21世紀人類已經(jīng)邁入數(shù)字化時代。虛擬現(xiàn)實語言作為計算機的核心技術(shù)已廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域。X3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)是目前計算機領(lǐng)域的最前沿科技，是21世紀初在國內(nèi)、外剛剛興起的一種新型語言，其發(fā)展前景十分廣闊，潛力巨大。第二代三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言（X3D）作為計算機的前沿科技，是寬帶網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、人性化動畫設(shè)計、信息地理與人工智能相融合的高新技術(shù)，是把握未來網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、人性化動畫設(shè)計、信息地理及人工智能的關(guān)鍵技術(shù)。

X3D（Extensible 3D）是互聯(lián)網(wǎng)3D圖形國際通用軟件標準，定義了如何在多媒體中整合基于網(wǎng)絡(luò)傳播的動態(tài)交互三維立體效果。在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建逼真的三維立體場景，開發(fā)與設(shè)計三維立體網(wǎng)站和網(wǎng)頁程序，可以通過運行X3D程序直接進入Internet，還可以創(chuàng)建虛擬城市、網(wǎng)絡(luò)超市、虛擬網(wǎng)絡(luò)法庭、網(wǎng)絡(luò)選房與展銷等。從而改變目前網(wǎng)絡(luò)與用戶交互的二維平面局限性，使用戶在網(wǎng)絡(luò)三維立體場景中實現(xiàn)動態(tài)交互和感知交流，體驗身臨其境的感覺。

2004年8月，X3D已被國際標準化組織ISO正式批準成為國際通用標準。X3D可以在不同的硬件設(shè)備中使用，并可用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如教育、娛樂、軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)已首次創(chuàng)建出虛擬人，為醫(yī)學(xué)實習(xí)、治療、手術(shù)，以及教學(xué)和科研作出了巨大貢獻，其意義非常深遠。

虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計具有以下特征：

（1）程序驅(qū)動功能，X3D最突出的特點是利用程序支持各種本地和網(wǎng)絡(luò)三維立體場景和造型。

（2）強大的網(wǎng)絡(luò)功能，在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建三維立體的X3D場景和造型進行動態(tài)交互瀏覽、展示和操作。也可以通過運行X3D程序直接接入Internet，創(chuàng)建三維立體網(wǎng)頁和網(wǎng)站等。

（3）多媒體功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種多媒體制作。在三維立體空間播放影視節(jié)目、環(huán)場立體聲等。

（4）創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實三維立體造型和場景，提供3D、2D場景和造型功能、變換層級、光影效果、材質(zhì)、多通道/多進程紋理繪制，實現(xiàn)更好的三維立體交互界面。

（5）虛擬人動畫設(shè)計，實現(xiàn)虛擬人行走運動設(shè)計，如行走、坐立、運動、交談、表情等。

（6）游戲動畫設(shè)計，利用虛擬現(xiàn)實語言開發(fā)設(shè)計游戲軟件，如跑車游戲、虛擬飛行、虛擬圍棋、彈球、網(wǎng)絡(luò)游戲等。

（7）信息地理設(shè)計，利用虛擬現(xiàn)實語言開發(fā)數(shù)字地球、數(shù)字城市、城市規(guī)劃與設(shè)計及虛擬社區(qū)等。

（8）用戶動態(tài)交互功能，基于鼠標的選取和拖曳，體驗鍵盤輸入的交互感。利用腳本實現(xiàn)程序與腳本語言交互設(shè)計，可以動態(tài)地改變場景。

（9）人工智能，主要體現(xiàn)在X3D的感知功能上。利用動態(tài)感知和傳感器節(jié)點，實現(xiàn)用戶與場景和造型之間的智能動態(tài)交互感知效果。

（10）組件功能，基于虛擬人、地理信息、CAD節(jié)點、事件工具組件，以及網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點設(shè)計等。

（11）通用接口，有Script（腳本）節(jié)點、Import（引入外部文件）節(jié)點、Export（輸出）節(jié)點、Route（路由）節(jié)點等。

