肖臨駿試析基于x3d的虛擬植物建模和可視化探究

1、 本文在闡述 X3D 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上，介紹并分析了基于 X3D 虛擬植物建模的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)勢，進(jìn)一步探索了基于 X3D 虛擬現(xiàn)實技術(shù)植物建模的原理和方法，最后，針對國內(nèi)外應(yīng)用目前狀況，提出了應(yīng)用中出現(xiàn)的新問題，并為未來的研 究方向進(jìn)行了展望。1 X3D 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述虛擬現(xiàn) 實 (Virtual Reality)是 20 世 界 80 年代初由 VPL Research 公司創(chuàng)始人 Jaron Lanier 提出的。已廣泛應(yīng) 用

2、于科 學(xué)研 究和可 視化 、軍事 模擬 、工程 應(yīng)用、醫(yī)學(xué)、商業(yè)、教育及娛樂等領(lǐng)域。X3D 虛擬現(xiàn)實技術(shù) 是 目前虛 擬現(xiàn)實技 術(shù) 中最前 沿 的科技，2004 年 10 月正式通過 ISO／IEC 審議成為網(wǎng)絡(luò)三維國際通用標(biāo)準(zhǔn) ISO／IEC19775。X3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)整合了 XML、JavaSeript、Java、Java3D 和流技術(shù)等世界先進(jìn)技術(shù)．具有更強(qiáng)大、更高效的三維計算 能力、渲染質(zhì)量 和傳輸速度。它克服 了以往其它虛擬

3、 現(xiàn)實語言存在兼容性及可擴(kuò)展性差、對瀏覽器的依靠過強(qiáng)、編程能力弱等缺點(diǎn)，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域，顯示其巨大的發(fā)展?jié)摿?，前景十分廣闊。1．1 X3D 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)(1)XML 編碼X3D 采用 XML 編碼 ，使其具 有通用性 、易于 頁面集成 、和下一代 Web 融合等諸多優(yōu)勢．并引入了基于組件的結(jié)構(gòu)．具有兼容性 、可擴(kuò)展性 、輕量化 的內(nèi)核等特征。XML 編碼為創(chuàng)建和 XML 兼容的 VRML 代碼 ，提供了一組 XML 通

4、 用 實體 和元 素 類 型聲 明 。VRML2OOX 規(guī)范草案包含一個完整的 DTD，它定義了 X3D 的 XML 標(biāo)記 和這些標(biāo)記 功能實現(xiàn)之 間的聯(lián)系。而 DOM 為程序和腳本動態(tài)的訪問和更新 XML 文檔的內(nèi)容 、結(jié)構(gòu)樣式提供 了和平臺 、語言無關(guān)的接口。(2)構(gòu)件思想X3D 體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計是以構(gòu)件技術(shù)為指導(dǎo)的，這里構(gòu)件是指功能相關(guān) 的一個或多個節(jié)點(diǎn)類型的一個集合 ，一個構(gòu)件擴(kuò)展 內(nèi)核在某一 特定領(lǐng)域的功能 。X3D 首

5、 先將 VRML 的關(guān)鍵特性封裝為一個 小型可擴(kuò)展的 內(nèi)核 。然后通過特性 集擴(kuò) 展內(nèi)核 ，實現(xiàn)復(fù)雜 的或是應(yīng)用程序定義的功能。構(gòu)件思想帶來的好處主要有摘要：精巧的內(nèi)核 、擴(kuò)展能力 、減虛擬植物=三維植物模型+專題信息展示功能+信息反饋功能+分析功能。實現(xiàn)步驟 如圖 2。 2．2 基于 X3D 植物形態(tài)結(jié)構(gòu)模型的建立和可視化2.2．1 三維結(jié)構(gòu)建模方法 利用 X3D 創(chuàng)建虛擬植物，生成三維模型的方法大致如下 摘要：(1)利用 X3D 節(jié)

6、點(diǎn)直接編寫程序 。對于植物都具有根 、莖 、葉三個主要部 分 ，葉子這種 復(fù)雜 的造型可以采用擠壓節(jié)點(diǎn)一 Extrusion 來實現(xiàn)。具體語句結(jié)構(gòu)可參考有關(guān)文獻(xiàn)。但僅僅根據(jù) X3D 語法構(gòu)造準(zhǔn)確的三維空間模型是很困難的，對于復(fù)雜模型的構(gòu)造和修改就 比較不方便。(2)除了使用節(jié)點(diǎn)直接編程之外，還要考慮使用其它輔助建模軟件創(chuàng)建模型。由于一些結(jié)構(gòu)和外形的復(fù)雜性，直接用 X3D 建模比較困難，可以利用第 三方的造型軟件來建模．然后通過相

7、應(yīng)的接口導(dǎo)出 X3D 文件，最后編輯 X3D 源程序 的相關(guān)部分來實現(xiàn)。通常的做法是，利用 AutoCAD 建立復(fù)雜模型后，假如希望有更好的效果，可以輸入到 3DMAX 中賦予材質(zhì)、色彩建立光照效果、合成，最后轉(zhuǎn)成 X3D 文件 ，插入到虛擬環(huán)境 中。2．2．2 交互編程方式在建模過程中．X3D 中常用的編程方式主要有以下二種 摘要：(1)用 X3D 中的 script 節(jié)點(diǎn)編程。script 節(jié)點(diǎn)可以幫助 X3D 完成復(fù)雜的交互

8、過程．它有以下 4 個功能摘要：可感應(yīng)環(huán)境的變化及用戶的操作摘要：從其它節(jié)點(diǎn)接收事件并進(jìn)行一些處理；內(nèi)部 的程序塊可完成一些計算工作；通過發(fā)送事件使外界產(chǎn)生相應(yīng)的變化。Scrip節(jié)點(diǎn)可以像其它的 X3D 節(jié)點(diǎn)一樣放置在場景中的任何地方，可以重命名，可以從它那里移走事件，也可以把事件傳給它。這是最常用的編程方法，目前用的較多的描述性語言是 Javascript 和 VRMI_script。目前大多 X3D 瀏覽器都支持 Javascrip