基于ＶＲＭＬ的仿真攝像機(jī)的應(yīng)用研究

沈獻(xiàn)念　汪東芳

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393TN948.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-0992(2009)10-099-01

摘要：VRML作為Internet上的3D文件的交換、描述標(biāo)準(zhǔn)，為基于Internet的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)可行的解決方案。研究開(kāi)發(fā)仿真攝像實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，將會(huì)在電視藝術(shù)類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮重要作用，擺脫實(shí)驗(yàn)教學(xué)受器材不足、學(xué)時(shí)不足的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；虛擬實(shí)驗(yàn)；攝像實(shí)驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality)是二十世紀(jì)末才興起的一門(mén)嶄新的綜合性信息技術(shù)，它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支。目前，國(guó)內(nèi)外利用其進(jìn)行虛擬情景教學(xué)已存在一些成功的案例，但從虛擬實(shí)驗(yàn)層次進(jìn)行實(shí)踐研究仍方興未艾。機(jī)械工程類(lèi)、電子技術(shù)類(lèi)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)或?qū)嶒?yàn)的仿真較為常見(jiàn)，但作為電視藝術(shù)類(lèi)實(shí)驗(yàn)的仿真較少?；诖?，本文的研究將利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合三維場(chǎng)景開(kāi)發(fā)軟件3DS MAX與VRML語(yǔ)言構(gòu)建虛擬攝像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將攝像經(jīng)驗(yàn)知識(shí)賴(lài)以產(chǎn)生的器物操作通過(guò)軟件系統(tǒng)呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生在模擬系統(tǒng)中的掌握攝像機(jī)的基本操作，完成攝像實(shí)驗(yàn)中所要求的部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

一、VRML技術(shù)概述

VRML(Virtual Reality Modeling Langue)虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言是近幾年才興起的一種新型建模語(yǔ)言，是一種三維造型和渲染的圖形描述語(yǔ)言，通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)虛擬場(chǎng)景以達(dá)到現(xiàn)實(shí)中的效果。

VRML語(yǔ)言在基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上創(chuàng)建逼真的三維虛擬場(chǎng)景，它改變了網(wǎng)絡(luò)上二維畫(huà)面的狀態(tài)，并能實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)效果。尤其是改變當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)與用戶交互的局限性，使人機(jī)的網(wǎng)絡(luò)交互更加自然、靈活，在虛擬世界的場(chǎng)景中更具有強(qiáng)烈的真實(shí)性、交互性和動(dòng)態(tài)性。

同時(shí)，VRML作為網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，與寬帶網(wǎng)絡(luò)，多媒體與人工智能等技術(shù)思想淵源相關(guān)，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)發(fā)、多媒體設(shè)計(jì)及人工智能應(yīng)用等進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)所在。另外，VRML不僅可在IE中調(diào)用，還可以和Word、Powerpoint、Authoware、Cult3D等結(jié)合起來(lái)使用，進(jìn)一步擴(kuò)展了其在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的應(yīng)用范圍。

二、VRML仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用流程

VRML在仿真攝像實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用，可以按照如下圖所示的流程進(jìn)行。

VRML在仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用流程

整個(gè)流程分為四個(gè)部分，依次是開(kāi)發(fā)VRML場(chǎng)景、編輯交互節(jié)點(diǎn)、IE中調(diào)用場(chǎng)景、交互操作。開(kāi)發(fā)VRML場(chǎng)景文件是運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，VRML語(yǔ)言提供了各類(lèi)基本造型節(jié)點(diǎn)、效果節(jié)點(diǎn)，可以開(kāi)發(fā)現(xiàn)實(shí)生活中的各類(lèi)自然現(xiàn)象、場(chǎng)景和物體；編輯交互節(jié)點(diǎn)對(duì)于演示性的教學(xué)內(nèi)容，不需要進(jìn)行交互操作，如果需要對(duì)虛擬的物體和場(chǎng)景進(jìn)行操作，就需要在場(chǎng)景文件中插入交互節(jié)點(diǎn)。IE中調(diào)用場(chǎng)景中VRML文件在常規(guī)的IE平臺(tái)上無(wú)法瀏覽，只有在安裝了VRML文件的瀏覽器插件的IE平臺(tái)才能運(yùn)行。交互操作在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如果需要對(duì)場(chǎng)景的視點(diǎn)進(jìn)行變換或?qū)?chǎng)景中的物體、建筑進(jìn)行移動(dòng)，就需事先編輯好交互節(jié)點(diǎn)。如需對(duì)場(chǎng)景中的主體或陪體的位置進(jìn)行變換，或攝影照明中需要對(duì)燈光的位置進(jìn)行移動(dòng)，或控制燈光的亮度、色彩等，都需事先編輯動(dòng)態(tài)交互節(jié)點(diǎn)。VRML自身的動(dòng)態(tài)交互節(jié)點(diǎn)也是在攝像機(jī)操作實(shí)驗(yàn)中能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容變化，來(lái)靈活控制場(chǎng)景或物體的重要節(jié)點(diǎn)。