（12）自定義新節(jié)點，根據(jù)軟件項目開發(fā)的需要創(chuàng)建自己的新節(jié)點，利用這些新節(jié)點創(chuàng)建所需要的各種復(fù)雜的場景和造型。

虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計使讀者了解計算機在軟件開發(fā)方面如何利用目前國際上最先進的開發(fā)工具和手段，以及運用軟件工程的思想來開發(fā)和設(shè)計三維立體網(wǎng)絡(luò)程序。從軟件開發(fā)的角度編寫本書，思路清晰，結(jié)構(gòu)合理。本書全面詳細地闡述了X3D的語法結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、概貌（profile）、組件（component）、等級（level）、節(jié)點（node）、域（field）等，突出語法定義中每個節(jié)點中域的域值描述，并結(jié)合具體的實例源程序深入淺出地進行講解，激發(fā)讀者的學(xué)習(xí)興趣。為了使讀者能夠掌握虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言，本書配有大量的編程實例源程序，而且都已在計算機上經(jīng)過嚴格的調(diào)試并通過，可供讀者參考。

“高度決定視野，角度改變觀念，尺度把握人生”，只有不斷學(xué)習(xí)、探索和開發(fā)未知領(lǐng)域，才能有所突破和創(chuàng)新，為人類的進步作出應(yīng)有的貢獻。“知識是有限的，而想象力是無限的”，想象力在發(fā)散思維的驅(qū)動下，在浩瀚的宇宙空間中馳騁翱翔，希望廣大讀者在X3D虛擬現(xiàn)實世界中充分發(fā)揮自己的想象力，實現(xiàn)您人生的所有夢想。

由于時間倉促，作者水平有限，書中缺點和不足之處在所難免，敬請廣大讀者把對本書的意見和建議告訴我們，電子郵箱：zhzjza@21cn.com。

 

 

 

