21世紀(jì)隨著中國在世界的崛起，中國的發(fā)展促進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)的繁榮。人類社會的進(jìn)步最突出的標(biāo)志之一是計算機(jī)的產(chǎn)生和飛速發(fā)展，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)使人們從繁重的體力勞動中解脫出來，計算機(jī)的出現(xiàn)使人們從繁重的腦力勞動中解放出來，計算機(jī)將人類社會帶入嶄新信息時代。虛擬現(xiàn)實語言作為計算機(jī)的核心技術(shù)，已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域，X3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)是目前計算機(jī)領(lǐng)域最前沿科技，是21世紀(jì)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。

虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言X3D是第二代Web網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言，是目前21世紀(jì)最前沿（主流）高科技軟件開發(fā)工具，是把握未來寬帶網(wǎng)絡(luò)、三維立體動畫設(shè)計、多媒體技術(shù)、虛擬人設(shè)計、全景技術(shù)、信息地理及人工智能世界關(guān)鍵技術(shù)。掌握了虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言X3D，就掌握了軟件開發(fā)的主動權(quán)，可以在未來世界里馳騁翱翔。

       X3D（Extensible 3D）是互聯(lián)網(wǎng)3D圖形國際通用軟件標(biāo)準(zhǔn)，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，利用它可以運行X3D三維立體程序直接進(jìn)入Internet，還可以創(chuàng)建虛擬城市、虛擬太空、虛擬戰(zhàn)場、虛擬工業(yè)制造加工、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，體驗具有身臨其境的感覺和感知。

虛擬現(xiàn)實X3D具有以下新特點：

（1）多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等一切人類所具有的感知功能。

（2）沉浸感（Immersion）又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真實的，聽上去是真實的，動起來是真實的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真實的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。

（3）交互性（Interactivity）指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

（4）構(gòu)想性（Imagination）強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可以拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。充分發(fā)揮人類的想象力和創(chuàng)造力，在多維信息空間中，依靠人類的認(rèn)識和感知能力獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，去拓寬知識領(lǐng)域，開發(fā)新的產(chǎn)品，把“虛擬”和“現(xiàn)實”有機(jī)地結(jié)合起來，使人類的生活更加富足、美滿和幸福。

（5）具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，可以通過運行X3D/VRML200X程序直接接入Internet上網(wǎng)。可以開發(fā)設(shè)計三維立體網(wǎng)頁與網(wǎng)站。

（6）具有多媒體功能。能夠?qū)崿F(xiàn)多媒體制作，將文字、語音、圖像、影片等融入三維立體場景，在三維立體空間播放電影、電視節(jié)目，并合成聲音、圖像及影片達(dá)到舞臺影視效果。

（7）創(chuàng)建三維立體造型和場景，強(qiáng)大三維立體場景造型再現(xiàn)能力，實現(xiàn)更好的立體交互界面。

（8）具有人工智能，主要體現(xiàn)在X3D/VRML200X具有智能感知功能。利用感知傳感器節(jié)點，在三維立體空間中，用戶可以移動物體造型，進(jìn)行碰撞檢測，親近度等智能感知測試的動態(tài)交互感受。

（9）動態(tài)交互智能感知，用戶可以借助虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備或軟件產(chǎn)品，直接與虛擬現(xiàn)實場景中的物體、造型進(jìn)行動態(tài)智能感知交互，使用者有身臨其境的真實感受。

（10）利用程序驅(qū)動三維立體模型與場景，便于與各種程序設(shè)計語言、網(wǎng)頁程序進(jìn)行交互，有著良好的程序交互性和接口，實現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)充、交互、上網(wǎng)等功能。

（11）虛擬人設(shè)計指X3D虛擬人動畫節(jié)點設(shè)計，即X3D虛擬人動畫組件設(shè)計。在虛擬空間設(shè)計逼真的三維立體虛擬人，利用計時器和插補(bǔ)器節(jié)點實現(xiàn)物體和造型的各種動畫效果，如人體的運動、汽車的駕駛、輪船的航行、宇宙飛船的發(fā)射等。

