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VRML在网络三维游戏设计中的应用

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ISSN 1009—3044 E—mail:eduf@ccec.net.cn http://www.dnzs.net.cn Te1:+86-55 1—5690963 5690964 Compu ̄rKnowledgeAnd Technology电脑知识与技术 Vd.4,No.7,December 2008,PP.1735-1736,1738 VRML在网络三维游戏设计中的应用 杨俊 .永锋。 (1.西华师范大学计算机学院,四川南充637000;2.西华师范大学教务处,四川南充637000) 摘要:主要讨论了如何利用虚拟现实建模语言VILML来设计网络三维游戏。首先介绍了VRML的工作方式及特性,然后通过 VRML与3D MAX的结合阐述了在设计网络三维游戏过程中三维建模的相关技术、。如:VRdVIL的重要节点,三维游戏中虚拟场景 模型的袁示,碰撞检测以及三维角色模型的建立。最后简要概括了VRML文件的优化及VRML的优缺点。 关键词:网络三维游戏;VRaML;三维建模;虚拟场景;碰撞检测 中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009—3044(2008)34—1735—02 The Application of VRML in the Design of Web 3D Game YANG Jun ,DIAO Yong—fen (1.Computer Science Academy,China West Normal University,Nanchong 637000,China;2.The Teaching Department,China West Normal Universiy,Natnchong 637000,China) Abstract:How tO use the Virtual Realiyt Modeling Language(vR ML)to deign the web 3d game is mainly discussed.Fisr#,it intro- duced the mode of working and some features of VRML.Then,expatiated the correlated ̄chnique of 3d modeling in the process of de— signing web 3d game by VRML and 3D MAX,Such aS"the important nodes of VRML。the expression of vitualr scene models in web 3d game,the collision detection and the buffing of 3d character modds.Finaly,it briefly summarized he tmajorization of VRML ifles and the exceHent feature and weak side of VRML. Key words:web 3d game;VKlVlL;3d modeling;virtual scene;collision detection 1引言 网络三维游戏是虚拟现实应用的最高端。三维建模是虚拟现实技术中最重要的技术领域,也是虚拟现实技术中的关键技术之 目前市场上的虚拟现实技术已经发展到几十种之多,如VRML、Atmosphere、Cuh3D、Java3D、Viewpoint等。这些技术各有特点,主 要应用于电子商务、游戏娱乐、远程教育、城市规划、远程医疗、艺术创作等领域。其中VRML是一项与多媒体通信、Intemet、虚拟现 实等领域密切相关的新技术,它定义了当今3D应用中的绝大多数常见概念,诸如变换层级、光源、视点、几何、动画、雾、材质属性和 纹理映射等。在三维游戏中,考虑到场景及角色时实互动的特点,建立虚拟模型时VRML作为一种虚拟现实建模语言具有比较大的 优势。接下来主要讨论VRML在设计基于PC平台的虚拟现实网络三维游戏过程中的应用并介绍其相关的关键技术。 一。2 V1 L工作方式及其特性 VRML是以因特网作为应用平台的,VRML的访问方式是基 于客户,服务器模式。