作者

2009年2月

前言
第1章  X3D綜述 1
1.1  X3D概述 1
1.1.1  X3D發(fā)展歷程 2
1.1.2  X3D特點 2
1.1.3  X3D應(yīng)用領(lǐng)域 3
1.2  X3D基礎(chǔ)知識 6
1.2.1  X3D基本概念 6
1.2.2  X3D文件結(jié)構(gòu) 8
1.2.3  X3D節(jié)點和域數(shù)據(jù)類型 13
1.2.4  X3D文件中事件、路由和腳本 19
1.3  X3D開發(fā)環(huán)境 19
1.3.1  記事本編輯器 20
1.3.2  X3D-Edit專用編輯器 21
1.4  X3D三維立體網(wǎng)頁開發(fā)運行環(huán)境 26
1.4.1  Xj3D 2.0瀏覽器安裝使用 26
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.0瀏覽器安裝使用 27
第2章  X3D內(nèi)核節(jié)點 28
2.1  X3D節(jié)點 28
2.2  Head節(jié)點 29
2.3  Component節(jié)點 30
2.4  Meta節(jié)點 30
2.4.1  MetadataInteger節(jié)點 31
2.4.2  MetadataFloat節(jié)點 32
2.4.3  MetadataDouble節(jié)點 32
2.4.4  MetadataSet節(jié)點 33
2.4.5  MetadataString節(jié)點 34
2.5  Scene節(jié)點 34
2.6  Field節(jié)點 35
2.7  fieldValue節(jié)點 35
2.8  X3D內(nèi)核節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;36
第3章  X3D幾何2D節(jié)點設(shè)計 38
3.1  Arc2D節(jié)點 38
3.2  Circle2D節(jié)點 41
3.3  ArcClose2D節(jié)點 44
3.4  Rectangle2D節(jié)點 48
3.5  Disk2D節(jié)點 50
3.6  FillProperties節(jié)點 53
3.7  LineSet節(jié)點 55
3.8  LineProperties節(jié)點 56
3.9  Polypoint2D節(jié)點 58
3.10  Polyline2D節(jié)點 59
3.11  TriangleSet2D節(jié)點 60
3.12  Contour2D節(jié)點 63
3.13  ContourPolyline2D節(jié)點 64
3.14  TriangleSet節(jié)點 65
3.15  TriangleStripSet節(jié)點 67
3.16  TriangleFanSet節(jié)點 68
第4章  X3D幾何3D節(jié)點設(shè)計 71
4.1  Shape節(jié)點 71
4.1.1  Appearance節(jié)點 73
4.1.2  Material節(jié)點 74
4.1.3  Geometry節(jié)點 75
4.1.4  Shape節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;76
4.2  Box節(jié)點 78
4.3  Sphere節(jié)點 81
4.4  Cone節(jié)點 84
4.5  Cylinder節(jié)點 87
4.6  Text節(jié)點 90
4.7  FontStyle節(jié)點 94
第5章  X3D復(fù)雜節(jié)點設(shè)計 99
5.1  Coordinate節(jié)點 99
5.2  CoordinateDouble節(jié)點 100
5.3  PointSet節(jié)點 101
5.4  IndexedLineSet節(jié)點 104
5.5  IndexedFaceSet節(jié)點 108
5.6  IndexedTriangleFanSet節(jié)點 112
5.7  IndexedTriangleSet節(jié)點 115
5.8  IndexedTriangleStripSet節(jié)點 118
5.9  IndexedQuadSet節(jié)點 122
5.10  ElevationGrid節(jié)點 123
5.11  Extrusion節(jié)點 127
5.12  FloatVertexAttribute節(jié)點 132
5.13  Matrix3VertexAttribute節(jié)點 133
5.14  Matrix4VertexAttribute節(jié)點 134
5.15  XvlShell節(jié)點 135
第6章  X3D渲染效果節(jié)點設(shè)計 138
6.1  Normal節(jié)點 138
6.2  Color節(jié)點 139
6.3  ColorRGBA節(jié)點 140
6.4  Background節(jié)點 141
6.5  X3D空間大氣效果節(jié)點 145
6.5.1  Fog節(jié)點 145
6.5.2  LocalFog節(jié)點 149
6.5.3  FogCoordinate節(jié)點 151
6.6  X3D視點效果節(jié)點 152
6.6.1  ViewPoint節(jié)點 152
6.6.2  NavigationInfo節(jié)點 155
6.7  X3D光照效果節(jié)點 159
6.7.1  PointLight節(jié)點 160
6.7.2  DirectionalLight節(jié)點 163
6.7.3  SpotLight節(jié)點 166
6.8  X3D虛擬現(xiàn)實陰影節(jié)點設(shè)計 169
6.8.1  ShaderPart節(jié)點設(shè)計 170
6.8.2  ShaderProgram節(jié)點設(shè)計 171
6.8.3  ComposedShader節(jié)點設(shè)計 172
6.8.4  ProgramShader節(jié)點設(shè)計 173