（12）地理信息系統(tǒng)指X3D地理信息節(jié)點設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字地球、數(shù)字城市、數(shù)字家庭等，即地理信息學(xué)組件，包括如何在真實世界位置和 X3D 場景中元素之間建立關(guān)聯(lián)，以及詳細(xì)說明協(xié)調(diào)地理應(yīng)用的節(jié)點。

（13）曲面設(shè)計指復(fù)雜曲面節(jié)點設(shè)計涵蓋曲線與曲面設(shè)計，實現(xiàn)高級復(fù)雜曲面開發(fā)和設(shè)計。

（14）CAD設(shè)計指利用X3D/CAD組件實現(xiàn)從CAD到X3D的轉(zhuǎn)換，提高軟件開發(fā)效率。

（15）分布交互系統(tǒng)指利用分布式計算機(jī)系統(tǒng)提供的強(qiáng)大功能，又可以利用分布式本身特性，實現(xiàn)虛擬分布式系統(tǒng)帶來的無窮魅力。

（16）粒子火焰技術(shù)指在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中運用粒子火焰技術(shù)模擬仿真自然界中的煙火、云霧、爆炸等場景，模擬虛擬戰(zhàn)場炮火、硝煙等。

虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言X3D使讀者了解計算機(jī)在軟件開發(fā)方面如何利用目前國際上最先進(jìn)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，并結(jié)合大量具體、生動、鮮活的源程序?qū)嵗�，深入淺出地講解X3D開發(fā)、設(shè)計和編程的全過程。

        利用虛擬現(xiàn)實語言X3D的基本節(jié)點、復(fù)雜節(jié)點及動態(tài)感知節(jié)點，開發(fā)和設(shè)計出三維立體場景造型、航天飛行器、城市規(guī)劃設(shè)計、自然景觀場景、動物園場景、室內(nèi)外裝修設(shè)計、三維人體醫(yī)學(xué)、全景技術(shù)、影視多媒體、游戲動畫設(shè)計以及城市建筑規(guī)劃設(shè)計等，通過虛擬現(xiàn)實語言X3D生動、鮮活的軟件項目開發(fā)實例，由淺入深，循序漸進(jìn)不斷提高學(xué)習(xí)和編程的能力，使讀者能夠真正體會到軟件開發(fā)的實際意義、真實效果，獲得無窮樂趣。為了使讀者能夠掌握X3D虛擬現(xiàn)實三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計語言，本書提供全部的虛擬現(xiàn)實開發(fā)、設(shè)計和編程源程序?qū)嵗�，而且都在計算機(jī)上經(jīng)過嚴(yán)格的調(diào)試并通過。

        本書是一本集計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、游戲動畫設(shè)計、全景技術(shù)、虛擬人運動、影視媒體及人工智能于一身的實用科技書，本書詳細(xì)闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與游戲動畫設(shè)計，內(nèi)容豐富全面，敘述簡明扼要，圖文并茂，并配有全部源程序光盤，供讀者學(xué)習(xí)和參考。

        本書可作為高等院校的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、游戲動畫設(shè)計、影視媒體、工業(yè)設(shè)計、藝術(shù)設(shè)計、建筑設(shè)計、機(jī)械加工制造、裝潢設(shè)計、環(huán)境保護(hù)、機(jī)電、電子、虛擬信息地理、虛擬醫(yī)療、軍事以及航空航天等專業(yè)教材，同時也可作為初學(xué)者、有一定虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)和計算機(jī)軟件開發(fā)人員以及工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的參考書籍。

      “知識改變命運，教育成就未來，智慧改變?nèi)松?rdquo;，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(jìn)步做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。“知識是有限的，而想象力是無限”，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)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，實現(xiàn)自己的全部夢想。

