X3D三维立体网页设计

21世纪人类已经迈入数字化时代。虚拟现实语言作为计算机的核心技术已广泛应用于社会的各个领域。X3D虚拟现实技术是目前计算机领域的最前沿科技，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。第二代三维立体网络程序设计语言（X3D）作为计算机的前沿科技，是宽带网络、多媒体、游戏设计、人性化动画设计、信息地理与人工智能相融合的高新技术，是把握未来网络、多媒体、游戏设计、人性化动画设计、信息地理及人工智能的关键技术。

X3D（Extensible 3D）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。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，可以通过运行X3D程序直接进入Internet，还可以创建虚拟城市、网络超市、虚拟网络法庭、网络选房与展销等。从而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。

2004年8月，X3D已被国际标准化组织ISO正式批准成为国际通用标准。X3D可以在不同的硬件设备中使用，并可用于不同的应用领域，如教育、娱乐、军事、医学等领域。我国利用虚拟现实技术已首次创建出虚拟人，为医学实习、治疗、手术，以及教学和科研作出了巨大贡献，其意义非常深远。

虚拟现实三维立体网络程序设计具有以下特征：

（1）程序驱动功能，X3D最突出的特点是利用程序支持各种本地和网络三维立体场景和造型。

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

（3）多媒体功能，能够实现各种多媒体制作。在三维立体空间播放影视节目、环场立体声等。

（4）创建虚拟现实三维立体造型和场景，提供3D、2D场景和造型功能、变换层级、光影效果、材质、多通道/多进程纹理绘制，实现更好的三维立体交互界面。

（5）虚拟人动画设计，实现虚拟人行走运动设计，如行走、坐立、运动、交谈、表情等。

（6）游戏动画设计，利用虚拟现实语言开发设计游戏软件，如跑车游戏、虚拟飞行、虚拟围棋、弹球、网络游戏等。

（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、城市规划与设计及虚拟社区等。

（8）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。

（9）人工智能，主要体现在X3D的感知功能上。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。

（10）组件功能，基于虚拟人、地理信息、CAD节点、事件工具组件，以及网络通信节点设计等。

（11）通用接口，有Script（脚本）节点、Import（引入外部文件）节点、Export（输出）节点、Route（路由）节点等。

（12）自定义新节点，根据软件项目开发的需要创建自己的新节点，利用这些新节点创建所需要的各种复杂的场景和造型。

虚拟现实三维立体网络程序设计使读者了解计算机在软件开发方面如何利用目前国际上最先进的开发工具和手段，以及运用软件工程的思想来开发和设计三维立体网络程序。从软件开发的角度编写本书，思路清晰，结构合理。本书全面详细地阐述了X3D的语法结构、数据结构定义、概貌（profile）、组件（component）、等级（level）、节点（node）、域（field）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讲解，激发读者的学习兴趣。为了使读者能够掌握虚拟现实三维立体网络程序设计语言，本书配有大量的编程实例源程序，而且都已在计算机上经过严格的调试并通过，可供读者参考。

“高度决定视野，角度改变观念，尺度把握人生”，只有不断学习、探索和开发未知领域，才能有所突破和创新，为人类的进步作出应有的贡献。“知识是有限的，而想象力是无限的”，想象力在发散思维的驱动下，在浩瀚的宇宙空间中驰骋翱翔，希望广大读者在X3D虚拟现实世界中充分发挥自己的想象力，实现您人生的所有梦想。

由于时间仓促，作者水平有限，书中缺点和不足之处在所难免，敬请广大读者把对本书的意见和建议告诉我们，电子邮箱：zhzjza@21cn.com。

 

 

 

