VR-X3D虚拟现实开发与设计

结构设计合理：通过理论与实例结合，构建完整的虚拟现实开发与设计知识体系。

立足科技前沿：聚焦虚拟现实领域的前沿知识，与行业发展紧密衔接，科技性强。

案例新颖丰富：将当前的流行元素融入实例，提供相应的代码，提高动手实践能力。

21世纪，随着计算机技术以及信息产业的迅猛发展，人类已经全面迈入数字化时代。虚拟现实语言作为计算机语言已广泛应用于社会生活的各个领域。VR-X3D是21世纪初在国内外刚刚兴起的一种新型语言，其发展前景十分广阔，潜力巨大，融合了宽带网络、VR/AR/MR、多媒体、游戏设计、人性化动画设计、信息地理与人工智能等高新技术，是把握未来计算机技术发展的关键技术。

VR-X3D是互联网3D图形国际通用软件标准，定义了如何在多媒体中整合基于网络传播的动态交互三维立体效果。通过VR-X3D第二代三维立体网络程序设计语言可以在网络上创建逼真的三维立体场景，开发与设计三维立体网站和网页程序，还可以创建虚拟数字城市、网络超市、虚拟网络法庭、网络选房与展销等。由此可以改变目前网络与用户交互的二维平面局限性，使用户在网络三维立体场景中实现动态、交互和感知交流，体验身临其境的感觉和感知。

2004年8月，VR-X3D已被国际标准组织ISO正式批准，成为国际通用标准，从而使VR-X3D大有一统网络三维立体设计的趋势，具有划时代的意义。VR-X3D可以在不同的硬件设备中使用，并可用于不同的领域，如虚拟仿真、虚拟游戏、互动游戏、智能制造、军事模拟仿真、科学可视化、航空航天模拟、多媒体再现、工程应用、信息地理、虚拟旅游、考古、虚拟教育及娱乐等。

VR-X3D虚拟现实开发与设计的功能及特点如下：

1．丰富的多媒体功能，能够实现各种多媒体制作，如在三维立体空间场景几何体上播放影视节目、环场立体声等。

2．强大的网络功能，能够在网络上创建三维立体的VR-X3D场景和造型并进行动态交互浏览、展示和操作。也可以通过运行VR-X3D程序直接接入Internet，创建三维立体网页和网站等。

3．程序驱动功能，VR-X3D最突出的特点是程序支持各种本地和网络三维立体场景和造型。

4．游戏动画设计，利用虚拟现实语言开发设计游戏软件，如虚拟驾驶、跑车游戏、虚拟飞行、虚拟围棋、虚拟象棋、虚拟跳棋、弹球等。

5．虚拟人动画设计，实现虚拟人运动设计和表情设计，运动设计包括行走、坐立、运动、交谈，表情设计包括喜、怒、哀、乐等。

6．创建虚拟现实三维立体造型和场景，能够进行2D和3D场景和造型设计、层级变换、光影效果设计、材质设计、多通道/多进程纹理绘制，实现更好的三维立体交互界面。

7．信息地理设计，利用虚拟现实语言开发数字地球、数字城市以及虚拟社区等。

8．VR-X3D/CAD组件，VR-X3D提供的CAD节点与VR-X3D文件相结合进行软件项目的开发与设计，可以极大地提高软件项目的开发效率。

9．VR-X3D自定义节点设计，开发者可以根据实际项目的需求开发与设计新节点、节点类型以及接口事件等，以满足软件项目开发的需要。

10．用户动态交互功能，基于鼠标的选取和拖曳，体验键盘输入的交互感。利用脚本实现程序与脚本语言交互设计，可以动态地改变场景。还可以利用数据手套、虚拟头盔、三维鼠标、力反馈器等虚拟/增强现实可穿戴硬件设备进行游戏的交互设计。