其中服务器提供了VRML文件以及支持资源 (如图像、视频、声音等),而客户端则通过网络下载所希望访问的 文件.并且通过本地平台上的VRML浏览器交互式地访问该文件 所描述的虚拟境界。由于浏览器是本地平台提供的,从而实现了 平台无关性。见图1所示的VRML的工作方式。 从概念上讲.每个VRML文件都是一个基于时间的三维空 图1 VRML的工作方式 间.VRML文件的一个重要特性是能够通过包含关系把文件组织 在一起.并能够通过超链接把文件联系在一起。VRML的另一个特性是用在分布式环境中,支持多个分布式文件的多种对象和机制, 包含内联式嵌人其它VRML文件,通过超链接指向其它文件。传统的VR中使用的实时3D渲染引擎在VRML这里得到了更好的体 现.这一特性使VR的建模与实时访问更明确的隔离开来,这也是VRML不同于三维建模和动画的特点。同时VRML像HTML一 样,用ASCII文本格式描述世界和链接。这保证了各种平台通用的同时,降低了数据量,从而在低带宽的网络上也可以实现。 3 VRML与3D MAX在游戏设计过程中的结合 使用3D MAX软件创建模型,进行材质、纹理等方面的处理后,利用VRML插件转化为VRML(.wr1)文件导出,然后再进行场景 图重建。从而达到所需要的场景。其中又可以分为:几何建模、物理建模及虚拟环境的建立等几个部分。在几何建模过程中,要按照 树状层次结构图将整个模型分为几部分分别制作,再在3D MAX中组合在一起,将任务化整为零,提高细节制作效果。而物理建模 则要通过几何建模,物体的表面颜色、材质、纹理、光滑度、灯光、阴影效果及物理约束、碰撞等效应也是表现物体的重要因素。虚拟 环境的建立是通过VRML自身的功能,综合运用Transform、Inline等场景节点实现造型,最后利用VRML可视化编辑器Cosmo 收稿日期:2008-08—02 基金项目:四川省科技厅应用基础研究项目(14号05JY029—093) 作者简介:杨俊(1983一),女,河南商城人,硕士研究生,主要研究方向为虚拟现实;永锋(1963一),男,四川南部人,教授,西华师范 大孥教务处,教育技术学领衔硕士生导师。 本栏目责任编辑:唐一东 -一---人工■簟曩iR爿按术-・1735 ComputerKnowledgeAnd Technology电脑知识与技术 Worlds来进行场景合成。 2008年第4卷第7期(总第34期) 4网络三维游戏设计中的关键技术 4.1利用VRML设计的关键技术 在设计游戏过程中非常重要而且常用的节点可以作为关键技术加以重视。(!)TimeSensor时间传感器节点:TimeSensor时间传感 器节点的作用是创建一个虚拟时钟,并对其他节点发送时间值,控制VRML立体空间动态对象的开始、变化和结束过程的时间,实 现空间物体造型的移动、变色、变形等自动变化。( ouchSensor触摸传感器节点:TouchSensor触摸传感器节点是浏览者与虚拟对象 之间相接触型传感器节点。该节点可以为任何成组节点的子节点,并感知用户对该组节点的动作。通过使用这些检测器节点,使浏 览器感知用户和各种操作,比如旋转、移动、飞行等,这样用户就可以和VRML虚拟世界中的三维对象直接进行交互。( ̄)PROTO创 建用户新节点:PROTO也可以说是VRML的精髓,用PROTO包装代码,将脚本中的事件关联到PROTO定义的事件声明,将程序中 含有链接的部分也关联到PROTO定义中。这样当在另外一个文件中生成一个PROTO的实例的时候,这些链接将会以那个实例所 在的文件为基础去寻找,这样能够确保文件被引用。 4.2场景模型的表示 未来的虚拟现实游戏将结合3S技术发展。对于虚拟现实游戏来说,一个重要的问题是如何表示各种各样的场景模型。虚拟游 戏的场景模型主要是用于表示、浏览、分析和管理与地理相关的数据,一般包括自然景物模型,各种游戏建筑模型以及道路和交通 系统模型,它们集成了2D和3D地理数据。Grass提出了由地形表面特征决定其局部的细节层次的算法。该算法通过小波变换分解 原始数据集,然后分析变换所得的系数,即首先定义一个小波空间滤波器,然后通过对局部谱的估计,来控制局部表面细节层次的 近似程度。这个局部的谱特性是由地形表面数据的小波表达式决定的,且地形任何区域的细节层次可以自适应地实时优化。在山 脊、山谷等曲率高的区域用高细层次表示;在那些近似于平面的区域,只需用较少的三角形就完全可以满足要求.如图2所示的虚 拟场景。这种方法不仅对地形有效,而且对其它定义在规则栅格上的数据集均很有效。 