作者/来源：张翰峰 微电脑世界
----VRML的英文全称为Virtual Reality Modeling Language，即虚拟现实建模语言，它是第二代WWW的标准语言。今天，随着计算机和多媒体技术的逐渐成熟，以及Internet和个人电脑的日益普及，VRML正逐渐深入我们每个人的生活。为较好地理解VRML，我们先介绍一下虚拟现实和第二代WWW。

----第二代WWW

----一、虚拟现实和VR系统

----虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）诞生于90年代初，目前尚处在一个研究、发展的阶段，至今并没有一个完整的、系统的定义。通常认为，虚拟现实是一项新的技术，它是以计算机技术为核心，综合使用了各种最新技术，融合视、听、触觉为一体的模仿现实的三维空间再现技术。通过虚拟现实系统，使用者借助一定的设备（头盔式显示器、数据手套等），利用其自然技能与之交互，达到身临其境的体验和沉浸感受。

----将虚拟现实技术应用于计算机系统中，就形成我们常说的VR系统，即虚拟现实系统。VR系统一般应具备以下的特征：(1)以计算机系统为中心的一种计算机应用系统。(2)展现三维多媒体空间。(3)对象的交互性。(4)使用者的访问不以VR系统作者的设定为转移。

----由以上介绍可以看出，VR系统是在多媒体系统基础上发展起来的新型计算机应用系统，是多媒体系统在三维时空领域的拓展，它是多媒体系统的一个子集。

----二、第二代WWW系统

----虚拟现实最重要的应用就是第二代WWW系统1。

----我们知道，第一代WWW是基于HTML的超文本系统，系统的基本组成单元是Web页面，Web页面的所有对象都是二维的，即使部分对象具有三维的视觉效果，如按钮、划线等。

----第二代WWW则是在第一代WWW基础上发展起来的，它保留了第一代WWW的基本框架，引入了虚拟现实技术，使得其实质发生了根本性的改变，第二代WWW是基于虚拟现实建模语言VRML的超媒体2VR系统。

----在第二代WWW中，系统的基本组成单元是Web3D页面，一个或多个相关的Web3D页面组成虚拟世界（VirtualWorld，也称虚拟境界），虚拟世界和现实世界一样，建立在一个与时间相关的x-y-z三维坐标系统中，这个世界的所有组成对象都是三维的，可以提供一种更加自然的访问和人机交互。概括起来，第二代WWW的特点是：分布式、三维、交互性、模拟现实和多媒体集成。

----三、第二代WWW的框架结构

----第二代WWW框架上沿用第一代的Client/Server模式。客户端是VRML浏览器，它负责管理用户端资源，向服务器发出服务请求，定位和解释获取的VRML资源；服务器则负责管理和维护共享资源，响应客户机的请求，提供VRML文档及图像、音频、视频等相关资源。具体地说，该框架从结构上可以分为三层：

----(1)用户接口层即客户端的VRML浏览器。

----(2)超媒体抽象机由VRML文档和HTTP协议所组成，它用于处理和解释各种用户接口层的对象。第二代WWW保留了HTTP协议，也就保留了我们在第一代WWW上做过的所有工作。

----(3)虚拟世界库由Internet上所有VRML服务器共同构成。

----值得一提的是为了解决三维图形穿越网络所需要的高带宽，第二代WWW借助浏览器所在客户机的图形子系统来动态构造虚拟世界，这样，网络上传输的仅仅是含有建模信息的VRML文档，传输的瓶颈解决了，对客户机的系统性能要求却大幅提高——访问第二代WWW的最低配置应该是：Pentium100MHzCPU、16MB内存和1MB显示缓存的VGA显卡。

----VRML语言

----一、什么是VRML语言

----按照Web3D协会的定义，VRML语言是一种用于在Internet上构筑3D多媒体和共享虚拟世界的开放式语言标准。它具有以下4个要点：

----1．开放式标准

----VRML的最新国际标准是ISO/IEC-14772-1:1997。能够被ISO接受这一点就足以说明该标准所处的地位和现实意义，现在，ISO已把它作为未来标准发展的重要模型加以开发和研究。

