結構設計合理：通過理論與實例結合，構建完整的虛擬現實開發與設計知識體系。

立足科技前沿：聚焦虛擬現實領域的前沿知識，與行業發展緊密銜接，科技性強。

案例新穎豐富：將當前的流行元素融入實例，提供相應的代碼，提高動手實踐能力。

21世紀，隨著計算機技術以及信息產業的迅猛發展，人類已經全面邁入數字化時代。虛擬現實語言作為計算機語言已廣泛應用于社會生活的各個領域。VR-X3D是21世紀初在國內外剛剛興起的一種新型語言，其發展前景十分廣闊，潛力巨大，融合了寬帶網絡、VR/AR/MR、多媒體、游戲設計、人性化動畫設計、信息地理與人工智能等高新技術，是把握未來計算機技術發展的關鍵技術。

VR-X3D是互聯網3D圖形國際通用軟件標準，定義了如何在多媒體中整合基于網絡傳播的動態交互三維立體效果。通過VR-X3D第二代三維立體網絡程序設計語言可以在網絡上創建逼真的三維立體場景，開發與設計三維立體網站和網頁程序，還可以創建虛擬數字城市、網絡超市、虛擬網絡法庭、網絡選房與展銷等。由此可以改變目前網絡與用戶交互的二維平面局限性，使用戶在網絡三維立體場景中實現動態、交互和感知交流，體驗身臨其境的感覺和感知。

2004年8月，VR-X3D已被國際標準組織ISO正式批準，成為國際通用標準，從而使VR-X3D大有一統網絡三維立體設計的趨勢，具有劃時代的意義。VR-X3D可以在不同的硬件設備中使用，并可用于不同的領域，如虛擬仿真、虛擬游戲、互動游戲、智能制造、軍事模擬仿真、科學可視化、航空航天模擬、多媒體再現、工程應用、信息地理、虛擬旅游、考古、虛擬教育及娛樂等。

VR-X3D虛擬現實開發與設計的功能及特點如下：

1．豐富的多媒體功能，能夠實現各種多媒體制作，如在三維立體空間場景幾何體上播放影視節目、環場立體聲等。

2．強大的網絡功能，能夠在網絡上創建三維立體的VR-X3D場景和造型并進行動態交互瀏覽、展示和操作。也可以通過運行VR-X3D程序直接接入Internet，創建三維立體網頁和網站等。

3．程序驅動功能，VR-X3D最突出的特點是程序支持各種本地和網絡三維立體場景和造型。

4．游戲動畫設計，利用虛擬現實語言開發設計游戲軟件，如虛擬駕駛、跑車游戲、虛擬飛行、虛擬圍棋、虛擬象棋、虛擬跳棋、彈球等。

5．虛擬人動畫設計，實現虛擬人運動設計和表情設計，運動設計包括行走、坐立、運動、交談，表情設計包括喜、怒、哀、樂等。

6．創建虛擬現實三維立體造型和場景，能夠進行2D和3D場景和造型設計、層級變換、光影效果設計、材質設計、多通道/多進程紋理繪制，實現更好的三維立體交互界面。

7．信息地理設計，利用虛擬現實語言開發數字地球、數字城市以及虛擬社區等。

8．VR-X3D/CAD組件，VR-X3D提供的CAD節點與VR-X3D文件相結合進行軟件項目的開發與設計，可以極大地提高軟件項目的開發效率。

9．VR-X3D自定義節點設計，開發者可以根據實際項目的需求開發與設計新節點、節點類型以及接口事件等，以滿足軟件項目開發的需要。

10．用戶動態交互功能，基于鼠標的選取和拖曳，體驗鍵盤輸入的交互感。利用腳本實現程序與腳本語言交互設計，可以動態地改變場景。還可以利用數據手套、虛擬頭盔、三維鼠標、力反饋器等虛擬/增強現實可穿戴硬件設備進行游戲的交互設計。