4.3碰撞检测 游戏中,经常要用到各种碰撞检测。游戏中碰撞检测相对来说比较简单, 可以采用判断两个对象之间.所占用屏幕坐标区域是否有交点来进行碰撞检 测。判断两个对象所占用屏幕坐标区域是否有交点实际上就是获取要判断的 两个对象所在屏幕()(, 坐标,然后将这个X和Y坐标加上该对象图片的宽 和高,形成一个矩形区域,再计算这两个矩形是否有交点。如有交点,表示这 两个对象有碰撞。 4A网络三维游戏中角色模型的设计 考虑到网络三维游戏中虚拟角色模型设计的复杂性.如图3所示的人 图2 网络三维游戏中的虚拟场景 体3D模型,可以基于3D MAX来设计基本的虚拟人体模型,在此基础上 加以渲染。同时,在3D MAX中Bitmanagement为我们提供了非常好的BS 的导出插件(BS Exposerfor 3D MAX),可以很方便的将多重纹理烘焙等 很多信息导出为符合BS浏览器格式的.wrl文件,当然也包括骨骼系统,安 装好BS Exposer之后只要在导出.wrl文件的时候钩选“Bone amimation H—Anim support”项,即可将制作好的骨骼、蒙皮以及角色的动作输出为. wrl文件。多重纹理导出插件就是用BS导出插件修改的,功能完全一致! 当从3D MAX中输出了一个角色动作的.wrl文件后,可以看到即使是角色 动作动画,也是通过插补器驱动各骨骼来实现的。对比角色行走与奔跑即 walk.wrl和run.wrl两个文件可以发现,同一个角色的两个文件中角色骨 骼、蒙皮等代码都是相同的,而不同的只有动作插补器部分数据 因此.不 同的动作可以共用同一个骨骼和蒙皮,然后将不同的动作相关的事件传感 器、插补器以及路由正确的组织起来,并对不同的动作相关的TimeSensor 进行控制,便可以实现在不同的动作之间进行切换控制。 5 VRML文件的优化 为了减小文件规模,提高运行速度和执行性能,可以使用一些优化工 图3未渲染的人体3D模型 具对模型进行优化。利用3D MAX提供的模型优化器,采用一种“合并相邻平面”的算法将相邻平面之间夹角小于某一指定值的面 合并,从而减少总平面数,减少文件规模。为进一步提高VRML文件的传输速率,常常对其进行压缩。在最终的VRML场景编辑完成 后,还可使用GZIP对其进行压缩,VRML浏览器会自动识别和解压GZIP格式的压缩文件。使用文件压缩可以明显减少传输时间。 6结束语 从文章前面部分可以看出在网络三维游戏设计中,特别是在虚拟模型的建立过程中,VRML以其独特的性能可以发挥很大的优 势,但必须看到VRML自身也有一些局限性,在一定程度上了VRML在开发商业化游戏过程中的应用。其中一个非常严重的问 题就是,客户端从Internet上下载了网络三维游戏后可以看到其原代码,这对商业化游戏来说是不可接受的。当然这个问题在用 JAVA来替代Script节点中嵌套的JavaScnpt语言时会得到一定缓解,而且也能提高商业安全性。另一个VRML的不利之处就是其 用键盘输入,仅在通过VRML的浏览器进行视点导航时被支持。诸如此类问题还有很多,因此我们期待随着虚拟现实技术的发 展,VRML的性能也会起来越好,编译执行速度能更进一步提高,并且可以嵌套更多的脚本语言,开发出商业化的游戏引擎等,从而 在网络三维游戏开发领域占有重要的一席之地。 (下转第1738页) 1736 t 人工■I薯及识鬟技术 * 本栏目责任编辑:唐一东 Computer Knowledge And Technology电脑知识 j技术 灵活的功能,如断点、单步执行、用户巾断和内存 示 2008年第4卷第7期(总第34期) 4计算系统的设计 4.1硬件设计 我们选择33Mhz的TMS320C31芯片作为系统做处理器不仅仅是因为低功耗,而且冈为它的性能好。它是DSP应用及基于应用 的通用微处理器的理想芯片,它的功能指令集极大地缩短了软件开销。 我们使用了6个表面挂接的AM9513A系统定时控制器来控制15个通道的计算。除此之外,系统有若干个可编程逻辑器件,用 于对计算同步、定时、溢出锁定、设备解码、等待状态机进行编程。可编程逻辑器件的广‘播时延在35ns以下。使用带有直接I,0的 PLD,广播时延更适合于高速应用。设计等待状态机制是为了处理慢速定时外围设备,如显示单元、本地显示和控制的键盘。板子上的 GPIB—TNT4882 片通过GPIB连接器在计算器和主机之间通信。GPIB和CPU之间的FIFO缓冲数据增加了GPIB的传输吞吐量 所有的硬件组件都被接到一个6.35*9.25的六层板上,接地信号和5伏电压信号分别占一个板。