6.8.5  PackagedShader節(jié)點設(shè)計 174
6.8.6  X3D陰影節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;175
6.9  WorldInfo節(jié)點 178
第7章  X3D紋理繪制節(jié)點設(shè)計 180
7.1  TextureBackground節(jié)點 180
7.2  ImageTexture節(jié)點 182
7.3  Image3DTexture節(jié)點 185
7.4  ImageCubeMapTexture節(jié)點 187
7.5  PixelTexture節(jié)點 188
7.6  Pixel3DTexture節(jié)點 191
7.7  TextureCoordinate節(jié)點 192
7.8  TextureCoordinate3D節(jié)點 195
7.9  TextureCoordinate4D節(jié)點 196
7.10  TextureCoordinateGenerator節(jié)點 197
7.11  TextureMatrixTransform節(jié)點 198
7.12  TextureTransform節(jié)點 199
7.13  TextureTransform3D節(jié)點 203
7.14  MultiTexture節(jié)點 204
7.15  MultiTextureCoordinate節(jié)點 206
7.16  MultiTextureTransform節(jié)點 207
7.17  Composed3DTexture節(jié)點 208
7.18  ComposedCubeMapTexture節(jié)點 209
7.19  GeneratedCubeMapTexture節(jié)點 210
第8章   X3D組節(jié)點設(shè)計 212
8.1  Group節(jié)點 212
8.2  StaticGroup節(jié)點 215
8.3  Transform節(jié)點 216
8.4  Inline節(jié)點 220
8.5  Switch節(jié)點 223
8.6  Billboard節(jié)點 227
8.7  Anchor節(jié)點 230
8.8  LOD節(jié)點 235
第9章  X3D曲面節(jié)點設(shè)計 238
9.1  NurbsCurve節(jié)點設(shè)計 238
9.2  NurbsCurve2D節(jié)點設(shè)計 241
9.3  NurbsOrientationInterpolator節(jié)點設(shè)計 242
9.4  NurbsPatchSurface節(jié)點設(shè)計 243
9.5  NurbsPositionInterpolator節(jié)點設(shè)計 245
9.6  NurbsSet節(jié)點設(shè)計 246
9.7  NurbsSurfaceInterpolator節(jié)點設(shè)計 247
9.8  NurbsSweptSurface節(jié)點設(shè)計 249
9.9  NurbsSwungSurface節(jié)點設(shè)計 250
9.10  NurbsTextureCoordinate節(jié)點設(shè)計 251
9.11  NurbsTrimmedSurface節(jié)點設(shè)計 252
9.12  曲面節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;254
第10章  X3D影視媒體節(jié)點設(shè)計 257
10.1  音響效果節(jié)點 257
10.1.1  AudioClip節(jié)點 257
10.1.2  Sound節(jié)點 259
10.2  X3D影視媒體節(jié)點 261
第11章  X3D虛擬人、地理信息組件節(jié)點設(shè)計 266
11.1  X3D虛擬人節(jié)點設(shè)計 266
11.1.1  HAnimDisplacer節(jié)點設(shè)計 266
11.1.2  HAnimHumanoid節(jié)點設(shè)計 268
11.1.3  HAnimJoint節(jié)點設(shè)計 269
11.1.4  HAnimSegment節(jié)點設(shè)計 271
11.1.5  HAnimSite節(jié)點設(shè)計 272
11.2  X3D地理信息節(jié)點設(shè)計 274
11.2.1  GeoCoordinate 節(jié)點設(shè)計 275
11.2.2  GeoElevationGrid節(jié)點 276
11.2.3  GeoLocation節(jié)點 278
11.2.4  GeoLOD節(jié)點 279
11.2.5  GeoMetadata節(jié)點 281
11.2.6  GeoOrigin節(jié)點 282
11.2.7  GeoPositionInterpolator節(jié)點 283
11.2.8  GeoTouchSensor節(jié)點 285
11.2.9  GeoViewpoint節(jié)點 286
第12章  X3D動畫智能感知節(jié)點設(shè)計 289
12.1  TimeSensor節(jié)點 289
12.2  按鍵傳感器節(jié)點 291
12.2.1  KeySensor節(jié)點 291
12.2.2  StringSensor節(jié)點 293
12.3  X3D動畫節(jié)點設(shè)計 294
12.3.1  PositionInterpolator節(jié)點 295
12.3.2  PositionInterpolator2D節(jié)點 297
12.3.3  OrientationInterpolator節(jié)點 299
12.3.4  ScalarInterpolator節(jié)點 301
12.3.5  ColorInterpolator節(jié)點 303
12.3.6  CoordinateInterpolator節(jié)點 306
