X3D动画游戏设计——虚拟人、全景技术、影视媒体、游戏动画设计源程序

       21世纪随着中国在世界的崛起，中国的发展促进了世界经济的繁荣。人类社会的进步最突出的标志之一是计算机的产生和飞速发展，蒸汽机的出现使人们从繁重的体力劳动中解脱出来，计算机的出现使人们从繁重的脑力劳动中解放出来，计算机将人类社会带入崭新信息时代。虚拟现实语言作为计算机的核心技术，已经开始广泛应用于社会生活的各个领域，X3D虚拟现实技术是目前计算机领域最前沿科技，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。

虚拟现实三维立体网络程序设计语言X3D是第二代Web网络程序设计语言，是目前21世纪最前沿（主流）高科技软件开发工具，是把握未来宽带网络、三维立体动画设计、多媒体技术、虚拟人设计、全景技术、信息地理及人工智能世界关键技术。掌握了虚拟现实三维立体网络程序设计语言X3D，就掌握了软件开发的主动权，可以在未来世界里驰骋翱翔。

       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，利用它可以运行X3D三维立体程序直接进入Internet，还可以创建虚拟城市、虚拟太空、虚拟战场、虚拟工业制造加工、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，体验具有身临其境的感觉和感知。

虚拟现实X3D具有以下新特点：

（1）多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等一切人类所具有的感知功能。

（2）沉浸感（Immersion）又称临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该使用户难以分辨真假，使用户全身心地投入到计算机创建的三维虚拟环境中，该环境中的一切看上去是真实的，听上去是真实的，动起来是真实的，甚至闻起来、尝起来等一切感觉都是真实的，如同在现实世界中的感觉一样。

（3）交互性（Interactivity）指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）。用户可以用手去直接抓取模拟环境中虚拟的物体，这时手有握着东西的感觉，并可以感觉物体的重量，视野中被抓的物体也能立刻随着手的移动而移动。

（4）构想性（Imagination）强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间，可以拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。充分发挥人类的想象力和创造力，在多维信息空间中，依靠人类的认识和感知能力获取知识，发挥主观能动性，去拓宽知识领域，开发新的产品，把“虚拟”和“现实”有机地结合起来，使人类的生活更加富足、美满和幸福。

（5）具有强大的网络功能，可以通过运行X3D/VRML200X程序直接接入Internet上网。可以开发设计三维立体网页与网站。

（6）具有多媒体功能。能够实现多媒体制作，将文字、语音、图像、影片等融入三维立体场景，在三维立体空间播放电影、电视节目，并合成声音、图像及影片达到舞台影视效果。

（7）创建三维立体造型和场景，强大三维立体场景造型再现能力，实现更好的立体交互界面。

（8）具有人工智能，主要体现在X3D/VRML200X具有智能感知功能。利用感知传感器节点，在三维立体空间中，用户可以移动物体造型，进行碰撞检测，亲近度等智能感知测试的动态交互感受。

（9）动态交互智能感知，用户可以借助虚拟现实硬件设备或软件产品，直接与虚拟现实场景中的物体、造型进行动态智能感知交互，使用者有身临其境的真实感受。

（10）利用程序驱动三维立体模型与场景，便于与各种程序设计语言、网页程序进行交互，有着良好的程序交互性和接口，实现系统扩充、交互、上网等功能。

（11）虚拟人设计指X3D虚拟人动画节点设计，即X3D虚拟人动画组件设计。在虚拟空间设计逼真的三维立体虚拟人，利用计时器和插补器节点实现物体和造型的各种动画效果，如人体的运动、汽车的驾驶、轮船的航行、宇宙飞船的发射等。

（12）地理信息系统指X3D地理信息节点设计，实现数字地球、数字城市、数字家庭等，即地理信息学组件，包括如何在真实世界位置和 X3D 场景中元素之间建立关联，以及详细说明协调地理应用的节点。

