VRML虚拟建筑-原理.工具.方法

bsp;  前  言
    虚拟现实(VIrtuaI Reality．简称VR)技术出现于20世纪90年代初期。
该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方
法。对于建筑设计及其相关领域而言，该技术提供了“虚拟建筑”这种新
型的设计、研究及交流的工具手段。
VR技术与虚拟建筑
    VR技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视．并不
断取得进展，VR蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想
象思维和创造的热情。VR技术的特点在于：通过电脑软、硬件资源的集
成，将研究对象与现实世界中的各种可感知要素编制到电脑的虚拟三维环
境中；用户则可以通过电脑虚拟现实环境所提供的视觉、听觉、触觉乃至
嗅觉等这些*自然的感知形式，获得关于研究对象的可视化、可听化、可
触觉化．乃至可嗅觉化信息．同时获得一种身临其境的逼真感觉。从本质
上讲．VR技术就是一种先进的人一机界面技术．其追求的技术目标就是
尽量使用户运用其肢体语言．以及视、听、触、嗅等感官技能与电脑虚拟
环境进行自然式的交互。因此，VR技术为我们架起了一座沟通人与电脑
数字世界的桥梁。
    毫无疑问．VR技术的特征决定了它非常适合于建筑设计及其相关领域
课题的研究。事实上，所谓”虚拟建筑”起初正是因为VR技术方法被引入
到建筑CAD领域而衍生出来的一个概念，其含义可以解释为：应用VR技
术而实现的建筑信息的可视化、虚拟现实化。这里所讲的“建筑信息”．既
可以是建筑设计信息(如设计图纸)，也可以是建造过程信息(如施工计划)，
还可以是关于建筑实物的信息。因此，虚拟建筑既可以用来充分表达一个
设计方案建成后的真实效果．也可以用来模拟论证一个施工计划的具体过
程是否可行，还可以将一些具有重要历史文化价值的建筑实体以虚拟建筑
的形式备份起来。
 虚拟建筑VR系统的选择
    虚拟建筑是依赖于虚拟现实系统的。自20世纪90年代后半期以来．
VR技术不断取得进展．各种商业化的专业VR系统被相继推出．如MultiGen
 Creator&Vega、World Tool Kit(WTK)等，这些高端系统产品几乎无一例
外地将其在建筑及城市规划领域中的应用作为市场发展的目标之一。与此
同时．一些面向互联网及个人电脑用户的低端VR标准或系统也纷纷出台．
如VRML、3DML语言标准．Cult3D、Shockwave 3D、Adobe Atmosphere、
VR-Platform系统等，这些低端VR系统主要以网络3D虚拟社区及游戏场景
开发作为其市场发展目标。
    在过去相当长的一段时期里．国内建筑界对于VR系统的了解及兴趣多
半集中于一些专业性极强的高端VR系统上．然而．引入这些价格不菲、专
业和技术性都非常强的高端系统，明显存在非常大的经济和技术风险。也
正是这样的原因，国内虚拟建筑研究在若干年前红火一阵之后便很快陷入
曲高和寡的尴尬境地。与国内虚拟建筑的应用研究这种一蹶不振的面貌正
好相反的是，基于低端VR系统的3D游戏及3D虚拟社区场景在互联网上表
现得异常活跃。值得注意的是．这些3D虚拟社区的创作者多半是未接受过
建筑学专业培训的业余爱好者．然而从他们创建的某些虚拟现实场景视觉
效果及交互功能上看，完全能够证明这些低端VR系统在虚拟建筑开发中所
具有的潜力。可惜的是，这些低端VR系统的种种优良表现未能引起建筑界
同仁们的注意和重视。
    从功能原理及场景基本性能方面看，现有各种高、低端VR系统都可以
在一定程度上满足虚拟建筑的应用需要．但问题在于选择何种系统*具有
广泛的适应性和可持续性。从目前国内建筑界*普遍的应用需求以及可能
的经济、技术能力两方面看．低端VR系统是虚拟建筑应用研究中*值得考
虑的．而VRML语言又是其中的首选，其原因在于：
    (1)VRML是目前唯一基于万维网虚拟现实模型语言的国际标准，因此
 能得到众多软件开发商的支持。目前包括3ds Max、Maya、SketchUp等建筑
设计中常用的3D软件都支持VRML文件格式的输出、输入，而像blaxxun、