在上述四個(gè)過(guò)程都是教學(xué)過(guò)程中必需的。教學(xué)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，沒(méi)有涉及對(duì)場(chǎng)景內(nèi)物體的操作，就不需要編輯交互節(jié)點(diǎn)；教學(xué)內(nèi)容較為復(fù)雜，需要對(duì)場(chǎng)景內(nèi)的物體進(jìn)行拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或者其他類(lèi)型的操作時(shí)就需要編輯交互節(jié)點(diǎn)。

三、虛擬攝像機(jī)的構(gòu)建

用VRML建立虛擬現(xiàn)實(shí)世界的方法有兩種。一種是通過(guò)編寫(xiě)源代碼，生成文本文件，再轉(zhuǎn)化生成.wrl為擴(kuò)展名的網(wǎng)頁(yè)文件。但這種方法，由于源代碼函數(shù)過(guò)于復(fù)雜，文件較大，不易掌握，較難運(yùn)用。第二種方法是通過(guò)輔助建模軟件，先建立三維物體，再在虛擬世界中進(jìn)行組合，形成豐富多彩的虛擬現(xiàn)實(shí)世界。本文主要探討后一種方法，即在3DS MAX中建立各種三維物體，再將這些物體以.wrl格式導(dǎo)出為VRML世界，編輯它們?cè)谔摂M現(xiàn)實(shí)世界的位置與關(guān)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體世界。

(一)在3DS MAX中構(gòu)建虛擬攝像機(jī)

虛擬攝像機(jī)我們參照攝像機(jī)的實(shí)物圖進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建過(guò)程中要對(duì)組件進(jìn)行不斷的組合，這樣做的目的是為了減少輸出的代碼數(shù)量。對(duì)于一些關(guān)鍵的部件和按鈕，要獨(dú)立命名，其他的組件一律和攝像機(jī)的主題組合在一起。

所構(gòu)建的攝像機(jī)主要有以下部件組成：

變焦環(huán)、菜單區(qū)、帶倉(cāng)、底座、電池、調(diào)焦環(huán)、機(jī)身開(kāi)關(guān)組、機(jī)身喇叭、鏡頭主體、錄像 攝像轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、麥克風(fēng)、啟動(dòng) 停止錄制按鈕、上部提手、攝像機(jī)主體、攝像機(jī)總開(kāi)關(guān)、啟動(dòng) 暫定錄按鈕、推拉鏡頭按鈕、握手、尋像器、液晶屏蓋。

由于程序編輯器VrmlPad中不能很好地識(shí)別中文字體，這里我們將所有的組件的名稱(chēng)統(tǒng)一改成漢語(yǔ)拼音字母，改動(dòng)后的部件名稱(chēng)分別為：

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

(二)導(dǎo)出虛擬攝影機(jī)代碼

利用3DS MAX中的vrml程序?qū)С龉δ?，?dǎo)出場(chǎng)景文件“ssj.wrl”，導(dǎo)出后在程序編輯器VrmlPad中打開(kāi)，在左邊的樹(shù)結(jié)構(gòu)可以清晰地看到，所構(gòu)建的各個(gè)部件在vrml程序中都是坐標(biāo)變換節(jié)點(diǎn)“Transform”。

以上具體闡述了VRML在仿真攝像機(jī)操作實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用過(guò)程，隨著對(duì)VRML研究的深入，我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于其他復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，VRML同樣能夠很好地仿真。結(jié)合其他編程語(yǔ)言，設(shè)計(jì)仿真程度較高的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)于輔助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)際操作技能將起到非常好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊亮明，李箐，邵謙謙.3DS max6創(chuàng)意與設(shè)計(jì)應(yīng)用100例.電子工業(yè)出版社.2004.5

[2]謝本善.攝影技術(shù).[M].科學(xué)出版社[M].2001.164-176 [5]經(jīng)松、陳月容.淺談風(fēng)景寫(xiě)生中取景構(gòu)圖能力的培養(yǎng)[J]. 江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào). 2005.1

[3]張金釗、張金鏑、 張金銳.虛擬現(xiàn)實(shí)三維立體網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言VRML [M].清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社2004.1