VRML與JAVA在網絡課件交互運用

2019-11-17 04:58:49

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    虛擬現實建模語言（Virtual Reality Modeling Language 即VRML）和java語言都是可執行的代碼“技術，通過網絡傳輸的只是一個很小的描述文件（指令性數據集），客戶端通過本地的VRML瀏覽器、JAVA虛擬機交互地訪問這些文件并解釋執行。將Java與VRML結合，能夠很好地實現網絡多媒體課件技術：使用VRML進行場景構造，內嵌用Java編寫的程序設計實現對象的編程行為。這使VRML在網上創建布滿真實感的三維虛擬世界，為用戶提供一種自然的、身臨其境的體驗方式，包括交互性、動態效果、連續性及參與感，而這將是未來網絡教學的主要形式之一。    1、 VRML簡單交互    VRML簡單交互，即VRML空間中各節點間數據交互。VRML有統一的數據傳輸接口和完善的屬性集合和事件集合，可接收傳感器節點發送過來的數值，并根據所對應的接口屬性域設置提取數據、改變自身的屬性值、觸發事件進而改變自己在空間中的位置、外型和顯示效果，還可以將處理后的數據送到輸出域，傳遞給其他模型節點。各節點通過接口域的相互路由（route to）實現數據傳輸，路由的映射關系自由，但接口域的數據規格必須嚴格一致。    2、VRML擴展交互    VRML本身交互機制是無法構建一個大型多媒體課件的，因為VRML本身不能完成普通程序設計中的轉折、分支、循環等基本特征。因此實際系統設計中，可利用Java語言提供的強大網絡編程能力，編寫與遠程系統通信和共享能力處理等功能的應用程序。Java對VRML的所有支持都通過附加的封裝類實現。通過這些類，Java程序就能夠訪問VRML場景、接受和發送事件、從頁面上得到VRML對象等，實現對VRML場景的完全控制。[2]根據訪問方式的不同，又可分為：腳本編程接口SAI（Script Authoring Interface）交互與外部編程接口EAI（EAI External Authoring Interface）交互。    2.1腳本編程接口SAI交互    SAI交互即使用事件機制和路由利用Script節點實現VRML與 Java（或Javascript）的交互。首先，通過eventIn將事件傳至Script節點中的腳本；其次，在Script節點中的腳本中調用相應的Java類（或JavaScript）進行處理；最后，通過eventOut將結果送回到VRML場景以實現動畫或交互。    VRML的Script節點是一種控制傳感器和內插器的節點，通過它可以定義和改變場景中對象的外觀和行為。Script節點的URL域可以包含一段JavaScript程序或者是鏈接的一個JavaClass.SCRIPT節點可放置在場景的任何地方，用ＤＥＦ命名它，從而完成事件的刪除成傳遞。SCRIPT節點的字段是由用戶延伸的，到達這些字段的字段會自動移到和SCRIPT節點相關程序中。另外，SCRIPT節點也能夠通過編寫合適程序腳本，動態生成（改變）三維造型并綁定合適的感應器和內插器。    2.1. 1Java通過Script類（vrml.node包）與Script結點建立聯系，控制VRML結點    首先，定義Script節點中的各域域值，設置路由（Route）使VRML中的其它節點與Script節點聯系起來。當與Script節點有聯系的節點發生事件時，事件通過路由傳給Script節點的eventIn域，Script節點則通過url域中指定的地址找到java類。    然后，Java類開始工作，最先執行的是initialize（）方法：在initialize（）方法中必須獲得Script節點中eventIn或field域的值，或者把java中的值返回給Script中的eventOut域。Script類提供的方法有： getField（fieldName）； getEventIn（eventInName）； getEventOut（eventOutName）；作為參數的fieldName、eventInName、eventOutName要與Script節點中定義的名稱相符合，對應的Field類的子類（vrml.filed包）與Script節點中定義的各種Type類型一致。它提供getValue（）和setValue（）方法。    再則，通過Script類提供的PRocessEvent（Event p0）或processEvents（int p0， Event[] p1）方法來捕捉Script節點傳遞的事件。processEvent和processEvents方法是所有外部事件公共的輸入點。Java程序通過替代這兩個方法對事件做出相應的處理。Vrml包中Event類的getName（）方法返回事件名稱（該名稱與Script節點中發生該事件的eventInName相同），確定發生的事件，從而做出相應的處理；Event類的getValue（）方法則返回一個ConstField類的實例（它是Script節點中發生該事件的eventIn域），ConstField類是Field類的子類，它沒有setValue（）方法，因而只能取出Script節點中eventIn域的值，而不能修改。
    最后，所有事件處理完后，程序就調用Script類中的eventsProcessed（）方法，在這兒可以加入用戶想要實現的動畫、交互等各種效果。Script類中的shutdown（）方法實現離開VRML文件的方式。    通過Script節點，能java程序處理過的數據返回給VRML文件。通過初始化時getEventOut（）得到的變量的setValue（）方法將值傳遞給Script節點的eventOut域，再通過路由傳遞給VRML中的各類節點，完成整個通信過程。    2.1.2 Java通過Script節點和Node類（vrml.node包）直接修改VRML節點    通過Script節點和路由，同時又必須在Script節點的eventOut域設置控制點，java程序才能改變VRML文件中節點值。當有大量數據需要傳送時，這種給每個數據設置一個eventOut域加一個路由的方法顯然是相當麻煩的。因此java，提出直接修改節點的方法。    Java直接修改場景中的節點，仍然要用到Script節點。首先在定義Script節點時，將eventOut域改為field域，fieldType定義為SFNode，具體格式如下：    “field SFNode fieldname USE nodeName”。 “nodeName”為要修改的節點名稱（在VRML中由DEF語句命名），產生一個指向名為nodeName節點的指針。