12.3.7  CoordinateInterpolator2D節(jié)點 307
12.3.8  NormalInterpolator節(jié)點 308
12.4  X3D觸摸檢測器節(jié)點 309
12.4.1  TouchSensor節(jié)點 310
12.4.2  PlaneSensor節(jié)點 311
12.4.3  CylinderSensor節(jié)點 314
12.4.4  SphereSensor節(jié)點 317
12.5  X3D智能感知檢測器節(jié)點 320
12.5.1  VisibilitySensor節(jié)點 320
12.5.2  ProximitySensor節(jié)點 322
12.5.3  Collision節(jié)點 323
12.5.4  LoadSensor節(jié)點 325
第13章  X3D組件節(jié)點設(shè)計 327
13.1  X3D三維立體網(wǎng)頁CAD組件節(jié)點設(shè)計 327
13.1.1  CADAssembly節(jié)點 327
13.1.2  CADFace節(jié)點 328
13.1.3  CADLayer節(jié)點 329
13.1.4  CADPart節(jié)點 330
13.2  X3D事件工具組件節(jié)點設(shè)計 332
13.2.1  BooleanFilter節(jié)點設(shè)計 332
13.2.2  BooleanSequencer節(jié)點設(shè)計 333
13.2.3  BooleanToggle節(jié)點設(shè)計 335
13.2.4  BooleanTrigger節(jié)點設(shè)計 336
13.2.5  IntegerSequencer節(jié)點設(shè)計 337
13.2.6  IntegerTrigger節(jié)點設(shè)計 338
13.2.7  TimeTrigger節(jié)點設(shè)計 339
13.3  X3D網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點設(shè)計 340
13.3.1  EspduTransform節(jié)點 340
13.3.2  ReceiverPdu節(jié)點 345
13.3.3  SignalPdu節(jié)點 348
13.3.4  TransmitterPdu節(jié)點 351
第14章  X3D腳本節(jié)點設(shè)計 355
14.1  Script節(jié)點 355
14.2  Import節(jié)點 356
14.3  Export節(jié)點 357
14.4  Route節(jié)點 357
14.5  Script節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;358
第15章  X3D自定義節(jié)點設(shè)計 361
15.1  ProtoBody節(jié)點 361
15.2  ProtoDeclare節(jié)點 361
15.3  ProtoInstance節(jié)點 362
15.4  ProtoInterface節(jié)點 363
15.5  Connect節(jié)點 363
15.6  ExternProtoDeclare節(jié)點 363
15.7  IS節(jié)點 364
15.8  X3D自定義節(jié)點源程序?qū)嵗?nbsp;364
附錄A  X3D節(jié)點圖標 368
附錄B  參考網(wǎng)站 370
參考文獻 371本書全面介紹了計算機前沿科技--X3D（Extensible 3D），即虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言，X3D作為第二代三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言，是目前計算機虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域最前沿的一種新型語言，它是寬帶網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、人性化動畫設(shè)計、信息地理及人工智能相融合的高科技產(chǎn)品，是把握未來網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計及人工智能的關(guān)鍵技術(shù)。X3D大有一統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)三維立體設(shè)計的趨勢，具有劃時代意義。
本書集計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、人性化設(shè)計、信息地理及人工智能于一身，全面系統(tǒng)地闡述了X3D基本概念、原理、方法及開發(fā)設(shè)計思想，內(nèi)容豐富，敘述由淺入深，思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，實用性強。本書配有大量的X3D源程序?qū)嵗�，從而使讀者更加容易掌握虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言（X3D）。
本書可作為高等院校計算機網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計、數(shù)字藝術(shù)設(shè)計、機械加工設(shè)計、美術(shù)裝潢設(shè)計、建筑規(guī)劃設(shè)計、虛擬信息地理、虛擬醫(yī)療等專業(yè)研究生、本科生、專科生的教材，同時也可作為計算機軟件開發(fā)人員和工程技術(shù)人員的實用工具書。
本書所配光盤提供案例和程序代碼，所配電子教案可以從中國水利水電出版社及萬水書苑網(wǎng)站免費下載，網(wǎng)址為：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.hzxbc.cn。

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