图2显示了计算板子的硬 件结构。 4.2固件设计 有4个64K'8 27512的EPROM和一个64K 32的RAM模 块,访问时间20ns 在仿真/开发阶段直接通过PC主机下载软件到 快速RAM,用于在线仿真和调试。开发之后,完成的代码和boot— loader,通过编程到廉价、低速、可擦写的EPROM里面。上电之后. TM¥320C31下载驻留在EPROM里面的代码到快速RAM里面.用 于实时执行。用语64K、32bit的字代码启动时间仅仅是60毫秒。 4.3软件设计 相对于其他嵌入式操作系统(如Windows CE、Pahn OS、E— POC),Linux具有以下独特的优势:跨平台、裁减性好、开放源代 码、内核小、效率高、免费、开发速度快。正因为如此,我们采用 unlt Linux作为TMS320 DSP 芯片的操作系统 我们用汇编语言来编写底层功能,例如I/O驱动、中断处理.加 快处理效率。用C语言来编写高层应用程序,方便实现各种功能。C 交叉编译器包括各种数学函数、类型转换函数和其他通用库。 图3显示了软件开发流程。 图2计算板子的硬件结构 l_ : …… …’二/ \ fr、 . …… / 厂Assend ̄lv 6 IⅢ ( 0nl、、 【1ll’I f 我们可以扩展计算设备,一种最优的方案是设计附加接口电路 到开发板上的相应模块,而不需要修改该模块。这样,可以使得设备 达到最大配置,达到l5个通道的计算器和32个通道的控制器。 / / ^ l0、vcr Ia ̄,cr h。nd'ling ¨A…l11h I“ l Iaker t上 5结论 由于系统采用了功能强大的TMS320C31芯片,通过上面软硬 件两方面的T作,我们可以构建实时性高、可扩展性强的汁算系 ! ex c㈣ 。 Al-bus h I I k ’ } ‘ Ifl 】l I t 匝 囵 I 、、Jl .. --- ---em u la t io ’ 。 t I、Il 统。随着嵌人式技术的不断发展和用户需求的不断增多,相信今 后该款芯片的应_}『I将会越来越广泛。 ____^●__—— // n参考文献: ersatile Stepping Motor Controller For【lI Feng S K,Siddons D P.A VSystem With Many Motors J1I Nuclear Instumentr and Methods n i 型.-1rI ̄,:_-tdc- rtr.- .- ! , s imul :I.. i图3 计算设备软件开发流程 …’ … …… Physics Research A291,1990:422—426. 【2]Texas Instruments.TMS320C3 1 Processor Reference Manual[M/CD].2003. [3]Tekalp A M.Digital Video Processing(影印版)【M].北京:清华大学出版社,1998. 【4]张雄伟,曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用【M】.2版.北京:电子工业出版社,2001. (上接第1736页) 参考文献: 【1]汪志达,叶伟.VRML虚拟现实网页设计IM1.北京:清华大学出版社,2006:138—145. 【2]张金钊,张金镝,张金锐.虚拟现实三维立体网络程序设计语言VRML[M].北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社.2004:83—98 【3】陈俊华.VRML一第二代WWW技术核心I J1.情报科学,2001(6):33—36. [4】阳化冰,刘忠丽.虚拟现实构造语言VRML[M].北京:航空航天大学出版社,2000:114—132. [5】李文锋,王琦,陈定方.虚拟设计环境建立与OPENGL和VRML的研究开发【J】.T程图学学报,_2000(2):1—5. [6】刘明昆.三维游戏设计师宅典【M】.成都:四川m版集团,2005:197—200. [7]申蔚,夏立文.虚拟现实技术【M].北京:希望电子出版社,2002:56—90. [81杨长水,王兆其.个性化虚拟人体模型骨架生成l J1.辅助设计与图形学学报,2004(1). 1738 人工譬能及识另_技术s 本栏目责任编辑:唐一东 

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