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摘要：多媒體技術與虛擬現實技術是當今機的必然趨勢，如果將兩者結合起來于教學領域會是一種有益的嘗試。本文主要介紹了利用虛擬現實技術制作一個動畫開發環境的思想和,目的是解決制作教學軟件時動畫開發依賴動畫工具比較復雜以及傳輸速度較慢的.這個開發環境適用于非計算機專業的教師使用。

關鍵字：多媒體技術虛擬現實（VRML）動態鏈接庫計算機輔助

AbstractThisarticleintroducesawritingtoolthatisamethodofmakingtheanimate。Itisverydifficulttoateacherwhodoesnotunderstandmoreknowledgeofcomputer.。Thismethodisverysimpletouse。Forthemore，ithastwoadvantages。Oneisthatitappliestheteachingsoftwareintheinternet；theotheristhatitisfasterthanthaditionalmethod.

引言

多媒體技術是當今計算機發展的必然趨勢。它集計算機技術、音像技術和通訊技術為一體,具有良好的集成性。它使信息不僅作用于人的視覺,而且也作用于人的聽覺,從而擴大了人對信息的攝入量,使得人機關系更加親近。

虛擬現實技術（簡稱VRML）是一種具有真實感的高級人機界面，人們能夠通過多種感官渠道與它進行實時交互。這種技術的應用前景是非常廣泛的，在醫療、制造業、娛樂和教育等方面的應用也具有很大潛力。可以想象，如果你能夠進入到具有沉浸感的，并且有多種感官反饋的虛擬境界中知識，無疑將使你的學習更為有效。

那么如何來構造這種虛擬現實的境界呢？VRML就是最佳的選擇。什么是VRML，VRML是VirtualRealityModelingLanguage(虛擬現實造型語言)的縮寫。使用VRML，你能設計自己的三維虛擬空間、用你想象的任何東西來填充虛擬的世界。這些僅僅受限于你的想象力。VRML最讓人興奮的特點，是能夠使你創建動態的世界和感覺豐富的虛擬環境；動畫空間里的物體，使它們運動；在你的空間里播放聲音和影象；允許使用者和你的空間進行交互；使用腳本來控制，改進你的空間。

不僅如此，由于VRML文件僅僅是一些數學表達式來描述交互式的3D世界，并且也不需要傳輸大量的圖像文件，接受端在獲得這些表達式之后，將自行進行計算、加工、作色等處理，然后即顯示成3D圖像。因此，它在網上傳送的信息量將大為減少，這樣就解決了網絡傳輸速度的瓶頸問題。這樣就能夠使你在Internet上創建動態的世界和感覺豐富的虛擬環境。

綜上所述可以看到，如果能夠將虛擬現實語言（即VRML模型）應用于計算機輔助教學軟件的開發中將會是我們在教學方法上一次有益的嘗試，但是對非計算機人員來說學習該語言的學習是非常困難的，我們制作這個動畫開發環境就是想讓教學軟件的開發主體-----任課教師使用方便，只需填入參數便可生成需要的動畫了。

1、問題的提出

1.1面臨的四個問題

通過，發現擺在我們面前的問題主要有四個：

(1)如果想使一個VRML模型適應不同的用戶需求，該模型就必須是按用戶要求動態生成的。如根據用戶輸入的長、寬、高生成相應的長方體模型。采用什么辦法？

(2)在模型數量越來越多的情況下，必須具備一種管理模型的機制，能有效的組織和管理眾多的模型。是利用數據庫還是別的什么技術？

(3)為了保持該系統的穩定健康的發展，必須能及時給系統補充新的模型，并對以往開發的舊模型進行及時更新。那么網絡是不是我們最好的答案？

(4)對于按用戶要求動態生成的VRML模型，必須提供一種方法將其應用于教學軟件開發環境中，如VB、Authorware等。這種方法是什么？

1.2四個模塊的確立

基于上一小節的分析，我們將該開發環境的設計分解為四個模塊進行處理：

※VML(VRMLModelsLibrary)構建機制的設計與實現

※VRML代碼引擎的設計與實現

※VML網站建設

※利用VB或Authorware開發基于VRML的課件

2、首先使用者利用VML將用戶提出的要求(VRML節點的參數)傳給VRML代碼引擎，由引擎生成相應的VRML代碼，再通過VML將生成的代碼返回給使用者。然后使用者將得到的VRML代碼應用于其教學軟件開發環境中。同時，使用者還可以不斷的通過VML網站對VRML引擎進行豐富和更新。2VML構建機制的設計與實現

2.1根據用戶提出的要求動態生成VRML模型

對于這個問題，有三點是值得注意的：

(1)用戶提出的要求應該是合理的要求，或者說是符合客觀的要求

因為顯然如果用戶要求系統為他生成一個上底面半徑為3，下底面半徑為4，高為5的圓柱體，系統恐怕永遠也辦不到。因為現實中，圓柱體上下底面半徑相同。這就要求我們必須為用戶提供一個預定義好的輸入界面。例如對于圓柱體，系統只提供底面半徑和高兩個輸入接口。

(2)動態生成參數輸入接口

在研究VRML時，我們發現VRML本身只是一種描述三維虛擬空間的文件。而實際的三維模型的繪制工作由相應的VRML瀏覽器完成。因而，我們考慮是否可以給出一個參數接口描述文件，由系統讀入、分析，然后動態生成參數輸入接口。通過對VRML的初步學習，我們發現一個VRML模型需要的參數大體分為三種：數字、文本、布爾值。針對這三種參數我們給出了如下的參數描述定義：