        由于時間倉促，水平有限，書中的缺點和不足在所難免，敬請讀者把對本書的意見和建議告訴我們。聯(lián)系方法：郵箱zhzjza@21cn.com。

 

                                                                                                                                                                            作者

                                                                                                                                                                   2009年8月28日

 

前言
 
第1章  虛擬現(xiàn)實技術(shù) 1
1.1  虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡介 1
1.1.1  虛擬現(xiàn)實技術(shù)及基本特性 2
1.1.2  虛擬現(xiàn)實技術(shù)分類 3
1.1.3  虛擬現(xiàn)實硬件設(shè)備 11
1.1.4  虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展 15
1.2  X3D概述 16
1.3  X3D開發(fā)環(huán)境 25
1.3.1  記事本X3D編輯器 25
1.3.2  X3D-Edit專用編輯器 25
1.4  X3D運行環(huán)境 29
1.4.1  X3D瀏覽器簡介 29
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.2瀏覽器安裝使用 30        
1.4.3  Xj3D瀏覽器安裝使用 31
1.5  X3D程序調(diào)試 32
第2章  X3D基本語法架構(gòu) 34
2.1  X3D文件結(jié)構(gòu) 34
2.1.1  X3D文件頭 35
2.1.2  X3D文件體 36
2.1.3  X3D文件注釋 39
2.2  X3D文件格式 39
2.2.1  *.X3D文件格式 40
2.2.2  *.X3DV文件格式 41
2.2.3  *. X3DB二進(jìn)制源代碼 43
第3章  X3D三維立體造型設(shè)計 44
3.1  石膏素描造型開發(fā)設(shè)計 44
3.1.1  石膏素描造型設(shè)計 44
3.1.2  石膏素描造型源程序?qū)嵗?nbsp;44
3.2  路燈造型設(shè)計 48
3.2.1  路燈造型設(shè)計 48
3.2.2  路燈造型源程序?qū)嵗?nbsp;48
3.3  綠化場景設(shè)計 51
3.3.1  綠化場景設(shè)計 51
3.3.2  綠化場景源程序?qū)嵗?nbsp;52
3.4  轉(zhuǎn)動的地球儀場景設(shè)計 56
3.4.1  轉(zhuǎn)動的地球儀場景設(shè)計 56
3.4.2  轉(zhuǎn)動的地球儀場景源程序?qū)嵗?nbsp;56
3.5  神舟七號載人航天場景設(shè)計 60
3.5.1  神舟七號載人航天場景設(shè)計 60
3.5.2  神舟七號載人航天場景源程序?qū)嵗?nbsp;60
第4章  X3D三維立體展館設(shè)計 67
4.1  汽車展覽場館設(shè)計 67
4.1.1  汽車展覽場館設(shè)計 67
4.1.2  汽車展覽場館源程序?qū)嵗?nbsp;68
4.2  飛機(jī)展覽場景設(shè)計 72
4.2.1  飛機(jī)展覽場景設(shè)計 72
4.2.2  飛機(jī)展覽場景源程序?qū)嵗?nbsp;72
4.3  航天展覽場景設(shè)計 76
4.3.1  航天展覽場景設(shè)計 76
4.3.2  航天展覽場景源程序?qū)嵗?nbsp;76
4.4  海軍航母艦艇博覽場景設(shè)計 83