11．人工智能性，主要體現在VR-X3D具有感知功能。利用動態感知和傳感器節點，實現用戶與場景和造型之間的智能動態交互感知效果。

本書全面詳細地闡述了VR-X3D的語法結構、數據結構定義、概貌、組件、等級、節點、域等，突出語法定義中每個“節點”中域的域值描述，并結合具體的實例源程序深入淺出地進行引導和講解，激發讀者的學習興趣。除此之外，本書通過引入VR-X3D互動游戲交互設計使讀者了解計算機在軟件開發和編程方面如何利用目前國際上最先進的開發工具和手段開發設計互動游戲。為了使讀者能夠更快掌握VR-X3D互動游戲交互設計，本書配有大量的編程實例源程序，而且都在計算機上經過嚴格的調試和運行，可供讀者參考。

本書第1章由張金鏑、張帥晨、張童嫣、李寧湘、謝勝軍編寫，第2～12章由張金釗編寫，張金鏑負責全書校稿。

“知識改變命運，教育成就未來”，只有不斷探索、學習和開發未知領域，才能有所突破和創新，為人類的進步做出應有的貢獻。“知識是有限的，而想象力是無限”，想象力在發散思維的驅動下，能在浩瀚的宇宙空間中馳騁翱翔。希望廣大讀者在VR-X3D虛擬現實世界中充分發揮自己的想象力，實現自己的全部夢想。