執行初始化時通過getField（）方法得到相應的SFNode類的一個實例，通過getValue（）方法得到該類的值，這里它的值恰好是名稱為nodeName的Node類的實例，然后通過Node類提供的方法直接修改節點。getEXPosedField（String p0）、getEventIn（String p0）方法，分別得到節點的field和eventIn域，并把結果作為Field類；再通過各Field類的子類提供的方法讀取和設置值，將設置結果直接返回節點，不用再設置路由，從而達到了直接修改節點的目的。    Node類還提供了getEventOut（String p0）方法，用它可以得到節點的eventOut域，與前兩個方法不同，它得到的結果是一個不能修改的Field類，即Field類的子類ConstField類。使用改進后的方法，可以有效的縮減代碼長度，節省VRML文件的計算時間，提高VRML場景的生成速度。    2.1.3 Java通過Script節點和Browser類（vrml包）直接創建VRML場景    設置Group節點的addChindren和removeChindren的值來可添加和刪除具體節點，但還無法操作路由。當有大量不同的并相互關聯的節點要通過java在VRML中創建時，工作量是難以想象的。為了滿足這一要求，Script類繼續BaseNode（vrml包）類，BaseNode類中定義了兩個方法：getBrowser（）和getType（）。getBrowser（）方法將會返回BaseNode類所處的瀏覽器。Browser類存在于vrml包中，它提供了一系列方法來對整個VRML文件進行控制。如：    （1）、添加和刪除路由：addRoute（SFNode fromNode，SFString fromEventOut，SFNode toNode，SFString toEventIn），deleteRoute（SFNode fromNode，SFString fromEventOut，SFNode toNode，SFString toEventIn）    （2）、直接創建VRML：createVrmlFromString（SFString vrmlSyntax）（把要創建的節點語法以字符串的方式作為參數寫入）    （3）、在VRML中建立相應節點：createVrmlFromURL（MFString url，SFNode node，SFString event）（該方法的提供節點語法的參數是放在url地址所指出的VRML文件中，瀏覽器通過url找到要加入的節點，把它加入到node參數指定的節點中event參數指定的eventIn域中）    （4）、用指定的節點來替換整個VRML文件：replaceWorld（MFNode nodes）    用url指定的另一個VRML文件來替換當前的文件：loadURL（MFString url，MFString parameter）。    Script類執行initialize（）方法時，得到瀏覽器實例，然后processEvent（Event e）方法執行時使用上述方法建立、修改VRML場景。通過改進，不僅VRML文件代碼長度縮減，java程序代碼也大大減少，進一步提高了VRML場景的生成速度。    2.2外部編程接口（EAI）交互    SAI交互VRML離不開Script節點和Script類（vrml.node包）。為了實現通信功能編寫的java類都必須繼續自Script類。但java不支持多繼續，假如用Applet操控VRML場景， java程序要繼續Script類的方法相當復雜。非凡是要把VRML文件與Applet集成在同一個Html頁面時，用Script類來實現頗為困難，而且程序代碼冗長、可擴展性差。    VRML97標準提供的EAI定義了外部環境怎樣通過VRML現存的事件驅動模式來訪問VRML內部的節點的一系列方法，實現了Applet與VRML場景的通信。EAI包含瀏覽器腳本接口的全部功能，例如查詢瀏覽器的狀態，增加或刪除路由，生成新的節點等功能。
    Java主要使用Browser和Node兩個類（vrml.external包），以及其它一些如處理eventIn域和eventOut域的各個屬性類（EventIn*、EventOut*）和處理例外的各種*Exception類完成對EAI的描述。    Browser類提供了三個方法：getBrowser（Applet pApplet）、getBrowser（Applet pApplet，String frameName，int index）和getNode（String name）方法。前兩個方法是靜態方法，直接在Applet類中使用這兩個方法得到Applet類和VRML所在的瀏覽器類的實例。getNode（）方法可以直接得到VRML文件的具體節點（Node類）的實例，用InLine語句嵌入在VRML文件中的各個節點是用getNode（）方法是無法得到的。這里的Node類與方法一的Node類是完全不同的，它用自己的getEventIn（）和getEventOut（）方法來得到VRML節點的各個域。然后使用返回的Event*的實例的getValue（）和setValue（）方法來控制具體的值。EventIn*類僅提供了設置值的setValue（）方法；EventOut*類相對復雜，不僅提供了getValue（）方法來獲得當前值，還提供了監聽EventOut域的接口？？EventOutObserver，隨時監聽VRML節點中是否有新的EventOut事件發生，一旦有新事件發生，通過替代該接口提供的callback（EventOut value，double timeStamp，Object data）方法響應事件。    通過Browser和Node類，可以拋棄Script節點和Script類甚至路由而現實對VRML文件的各種節點即Node類的各個實例直接操控。但getBrowser（）方法的參數必須是Applet的實例，因而該方法只能通過Applet來控制VRML.    3.總結    VRML與其它實現三維場景的技術手段（如OpenGL，Cult3D，3DSMAX，Viewpoint）相比，具有語法簡單、三維建模功能強大、便于網上發布等優點。但由于VRML本身僅僅是一種標準，不可能滿足各行各業的所有需要。所以，高級交互功能的實現必須借助于Java等功能強大的高級語言。這樣，可以有效地彌補VRML本身的一些不足（例如邏輯判定、文件操作、鍵盤輸入、精確控制場景等），進而完善與HTML等其它媒體的交互，也可實現復雜的虛擬環境系統網絡課件。

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