Bitmanagement Software、ParalleI Graphics等众多VRML浏览器开发商纷纷
通过其产品开发不断提高VRML虚拟场景的性能。这些支持有力地保障了
VRML虚拟建筑开发中对前期CAD数据的高效利用，而且VRML作为一种国
际标准同时也保证了虚拟建筑开发成果能得到长期的应用和共享。
    (2)VRML是基于万维网的开放型的国际标准，具有很强的环境适应性
和功能的可扩展性。VRML场景可运行在Windows、MAC、Unix等多种机
型及操作系统上．适应单机、局域网、广域网、万维网等多种环境；同时
VRML语言允许开发者将VRML场景与现有万维网中流行的各种先进的技术
集成起来，从而能极大地扩展VRML虚拟建筑场景的性能。
    (3)VRML场景的大小没有限制．场景的扩充和维护皆很方便。一个
VRML场景的模型既可以是一个独立的VRML模型文件组成．也可以是由分
布在网络上不同路径下的若干个分散的VRML模型文件组成，因此利于协同
方式的建模和文件管理。
    (4)VRML虚拟建筑是一个低成本甚至零成本投入的技术方法．开发者
只需在现有CAD软硬件系统基础上．添加一个VRML浏览器和一个VRML
代码编辑器就可以进行VRML虚拟建筑的开发工作。VRML浏览器和代码编
辑器都是非常小型的程序，互联网上提供了大量此类工具的免费下载服务。
本书适宜读者与内容的编排
    这本书是面向高校建筑学、城市规划、环境艺术设计等相关专业的学生．
以及具有上述专业背景的相关领域从业人员而写的。此外，本书也同样适
合于网络虚拟现实场景的业余爱好者。通过这本书，读者不仅可以获得关
于VRML语言原理方面的知识，更能获得关于VRML虚拟建筑开发工具、技
术方法等方面的专业性指导。
 全书共分6大章。前3章主要偏重于VRML语言基本概念、对象类型及
其原理的介绍；后3章偏重于VRML虚拟建筑开发工具及方法的深入讨论。
第1章简要介绍了VRML语言及其在虚拟建筑中的应用，重点介绍了VRML
文件中的一些*基本概念以及VRML虚拟建筑开发中两个*常用工具的使用
方法；第2章集中讨论了VRML空间中所有与造型有关的节点对象类型及其
原理；第3章集中讨论了控制VRML场景效果的相关对象类型及其原理，如
光源、背景、雾效果、声效果、视点等；第4章集中讨论了应用AutoCAD、
SketchUp、3ds Max这些主流的可视化CAD建模软件创建VRML虚拟建筑模
型的基本方法；第5章讨论了基于blaxxum和Bitmanagement VRML浏览器
的光照阴影贴图、环境镜面反射贴图、凸凹纹理贴图等真实感极强的高级
纹理应用技术；第6章讨论了旨在提升VRML场景趣味性和功能性的VRML
动画与高级交互效果的实现原理及方法。
    书中运用了大量的VRML文件实例以充分说明相关章节的原理．大部分
实例都是精心设计过的．这些实例都力图使用*简短的代码以突出重点．并
尽可能体现出虚拟建筑方面的应用特色。这些实例所涉及到的全部原始文
件、VRML源代码文件以及外部资源文件．都能在附赠光盘中找到。
阅读指南
    读者可以根据自己的需求特点来阅读使用这本书：
    (1)如果你已经具备一定的CAD基础．并且希望立即体验一下VRML
虚拟建筑的创建过程和效果，那么你可以直接从第4章内容开始阅读。第4
章将告诉你如何利用现有CAD模型文件快速地创建VRML虚拟建筑模型并
对其进行一些优化。
    (2)如果你已经有了一些VRML虚拟建筑建模经验，并且希望你的造
型获得更好、更真实感的视觉效果，那么你首先需要认真阅读第1章”1.3
VRML文件与空间”节中的内容．这一节会告知你VRML文件中一些*基本
 的概念然后再阅读第2章中的“2．1 Shape造型”以及”2.4造型的外观”，
这些章节将帮助你认识和理解与VRML造型外观有关的节点对象类型；*后
再阅读第5章．这一章将告知你如何通过具体的操作获得高质量的外观纹
理效果。
    (3)如果你已经有了一些VRML虚拟建筑建模经验．并且希望你的场
景具有一定的交互效果，则需要在深入理解第1章～第3章中有关VRML文
件基本概念、相关对象节点类型及原理基础上．再阅读第6章中的内容。