由于水平有限，時間倉促，書中的缺點和不足在所難免，敬請讀者把對本書的意見和建議告之我們。編者郵箱：zhzjza@21cn.com。

編 者

2022年1月

第1章 虛擬現實技術 1
1.1 虛擬現實技術概況 1
1.1.1 虛擬現實技術的發展歷程 2
1.1.2 虛擬現實技術的基本特性 3
1.1.3 虛擬現實技術的分類 4
1.1.4 虛擬現實技術的應用 6
1.2 增強現實技術 8
1.2.1 增強現實技術的定義 8
1.2.2 增強現實技術的特征 9
1.2.3 增強現實建模技術 10
1.3 VR-X3D系統的開發與運行環境 10
1.3.1 記事本VR-X3D編輯器 11
1.3.2 X3D-Edit 3.2專用編輯器 11
1.3.3 VR-X3D瀏覽器的安裝和運行 15
1.3.4 BS Contact VRML/X3D 8.0瀏覽器的安裝和使用 16
本章小結 17
第2章 VR-X3D元數據與結構 18
2.1 VR-X3D節點 19
2.1.1 語法格式 19
2.1.2 文檔類型聲明 20
2.1.3 主程序概貌 20
2.2 head標簽節點 21
2.3 component標簽節點 21
2.4 meta節點 22
2.5 Scene節點 25
2.6 VR-X3D文件注釋 26
2.7 WorldInfo信息化節點 27
本章小結 28
第3章 VR-X3D三維立體幾何節點設計 29
3.1 Shape節點設計 29
3.1.1 語法定義 30
3.1.2 源程序實例 30
3.2 Sphere節點設計 32
3.2.1 算法分析 32
3.2.2 語法定義 33
3.2.3 源程序實例 33
3.3 Box節點設計 34
3.3.1 語法定義 34
3.3.2 源程序實例 35
3.4 Cone節點設計 36
3.4.1 語法定義 36
3.4.2 源程序實例 37
3.5 Cylinder節點設計 38
3.5.1 算法分析 38
3.5.2 語法定義 39
3.5.3 源程序實例 39
3.6 Text節點設計 40
3.6.1 Text節點語法定義 41
3.6.2 Text節點源程序實例 41
3.6.3 FontStyle節點語法定義 42
3.6.4 FontStyle節點源程序實例 43
本章小結 45
第4章 VR-X3D編組節點設計 46
4.1 Transform節點設計 46
4.1.1 語法定義 46
4.1.2 源程序實例 47
4.2 Group節點 50
4.2.1 語法定義 50
4.2.2 源程序實例 50
4.3 StaticGroup節點設計 53
4.3.1 語法定義 53
4.3.2 源程序實例 53
4.4 Inline節點設計 55
4.4.1 語法定義 55
4.4.2 源程序實例 56
4.5 Switch開關節點 58
4.5.1 語法定義 58
4.5.2 源程序實例 59
4.6 Billboard節點設計 60
4.6.1 語法定義 61
4.6.2 源程序實例 61
4.7 Anchor節點設計 64
4.7.1 語法定義 64
4.7.2 源程序實例 65
4.8 LOD節點設計 68
本章小結 70
第5章 VR-X3D復雜模型設計 71
5.1 PointSet節點設計 71
5.1.1 語法定義 71
5.1.2 源程序實例 72
5.2 IndexedLineSet節點設計 73
5.2.1 空間直線算法分析 74
5.2.2 語法定義 74
5.2.3 源程序實例 75
5.3 LineSet節點設計 76
5.4 IndexedFaceSet節點設計 77
5.4.1 空間平面算法分析 77
5.4.2 語法定義 78
5.4.3 源程序實例 79
5.5 ElevationGrid節點設計 80
5.5.1 空間曲面算法分析 81
5.5.2 語法定義 81
5.5.3 源程序實例 82
5.6 Extrusion節點設計 83
5.6.1 Extrusion算法分析 83
5.6.2 語法定義 84
5.6.3 源程序實例 85
本章小結 87
第6章 VR-X3D紋理、影視及聲音節點設計 88
6.1 Appearance節點設計 88
6.1.1 語法定義 88
6.1.2 源程序實例 89
6.2 Material節點設計 90
6.2.1 語法定義 90
6.2.2 源程序實例 91
6.3 ImageTexture節點設計 93
6.3.1 語法定義 93
6.3.2 源程序實例 93
6.4 PixelTexture節點設計 95
6.4.1 語法定義 95
6.4.2 源程序實例 96
6.5 TextureTransform節點設計 97
6.5.1 語法定義 97
6.5.2 源程序實例 98
6.6 MovieTexture節點設計 99
6.6.1 語法定義 99
6.6.2 源程序實例 100
6.7 AudioClip節點設計 102
6.8 Sound節點設計 103
6.8.1 語法定義 103
6.8.2 源程序實例 104
本章小結 105
第7章 VR-X3D燈光渲染及視點導航設計 106
7.1 PointLight節點設計 107
7.1.1 語法定義 107
7.1.2 源程序實例 108
7.2 DirectionalLight節點設計 109
7.2.1 語法定義 109
7.2.2 源程序實例 110
7.3 SpotLight節點設計 111
7.3.1 聚光燈原理剖析 111
7.3.2 語法定義 112
7.3.3 源程序實例 112
7.4 Background節點設計 113
7.4.1 語法定義 114
7.4.2 源程序實例 115
