械结构装配优化设计随着虚拟现实（VR）技术的迅猛发展和应用，它在机械结构装配领域的应用也越来越受到关注。
借助VR技术，机械结构装配的设计和优化将迎来新的突破。
本文将探讨基于VR技术的机械结构装配优化设计的可能性和优势。
一、VR技术在机械结构装配中的应用VR技术透过虚拟现实设备，人们可以沉浸在虚拟世界中，与虚拟环境进行互动。
这一技术在机械结构装配中的应用主要体现在以下几个方面。
首先，VR技术可以通过模拟装配场景，提供虚拟的装配环境。
传统的装配过程需要依赖计算机模型或者实际样机来进行，这样既费时又费力。
而借助VR技术，装配人员可以在虚拟环境中进行装配实践，避免了一些风险和错误，提高了装配效率。
其次，VR技术还可以实时跟踪装配过程，并对装配中的问题进行分析和解决。
传统的装配过程中，装配人员需要根据自身经验来进行装配调整，无法实时了解装配过程中可能出现的问题。
而通过VR技术，装配人员可以实时观察虚拟装配过程，并通过模拟分析特定问题的解决方案。
最后，VR技术还可以用于模拟装配实验，对机械结构进行优化设计。
传统的优化设计方法往往需要借助大量的实验和试验，成本较高。
而借助VR技术，可以通过虚拟实验进行装配优化，减少时间和成本，提高装配质量。
二、基于VR技术的机械结构装配优化设计的优势基于VR技术的机械结构装配优化设计具有以下几个显著的优势。
首先，虚拟装配环境使得装配过程更加安全和便捷。
装配人员可以通过VR设备直接进行装配练习和实践，避免了一些潜在的安全风险。
同时，虚拟装配环境也减少了对实际装配场地和工具的依赖，降低了装配成本和负担。
其次，VR技术可以提供更直观、更真实的装配体验。
借助VR技术，装配人员可以在虚拟环境中进行装配实践，更直观地了解装配过程中可能出现的问题和挑战。
虚拟环境还可以模拟各种装配场景和条件，帮助装配人员更好地适应各种情况。
最后，基于VR技术的机械结构装配优化设计可以提高装配效率和质量。
基于虚拟现实技术的机电系统模拟与仿真实验研究
基于虚拟现实技术的机电系统模拟与仿真实验研究引言：随着科技的不断发展，虚拟现实技术在建筑工程行业中的应用越来越广泛。
机电系统作为建筑的核心组成部分之一，其设计和安装对于工程的质量和功能起着至关重要的作用。
而通过虚拟现实技术进行机电系统的模拟与仿真实验研究，可以有效提升工程设计的效率和质量。
本文将重点探讨基于虚拟现实技术的机电系统模拟与仿真实验研究的重要性、方法和应用，并结合个人在建筑工程行业的经验，分享相关的实践心得和技术方法。
一、基于虚拟现实技术的机电系统模拟与仿真实验研究的重要性1. 提高设计效率：传统手绘或CAD软件设计机电系统的方法，需要耗费大量的时间和人力，且难以在设计阶段发现潜在问题。
而通过虚拟现实技术进行机电系统模拟与仿真实验研究，可以在设计早期发现设计缺陷，提前解决问题，从而大幅提高设计效率。
2. 降低工程成本：通过虚拟现实技术，可以在设计阶段对机电系统进行全面的模拟分析，准确评估设计方案的可行性，避免运行中出现的问题，从而降低后期工程的成本，节约资源。
3. 提升工程质量：通过虚拟现实技术进行机电系统的模拟实验，可以更加真实地模拟各种工况下的性能表现，提前发现问题，并进行优化调整，保证机电系统的稳定性和安全性，从而提升工程的质量。
二、基于虚拟现实技术的机电系统模拟与仿真实验研究的方法1. 数据采集：利用各种传感器装置收集机电系统运行过程中的数据，包括温度、压力、流量等参数。
同时，还可以通过三维激光扫描等技术对机电设备进行准确的数据采集，以构建真实的虚拟环境。
2. 数据分析与建模：通过对采集到的数据进行分析，建立机电系统的数学模型，并将其运用在虚拟现实系统中，以实现对机电系统的模拟与仿真。