（13）曲面设计指复杂曲面节点设计涵盖曲线与曲面设计，实现高级复杂曲面开发和设计。

（14）CAD设计指利用X3D/CAD组件实现从CAD到X3D的转换，提高软件开发效率。

（15）分布交互系统指利用分布式计算机系统提供的强大功能，又可以利用分布式本身特性，实现虚拟分布式系统带来的无穷魅力。

（16）粒子火焰技术指在虚拟现实系统中运用粒子火焰技术模拟仿真自然界中的烟火、云雾、爆炸等场景，模拟虚拟战场炮火、硝烟等。

虚拟现实三维立体网络程序设计语言X3D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，并结合大量具体、生动、鲜活的源程序实例，深入浅出地讲解X3D开发、设计和编程的全过程。

        利用虚拟现实语言X3D的基本节点、复杂节点及动态感知节点，开发和设计出三维立体场景造型、航天飞行器、城市规划设计、自然景观场景、动物园场景、室内外装修设计、三维人体医学、全景技术、影视多媒体、游戏动画设计以及城市建筑规划设计等，通过虚拟现实语言X3D生动、鲜活的软件项目开发实例，由浅入深，循序渐进不断提高学习和编程的能力，使读者能够真正体会到软件开发的实际意义、真实效果，获得无穷乐趣。为了使读者能够掌握X3D虚拟现实三维立体网络程序设计语言，本书提供全部的虚拟现实开发、设计和编程源程序实例，而且都在计算机上经过严格的调试并通过。

        本书是一本集计算机网络、游戏动画设计、全景技术、虚拟人运动、影视媒体及人工智能于一身的实用科技书，本书详细阐述了虚拟现实技术与游戏动画设计，内容丰富全面，叙述简明扼要，图文并茂，并配有全部源程序光盘，供读者学习和参考。

        本书可作为高等院校的计算机网络、游戏动画设计、影视媒体、工业设计、艺术设计、建筑设计、机械加工制造、装潢设计、环境保护、机电、电子、虚拟信息地理、虚拟医疗、军事以及航空航天等专业教材，同时也可作为初学者、有一定虚拟现实基础和计算机软件开发人员以及工程技术人员学习的参考书籍。

      “知识改变命运，教育成就未来，智慧改变人生”，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，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和创造力，实现自己的全部梦想。

        由于时间仓促，水平有限，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诉我们。联系方法：邮箱zhzjza@21cn.com。

 

                                                                                                                                                                            作者

                                                                                                                                                                   2009年8月28日

 