作者

2009年2月

前言
第1章  X3D综述 1
1.1  X3D概述 1
1.1.1  X3D发展历程 2
1.1.2  X3D特点 2
1.1.3  X3D应用领域 3
1.2  X3D基础知识 6
1.2.1  X3D基本概念 6
1.2.2  X3D文件结构 8
1.2.3  X3D节点和域数据类型 13
1.2.4  X3D文件中事件、路由和脚本 19
1.3  X3D开发环境 19
1.3.1  记事本编辑器 20
1.3.2  X3D-Edit专用编辑器 21
1.4  X3D三维立体网页开发运行环境 26
1.4.1  Xj3D 2.0浏览器安装使用 26
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.0浏览器安装使用 27
第2章  X3D内核节点 28
2.1  X3D节点 28
2.2  Head节点 29
2.3  Component节点 30
2.4  Meta节点 30
2.4.1  MetadataInteger节点 31
2.4.2  MetadataFloat节点 32
2.4.3  MetadataDouble节点 32
2.4.4  MetadataSet节点 33
2.4.5  MetadataString节点 34
2.5  Scene节点 34
2.6  Field节点 35
2.7  fieldValue节点 35
2.8  X3D内核节点源程序实例 36
第3章  X3D几何2D节点设计 38
3.1  Arc2D节点 38
3.2  Circle2D节点 41
3.3  ArcClose2D节点 44
3.4  Rectangle2D节点 48
3.5  Disk2D节点 50
3.6  FillProperties节点 53
3.7  LineSet节点 55
3.8  LineProperties节点 56
3.9  Polypoint2D节点 58
3.10  Polyline2D节点 59
3.11  TriangleSet2D节点 60
3.12  Contour2D节点 63
3.13  ContourPolyline2D节点 64
3.14  TriangleSet节点 65
3.15  TriangleStripSet节点 67
3.16  TriangleFanSet节点 68
第4章  X3D几何3D节点设计 71
4.1  Shape节点 71
4.1.1  Appearance节点 73
4.1.2  Material节点 74
4.1.3  Geometry节点 75
4.1.4  Shape节点源程序实例 76
4.2  Box节点 78
4.3  Sphere节点 81
4.4  Cone节点 84
4.5  Cylinder节点 87
4.6  Text节点 90
4.7  FontStyle节点 94
第5章  X3D复杂节点设计 99
5.1  Coordinate节点 99
5.2  CoordinateDouble节点 100
5.3  PointSet节点 101
5.4  IndexedLineSet节点 104
5.5  IndexedFaceSet节点 108
5.6  IndexedTriangleFanSet节点 112
5.7  IndexedTriangleSet节点 115
5.8  IndexedTriangleStripSet节点 118
5.9  IndexedQuadSet节点 122
5.10  ElevationGrid节点 123
5.11  Extrusion节点 127
5.12  FloatVertexAttribute节点 132
5.13  Matrix3VertexAttribute节点 133
5.14  Matrix4VertexAttribute节点 134
5.15  XvlShell节点 135
第6章  X3D渲染效果节点设计 138
6.1  Normal节点 138
6.2  Color节点 139
6.3  ColorRGBA节点 140
6.4  Background节点 141
6.5  X3D空间大气效果节点 145
6.5.1  Fog节点 145
6.5.2  LocalFog节点 149
6.5.3  FogCoordinate节点 151
6.6  X3D视点效果节点 152
6.6.1  ViewPoint节点 152
6.6.2  NavigationInfo节点 155
6.7  X3D光照效果节点 159
6.7.1  PointLight节点 160
6.7.2  DirectionalLight节点 163
6.7.3  SpotLight节点 166
6.8  X3D虚拟现实阴影节点设计 169
6.8.1  ShaderPart节点设计 170
6.8.2  ShaderProgram节点设计 171
6.8.3  ComposedShader节点设计 172
6.8.4  ProgramShader节点设计 173
6.8.5  PackagedShader节点设计 174
6.8.6  X3D阴影节点源程序实例 175
6.9  WorldInfo节点 178
第7章  X3D纹理绘制节点设计 180
7.1  TextureBackground节点 180
7.2  ImageTexture节点 182
7.3  Image3DTexture节点 185
7.4  ImageCubeMapTexture节点 187
7.5  PixelTexture节点 188
7.6  Pixel3DTexture节点 191
7.7  TextureCoordinate节点 192
7.8  TextureCoordinate3D节点 195
7.9  TextureCoordinate4D节点 196
7.10  TextureCoordinateGenerator节点 197
7.11  TextureMatrixTransform节点 198
7.12  TextureTransform节点 199
7.13  TextureTransform3D节点 203
7.14  MultiTexture节点 204
7.15  MultiTextureCoordinate节点 206
7.16  MultiTextureTransform节点 207
7.17  Composed3DTexture节点 208
7.18  ComposedCubeMapTexture节点 209
7.19  GeneratedCubeMapTexture节点 210
第8章   X3D组节点设计 212
8.1  Group节点 212
8.2  StaticGroup节点 215
8.3  Transform节点 216
8.4  Inline节点 220
8.5  Switch节点 223
8.6  Billboard节点 227
8.7  Anchor节点 230
8.8  LOD节点 235
第9章  X3D曲面节点设计 238
9.1  NurbsCurve节点设计 238
9.2  NurbsCurve2D节点设计 241