11．人工智能性，主要体现在VR-X3D具有感知功能。利用动态感知和传感器节点，实现用户与场景和造型之间的智能动态交互感知效果。

本书全面详细地阐述了VR-X3D的语法结构、数据结构定义、概貌、组件、等级、节点、域等，突出语法定义中每个“节点”中域的域值描述，并结合具体的实例源程序深入浅出地进行引导和讲解，激发读者的学习兴趣。除此之外，本书通过引入VR-X3D互动游戏交互设计使读者了解计算机在软件开发和编程方面如何利用目前国际上最先进的开发工具和手段开发设计互动游戏。为了使读者能够更快掌握VR-X3D互动游戏交互设计，本书配有大量的编程实例源程序，而且都在计算机上经过严格的调试和运行，可供读者参考。

本书第1章由张金镝、张帅晨、张童嫣、李宁湘、谢胜军编写，第2～12章由张金钊编写，张金镝负责全书校稿。

“知识改变命运，教育成就未来”，只有不断探索、学习和开发未知领域，才能有所突破和创新，为人类的进步做出应有的贡献。“知识是有限的，而想象力是无限”，想象力在发散思维的驱动下，能在浩瀚的宇宙空间中驰骋翱翔。希望广大读者在VR-X3D虚拟现实世界中充分发挥自己的想象力，实现自己的全部梦想。