前言
 
第1章  虚拟现实技术 1
1.1  虚拟现实技术简介 1
1.1.1  虚拟现实技术及基本特性 2
1.1.2  虚拟现实技术分类 3
1.1.3  虚拟现实硬件设备 11
1.1.4  虚拟现实技术的发展 15
1.2  X3D概述 16
1.3  X3D开发环境 25
1.3.1  记事本X3D编辑器 25
1.3.2  X3D-Edit专用编辑器 25
1.4  X3D运行环境 29
1.4.1  X3D浏览器简介 29
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.2浏览器安装使用 30        
1.4.3  Xj3D浏览器安装使用 31
1.5  X3D程序调试 32
第2章  X3D基本语法架构 34
2.1  X3D文件结构 34
2.1.1  X3D文件头 35
2.1.2  X3D文件体 36
2.1.3  X3D文件注释 39
2.2  X3D文件格式 39
2.2.1  *.X3D文件格式 40
2.2.2  *.X3DV文件格式 41
2.2.3  *. X3DB二进制源代码 43
第3章  X3D三维立体造型设计 44
3.1  石膏素描造型开发设计 44
3.1.1  石膏素描造型设计 44
3.1.2  石膏素描造型源程序实例 44
3.2  路灯造型设计 48
3.2.1  路灯造型设计 48
3.2.2  路灯造型源程序实例 48
3.3  绿化场景设计 51
3.3.1  绿化场景设计 51
3.3.2  绿化场景源程序实例 52
3.4  转动的地球仪场景设计 56
3.4.1  转动的地球仪场景设计 56
3.4.2  转动的地球仪场景源程序实例 56
3.5  神舟七号载人航天场景设计 60
3.5.1  神舟七号载人航天场景设计 60
3.5.2  神舟七号载人航天场景源程序实例 60
第4章  X3D三维立体展馆设计 67
4.1  汽车展览场馆设计 67
4.1.1  汽车展览场馆设计 67
4.1.2  汽车展览场馆源程序实例 68
4.2  飞机展览场景设计 72
4.2.1  飞机展览场景设计 72
4.2.2  飞机展览场景源程序实例 72
4.3  航天展览场景设计 76
4.3.1  航天展览场景设计 76
4.3.2  航天展览场景源程序实例 76
4.4  海军航母舰艇博览场景设计 83
4.4.1  海军航母舰艇博览场景设计 83
4.4.2  海军航母舰艇博览场景源程序实例 83
4.5  陆军兵器展馆场景设计 87
4.5.1  陆军兵器展馆场景设计 87
4.5.2  陆军兵器展馆场景源程序实例 87
第5章  X3D虚拟现实全景技术设计 92
5.1  虚拟现实全景技术设计 92
5.1.1  虚拟现实立方体全景技术算法设计 92
5.1.2  虚拟现实立方体全景技术设计 95
5.1.3  虚拟现实立方体全景技术源程序实例 95
5.2  X3D三维立体相册场景设计 100
5.2.1  X3D三维立体相册场景设计 100
5.2.2  X3D三维立体相册场景源程序实例 100
5.3  可翻动的立体相册场景造型设计 103
5.3.1  可翻动的立体相册场景造型设计 103
5.3.2  可翻动的立体相册场景造型源程序实例 104
第6章  X3D虚拟现实雕塑设计 110
6.1  虚拟现实自由女神设计 110
6.1.1  虚拟现实自由女神设计 110
6.1.2  虚拟现实自由女神源程序实例 111
6.2  虚拟现实维纳斯雕像设计 115
6.2.1  虚拟现实维纳斯雕像设计 115
6.2.2  虚拟现实维纳斯雕像源程序实例 116
6.3  虚拟现实科学家雕像设计 119
6.3.1  虚拟现实科学家雕像设计 120
6.3.2  虚拟现实科学家雕像源程序实例 120
6.4  虚拟现实奏响前程雕像设计 125
6.5  虚拟现实转动的雕像设计 132
6.5.1  虚拟现实转动雕像设计 132
6.5.2  虚拟现实转动雕像源程序实例 133
第7章  X3D虚拟人运动设计 137
7.1  虚拟人场景设计 137
7.1.1  虚拟人场景设计 137
7.1.2  虚拟人场景源程序实例 138
7.2  虚拟人体经络和骨骼设计 149
7.2.1  虚拟人体经络和骨骼设计 149
7.2.2  虚拟人体经络和骨骼源程序实例 151
7.3  虚拟人运动设计 157
7.3.1  虚拟人运动设计原理 157
7.3.2  虚拟人运动节点设计 158
7.3.3  虚拟人运动源程序实例 158
第8章  X3D室内场景造型设计 171
8.1  X3D餐厅场景造型开发设计 171
8.1.1  X3D餐厅场景造型设计 171
8.1.2  X3D餐厅场景造型源程序实例 172
8.2  浴室场景造型开发设计 180
8.2.1  浴室场景造型设计 180
8.2.2  浴室场景造型源程序实例 181
8.3  虚拟卧室场景开发设计 190
8.3.1  虚拟卧室场景设计 190
8.3.2  虚拟卧室场景源程序实例 190
8.4  X3D客厅场景造型开发设计 201
8.4.1  X3D客厅场景造型设计 202
8.4.2  X3D客厅场景源程序实例 203
8.5  办公室场景造型开发设计 209
8.5.1  办公室场景造型设计 210
8.5.2  办公室场景源程序实例 210
8.6  X3D会议室场景造型开发设计 217
8.6.1  X3D会议室场景造型设计 217
8.6.2  X3D会议室场景源程序实例 218
第9章  X3D影视多媒体动画设计 226
9.1  立体音响效果场景开发设计 226
9.1.1  立体音响效果场景设计 226
9.1.2  立体音响效果场景源程序实例 227
9.2  X3D影视多媒体场景开发设计 233
9.2.1  X3D影视多媒体场景设计 234
9.2.2  影视多媒体场景源程序实例 235
9.3  家庭影院场景开发设计 241
9.3.1  家庭影院场景设计 241
9.3.2  家庭影院场景源程序实例 242
9.4  环幕电影场景开发设计 250
9.4.1  环幕电影场景设计 251
9.4.2  环幕电影场景源程序实例 252
第10章  X3D游戏动画设计 261
10.1  汉诺塔游戏场景开发设计 261
10.1.1  汉诺塔游戏算法设计 261
10.1.2  汉诺塔游戏场景设计 263
10.1.3  汉诺塔游戏场景源程序实例 263
10.2  现代办公动画场景开发设计 271
10.2.1  现代办公动画场景设计 271
10.2.2  现代办公动画场景源程序实例 271
10.3  X3D国际象棋游戏场景开发设计 283
10.3.1  X3D国际象棋游戏场景设计 284
10.3.2  X3D国际象棋游戏场景源程序实例 285
10.4  虚拟信息化部队动画设计 291
10.4.1  虚拟信息化部队动画设计 291
10.4.2  虚拟信息化部队动画设计源程序实例 291        
第11章  X3D三维立体建筑场景设计 302
11.1  X3D现代楼房建筑场景开发设计 302
11.1.1  X3D现代楼房建筑场景总体设计 302
11.1.2  X3D现代楼房建筑场景详细设计 303
11.1.3  X3D现代楼房建筑场景源程序实例 304
11.2  X3D餐厅场景造型开发设计 312
11.2.1  X3D餐厅场景总体设计 312
11.2.2  X3D餐厅场景详细设计 313
11.2.3  X3D餐厅场景源程序实例 314
11.3  X3D教学楼建筑场景开发设计 321
11.3.1  X3D教学楼建筑场景总体设计 322
11.3.2  X3D教学楼建筑场景详细设计 322
11.3.3  X3D教学楼建筑场景源程序实例 323
第12章  X3D虚拟现实综合实例开发与设计 333
12.1  X3D虚拟校园项目规划设计 333
12.2  X3D虚拟校园需求分析 334
12.3  X3D虚拟校园总体设计 335
12.4  X3D虚拟校园详细设计 336
12.5  X3D虚拟校园编码测试 337
12.6  X3D虚拟校园运行和维护 350
附录  X3D节点 351
参考文献 356
参考网站 357
 

