基于ＶＲＭＬ的仿真攝像機的應用研究

沈獻念　汪東芳

中圖分類號：TP393TN948.41

文獻標識碼：A文章編號：1673-0992(2009)10-099-01

摘要：VRML作為Internet上的3D文件的交換、描述標準，為基于Internet的虛擬現實環境的實現提供了一個可行的解決方案。研究開發仿真攝像實驗的系統，將會在電視藝術類實驗教學中發揮重要作用，擺脫實驗教學受器材不足、學時不足的問題。

關鍵詞：虛擬現實技術；虛擬實驗；攝像實驗

虛擬現實技術(Virtual Reality)是二十世紀末才興起的一門嶄新的綜合性信息技術，它融合了數字圖像處理、計算機圖形學、多媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支。目前，國內外利用其進行虛擬情景教學已存在一些成功的案例，但從虛擬實驗層次進行實踐研究仍方興未艾。機械工程類、電子技術類的虛擬實驗系統的開發或實驗的仿真較為常見，但作為電視藝術類實驗的仿真較少。基于此，本文的研究將利用虛擬現實技術，結合三維場景開發軟件3DS MAX與VRML語言構建虛擬攝像實驗系統，將攝像經驗知識賴以產生的器物操作通過軟件系統呈現給學生，使學生在模擬系統中的掌握攝像機的基本操作，完成攝像實驗中所要求的部分實驗環節。

一、VRML技術概述

VRML(Virtual Reality Modeling Langue)虛擬現實建模語言是近幾年才興起的一種新型建模語言，是一種三維造型和渲染的圖形描述語言，通過創建一個虛擬場景以達到現實中的效果。

VRML語言在基于網絡平臺上創建逼真的三維虛擬場景，它改變了網絡上二維畫面的狀態，并能實現三維動畫效果。尤其是改變當前網絡與用戶交互的局限性，使人機的網絡交互更加自然、靈活，在虛擬世界的場景中更具有強烈的真實性、交互性和動態性。

同時，VRML作為網絡程序設計語言，與寬帶網絡，多媒體與人工智能等技術思想淵源相關，是未來網絡資源開發、多媒體設計及人工智能應用等進一步發展的關鍵技術所在。另外，VRML不僅可在IE中調用，還可以和Word、Powerpoint、Authoware、Cult3D等結合起來使用，進一步擴展了其在計算機輔助教學中的應用范圍。

二、VRML仿真實驗應用流程

VRML在仿真攝像實驗教學中應用，可以按照如下圖所示的流程進行。

VRML在仿真實驗中的應用流程

整個流程分為四個部分，依次是開發VRML場景、編輯交互節點、IE中調用場景、交互操作。開發VRML場景文件是運用虛擬現實技術輔助實驗教學的第一個環節，VRML語言提供了各類基本造型節點、效果節點，可以開發現實生活中的各類自然現象、場景和物體；編輯交互節點對于演示性的教學內容，不需要進行交互操作，如果需要對虛擬的物體和場景進行操作，就需要在場景文件中插入交互節點。IE中調用場景中VRML文件在常規的IE平臺上無法瀏覽，只有在安裝了VRML文件的瀏覽器插件的IE平臺才能運行。交互操作在實驗過程中如果需要對場景的視點進行變換或對場景中的物體、建筑進行移動，就需事先編輯好交互節點。如需對場景中的主體或陪體的位置進行變換，或攝影照明中需要對燈光的位置進行移動，或控制燈光的亮度、色彩等，都需事先編輯動態交互節點。VRML自身的動態交互節點也是在攝像機操作實驗中能夠根據教學內容變化，來靈活控制場景或物體的重要節點。

在上述四個過程都是教學過程中必需的。教學內容較為簡單，沒有涉及對場景內物體的操作，就不需要編輯交互節點；教學內容較為復雜，需要對場景內的物體進行拖動、旋轉或者其他類型的操作時就需要編輯交互節點。

三、虛擬攝像機的構建

用VRML建立虛擬現實世界的方法有兩種。一種是通過編寫源代碼，生成文本文件，再轉化生成.wrl為擴展名的網頁文件。但這種方法，由于源代碼函數過于復雜，文件較大，不易掌握，較難運用。第二種方法是通過輔助建模軟件，先建立三維物體，再在虛擬世界中進行組合，形成豐富多彩的虛擬現實世界。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格式導出為VRML世界，編輯它們在虛擬現實世界的位置與關系，形成一個統一的整體世界。

(一)在3DS MAX中構建虛擬攝像機

虛擬攝像機我們參照攝像機的實物圖進行構建，構建過程中要對組件進行不斷的組合，這樣做的目的是為了減少輸出的代碼數量。對于一些關鍵的部件和按鈕，要獨立命名，其他的組件一律和攝像機的主題組合在一起。

所構建的攝像機主要有以下部件組成：

變焦環、菜單區、帶倉、底座、電池、調焦環、機身開關組、機身喇叭、鏡頭主體、錄像 攝像轉換開關、麥克風、啟動 停止錄制按鈕、上部提手、攝像機主體、攝像機總開關、啟動 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中不能很好地識別中文字體，這里我們將所有的組件的名稱統一改成漢語拼音字母，改動后的部件名稱分別為：

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

(二)導出虛擬攝影機代碼

利用3DS MAX中的vrml程序導出功能，導出場景文件“ssj.wrl”，導出后在程序編輯器VrmlPad中打開，在左邊的樹結構可以清晰地看到，所構建的各個部件在vrml程序中都是坐標變換節點“Transform”。

以上具體闡述了VRML在仿真攝像機操作實驗中的應用過程，隨著對VRML研究的深入，我們可以發現，對于其他復雜的實驗過程，VRML同樣能夠很好地仿真。結合其他編程語言，設計仿真程度較高的虛擬實驗系統，對于輔助傳統實驗教學、訓練學生的實際操作技能將起到非常好的效果。

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