由于水平有限，时间仓促，书中的缺点和不足在所难免，敬请读者把对本书的意见和建议告之我们。编者邮箱：zhzjza@21cn.com。

编 者

2022年1月

第1章 虚拟现实技术 1
1.1 虚拟现实技术概况 1
1.1.1 虚拟现实技术的发展历程 2
1.1.2 虚拟现实技术的基本特性 3
1.1.3 虚拟现实技术的分类 4
1.1.4 虚拟现实技术的应用 6
1.2 增强现实技术 8
1.2.1 增强现实技术的定义 8
1.2.2 增强现实技术的特征 9
1.2.3 增强现实建模技术 10
1.3 VR-X3D系统的开发与运行环境 10
1.3.1 记事本VR-X3D编辑器 11
1.3.2 X3D-Edit 3.2专用编辑器 11
1.3.3 VR-X3D浏览器的安装和运行 15
1.3.4 BS Contact VRML/X3D 8.0浏览器的安装和使用 16
本章小结 17
第2章 VR-X3D元数据与结构 18
2.1 VR-X3D节点 19
2.1.1 语法格式 19
2.1.2 文档类型声明 20
2.1.3 主程序概貌 20
2.2 head标签节点 21
2.3 component标签节点 21
2.4 meta节点 22
2.5 Scene节点 25
2.6 VR-X3D文件注释 26
2.7 WorldInfo信息化节点 27
本章小结 28
第3章 VR-X3D三维立体几何节点设计 29
3.1 Shape节点设计 29
3.1.1 语法定义 30
3.1.2 源程序实例 30
3.2 Sphere节点设计 32
3.2.1 算法分析 32
3.2.2 语法定义 33
3.2.3 源程序实例 33
3.3 Box节点设计 34
3.3.1 语法定义 34
3.3.2 源程序实例 35
3.4 Cone节点设计 36
3.4.1 语法定义 36
3.4.2 源程序实例 37
3.5 Cylinder节点设计 38
3.5.1 算法分析 38
3.5.2 语法定义 39
3.5.3 源程序实例 39
3.6 Text节点设计 40
3.6.1 Text节点语法定义 41
3.6.2 Text节点源程序实例 41
3.6.3 FontStyle节点语法定义 42
3.6.4 FontStyle节点源程序实例 43
本章小结 45
第4章 VR-X3D编组节点设计 46
4.1 Transform节点设计 46
4.1.1 语法定义 46
4.1.2 源程序实例 47
4.2 Group节点 50
4.2.1 语法定义 50
4.2.2 源程序实例 50
4.3 StaticGroup节点设计 53
4.3.1 语法定义 53
4.3.2 源程序实例 53
4.4 Inline节点设计 55
4.4.1 语法定义 55
4.4.2 源程序实例 56
4.5 Switch开关节点 58
4.5.1 语法定义 58
4.5.2 源程序实例 59
4.6 Billboard节点设计 60
4.6.1 语法定义 61
4.6.2 源程序实例 61
4.7 Anchor节点设计 64
4.7.1 语法定义 64
4.7.2 源程序实例 65
4.8 LOD节点设计 68
本章小结 70
第5章 VR-X3D复杂模型设计 71
5.1 PointSet节点设计 71
5.1.1 语法定义 71
5.1.2 源程序实例 72
5.2 IndexedLineSet节点设计 73
5.2.1 空间直线算法分析 74
5.2.2 语法定义 74
5.2.3 源程序实例 75
5.3 LineSet节点设计 76
5.4 IndexedFaceSet节点设计 77
5.4.1 空间平面算法分析 77
5.4.2 语法定义 78
5.4.3 源程序实例 79
5.5 ElevationGrid节点设计 80
5.5.1 空间曲面算法分析 81
5.5.2 语法定义 81
5.5.3 源程序实例 82
5.6 Extrusion节点设计 83
5.6.1 Extrusion算法分析 83
5.6.2 语法定义 84
5.6.3 源程序实例 85
本章小结 87
第6章 VR-X3D纹理、影视及声音节点设计 88
6.1 Appearance节点设计 88
6.1.1 语法定义 88
6.1.2 源程序实例 89
6.2 Material节点设计 90
6.2.1 语法定义 90
6.2.2 源程序实例 91
6.3 ImageTexture节点设计 93
6.3.1 语法定义 93
6.3.2 源程序实例 93
6.4 PixelTexture节点设计 95
6.4.1 语法定义 95
6.4.2 源程序实例 96
6.5 TextureTransform节点设计 97
6.5.1 语法定义 97
6.5.2 源程序实例 98
6.6 MovieTexture节点设计 99
6.6.1 语法定义 99
6.6.2 源程序实例 100
6.7 AudioClip节点设计 102
6.8 Sound节点设计 103
6.8.1 语法定义 103
6.8.2 源程序实例 104
本章小结 105
第7章 VR-X3D灯光渲染及视点导航设计 106
7.1 PointLight节点设计 107
7.1.1 语法定义 107
7.1.2 源程序实例 108
7.2 DirectionalLight节点设计 109
7.2.1 语法定义 109
7.2.2 源程序实例 110
7.3 SpotLight节点设计 111
7.3.1 聚光灯原理剖析 111
7.3.2 语法定义 112
7.3.3 源程序实例 112
7.4 Background节点设计 113
7.4.1 语法定义 114
7.4.2 源程序实例 115
7.5 TextureBackground节点设计 116
7.6 Fog雾节点设计 117
7.6.1 语法定义 117
7.6.2 源程序实例 118
7.7 Viewpoint节点设计 119
7.7.1 视点原理剖析 120
7.7.2 语法定义 120
7.7.3 源程序实例 121
7.8 NavigationInfo节点设计 123
7.8.1 语法定义 124
7.8.2 源程序实例 125
本章小结 126
第8章 VR-X3D插补器交互动画设计 127
8.1 TimeSensor节点设计 127