3. 虚拟场景构建：借助虚拟现实技术，根据机电系统的数学模型和参数，构建一个真实感观的虚拟场景，包括机械设备、管道、电气线路等，以实现机电系统的全方位模拟。
4. 实验模拟与优化：在虚拟场景中进行机电系统的模拟实验，观察并记录系统在不同工况下的性能表现，如温度、压力、功率等。
机械设计中的虚拟现实技术与应用研究
机械设计中的虚拟现实技术与应用研究在当今科技飞速发展的时代，机械设计领域也迎来了一系列的变革与创新。
其中，虚拟现实技术（Virtual Reality，简称 VR）的应用为机械设计带来了全新的视角和方法。
虚拟现实技术通过创建沉浸式的虚拟环境，让设计师能够在一个近乎真实的场景中进行设计、测试和优化，极大地提高了设计效率和质量。
虚拟现实技术在机械设计中的应用具有多方面的优势。
首先，它提供了一种直观的设计方式。
传统的机械设计通常依赖于二维图纸和三维模型，但这些方式在表达复杂的结构和空间关系时往往存在局限性。
而虚拟现实技术可以让设计师“身临其境”地观察和操作设计对象，从各个角度审视其细节，更好地理解设计的形态和功能。
其次，虚拟现实技术有助于提前发现设计中的问题。
在虚拟环境中，设计师可以对机械产品进行模拟装配、运动分析和力学性能测试等。
如果发现某个部件的尺寸不合适、运动轨迹冲突或者受力不均匀等问题，可以及时进行调整和优化，避免在实际制造过程中出现错误和返工，从而节省时间和成本。
再者，虚拟现实技术促进了设计团队之间的沟通与协作。
在一个共享的虚拟空间中，不同专业的设计师可以同时对设计方案进行讨论和修改，直观地展示自己的想法和建议。
这种实时的交互方式能够有效地提高团队的协作效率，减少信息传递的误差。
此外，对于客户来说，虚拟现实技术也提供了更好的产品展示和体验方式。
客户可以在虚拟环境中亲身体验机械产品的操作和性能，提出更具针对性的需求和意见，从而提高客户满意度。
在实际应用中，虚拟现实技术在机械设计的多个环节发挥着重要作用。
在概念设计阶段，设计师可以利用虚拟现实技术快速地构建出多个设计概念，并进行比较和筛选。
通过直观的视觉和触觉反馈，激发创意和灵感，找到更具创新性的设计方案。
在详细设计阶段，虚拟现实技术可以帮助设计师精确地确定零部件的尺寸、形状和位置关系。
通过虚拟装配和干涉检查，确保各个部件之间的配合精度和装配工艺的合理性。
基于VRML的虚拟实验系统设计
中 图分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ３
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ １ （０ ０） — ２ ０ ０ １０ — ３ １２ １ ０ ０ ２ — ２ ９
０ 引 言
间 ， 少 文件 体 积 。 减
随 着 网 络 技术 和 虚 拟 现 实 技 术 的迅 猛 发 展 和 普 及 ， 程 教 育 得 远 ２２ 自动 演 示 功 能 实 现 自动 演 示 功 能 主 要 用来 演 示 实 验 的全 ． 到 了强 大 的 技 术支 持 ， 网络 虚 拟 实 验 实 现 了 对传 统 实验 的有 力 补 过程 ， 帮助 用 户 了解 实验 。 使 以 例如 ， 系统 中的 一个 基 本 实 验就 是 通 本 允 ， 现 了其 时 间 上 的拓 展 和 空 间 上 的 延 伸 。 目前 的虚 拟 实 验 多 为 过 电源 开 关 的开 、 实 合控 制 灯 泡 的 亮 灭 。 自动 演 示 功 能 可利 用 预 定 义 二 维演 示 实 验 ， 实验 真 实 感 、 在 交互 性 和 教学 效 果 等 方 面 与 真 实 实 动 画来 实 现 ， 主 要 涉及 下 面 的 几个 功 能 节 点 。 