4.4.1  海軍航母艦艇博覽場景設(shè)計 83
4.4.2  海軍航母艦艇博覽場景源程序?qū)嵗?nbsp;83
4.5  陸軍兵器展館場景設(shè)計 87
4.5.1  陸軍兵器展館場景設(shè)計 87
4.5.2  陸軍兵器展館場景源程序?qū)嵗?nbsp;87
第5章  X3D虛擬現(xiàn)實全景技術(shù)設(shè)計 92
5.1  虛擬現(xiàn)實全景技術(shù)設(shè)計 92
5.1.1  虛擬現(xiàn)實立方體全景技術(shù)算法設(shè)計 92
5.1.2  虛擬現(xiàn)實立方體全景技術(shù)設(shè)計 95
5.1.3  虛擬現(xiàn)實立方體全景技術(shù)源程序?qū)嵗?nbsp;95
5.2  X3D三維立體相冊場景設(shè)計 100
5.2.1  X3D三維立體相冊場景設(shè)計 100
5.2.2  X3D三維立體相冊場景源程序?qū)嵗?nbsp;100
5.3  可翻動的立體相冊場景造型設(shè)計 103
5.3.1  可翻動的立體相冊場景造型設(shè)計 103
5.3.2  可翻動的立體相冊場景造型源程序?qū)嵗?nbsp;104
第6章  X3D虛擬現(xiàn)實雕塑設(shè)計 110
6.1  虛擬現(xiàn)實自由女神設(shè)計 110
6.1.1  虛擬現(xiàn)實自由女神設(shè)計 110
6.1.2  虛擬現(xiàn)實自由女神源程序?qū)嵗?nbsp;111
6.2  虛擬現(xiàn)實維納斯雕像設(shè)計 115
6.2.1  虛擬現(xiàn)實維納斯雕像設(shè)計 115
6.2.2  虛擬現(xiàn)實維納斯雕像源程序?qū)嵗?nbsp;116
6.3  虛擬現(xiàn)實科學(xué)家雕像設(shè)計 119
6.3.1  虛擬現(xiàn)實科學(xué)家雕像設(shè)計 120
6.3.2  虛擬現(xiàn)實科學(xué)家雕像源程序?qū)嵗?nbsp;120
6.4  虛擬現(xiàn)實奏響前程雕像設(shè)計 125
6.5  虛擬現(xiàn)實轉(zhuǎn)動的雕像設(shè)計 132
6.5.1  虛擬現(xiàn)實轉(zhuǎn)動雕像設(shè)計 132
6.5.2  虛擬現(xiàn)實轉(zhuǎn)動雕像源程序?qū)嵗?nbsp;133
第7章  X3D虛擬人運動設(shè)計 137
7.1  虛擬人場景設(shè)計 137
7.1.1  虛擬人場景設(shè)計 137
7.1.2  虛擬人場景源程序?qū)嵗?nbsp;138
7.2  虛擬人體經(jīng)絡(luò)和骨骼設(shè)計 149
7.2.1  虛擬人體經(jīng)絡(luò)和骨骼設(shè)計 149
7.2.2  虛擬人體經(jīng)絡(luò)和骨骼源程序?qū)嵗?nbsp;151
7.3  虛擬人運動設(shè)計 157
7.3.1  虛擬人運動設(shè)計原理 157
7.3.2  虛擬人運動節(jié)點設(shè)計 158
7.3.3  虛擬人運動源程序?qū)嵗?nbsp;158
第8章  X3D室內(nèi)場景造型設(shè)計 171
8.1  X3D餐廳場景造型開發(fā)設(shè)計 171
8.1.1  X3D餐廳場景造型設(shè)計 171
8.1.2  X3D餐廳場景造型源程序?qū)嵗?nbsp;172
8.2  浴室場景造型開發(fā)設(shè)計 180
8.2.1  浴室場景造型設(shè)計 180
8.2.2  浴室場景造型源程序?qū)嵗?nbsp;181
8.3  虛擬臥室場景開發(fā)設(shè)計 190
8.3.1  虛擬臥室場景設(shè)計 190
8.3.2  虛擬臥室場景源程序?qū)嵗?nbsp;190
8.4  X3D客廳場景造型開發(fā)設(shè)計 201
8.4.1  X3D客廳場景造型設(shè)計 202
8.4.2  X3D客廳場景源程序?qū)嵗?nbsp;203
8.5  辦公室場景造型開發(fā)設(shè)計 209
8.5.1  辦公室場景造型設(shè)計 210