8.2 PositionInterpolator节点设计 129
8.2.1 语法定义 129
8.2.2 源程序实例 129
8.3 OrientationInterpolator节点设计 131
8.3.1 语法定义 131
8.3.2 源程序实例 131
8.4 ScalarInterpolator节点设计 132
8.5 ColorInterpolator节点设计 133
8.5.1 语法定义 133
8.5.2 源程序实例 134
8.6 CoordinateInterpolator节点设计 136
8.6.1 语法定义 136
8.6.2 源程序实例 136
8.7 NormalInterpolator节点设计 138
8.8 ROUTE节点设计 139
8.9 VR-X3D虚拟现实互动圣诞/新年
综合项目实例设计 139
8.9.1 VR-X3D虚拟现实互动圣诞/新年
项目设计 139
8.9.2 VR- X3D虚拟现实互动圣诞/新年
综合项目实例 140
本章小结 143
第9章 VR-X3D触摸检测器交互动画设计 144
9.1 TouchSensor节点设计 144
9.1.1 语法定义 144
9.1.2 源程序实例 145
9.2 PlaneSensor节点设计 146
9.2.1 语法定义 147
9.2.2 源程序实例 147
9.3 CylinderSensor节点设计 150
9.3.1 语法定义 150
9.3.2 源程序实例 150
9.4 SphereSensor节点设计 152
9.4.1 语法定义 152
9.4.2 源程序实例 152
9.5 按键传感器节点设计 154
9.5.1 KeySensor节点设计 154
9.5.2 StringSensor节点设计 155
9.5.3 源程序综合项目实例 155
本章小结 162
第10章 VR-X3D虚拟现实AI（智能感知）
交互设计 163
10.1 VR-X3D虚拟现实智能感知动画
节点设计 163
10.1.1 VisibilitySensor节点 163
10.1.2 ProximitySensor节点 165
10.1.3 LoadSensor节点 166
10.1.4 Collision节点 168
10.2 VR-X3D虚拟现实能见度智能感知
节点项目实例 169
10.2.1 双飞碟飞行项目设计 169
10.2.2 双飞碟飞行项目实例 169
10.3 VR-X3D虚拟现实亲近度智能感知
自动门项目实例 172
10.3.1 自动门项目设计 172
10.3.2 自动门项目实例 172
10.4 VR-X3D虚拟现实投球互动体验
项目实例 176
10.4.1 投球互动体验项目设计 176
10.4.2 投球互动体验项目实例 177
本章小结 179
第11章 VR-X3D虚拟人、粒子烟火、脚本
交互设计 180
11.1 VR-X3D虚拟人运动分析 180
11.2 VR-X3D虚拟人动画设计语法剖析 182
11.2.1 HAnimHumanoid语法剖析 182
11.2.2 HAnimSegment、HanimSite
语法剖析 183
11.2.3 HAnimDisplacer、HanimJoint
语法剖析 184
11.3 VR-X3D虚拟人运动项目实例设计 186
11.3.1 项目实例开发设计 187
11.3.2 项目实例源代码 187
11.4 VR-X3D虚拟现实粒子烟火系统设计 193
11.4.1 项目实例算法设计 193
11.4.2 项目实例源代码 194
11.5 VR-X3D事件工具组件设计 197
11.5.1 BooleanFilter 节点设计 197
11.5.2 BooleanSequencer节点设计 198
11.5.3 BooleanToggle节点设计 199
11.5.4 BooleanTrigger节点设计 199
11.5.5 IntegerSequencer节点设计 200
11.5.6 IntegerTrigger节点设计 201
11.5.7 TimeTrigger节点设计 201
11.6 VR-X3D脚本组件设计 202
11.6.1 语法定义 202
11.6.2 源程序实例 202
本章小结 204
第12章 VR-X3D虚拟现实交互体验设计 205
12.1 VR-X3D虚拟全景技术 205
12.1.1 算法设计 205
12.1.2 全景设计 209
12.1.3 源程序实例 209
12.2 3D眼镜体验设计 212
12.2.1 3D眼镜设计原理 212
12.2.2 3D眼镜应用实例 213
12.3 VR虚拟头盔体验设计 215
12.3.1 虚拟头盔简介 216
12.3.2 VR头盔实现原理 217
12.3.3 VR头盔应用实例 217
12.4 VR/AR/X3D智能可穿戴9D体验馆 221
12.4.1 智能9D体验馆架构 221
12.4.2 智能9D体验馆实现 221
本章小结 222
附录 VR-X3D虚拟现实交互节点图标 223

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14. 信息技术基础实训与习题指导（Windows7+Office2016） [主编 周金容 唐天国]
15. 中考英语单词循环速记手抄本 [宋德伟 编著]
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17. Mr.Yang的魔法自然拼读 [杨家成]
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19. 微积分（经管类）导学篇（下册） [王海棠 曹海军 周玲丽]
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25. 高等数学导学篇（上册） [主编 李文婧 胡雷 尹金生]
26. 高等数学（下册） [主编 李爱芹 胡雷 尹金生]
27. 高等数学（上册） [主编 李爱芹 胡雷 尹金生]
28. 庭院风骨—树、灌、篱 [创意房主 著]
29. Python语言程序设计教程 [郭其标 房宜汕]
30. 微积分（经管类）教程篇（下册） [曹海军 王海棠 周玲丽]