虛擬場景中虛擬化身的應用

張佳杰 崔朝霞 何金寶

針對瀏覽者在虛擬場景中游覽迷失方向，缺少沉浸感的問題。提出一種有效的解決辦法，即通過添加虛擬化身使虛擬環(huán)境更活潑，更有吸引力。 利用虛擬化身，自動帶領瀏覽者參觀虛擬場景，充分了解環(huán)境。

虛擬現(xiàn)實技術是20世紀80年代末90年代初崛起的一項實用性很強的技術。它可以真實的模擬出現(xiàn)實世界的事物或環(huán)境，用戶投入到這種環(huán)境中，猶如“身臨其境”的感覺。但是，隨著虛擬現(xiàn)實的不斷深入，僅有景色、障礙物的三維場景已經(jīng)無法滿足人們視覺的需求，需要引入一些生動的人物角色，即虛擬化身，并在虛擬化身身上完成各類交互，來增加瀏覽者的沉浸感。

1 建立虛擬化身模型

當一個虛擬的三維場景建好后，為了使虛擬場景更活潑更具吸引力，在虛擬場景中設計一個虛擬化身是很有必要的。虛擬化身的設計手先就是建立虛擬化身模型。目前有許多建立虛擬人體模型的方法，根據(jù)現(xiàn)有的實驗條件和人體骨骼的構造，采用建模的方法建立虛擬化身模型。建模過程如下：

（1）繪出三維人體骨骼層次結構圖

（2）通過VRML語言中的坐標變換節(jié)點（Transform）、內聯(lián)結點（Inline）等進行設計生成人體三維骨骼圖。

（3）采用Avatar Studio軟件生成虛擬化身。通過Export VRML導出，生成wrl文件。使用Avatar Studio軟件導出的虛擬替身，生成的avatar.wrl文件存在類型定義不匹配的問題，需要修改類型定義。Avatar Studio生成的avatar.wrl文件的PROTO節(jié)點position域的定義為exposedField SFVec3f position 0 0 0與后面要在Script節(jié)點調用position域的定義類型不匹配，需要修改為eventIn SFVec3f position。

2 實現(xiàn)人性化的虛擬化身

要想得到逼真的虛擬化身，就需要使虛擬化身具有人性化，實現(xiàn)真實的人體動作。其中最基本的就是行走，即虛擬化身在虛擬場景中如何引導瀏覽者瀏覽場景，在遇到障礙物時如何避障。

通過Avatar Studio軟件生成的虛擬人能夠產生一些簡單動作，通過ROUTE節(jié)點的enentIn和eventOut域來進行傳遞，avatar.wrl文件的動作觸發(fā)代碼如下：

動效果，此時需要腳本語言。腳本語言是一種靈活的互動效果實現(xiàn)方式。VRML中常用的腳本語言是ECMAScript（典型的是JavaScript）、VrmlScript和Java。JavaScript和VrmlScript是VR Pad軟件自帶的兩種腳本語言，只適合在簡單的場景中使用，對于復雜的場景需要采用Java。這里通過加載path和obstacle文件實現(xiàn)虛擬人的導航路徑規(guī)劃。

目前VRML編程接口有以下四種方式：

1）內嵌在VRML的Script節(jié)點中的描述性腳本語言VrmlScript和JavaScript；

2）WWW瀏覽器+VRML插件方式，通過對VRML EAI外部創(chuàng)作接口進行編程，允許VRML世界與網(wǎng)頁其它對象相互溝通；

3）在VRML的Script節(jié)點中引用外部Java類，用來實現(xiàn)一些特殊的、VrmlScript語言所不能實現(xiàn)的功能；

4）應用VRML解釋器提供的Automation接口進行編程。

設計中主要使用了前三種編程接口，通過觸發(fā)器ProximitySensor來檢測用戶在場景中的移動，當有用戶進入或退出場景時，該節(jié)點產生事件。被感應的區(qū)域由size和center設定，它們在局部坐標空間定義一個矩形區(qū)域，該區(qū)域的各條邊平行于各個主坐標軸。當用戶進入該區(qū)域時，將產生兩個事件isActive為真和enterTime為當前時間，當用戶離開該區(qū)域時，將產生兩個事件isActive為假和exitTime為當前時間。當用戶在該區(qū)域時，位置的改變將會產生position_changed事件，方向的改變將產生orientation_changed事件。ProximitySensor的語法定義如下：

在Java程序中，通過EAI獲得該ProximitySensor的position_changed事件出口。通過EAI要求自動捕獲事件，即當事件發(fā)生時，外部的Java代碼自動獲得通知，并由參數(shù)獲得事件數(shù)據(jù)進行處理。

3 結束語

虛擬現(xiàn)實是一個充滿活力，具有巨大應用前景的高新技術領域。虛擬化身是虛擬現(xiàn)實領域一個很具有發(fā)展?jié)摿Φ姆较颉Ｎ闹型ㄟ^在虛擬場景中添加虛擬化身，來增加場景的活力和瀏覽者的沉浸感。未來虛擬化身將不止應用于虛擬場景中，也將走入現(xiàn)實世界，服務人類，實現(xiàn)工作休息兩不誤的狀態(tài)。

（作者單位：河北聯(lián)合大學遷安學院）