这 验 相 差 甚 远 。 Ｒ （ ｉｕ ｌ ｅｌｙＭｏｅｉ ａｇ ａｅ是 开 放 的 、 Ｖ ＭＬ Ｖｒ ａ Ｒ ａ ｔ ｔ ｉ ｄｌ ｇＬ ｎｕ ｇ ） ｎ 可 ① 传 感 器 Ｓｎｏ。 传 感器 是虚 拟 场 景 中 的动 作感 知器 ， 用 它 ｅｓｒ 利 扩 展 的 、 业标 准 的虚 拟 现 实描 述 语 言 ， 能够 在 Ｗｅ 创 建 可 导 来 感 知 场 景 中 各种 物 体 的动 作 。 工 它 ｂ上 本例 中可 以为 电源 开 关 添加 感 知 鼠 航 的、 链 接 的 三 维虚 拟 现 实空 间 ， 使 用 户 与 场 景 进行 实 时交 互 ， 标 单 击 动作 的接 触 传 感器 Ｔ ｕｈ ｅ ｓｒ 自动 时 间控 制 的时 间 传 感 超 并 ｏｃ Ｓｎｏ 和 感 知和 操作 虚 拟 对 象 ，因 而 能 够 提 供 更 佳 的 性 能 和 更 好 的 教学 效 器 Ｔｍｅｅｓｒ 插 补 器 Ｉｔ ｐｌｔ 。插 补器 是实 现 动 画 效果 必 不 ｉ Ｓｎｏ。② ｎ ｒｏａ ｒ ｅ ｏ 果。 可少 的节 点 ， 给 出 了动 画 过程 中各 个 时 刻 变 化 量 的参 数 值 。 电源 它 １ 虚 拟 现 实 与 Ｖ ＭＬ Ｒ 开 关 的开 合和 电流 表 指 针 的转 动都 是旋 转运 动 ， 以 为 它们 添 加括 可 虚 拟 现 实 （ ｉｕ ｌ ｅｌｙ 是 一 项 综 合 集 成 人— — 机 界 面 交 互 补 器 Ｏ ｉ ｔ ｉ ｌｔｒｏ ｔｒ Ｖｒ ａ Ｒ ａｉ ） ｔ ｔ ｒ ｎａ ｏ ｎｅ ｌ ｏ，而 灯 泡 亮 度 的 变 化 要 由颜 色 插 补 器 ｅ ｔｎ ｐ ａ 技术 ，它利用计算机生成具 有表面色彩的立体 图形模拟现 实环境 ， Ｃ ｌ ｌｔ ｐｌｔ 来实现。（）Ｏ Ｔ ｏｏ ｎｅ ｏａ ｒ ｒ ｒ ｏ ￣Ｒ Ｕ Ｅ命令。Ｒ Ｕ Ｅ命令根据动画响 ＯＴ 通 过 多 种传 感 设 备 使 用 户 融入 到 该 环 境 中 ， 与 该 环 境 中 的 对 象 进 应 的顺 序 将 各 传 感 器 、 补 器 、 并 插 以及 要 控 制 的节 点 串连 起 来 共 同 实 行 自然 的 、 时 的交 互 ， 而 使 用 户 产 生 一 种 沉 浸 在 虚 拟 环 境 中 的 现 一 个效 果。 实 从 真实感觉。 ２３使 用 ＪｖＳｒ ｔ ． ａａ ｃ ｐ 实现 交 互 功 能 交 互 功 能 要 求 系 统 根 据 用 ｉ Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ作 为一 种 与 互 联 网结 合 ， 用来 描 述 三 维 交 互 世 界 的程 序 户 对 场 景 中不 同节 点 的操 作 做 出不 同 的 响应 ， 这就 不 能通 过 预 定 义 语 言 ， 应 用 于 创 建虚 拟 现 实 的 对 象 、 象和 展 示 模 型 等 。 Ｒ Ｌ的 的方 式 来 实现 ， 必 须 采用 更复 杂 的 程 序 代码 进行 处理 。 Ｖ Ｍ 可 景 Ｖ Ｍ 而 Ｒ Ｌ中 工 作 原 理 是 用 文 本 信 息描 述 三 维 场 景 ， Ｉｔ ｎｔ 在 ｎｅ ｅ 网上 传 输 ， 本 地 常用 的脚 本语 言 是 ＪｖＳｒ 。 