基于VRML的仿真摄像机的应用研究

中图分类号：TP393 TN948.41

文献标识码：A 文章编号：1673-0992(2009)10-099-01

摘要：VRML作为Internet上的3D文件的交换、描述标准，为基于Internet的虚拟现实环境的实现提供了一个可行的解决方案。研究开发仿真摄像实验的系统，将会在电视艺术类实验教学中发挥重要作用，摆脱实验教学受器材不足、学时不足的问题。

关键词：虚拟现实技术；虚拟实验；摄像实验

虚拟现实技术(Virtual Reality)是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。目前，国内外利用其进行虚拟情景教学已存在一些成功的案例，但从虚拟实验层次进行实践研究仍方兴未艾。机械工程类、电子技术类的虚拟实验系统的开发或实验的仿真较为常见，但作为电视艺术类实验的仿真较少。基于此，本文的研究将利用虚拟现实技术，结合三维场景开发软件3DS MAX与VRML语言构建虚拟摄像实验系统，将摄像经验知识赖以产生的器物操作通过软件系统呈现给学生，使学生在模拟系统中的掌握摄像机的基本操作，完成摄像实验中所要求的部分实验环节。

一、VRML技术概述

VRML(Virtual Reality Modeling Langue)虚拟现实建模语言是近几年才兴起的一种新型建模语言，是一种三维造型和渲染的图形描述语言，通过创建一个虚拟场景以达到现实中的效果。

VRML语言在基于网络平台上创建逼真的三维虚拟场景，它改变了网络上二维画面的状态，并能实现三维动画效果。尤其是改变当前网络与用户交互的局限性，使人机的网络交互更加自然、灵活，在虚拟世界的场景中更具有强烈的真实性、交互性和动态性。

同时，VRML作为网络程序设计语言，与宽带网络，多媒体与人工智能等技术思想渊源相关，是未来网络资源开发、多媒体设计及人工智能应用等进一步发展的关键技术所在。另外，VRML不仅可在IE中调用，还可以和Word、Powerpoint、Authoware、Cult3D等结合起来使用，进一步扩展了其在计算机辅助教学中的应用范围。

二、VRML仿真实验应用流程

VRML在仿真摄像实验教学中应用，可以按照如下图所示的流程进行。

VRML在仿真实验中的应用流程

整个流程分为四个部分，依次是开发VRML场景、编辑交互节点、IE中调用场景、交互操作。开发VRML场景文件是运用虚拟现实技术辅助实验教学的第一个环节，VRML语言提供了各类基本造型节点、效果节点，可以开发现实生活中的各类自然现象、场景和物体；编辑交互节点对于演示性的教学内容，不需要进行交互操作，如果需要对虚拟的物体和场景进行操作，就需要在场景文件中插入交互节点。IE中调用场景中VRML文件在常规的IE平台上无法浏览，只有在安装了VRML文件的浏览器插件的IE平台才能运行。交互操作在实验过程中如果需要对场景的视点进行变换或对场景中的物体、建筑进行移动，就需事先编辑好交互节点。如需对场景中的主体或陪体的位置进行变换，或摄影照明中需要对灯光的位置进行移动，或控制灯光的亮度、色彩等，都需事先编辑动态交互节点。VRML自身的动态交互节点也是在摄像机操作实验中能够根据教学内容变化，来灵活控制场景或物体的重要节点。

在上述四个过程都是教学过程中必需的。教学内容较为简单，没有涉及对场景内物体的操作，就不需要编辑交互节点；教学内容较为复杂，需要对场景内的物体进行拖动、旋转或者其他类型的操作时就需要编辑交互节点。

三、虚拟摄像机的构建

用VRML建立虚拟现实世界的方法有两种。一种是通过编写源代码，生成文本文件，再转化生成.wrl为扩展名的网页文件。但这种方法，由于源代码函数过于复杂，文件较大，不易掌握，较难运用。第二种方法是通过辅助建模软件，先建立三维物体，再在虚拟世界中进行组合，形成丰富多彩的虚拟现实世界。本文主要探讨后一种方法，即在3DS MAX中建立各种三维物体，再将这些物体以.wrl格式导出为VRML世界，编辑它们在虚拟现实世界的位置与关系，形成一个统一的整体世界。

(一)在3DS MAX中构建虚拟摄像机

虚拟摄像机我们参照摄像机的实物图进行构建，构建过程中要对组件进行不断的组合，这样做的目的是为了减少输出的代码数量。对于一些关键的部件和按钮，要独立命名，其他的组件一律和摄像机的主题组合在一起。

所构建的摄像机主要有以下部件组成：

变焦环、菜单区、带仓、底座、电池、调焦环、机身开关组、机身喇叭、镜头主体、录像 摄像转换开关、麦克风、启动 停止录制按钮、上部提手、摄像机主体、摄像机总开关、启动 暂定录按钮、推拉镜头按钮、握手、寻像器、液晶屏盖。

由于程序编辑器VrmlPad中不能很好地识别中文字体，这里我们将所有的组件的名称统一改成汉语拼音字母，改动后的部件名称分别为：

bjh、cdq、dc、dz、dch、tjh、jskgz、jslb、jtzt、lxsxzhkg、mkf、qdtzlzan、sbts、sxjzt、sxjzkg、qdztlan、tljtan、ws、xxq、yjpg

(二)导出虚拟摄影机代码

利用3DS MAX中的vrml程序导出功能，导出场景文件“ssj.wrl”，导出后在程序编辑器VrmlPad中打开，在左边的树结构可以清晰地看到，所构建的各个部件在vrml程序中都是坐标变换节点“Transform”。

以上具体阐述了VRML在仿真摄像机操作实验中的应用过程，随着对VRML研究的深入，我们可以发现，对于其他复杂的实验过程，VRML同样能够很好地仿真。结合其他编程语言，设计仿真程度较高的虚拟实验系统，对于辅助传统实验教学、训练学生的实际操作技能将起到非常好的效果。

参考文献：

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