在信息爆炸的21世纪，尽管万维网 （World Wide Web，WWW）已经普及，但由于它存在界面单调、交互性差等问题，由此人们迫切需要一种能够克服这些问题的办法。虚拟现实建模语言 （Virtual Reality Modeling Language，VRML）的出现填补了网页只能处理二维信息的问题。作为一种三维造型和渲染的图形描述性语言，VRML的产生就是为了在网页中快速实现三维动画以及基于三维对象的用户交互[1]。VRML与超文本标记语言 （Hyper Text Markup Language，HTML）语言相似，都是一种文本描述语言。VRML是伴随网络发展而孕育出的，具有面向网络的特点。目前，VRML文件格式的扩展名为wrl，大多数图形软件都具有该文件格式的输出接口。

由于三维图形具有展示物体生动、形象、逼真的特点，因此其应用已经深入到各行各业。基于VRML的虚拟场景应用也较为广泛，如把将要开发的住宅小区做成VRML模型，供顾客在虚拟空间中决定自己所需要的房间[2]；中国地质大学建立的基于VRML的虚拟博物馆漫游系统，利用场景建模、纹理映射、交互行为设计等技术实现虚拟博物馆[3]，并且将虚拟博物馆发布到网上，用户可以在网上进行漫游和信息查询；燕山大学建立的虚拟校园[4]；宁波大学建立的网上虚拟商场[5]；浙江海洋学院建立的虚拟社区[6]等。另外，在科学领域，也可以利用VRML进行化学分子模型模拟、人工生命模拟等研究。

首先，在大环境上。国家在文化产业振兴规划方面做了大量的努力和工作，与此同时，我国文化产业的发展也呈现出强劲的发展势头，这使得贵州获得了乘势而上的良好时机。国家旅游局发布的《2016年上半年旅游统计数据报告及下半年旅游经济形势分析》显示，今年上半年，我国旅游市场规模稳步扩大，继续领跑宏观经济[4]。贵州省文化部门的改革也为贵州的文化产业发展带来了很大的机遇。文化部门的体制改革诞生了一批大型文化企业，这些文化企业在不断地创造着文化生产力。

1VRML简介

1.1 VRML场景结构

VRML采用场景图数据结构来构建三维场景，VRML场景图可以代表三维世界静态特征的所有结点等级。与所有可以建模的软件类似，VRML和计算机辅助设计 （Computer Aided Design，CAD）、虚拟现实 （Virtual Reality，VR）等的结构核心都是场景图。通常为了实现系统的功能，系统框架可以分为3个视图，即VRML场景视图、代码视图和场景结构视图 （见第35页图1）。3个视图分别从不同方面显示了VRML文件：场景视图显示了VRML场景；代码视图则对场景的文本代码进行了展示；场景结构视图描述了场景中造型的层次关系[7]。其中任一视图的更改，都会伴随着其他视图的更新，三者存在同步关系。场景结构视图可以显示结点属性，同时也可以进行结点属性修改等操作；场景视图可以显示直观形象的三维场景，因此经常在场景视图中进行三维场景设计；代码视图是一个用来显示VRML文件文本内容的文本显示视图，目的是作为场景视图的一个补充。实验者既可以进行可视化编辑，同时又可以直接编辑VRML代码。

  

图1 系统框架示意图

1.2VRML与VR的对比

VRML浏览器既可以作为插件，又可以充当帮助应用程序，同时也是独立运行的应用程序。它既是传统的VR技术，同时又可以使用实时的3D着色引擎进行渲染[8]。在设计上使用VRML主要考虑它的独立性，与操作平台无关，而且可扩展，在运行时对网速没有太大要求。VRML中规定了三维应用中绝大多数常见的功能，具有强大的建模能力。表1为VRML功能展示表，对其建模功能进行详细的介绍。

 

表1 VRML功能展示表

  

国内涉海单位众多，各单位都已意识到服务信息化重要的战略意义，各自均有自己的智能信息化平台，很大程度上提高了自己工作领域的工作效率。但伴随着应用平台的丰富和增多，用户获取服务同样将变得更加复杂和不便。很难想象，一艘待进港靠泊的船舶，为了获得引航、港口、航道、气象水文、航标等信息将要准备多个操作系统来回操作会是一种什么样的场景，这对e航海所要求的单一窗口化服务也是背道而驰的。而目前国内正缺乏一个能够协调统一各方及各方所提供的数据的机制和平台。

  

图2 VR的实现流程图

2 基于VRML的三维实体展示

2.1 开发环境

教师提供资料：Taq酶是从水生栖热菌Thermus Aquaticus（Taq）中分离出的具有热稳定性的DNA聚合酶。该酶对于PCR的应用有里程碑的意义，Taq酶可以耐受90℃以上的高温而不失活，所以不需要每个循环加酶，使PCR技术变得非常简捷。同时也大大降低了成本。