----2．3D多媒体

----在成为国际标准以前，VRML已经是CAD、动画制作以及3D建模软件等领域数据共享和数据发布的事实上的标准——这些软件有的直接输出VRML格式的文档，有的提供实用工具或插件实现这种变换；在一些最新的多媒体标准中，如：MPEG-4、Java3D等，也都包含或者涉及到VRML规范。

----3．共享虚拟世界

----VRML先驱们最早的动机之一就是能够在一个虚拟空间中工作和交谈，这个空间就是著名的Cyberspace。通过VRML97，我们已经可以部分地实现这一构想。

----4．基于Internet

----与以往的3D应用不同，VRML规范考虑的第一件事就是通过Internet共享3D实体和场景。实际上，VRML规范本身就是通过Internet探讨、研究和发布的。

----二、VRML的发展

----VRML的前身是SGI公司OpenInventer系统使用的一种文档格式，后经MarkPesce、TonyParisi和GavinBell等人的改进和努力，最终发展成第二代WWW的标准语言。

----到目前为止，VRML标准的发展已经历了三代。

----1．VRML1.0

----1994年10月公布。VRML1.0非常简单，它只定义了36种节点类型，涉及的对象也只有静态对象，而没有声音、动画等动态对象。实际上，由于VRML1.0近似HTML的“3D版本”，因此，当时称VRML为虚拟现实标记语言（VirsualRealityMarkupLanguage）。现在，VRML1.0已基本被淘汰。

----VRML1.0的标志：文档的第一行是“#VRMLV1.0ascii”。

----2．VRML2.0

----1996年8月公布。VRML2.0名义上是VRML1.0的修订版，但两者从内容到文档结构上都很不相同。在VRML2.0中，节点类型扩展为54种，支持的对象包括动态和静态两类。这时的VRML语言，已经完全脱离HTML的影响，被正式命名为：虚拟现实建模语言（VirsualRealityModelingLanguage）。

----VRML2.0的标志：文档的第一行是“#VRMLV2.0utf8”。

----3．VRML97

----VRML1.0和VRML2.0并不是真正的国际标准。直到1997年12月，VRML才被国际标准化组织ISO和国际电子工业协会IEC正式接纳为国际标准，国际标准号ISO/IEC14772-1:1997，习惯上称为VRML97。

----VRML97是在VRML2.0的基础上，进行了少量功能性调整而形成的，对用户而言，两者完全一样。可以认为，VRML97是VRML2.0的国际正式名称。

----VRML97的标志与VRML2.0一样：文档的第一行是“#VRMLV2.0utf8”。

----除了以上3个版本外，预计1999年中期将公布VRML99，这将是一个崭新的更有建设性的VRML版本。

----三、Web3D协会（Web3DConsortium）

----VRML标准是由一个称为Web3D协会的组织来管理和发布的。

----Web3D协会的前身是VRML协会，它创建于1996年，是一个非盈利性的开放式贸易协会，主要负责有关VRML标准的研究、定义和推广工作。

----协会下设工作组（WorkingGroup），工作组按自愿原则组成，分别从事某个技术专题方面的研究，如：KeyboardInputWG、CompressedBinaryFormatWG、DatabaseWG等，目前这样的工作组共有17个。

----VRML的基本概念

----一、节点

----使用VRML语言编写的文档称为VRML文档（或VRML程序），其扩展名为.wrl。VRML文档的格式有两种：utf8文本格式和二进制格式，目前我们所用的都是文本格式。每个VRML文档是一个Web3D页面，VRML虚拟世界是由一个或多个VRML文档所共同展现。不同的VRML文档之间通过超链接组织在一起，共同构成了遍布全球的非线性超媒体系统。

----节点（Node）是VRML文档基本的组成单元，它描述对象某一方面的特征：如形状、材质等。VRML虚拟世界的对象往往由一组具有一定层次结构关系的节点来构造。节点具有节点名、节点类型、域、事件接口和实现五个组成部分。节点可以用DEF语句命名，用USE语句引用。

