基于VRML的虚拟仪器构建及虚拟场景特效处理

摘要

随着计算机技术和网络技术的发展，基于INTERNET的现代远程教育日益成为当今世界教育技术发展的热点和潮流。目前，作为教学中的一个重要组成部分——实验教学，还不能在远程教育中很好地实现。因此，如何在网络上创建真实感强的三维虚拟实验室，使接受远程教育的学生能在网上方便地操作实验，成为一个重要的研究课题。 本文主要研究了基于VRML的虚拟仪器构建及虚拟场景特效处理，其中包括虚拟仪器的形体建模，虚拟场景的阴影实现和虚拟实验过程的动态仿真。介绍了远程虚拟实验室的功能特点，基于WWW的远程虚拟实验室模型和虚拟实验室的常用构建方法；然后利用VRML实现了各种虚拟仪器的形体建模，并使用VRML中两个Extrusion节点分别对容器的内外壁进行造型，通过两次挤压造型，来构建真实感强的虚拟容器。提出了虚拟实验室中简单形体的阴影实现方法。通过对常用阴影算法的分析，提出了采用平面投射阴影算法[Blinn88]和动态阴影生成的方法[SandraSudarsky2001]来实现复杂形体的阴影效果，为虚拟实验室的真实感研究提供了新的思路。最后利用VRML技术、Java技术与EAI技术相结合实现了远程虚拟实验中的交互与动画，并利用音效节点仿真了虚拟实验中的声音，另外还利用动态对象生成技术和粒子系统完成了虚拟实验中沉淀物、烟雾等实验现象的模拟，从而很好地实现了虚拟实验场景的交互性、实时性、生动性和逼真性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图索引、附表索引

湖南大学学位论文原创性声明和版权使用授权书

第1章绪论

1.1研究背景

1.2国内外虚拟实验室的研究现状

1.3研究内容及目标

1.4论文框架

第2章远程虚拟实验室

2.1引言

2.2远程虚拟实验室的功能和特点

2.2.1远程虚拟实验室的功能

2.2.2远程虚拟实验室的特点

2.3基于WWW的虚拟实验室模型

2.4实现远程虚拟实验室的关键技术

2.5远程虚拟实验室的构建方法

2.6小结

第3章虚拟仪器的形体建模

3.1引言

3.2 VRML简介

3.2.1 VRML的发展历史

3.2.2 VRML的特点

3.2.3 VRML浏览器插件

3.2.4 VRML编辑器

3.2.5 VRML编程语法基础

3.2.6 VRML的工作方式

3.3基于VRML的虚拟仪器形体建模

3.3.1基于VRML的形体造型

3.3.2衡挤压法造型

3.3.3两次挤压法造型

3.3.4实验容器形体建模实例

3.4小结

第4章虚拟实验室中的阴影实现

4.1引言

4.2阴影算法选择

4.3基于VRML的阴影实现

4.3.1光源

4.3.2视点

4.3.3 Script节点

4.3.4基于VRML的阴影实现实例

4.4小结

第5章虚拟实验过程的动态仿真

5.1引言

5.2物理建模与行为建模

5.2.1物理建模技术

5.2.2行为建模技术

5.3远程虚拟实验中的交互与动画

5.3.1 VRML的动态感知节点

5.3.2 VRML的JAVA支持与EAI接口

5.3.3远程虚拟实验中的交互

5.3.4远程虚拟实验中的动画

5.3.5虚拟实验中的交互动画实例

5.4虚拟实验中实体的动态生成

5.4.1 VRML中动态生成实体的方法

5.4.2动态对象生成技术

5.4.3动态对象生成实例

5.5粒子系统在虚拟实验中的应用

5.5.1粒子系统的基本原理

5.5.2 VRML场景中粒子系统的实现

5.5.3实例

5.6虚拟实验中声音的仿真

5.7小结

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士期间发表论文目录)