此 外 ， 于 一 些 需 要 与 网页 进 行 信 息 ｒ 在 ａａｃｉ ｐ 对 机上由 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ浏 览 器 解 释 生成 三 维 场 景 ， 释 生成 的标 准 规 范 即 是 传 递 的场 景 ，还 可 以利 用 网 页 中 的 Ｊｖ ｐ ｌｔ 实 现 更 为 复 杂 的 解 ａａＡ ｐｅ 来 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ规 范 ， 把 复 杂 的 处理 任 务 交 给本 地 机 从 而 减 轻 了网 路 的 负 控 制 功 能ｏ Ｊｖ Ａ （ ｘ ｒａ Ａ ｔｏ ｎ ｔｆｃ ， 而 ａａＥ ＩＥ ｔ ｎｌ ｕｈｒ ｇＩ ｅ ａｅ 外部 创 作 接 口 ） ｅ ｉ ｎｒ 是 荷。 增强 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ场 景 与 外 部 环境 通信 联 系 和 融 合 能 力 的 一 个 高层 次 的 ２． 验 系 统 的设 计 与 实 现 实 Ｊｖ ａａ类包 ， 它使 得 外 部 的 Ｊｖ ｐ ｌ 程 序 可 以 利 用 Ｖ Ｍ ａａＡ ｐｅ ｔ Ｒ Ｌ的 事件 ２１虚 拟 场 景 的 建 立 Ｖ ＭＬ语 言 本 身 可 以进 行 三 维 建 模 ， ． Ｒ 但 模 型 访 问和 控 制 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ场景 中的 节 点 。 是 它 的标 记语 言 特 性使 得 建 立 三 维 虚 拟 场 景 比较 麻 烦 ， 其 是对 一 尤 本例 中采 用 ＪｖＳｒ ｔ 本 的形 式 进 行 代码 编程 来 判 断 电源开 ａａｃｉ 脚 ｐ 些 庞 大 、 杂 、 求 精细 逼真 的场 景 。一种 比较 通 用 的 方法 是 用 ３ 关 开 、合 状 态 并 确 定 其转 向动 画 。最 后 脚 本代 码 要 用 Ｒ Ｕ Ｅ命令 复 要 Ｄ ＯＴ Ｍａ ｘ这 样 的 三 维 建 模 软 件 来 建 立 静 态 虚 拟 场 景 ， 然 后 再 导 入 到 与 相 关传 感 器 、 补 器 、 节 点 串连 起 来 ， 插 和 形成 一 条 动 画 通 路 。其 动 画 效 果如 图所 示 。 Ｖ Ｍ Ｒ Ｌ编辑 器 中添 加动 态效 果 和 交 互控 制 。 但是 ， 一般 建模 软 件 建 立 的 场 景 文 件 都 很 大 ， 对 网络 传 输 是 这 不 利 的 ， 须 进行 场 景 优 化 。 通 常我 们 可 以采 用 以下 几 种 方 法进 行 必 优化。
基于虚拟现实技术的机械工程设计与优化
基于虚拟现实技术的机械工程设计与优化随着科技的不断发展，在机械工程领域中，虚拟现实技术正逐渐成为一种受欢迎的设计与优化工具。
虚拟现实技术融合了计算机图像处理、人工智能、传感技术等各种前沿技术，为机械工程师提供了更加直观、高效的设计与优化方法。
本文将探讨虚拟现实技术在机械工程设计与优化中的应用，并分析其优势与挑战。
首先，虚拟现实技术为机械工程师提供了全新的设计思路和工具。
传统的机械设计过程中，往往需要花费大量时间和成本进行实物样机的制造和测试。
而有了虚拟现实技术，机械工程师可以在计算机上构建出一个虚拟的三维模型，通过模拟真实环境中的物理特性和运动方式，准确地预测设计的行为。
这种虚拟试验可以大大提高设计效率，并且可以多次迭代，实现更加精确的设计。
其次，虚拟现实技术在机械工程优化中的应用也非常广泛。
通过虚拟现实技术，机械工程师可以对不同设计方案进行模拟和比较，从而快速找到最佳解决方案。
例如，在设计一个机器人手臂时，可以通过虚拟现实技术对不同结构参数进行优化，以实现更好的负载承载能力和运动灵活性。
这种基于虚拟现实技术的优化方法，可以极大地节约设计和测试的时间和成本。