VR本质上是一个模拟真实场景的虚拟三维环境，能给予使用者以沉浸感，从视觉、听觉、触觉等方面实现人机交互，给人以真实感。图2为VR的实现流程图。

2.2 数据组织

数据库的存储是进行后续操作的基础，根据数据库中点的坐标可以构建边的位置关系，从而确定面的组成弧段和体的组成面。VRML中存在着高级造型结点索引线集 （IndexedLineSet）、索引面集（IndexedFaceSet）。通过 coordinate结点可以在VRML里设置点，而折线的构造就必须交代清楚是哪个坐标到哪个坐标间的连线。同样的，面的构造也是通过使用点的索引号而实现的，当索引值为-1时，表明当前面的连接已经结束，下一个面的连接即将开始。

实验开发环境如下：实验采用计算机配置为64位操作系统，内存4G；操作系统为Windows 7；支撑软件为IE5和BS Contact；开发平台工具为Microsoft Visual Studio 2008；数据存储工具为Microsoft Access 2010作为；数据格式为MDB；可视化的工具为VRML；辅助工具为VrmlPad。

在数据进行存储时，数据已经具备完整的空间拓扑关系。空间拓扑关系是一种重要的空间关系，根据空间拓扑关系可以顺利地完成查询空间要素、重建地理实体等操作。笔者将简单的地理实体都抽象为结点-弧段-面-体-复杂地物[9]拓扑关系数据结构，地理实体看作是由全部或者其中几种元素组成。表3给出了构体元素——点、线、面、体的存储组织方式。

 

表3 数据库存储组织方式一览表

  

2.3 实体构造展示

三维空间实体的构造展示分为3个步骤。首先，由于VRML本身不带有数据库结点，因此需要通过Java Script语言来访问外部数据库。数据库中结点格式与数据通过Java数据库连接 （Java Data Base Connectivity，JDBC）方式来连接数据库，并对数据库内容进行读取。其次，数据库中三维拓扑数据导入到VRML的三维场景中是构建实体展示模型至关重要的一步。最后，以对象 （Object）方式插入到网页中的VRML文件，在BS Contact插件的辅助下，通过高级造型结点PointSet，IndexedLine－Set，IndexedFaceSet，采用 SetNodeEventIn方法传递过来的事件，按照点连成线、线组成面、面构成体[10]的方法完成三维实体的构造。图3为单体 （简单立方体）三维实体构造展示；第36页图4为组合体 （复杂体）三维实体构造展示。

  

图3 三维实体构造展示（单体）

3 结束语

VRML是一种能够面向实时漫游的虚拟现实造型语言[11]。随着网络技术、多媒体技术和3D技术的发展，WWW也已经变成一个三维的立体空间，与实物的三维场景类似的需求也越来越旺盛[12]。应运而生的VRML技术，其应用也越来越广泛。笔者的研究为复杂三维实体的自动构建提供了一个完整的思路，解决了原本单一书本上的二维实体展示缺少三维交互的问题，便于地学数据的共享、查询、展示等操作，丰富了地学领域问题的研究手段。同时，对于复杂的地理实体，该展示方法还缺少严谨的构建思路，还需要进行深入的研究。

  

图4 三维实体构造展示（组合体）

参考文献：

[1]陆昌辉.VRML入门与提高[M].北京:北京大学出版社,2003:1-8.

[2]黄文丽,卢碧红.VRML语言入门与应用[M].北京:中国铁道出版社,2003:1-2.

[3]宋慧玲,邓洪.基于VRML的地学虚拟博物馆漫游系统的实现[J].计算机工程,2006,32(17):239-241.

[4]邹沐昌,代玉仁.用VRML实现虚拟燕大校园的浏览设计[J].燕山大学学报,2000,25(4):290-293.

[5]赵一鸣,吴署曼,潘志庚.网上3D虚拟商城的设计与实现[J].系统仿真学报,2003,15(7):980-982.

[6]冯相忠,高禹,王萍.基于VRML构建基于Internet的虚拟小区建筑环境[J].计算机应用,2005(25):274-275.

[7]李永健.基于VRML的三维动画场景生成工具的设计与实现[D].北京:华北电力大学,2007.

[8]武娟,刘晓军,庞涛,等.虚拟现实现状综述和关键技术研究[J].广东通信技术,2016,36(8):40-46.

[9]陈云浩,郭达志.一种三维GIS矢量数据结构的研究[J].测绘学报,1999,28(2):41-44.

[10]周鹏.插件式3DWebGIS空间数据存储及拓扑关系查询方法研究[D].淮南:安徽理工大学,2017.

[11]黄元芳,王代涵,王一哲.虚拟现实技术与VRML[J].武汉冶金管理干部学院学报,2003,13(2):71-73.

[12]肖龙,刘晓环,宁芊.虚拟现实技术—VRML[J].微型电脑应用,2001(10):5-7.