數字：N,Caption,MinValue,MaxValue,InitValue

文本：T,Caption,InitText

布爾值：B,Caption,TrueText,FalseText,InitValue

其中各定義的意義如下表：

有了參數描述文件，我們又編制了相應的解釋描述文件并生成接口的程序。

(3)對于生成的VRML模型，用戶是想將其獨立應用，還是組合到其他模型中去。對于這兩種使用方式，最終的VRML代碼是有一些區別的。因此，必須提供對于該問題的選項以保證生成的代碼具有針對性。在我們的系統中具體的實現方法是如果用戶想將生成的模型組合到其他模型中去，他只需要將生成的代碼拷貝到剪貼板，然后再復制到他所在的VRML編輯環境中去。如果他是用于另一種目的，則系統將生成的代碼自動進行包裝并保存到用戶指定的.wrl文件中去。

2.2組織與管理大量的VRML模型

隨著模型(代碼引擎)的不斷開發，其數量也會越來越多。在這種情況下，就要求我們設計出一種能有效地組織和管理眾多的模型的機制。我們首先想到用數據庫來管理。但經發現，如果數據庫能根據用戶的要求返回模型，那這種模型必然是在數據庫中已經存在的靜態模型。如果考慮到用戶的各種要求，這個數據庫必然會無限膨脹以致失去其數據庫管理所具有的任何優點。通過分析決定借鑒當前軟件（例如3DMAX）比較流行的管理機制——插件。這種機制就是將一類模型組織為一個插件（即為VRML代碼引擎）放到系統下。每次啟動系統，系統會自動將其目錄下的所有插件裝載到系統中來擴充自己的功能。可以想象采用了這種機制，肯定會極大地提高系統的擴展性與開放性。我們受到Windows編程中的“回調函數”思想的啟發：一般操作系統都是由系統提供函數，由程序來調用，而回調函數則是由程序提供函數，由系統調用，方向剛好相反。

這樣，我們的插件（VRML代碼引擎）也被設計成能夠提供一些標準的例程（回調函數）來供系統來調用。其與系統協作的機理如下圖

這些例程包括：

getLibName返回該插件所代表節點庫的名稱

getNodeNameList返回該插件所提供的模型列表

getArgs返回當前選中模型的參數描述定義

checkArgs核對用戶的輸入是否正確

processArgs利用代碼引擎生成VRML代碼

根據以上機理，我們編制了系統“諾德發動機（NodeEngine）”；而插件則是制作成DLL（動態鏈接庫）形式。之所以采用DLL這種形式，是因為我們可以利用DLL的輸出例程及其動態調用機制模擬回調函數。鑒于Delphi4集成開發環境是真正的面向應用程序設計全過程的可視化應用程序開發環境，其提供的大量實用工具可以使開發人員很容易地實現和完成復雜的功能。因此我們選擇Delphi4作為我們的系統及插件的開發工具。

最后我們通過實例驗證了上述機制的可行性及實用性。另外補充一點：由于插件開發采用了DLL方式，所以只要其提供了符合規則的例程，至于使用什么開發工具開發則是無關緊要的。因此說，為了在極大程度上得到第三方開發人員提供的支持，該系統在開放性上做出了有效的努力。

3、VML網站建設

只有不斷變化、更新的事物才最具有生命力。由于我們的系統采用了插件機制，因此對于模型的更新與補充是相當方便的。只需將新的插件替換老的插件即可。是新的插件從何而來。最好的途徑當然是利用Internet。這就要求我們首先要建立一個VML網站，其次在系統中提供一個連到網站上的接口。對于后者，實現的非常簡單，只需在系統中提供一個連到VML網站的快捷按鈕即可。

VML網站的建設有兩點是很重要的。第一應使訪問者感受到該網站與其他網站的區別，即應體現出VRML的存在。第二對于眾多的插件，應分門別類加以管理，也就要合理安排超級鏈接。在網站的實現中，我們用Java編制了動態菜單來實現對插件有效的管理。

至于如何體現VRML的存在，我們在網站首頁用VRML編寫一個簡單的三維場景。但是VRML是用VRML瀏覽器播放的，在IE中，三維場景與網頁其他部分會被VRML瀏覽器分隔開，不利于整體效果。為了解決這個問題，我們對VRML瀏覽器進行發現其描繪三維場景時使用了Microsoft公司的DirectX技術。在DirectX中有一個組件DirectAnimation是專門用來配合DHTML（動態HTML）制作網頁二維和三維動畫的。

因此我們便直接使用該組件構造用來模擬VRML的三維場景（如圖2）。對于如何在網站上組織管理插件，我們用現今非常流行的Java語言編制了動態菜單來管理。之所以稱之為動態菜單，是因為菜單的所有菜單項均是根據一個外部描述文件來動態生成。生成的菜單(如圖3)。

有了動態菜單的管理機制，當網站中插件有了變化時，維護人員便可以在最短時間內，最有效的對連接插件的超級鏈接進行維護。

4、結束語

該課題是在認知心,教學設計原理的指導下，在多媒體技術、VRML語言、共享交互技術的基礎上開發出來的。本軟件的目的就是為了簡化VRML模型制作過程,以便廣大教師,特別是非機專業的教師應用模型開發課件。是一個永恒的話題，也是一門永無止境的，在眾多教育工作者的共同努力下，它必將會綻放出更為璀璨絢麗的光芒。

參考文獻

1.[美]AndreaL.AmesVRML資源手冊出版社

2.[美]RichardC.LeineckerVisualJ++寶典電子工業出版社

3.詹里Delphi4.0新起點機械工業出版社

4.李元泰Windows程序設計實現電子工業出版社