虚拟现实技术在机械工程设计与优化中的优势是显而易见的，然而它也面临一些挑战。
首先，虚拟现实技术需要高性能计算机和先进的图形处理器来支持。
这对于一些中小型企业来说，可能需要投入较大的资金来购买和更新硬件设备。
其次，虚拟现实技术的学习成本相对较高，需要机械工程师具备相关的计算机图形处理和模拟技术知识。
因此，培训机械工程师掌握虚拟现实技术也是一个挑战。
当然，随着虚拟现实技术的进一步发展，我们可以预见到它在机械工程设计与优化领域中的更广泛应用。
例如，通过与人工智能技术结合，虚拟现实技术可以实现自动优化设计。
机械工程师只需要设定设计目标和约束条件，虚拟现实系统就可以将自动设计算法与模拟仿真过程结合起来，自动生成最佳的设计方案。
这将大大减轻机械工程师的工作负担，并且可以获得更加创新和高效的设计。
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基于VRML技术虚拟机械设计实验室的研究*陈敏,刘晓秋,伍胜男(江西理工大学南昌校区机电工程系,江西南昌 330013)
摘要:交互性有利于激发学生的学习兴趣和认知主体作用的发挥。虚拟实验室是依赖于计算机网络环境下的实验环境,其设计与应用有助于提高学生的学习兴趣和动手能力。基于虚拟现实构造语言(VirtualRealityModelingLan-guage,VRML)制作机械设计虚拟实验室具有交互性好、沉浸感强、制作和使用方便、能提高协作性特点。分析了基于VRML制作机械设计虚拟实验室的原因,对如何制作机械设计虚拟实验进行了分析探讨,论述了机械设计虚拟实验室的设计实现过程。利用VRML实现虚拟实验的多媒体教学系统,改变了教学环境的设计,有助于教学创新和提高教学效果。关键词:虚拟现实构造语言;机械设计;虚拟实验室;交互中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2007)02-0068-03
教育是一个传授知识的过程,通过亲身经历能加速这一过程和巩固所传授的知识,教育过程中很重要的一个过程就是呈献知识信息。机械设计是工科大学一门重要的技术基础课程,实验教学是其中的一个重要的教学环节。学生通过实验教学不仅加深了对课程基础理论的理解和强化,也进一步培养了他们的空间思维能力、动手能力、创新能力和工程意识,提高学习兴趣和动力。实验教学的质量直接关系到整个教学的质量。传统的机械设计课程教学依赖平面图纸和简单的模型,教学效果不太理想。传统的机械设计实验室大多数实验都是采用菜谱式教学方式,也就是给出具体实验步骤,学生依样画葫芦,这就导致学生不重视仪器的构造、功能、使用方法、参数指标、误差范围等。目前多数实验的数据采集、数据处理已由计算机系统完成,实验过程比较枯燥,只是机械地重复对几个按钮的操作,学生的兴趣普遍不高。此外,目前现有的网络教学实验仅提供计算机二维仿真系统,真实感不够强,不能给人以身临其境的感觉,互动性不强。近年来,随着VRML技术的发展,通过网络来构建虚拟实验室已经成为可能,将VRML和机械设计实验教学结合起来,使平面结构变成栩栩如生的真实立体机械构造,提供良好的VR体验,从而加速和巩固学生学习知识的过程,使学生能够通过网络完成实验教学任务,提高了学生的学习效率与积极性。这为培养学生的思维能力、动手能力、创新能力和工程意识提供了极大的便利。1 VRML概述VRML是一种以ASCII码为基础,与Internet网结合用来描述三维空间的语言格式。它是第二代Internet网上实现虚拟现实的关键技术,用户可以与Internet网上的物体进行互动。VRML的基本工作原理可概括为:文本描述、远程传输、本地计算生成。