9.3  NurbsOrientationInterpolator节点设计 242
9.4  NurbsPatchSurface节点设计 243
9.5  NurbsPositionInterpolator节点设计 245
9.6  NurbsSet节点设计 246
9.7  NurbsSurfaceInterpolator节点设计 247
9.8  NurbsSweptSurface节点设计 249
9.9  NurbsSwungSurface节点设计 250
9.10  NurbsTextureCoordinate节点设计 251
9.11  NurbsTrimmedSurface节点设计 252
9.12  曲面节点源程序实例 254
第10章  X3D影视媒体节点设计 257
10.1  音响效果节点 257
10.1.1  AudioClip节点 257
10.1.2  Sound节点 259
10.2  X3D影视媒体节点 261
第11章  X3D虚拟人、地理信息组件节点设计 266
11.1  X3D虚拟人节点设计 266
11.1.1  HAnimDisplacer节点设计 266
11.1.2  HAnimHumanoid节点设计 268
11.1.3  HAnimJoint节点设计 269
11.1.4  HAnimSegment节点设计 271
11.1.5  HAnimSite节点设计 272
11.2  X3D地理信息节点设计 274
11.2.1  GeoCoordinate 节点设计 275
11.2.2  GeoElevationGrid节点 276
11.2.3  GeoLocation节点 278
11.2.4  GeoLOD节点 279
11.2.5  GeoMetadata节点 281
11.2.6  GeoOrigin节点 282
11.2.7  GeoPositionInterpolator节点 283
11.2.8  GeoTouchSensor节点 285
11.2.9  GeoViewpoint节点 286
第12章  X3D动画智能感知节点设计 289
12.1  TimeSensor节点 289
12.2  按键传感器节点 291
12.2.1  KeySensor节点 291
12.2.2  StringSensor节点 293
12.3  X3D动画节点设计 294
12.3.1  PositionInterpolator节点 295
12.3.2  PositionInterpolator2D节点 297
12.3.3  OrientationInterpolator节点 299
12.3.4  ScalarInterpolator节点 301
12.3.5  ColorInterpolator节点 303
12.3.6  CoordinateInterpolator节点 306
12.3.7  CoordinateInterpolator2D节点 307
12.3.8  NormalInterpolator节点 308
12.4  X3D触摸检测器节点 309
12.4.1  TouchSensor节点 310
12.4.2  PlaneSensor节点 311
12.4.3  CylinderSensor节点 314
12.4.4  SphereSensor节点 317
12.5  X3D智能感知检测器节点 320
12.5.1  VisibilitySensor节点 320
12.5.2  ProximitySensor节点 322
12.5.3  Collision节点 323
12.5.4  LoadSensor节点 325
第13章  X3D组件节点设计 327
13.1  X3D三维立体网页CAD组件节点设计 327
13.1.1  CADAssembly节点 327
13.1.2  CADFace节点 328
13.1.3  CADLayer节点 329
13.1.4  CADPart节点 330
13.2  X3D事件工具组件节点设计 332
13.2.1  BooleanFilter节点设计 332
13.2.2  BooleanSequencer节点设计 333
13.2.3  BooleanToggle节点设计 335
13.2.4  BooleanTrigger节点设计 336
13.2.5  IntegerSequencer节点设计 337
13.2.6  IntegerTrigger节点设计 338
13.2.7  TimeTrigger节点设计 339
13.3  X3D网络通信节点设计 340
13.3.1  EspduTransform节点 340
13.3.2  ReceiverPdu节点 345
13.3.3  SignalPdu节点 348
13.3.4  TransmitterPdu节点 351
第14章  X3D脚本节点设计 355
14.1  Script节点 355
14.2  Import节点 356
14.3  Export节点 357
14.4  Route节点 357
14.5  Script节点源程序实例 358
第15章  X3D自定义节点设计 361
15.1  ProtoBody节点 361
15.2  ProtoDeclare节点 361
15.3  ProtoInstance节点 362
15.4  ProtoInterface节点 363
15.5  Connect节点 363
15.6  ExternProtoDeclare节点 363
15.7  IS节点 364
15.8  X3D自定义节点源程序实例 364
附录A  X3D节点图标 368
附录B  参考网站 370
参考文献 371本书全面介绍了计算机前沿科技--X3D（Extensible 3D），即虚拟现实三维立体网络程序设计语言，X3D作为第二代三维立体网络程序设计语言，是目前计算机虚拟现实领域最前沿的一种新型语言，它是宽带网络、多媒体、游戏设计、人性化动画设计、信息地理及人工智能相融合的高科技产品，是把握未来网络、多媒体、游戏设计及人工智能的关键技术。X3D大有一统网络三维立体设计的趋势，具有划时代意义。
本书集计算机网络、多媒体、游戏设计、人性化设计、信息地理及人工智能于一身，全面系统地阐述了X3D基本概念、原理、方法及开发设计思想，内容丰富，叙述由浅入深，思路清晰，结构合理，实用性强。本书配有大量的X3D源程序实例，从而使读者更加容易掌握虚拟现实三维立体网络程序设计语言（X3D）。
本书可作为高等院校计算机网络、多媒体、游戏设计、数字艺术设计、机械加工设计、美术装潢设计、建筑规划设计、虚拟信息地理、虚拟医疗等专业研究生、本科生、专科生的教材，同时也可作为计算机软件开发人员和工程技术人员的实用工具书。
本书所配光盘提供案例和程序代码，所配电子教案可以从中国水利水电出版社及万水书苑网站免费下载，网址为：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.wsbookshow.com。

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