1. 动画运动规律项目实例解析（微课版） [孙珊珊　袁维坤]
2. 三维动画设计项目式教程（微课版） [王佳音]
3. HTML5动画创作技术—DragonBones [陈菲仪 刘枝秀 编著]
4. 新动画设计 [主编 王昊]
5. 3ds Max 2012室内设计基础教程 [主 编 刘 琳 杨丽芳]
6. 网络动画设计与制作 [单瑛遐 罗卓]
7. Flash AS 3.0动画程序设计案例教程 [余以胜]
8. Flash CS6案例教程 [主编 翟慧 张慧]
9. Flash CS5动画制作项目化教程 [乔晓琳]
10. 项目驱动——多媒体动画设计与制作教程（Flash CS5版） [牟向宇 杨丽芳]
11. Flash CS5动画设计项目教程 [明丽宏 彭德林]
12. 3ds Max 2010三维制作实例教程 [卜一平]
13. 计算机三维造型及动画制作（第二版）——3DS MAX实用教程 [主编 路由]
14. Flash动画制作基础与项目实训实用教程 [王成良 马翠欣 主 编 ]
15. 计算机三维造型及动画制作--3DS MAX 6实用教程 [路由 王国顺 主编]
16. 动画设计与制作（第二版） [韩雪涛 主编]
17. Flash CS3动画制作案例教程 [李侠 主编]
18. Flash & Painter & Photoshop 商用动画设计 [胡晓旭 主编]
19. 游戏动画色彩基础教程 [董颉敏 董敏兰 林罗龙 姚业华 编]
20. 游戏动画像素图制作教程 [董颉敏 董敏兰 林罗龙 姚业华 编]
21. Flash动画基础教程 [高艳 编著]
22. 3ds max游戏动画场景制作教程 [陈妍 等编著]
23. 游戏动画美术基础教程 [主 编 魏媛媛]
24. MAYA 2008三维动画案例教程 [马骊珠]
25. 电脑卡通动画设计 [刘久明]
26. X3D三维立体网页设计 [张金钊 张金锐 张金镝]
27. 3ds max 2009动画制作案例教程 [黄根隆]
28. Flash MX 2004中文版网页动画制作教程 [李德荣 主编]
29. 动画制作综合实训 [韩雪涛 主编]
30. Flash动画简明教程 [汪启荣 主编]