VRML用类似HTML标记文本语言来描述三维场景,就象编程语言,如一个立方体的描述文本是:Box(size3.03.03.0)。用户浏览VRML描述的虚拟场景时,需要通过Internet将描述场景的文本传送到本地。一般来说,文本描述是嵌在WEB页面中,在浏览器请求相应页面时与页面描述文本一起传送本地,而本地计算生成是指描述虚拟场景的数据传送到本地后,VRML浏览器读入VRML代码文件,并把它解释成一图形映象,动态地生成虚拟场景。利用VRML2.0可以创建虚拟的3D场景,还可以在虚拟世界中添加声音、动画、与使用者互动等动态支援,让使用者自由地在场景中漫游观视,充分感受到多媒体的丰富变化。目前被广泛应用于Internet网上创建虚拟的三维空间。VRML现在已经是CAD、动画制作、3D建模软件等领域中数据共享和数据发布的标准,ISO已把它作为未来标准发展的重要模型加以开发和研究。VRML的最新国际标准是ISO/IEC-14772-1:1997。
2 虚拟实验系统设计达到的目标2.1 交互性VRML结合了多媒体技术、虚拟现实技术和网络技术,因此通过鼠标可以在网络实验室畅游,实现人机交互。只不过与计算机的交互不再是简单的文字和图片链接,而是一些具有真实感和现场感的物体。VRML提供了3D空间中描述对象的格式,即节点。用VRML定义的节点总是包含一个可视的有形的结果。VRML场景中的对象不仅是/动态的0,而且是/可交互的0,在感受虚拟环境的同时能够通过自己的行为改变或影响虚拟环境,就如在现实中改变自己周围的环境一样。借助于VRML良好的交互性和真实性,使交流变得直观自然。2.2 沉浸感VRML技术为Web世界提供了三维的空间,改变了以往文本加图像的二维画面,变成了显示实物场景。上网就像在真正的网际空间中遨游,用户作为主角存在于模拟的场景中,感觉非常真实。VRML动画特点是随时间变化、位置、方向、颜色
第24卷第2期2007年2月机 械 设 计JOURNALOFMACHINEDESIGNVol.24 No.2Feb. 2007
*收稿日期:2006-06-05;修订日期:2006-08-11作者简介:陈敏(1972-),男,江西赣州人,讲师,从事计算机仿真和机械加工/设计的研究与教学。等发生变化,采用事件Events作为两个不同节点间传输数据方向,每一个事件一般由外部影响触发,外部影响形式不一,所有的现象都随着用户的一言一行而改变。使用VRML,能在Internet上设计自己的、可交互的三维虚拟空间,进而创建可交互的三维虚拟实验室。2.3 协作性VRML创建的是基于Internet的虚拟世界,VRML的应用目的是在网页中实现三维动画效果,以及基于三维对象的用户交互,通过Internet共享3D实体和场景。由于网络技术使资源可以自由共享,因此网络化环境中的使用者可以进行协作化和竞争性的学习,可以增强学习者的合作精神和竞争意识。2.4 方便性VRML是面向网络的,并随网络发展而发展。VRML与HTML语言一样,它也是一种标准语言。不需要安装专门的开发工具,甚至用Windows自带的记事本即可编写,这为复杂的虚拟实验交互奠定了基础。目前一般的电脑设备足以用来呈现VRML的世界。VRML也不需要添加昂贵的外部设备,运用标准的万维网浏览器如InternetExplorer或NetscapeCommunicator,以及VRML浏览器插件如CosmoPlayer(CosmoPlayer2000)或BlaxxunContact(Blaxxun2000)等,就可以进入虚拟实验系统。3 VRML机械设计虚拟实验室构建3.1 虚拟实验室的总体设计3.1.1 建立虚拟空间的方法和所需要的软件工具由于实验系统结构和外形的复杂性,直接用VRML语言难以建模。