----节点类型可分为基本类型和用户自定义类型两大类，基本类型由系统提供，自定义类型由用户在基本类型的基础上通过原型机制构造，它们都是对虚拟世界的某些共性的提炼，如：Appearance节点描述实体的外观、Material节点描述对象的材质……域、事件接口和实现通常包含在节点类型的定义中，并在构造节点时被使用。域描述节点的静态固有属性，域可以有多个，每个域都必须具有一个域值；事件接口描述节点的动态交互属性，它提供节点与外界的通信接口，事件接口也可以有多个。接口类型有事件入口和事件出口两种：事件入口（eventIn）是节点的逻辑接收器，它负责监听和接收外界事件；事件出口（eventOut）是节点的逻辑发送器，它负责向外界发送节点产生的事件。实现则是域和事件接口机制的实现代码，它一般由系统提供。需要提醒注意的是事件具有事件值和时间戳属性，事件值即该控制信息本身，时间戳则标识事件发生或传送的时间。

----每个域（或事件）都具有一个数据类型，用于描述数据的结构、值域、个数等属性。数据类型按照包含的数据个数分为单值型和多值型两类，单值型以SF打头，只能包含一个数据；多值型以MF打头，可包含一个数据列表。

----二、场景图（SceneGraph）

----场景图由节点按一定的层次关系组成，它用于构造虚拟世界的主体——各种静态和动态对象。

----在场景图层次模型中，上下层节点之间存在两种关系：包容关系和父子关系。

----节点的包容关系是指后代节点作为祖先节点的一个属性域而存在，如Appearance节点，它只能用于Shape节点的appearance域中，参见下文例3。

----而在父子关系中，子节点并不直接出现在父节点的属性域中，它们集中在父节点的MFNode类型的子域内，依次排列。父节点必须由群节点担任，VRML97的群节点有8个：Anchor、Billboard、Collision、Group、Inline、LOD、Switch、Transform。（未完待续）

表1第二代WWW与第一代WWW的几个区别比较项目第一代WWW第二代WWW
冲浪方式Web页面虚拟世界
通信和交往电子邮件或文字交谈可含各种表情的语言或文字交谈
共享资源文档文档、音频、视频、3D空间
时间相关性无关相关
MUD游戏文字角色扮演游戏真人三维立体游戏

表2域和事件的数据类型
单值型名称多值型名称基类型说明
SFBoolMFBool逻辑型值只有2个：TRUE和FALSE。
SFFloatMFFloat浮点数每个数据成员都是一个浮点数。
SFInt32MFInt3232位整数每个数据成员都是一个32位的整数，该整数可以使用十进制或十六进制表示，使用十六进制时应在数字前加0x，如：0xFF00。
SFStringMFString字符串每个数据成员都是一个utf8字符串，定义时应使用双引号（"）包围字符串。
SFVec2fMFVec2f2D向量每个数据成员都是一个2D向量，2D向量用一对浮点数表示。
SFVec3fMFVec3f3D向量每个数据成员都是一个3D向量，3D向量用3个浮点数表示。
SFTimeMFTime浮点数每个数据成员都是一个表示时间的浮点数，该值等于从1970年1月1日0:00到此刻的秒数。
SFRotationMFRotation每个数据成员都由4个浮点数所组成：3个限定旋转轴的x、y、z坐标和1个旋转角度。
SFNodeMFNode节点每个数据成员都是一个节点。
SFColorMFColor每个数据成员都是一种颜色，颜色由3个分别表示红、绿、兰的0~1间的浮点数所组成，如：001表示蓝色。
SFImage定义二维像素图像。它由三部分组成：(1)最前面两组整数，分别表示二维图像的宽度和高度，单位是像素（pixel）；(2)接着的一个整数描述像素的性质：1表示灰度，2表示灰度透明，3表示RGB彩色，4表示RGB彩色透明；(3)最后是若干组十六进制或十进制的整数，分别描述每个像素的颜色、强度和透明度。

----注释

----1严格地说，第二代WWW还不是一个完全的VR系统，但它已经具有了VR系统的基本特征，并且正随着虚拟技术的发展而迅速地成熟起来，所以本文姑且称之为VR系统。

----2超媒体是多媒体技术与超文本结合的结果。在超文本系统中，将节点拓展为多媒体演播单元就成为超媒体系统。超媒体系统与超文本系统的最大区别是其时间特性：超文本系统具有时间无关性，它的链、锚的特性都是时间无关的；而超媒体系统是时间相关的，它的音频、动态图像节点都具有时间相关性。