7.5 TextureBackground節點設計 116
7.6 Fog霧節點設計 117
7.6.1 語法定義 117
7.6.2 源程序實例 118
7.7 Viewpoint節點設計 119
7.7.1 視點原理剖析 120
7.7.2 語法定義 120
7.7.3 源程序實例 121
7.8 NavigationInfo節點設計 123
7.8.1 語法定義 124
7.8.2 源程序實例 125
本章小結 126
第8章 VR-X3D插補器交互動畫設計 127
8.1 TimeSensor節點設計 127
8.2 PositionInterpolator節點設計 129
8.2.1 語法定義 129
8.2.2 源程序實例 129
8.3 OrientationInterpolator節點設計 131
8.3.1 語法定義 131
8.3.2 源程序實例 131
8.4 ScalarInterpolator節點設計 132
8.5 ColorInterpolator節點設計 133
8.5.1 語法定義 133
8.5.2 源程序實例 134
8.6 CoordinateInterpolator節點設計 136
8.6.1 語法定義 136
8.6.2 源程序實例 136
8.7 NormalInterpolator節點設計 138
8.8 ROUTE節點設計 139
8.9 VR-X3D虛擬現實互動圣誕/新年
綜合項目實例設計 139
8.9.1 VR-X3D虛擬現實互動圣誕/新年
項目設計 139
8.9.2 VR- X3D虛擬現實互動圣誕/新年
綜合項目實例 140
本章小結 143
第9章 VR-X3D觸摸檢測器交互動畫設計 144
9.1 TouchSensor節點設計 144
9.1.1 語法定義 144
9.1.2 源程序實例 145
9.2 PlaneSensor節點設計 146
9.2.1 語法定義 147
9.2.2 源程序實例 147
9.3 CylinderSensor節點設計 150
9.3.1 語法定義 150
9.3.2 源程序實例 150
9.4 SphereSensor節點設計 152
9.4.1 語法定義 152
9.4.2 源程序實例 152
9.5 按鍵傳感器節點設計 154
9.5.1 KeySensor節點設計 154
9.5.2 StringSensor節點設計 155
9.5.3 源程序綜合項目實例 155
本章小結 162
第10章 VR-X3D虛擬現實AI（智能感知）
交互設計 163
10.1 VR-X3D虛擬現實智能感知動畫
節點設計 163
10.1.1 VisibilitySensor節點 163
10.1.2 ProximitySensor節點 165
10.1.3 LoadSensor節點 166
10.1.4 Collision節點 168
10.2 VR-X3D虛擬現實能見度智能感知
節點項目實例 169
10.2.1 雙飛碟飛行項目設計 169
10.2.2 雙飛碟飛行項目實例 169
10.3 VR-X3D虛擬現實親近度智能感知
自動門項目實例 172
10.3.1 自動門項目設計 172
10.3.2 自動門項目實例 172
10.4 VR-X3D虛擬現實投球互動體驗
項目實例 176
10.4.1 投球互動體驗項目設計 176
10.4.2 投球互動體驗項目實例 177
本章小結 179
第11章 VR-X3D虛擬人、粒子煙火、腳本
交互設計 180
11.1 VR-X3D虛擬人運動分析 180
11.2 VR-X3D虛擬人動畫設計語法剖析 182
11.2.1 HAnimHumanoid語法剖析 182
11.2.2 HAnimSegment、HanimSite
語法剖析 183
11.2.3 HAnimDisplacer、HanimJoint
語法剖析 184
11.3 VR-X3D虛擬人運動項目實例設計 186
11.3.1 項目實例開發設計 187
11.3.2 項目實例源代碼 187
11.4 VR-X3D虛擬現實粒子煙火系統設計 193
11.4.1 項目實例算法設計 193
11.4.2 項目實例源代碼 194
11.5 VR-X3D事件工具組件設計 197
11.5.1 BooleanFilter 節點設計 197
11.5.2 BooleanSequencer節點設計 198
11.5.3 BooleanToggle節點設計 199
11.5.4 BooleanTrigger節點設計 199
11.5.5 IntegerSequencer節點設計 200
11.5.6 IntegerTrigger節點設計 201
11.5.7 TimeTrigger節點設計 201
11.6 VR-X3D腳本組件設計 202
11.6.1 語法定義 202
11.6.2 源程序實例 202
本章小結 204
第12章 VR-X3D虛擬現實交互體驗設計 205
12.1 VR-X3D虛擬全景技術 205
12.1.1 算法設計 205
12.1.2 全景設計 209
12.1.3 源程序實例 209
12.2 3D眼鏡體驗設計 212
12.2.1 3D眼鏡設計原理 212
12.2.2 3D眼鏡應用實例 213
12.3 VR虛擬頭盔體驗設計 215
12.3.1 虛擬頭盔簡介 216
12.3.2 VR頭盔實現原理 217
12.3.3 VR頭盔應用實例 217
12.4 VR/AR/X3D智能可穿戴9D體驗館 221
12.4.1 智能9D體驗館架構 221
12.4.2 智能9D體驗館實現 221
本章小結 222
附錄 VR-X3D虛擬現實交互節點圖標 223

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