8.5.2  辦公室場景源程序?qū)嵗?nbsp;210
8.6  X3D會議室場景造型開發(fā)設(shè)計 217
8.6.1  X3D會議室場景造型設(shè)計 217
8.6.2  X3D會議室場景源程序?qū)嵗?nbsp;218
第9章  X3D影視多媒體動畫設(shè)計 226
9.1  立體音響效果場景開發(fā)設(shè)計 226
9.1.1  立體音響效果場景設(shè)計 226
9.1.2  立體音響效果場景源程序?qū)嵗?nbsp;227
9.2  X3D影視多媒體場景開發(fā)設(shè)計 233
9.2.1  X3D影視多媒體場景設(shè)計 234
9.2.2  影視多媒體場景源程序?qū)嵗?nbsp;235
9.3  家庭影院場景開發(fā)設(shè)計 241
9.3.1  家庭影院場景設(shè)計 241
9.3.2  家庭影院場景源程序?qū)嵗?nbsp;242
9.4  環(huán)幕電影場景開發(fā)設(shè)計 250
9.4.1  環(huán)幕電影場景設(shè)計 251
9.4.2  環(huán)幕電影場景源程序?qū)嵗?nbsp;252
第10章  X3D游戲動畫設(shè)計 261
10.1  漢諾塔游戲場景開發(fā)設(shè)計 261
10.1.1  漢諾塔游戲算法設(shè)計 261
10.1.2  漢諾塔游戲場景設(shè)計 263
10.1.3  漢諾塔游戲場景源程序?qū)嵗?nbsp;263
10.2  現(xiàn)代辦公動畫場景開發(fā)設(shè)計 271
10.2.1  現(xiàn)代辦公動畫場景設(shè)計 271
10.2.2  現(xiàn)代辦公動畫場景源程序?qū)嵗?nbsp;271
10.3  X3D國際象棋游戲場景開發(fā)設(shè)計 283
10.3.1  X3D國際象棋游戲場景設(shè)計 284
10.3.2  X3D國際象棋游戲場景源程序?qū)嵗?nbsp;285
10.4  虛擬信息化部隊動畫設(shè)計 291
10.4.1  虛擬信息化部隊動畫設(shè)計 291
10.4.2  虛擬信息化部隊動畫設(shè)計源程序?qū)嵗?nbsp;291        
第11章  X3D三維立體建筑場景設(shè)計 302
11.1  X3D現(xiàn)代樓房建筑場景開發(fā)設(shè)計 302
11.1.1  X3D現(xiàn)代樓房建筑場景總體設(shè)計 302
11.1.2  X3D現(xiàn)代樓房建筑場景詳細(xì)設(shè)計 303
11.1.3  X3D現(xiàn)代樓房建筑場景源程序?qū)嵗?nbsp;304
11.2  X3D餐廳場景造型開發(fā)設(shè)計 312
11.2.1  X3D餐廳場景總體設(shè)計 312
11.2.2  X3D餐廳場景詳細(xì)設(shè)計 313
11.2.3  X3D餐廳場景源程序?qū)嵗?nbsp;314
11.3  X3D教學(xué)樓建筑場景開發(fā)設(shè)計 321
11.3.1  X3D教學(xué)樓建筑場景總體設(shè)計 322
11.3.2  X3D教學(xué)樓建筑場景詳細(xì)設(shè)計 322
11.3.3  X3D教學(xué)樓建筑場景源程序?qū)嵗?nbsp;323
第12章  X3D虛擬現(xiàn)實綜合實例開發(fā)與設(shè)計 333
12.1  X3D虛擬校園項目規(guī)劃設(shè)計 333
12.2  X3D虛擬校園需求分析 334
12.3  X3D虛擬校園總體設(shè)計 335
12.4  X3D虛擬校園詳細(xì)設(shè)計 336
12.5  X3D虛擬校園編碼測試 337
12.6  X3D虛擬校園運行和維護(hù) 350
附錄  X3D節(jié)點 351
參考文獻(xiàn) 356
參考網(wǎng)站 357
 

1. 動畫運動規(guī)律項目實例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
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