所以,采用了第三方的造型软件3DSMax来生成制造单元.然后再通过3DSMax为VRML语言提供的接口,把在3DSMax中生成的模型单元/导出(export)0为VRMLl格式的文件,再通过编辑VRML源程序的相关部分,编辑它们在虚拟现实世界的位置关系来实现虚拟实验的场景。基于VRML语言建立虚拟制造单元的流程,如图1所示。图1 基于VRML的虚拟机械设计实验建模流程系统使用VRML2.0,FrontPage2000,3DSMax6.0,Pho-toshop8.0等作为制作工具。3.1.2 网站的结构设计网站由若干个HTML页面与若干个VRML节点所组成。首页以按钮超链接或文本超链接形式与其它各页面链接。每个实验内容都是一个虚拟空间与HTML内容的组合。3.2 虚拟实验场景的VRML设计实验中的虚拟场景包括真实的实验背景和虚拟模型两部分。虚拟建模方法有基于3D和基于图像两种方法。前者利用计算机图形学的技术进行虚拟环境的建模和渲染,主要用于实验室中的需要与实验人员进行交互的虚拟模型构建,生成图像的质量独立于场景的复杂性,但建模较复杂。后者利用多视、全景的图像来产生虚拟场景,交互性差,主要用于虚拟实验的背景制作。3.2.1 模型的构建采用3DSMax6.0(支持VRML97标准)建立VRML模型可以提高模型的真实感。按一般制作三维动画的方法对要创建的虚拟现实对象建模,赋予材质及贴图,指定动画。动画采用/export0导出命令,使模型成为一个以/*.wrl0结尾的VRML网页文件。为减小文件大小,使结构清晰,采用分离的模块设计。先制作各单个物体,然后制作出整个实验室的构架。建模工作完成后,为了建立与ASP脚本的链接,点击Creat/Helpers菜单,VRML2.0的工具面板上列出了12个辅助工具,其中比较常用的包括Anchor和TouchSensor等。Anchor工具可以使场景中的对象与另一个URL链接(类似于HTML文档的超级链接)。TouchSensor工具即可以启动一个动画。图2为基于机构组成原理的拼接实验组合模型的3DSMax模型,包括机构搭接框架、各种平面低副和杆件等,利用此套模型,加上电动机即可实现平面机构的组合实验和创新实验,如玻璃窗开闭机构设计等。3.2.2 虚拟场景的组合与应用在场景中设置6个视点:/前视0、/俯视0、/右视0、/左视0、/后视0、/仰视0,以提高交互性。其中/前视0为场景中默认值。进入实验室后可以实现声音的交互。通过在浏览器中不断按/View0按钮,场景将不断地切换到不同的视点观看。最后仍可以采用/Inline0节点调入已经制作完成的各种模型,及返回主页的超级链接物体。通过该系统,展现在使用者面前的是一个可以自由漫游、并可以像现实世界一样/触碰0与/行走0的境界,这就是虚拟实验室的雏形。同时可以根据需要向虚拟空间添加所需的任何实验内容。为了使虚拟实验具有交互性,在一般的Shape节点上加上类似传感器(Sensor)的节点。传感器是靠着感应观看者的物人装置而产生反应,最常见的输入装置是鼠标。在三维虚拟空间中,用户既可以鸟瞰、客观方式观看整个三维场景,也可以以参与者主观体验方式(即互动方式)进行实验。用户可以利用键盘或鼠标来控制三维试验机在虚拟场景中运动,实现从静态界面对虚拟场景的调用及虚拟场景中试验仪器、工具及其事件的交互,从而控制虚拟模型的动作进行实验。图3为带传动实验台VRML效果。
图2 3DSMax模型 图3 带传动实验台VRML效果为了方便与用户的交互,提高用户浏览效率,引入了视点
692007年2月陈敏,等:基于VRML技术虚拟机械设计实验室的研究