21世紀人類已經邁入數字化時代。虛擬現實語言作為計算機的核心技術已廣泛應用于社會的各個領域。X3D虛擬現實技術是目前計算機領域的最前沿科技，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。第二代三維立體網絡程序設計語言（X3D）作為計算機的前沿科技，是寬帶網絡、多媒體、游戲設計、人性化動畫設計、信息地理與人工智能相融合的高新技術，是把握未來網絡、多媒體、游戲設計、人性化動畫設計、信息地理及人工智能的關鍵技術。

X3D（Extensible 3D）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。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，可以通過運行X3D程序直接進入Internet，還可以創建虛擬城市、網絡超市、虛擬網絡法庭、網絡選房與展銷等。從而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。

2004年8月，X3D已被國際標準化組織ISO正式批準成為國際通用標準。X3D可以在不同的硬件設備中使用，并可用于不同的應用領域，如教育、娛樂、軍事、醫學等領域。我國利用虛擬現實技術已首次創建出虛擬人，為醫學實習、治療、手術，以及教學和科研作出了巨大貢獻，其意義非常深遠。

虛擬現實三維立體網絡程序設計具有以下特征：

（1）程序驅動功能，X3D最突出的特點是利用程序支持各種本地和網絡三維立體場景和造型。

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

（3）多媒體功能，能夠實現各種多媒體制作。在三維立體空間播放影視節目、環場立體聲等。

（4）創建虛擬現實三維立體造型和場景，提供3D、2D場景和造型功能、變換層級、光影效果、材質、多通道/多進程紋理繪制，實現更好的三維立體交互界面。

（5）虛擬人動畫設計，實現虛擬人行走運動設計，如行走、坐立、運動、交談、表情等。

（6）游戲動畫設計，利用虛擬現實語言開發設計游戲軟件，如跑車游戲、虛擬飛行、虛擬圍棋、彈球、網絡游戲等。

（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、城市規劃與設計及虛擬社區等。

（8）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。

（9）人工智能，主要體現在X3D的感知功能上。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。

（10）組件功能，基于虛擬人、地理信息、CAD節點、事件工具組件，以及網絡通信節點設計等。

（11）通用接口，有Script（腳本）節點、Import（引入外部文件）節點、Export（輸出）節點、Route（路由）節點等。

（12）自定義新節點，根據軟件項目開發的需要創建自己的新節點，利用這些新節點創建所需要的各種復雜的場景和造型。

虛擬現實三維立體網絡程序設計使讀者了解計算機在軟件開發方面如何利用目前國際上最先進的開發工具和手段，以及運用軟件工程的思想來開發和設計三維立體網絡程序。從軟件開發的角度編寫本書，思路清晰，結構合理。本書全面詳細地闡述了X3D的語法結構、數據結構定義、概貌（profile）、組件（component）、等級（level）、節點（node）、域（field）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講解，激發讀者的學習興趣。為了使讀者能夠掌握虛擬現實三維立體網絡程序設計語言，本書配有大量的編程實例源程序，而且都已在計算機上經過嚴格的調試并通過，可供讀者參考。

“高度決定視野，角度改變觀念，尺度把握人生”，只有不斷學習、探索和開發未知領域，才能有所突破和創新，為人類的進步作出應有的貢獻。“知識是有限的，而想象力是無限的”，想象力在發散思維的驅動下，在浩瀚的宇宙空間中馳騁翱翔，希望廣大讀者在X3D虛擬現實世界中充分發揮自己的想象力，實現您人生的所有夢想。

由于時間倉促，作者水平有限，書中缺點和不足之處在所難免，敬請廣大讀者把對本書的意見和建議告訴我們，電子郵箱：zhzjza@21cn.com。

 

 

 

作者

2009年2月

前言
第1章  X3D綜述 1
1.1  X3D概述 1
1.1.1  X3D發展歷程 2
1.1.2  X3D特點 2
1.1.3  X3D應用領域 3
1.2  X3D基礎知識 6
1.2.1  X3D基本概念 6
1.2.2  X3D文件結構 8
1.2.3  X3D節點和域數據類型 13
1.2.4  X3D文件中事件、路由和腳本 19
1.3  X3D開發環境 19
1.3.1  記事本編輯器 20
1.3.2  X3D-Edit專用編輯器 21
1.4  X3D三維立體網頁開發運行環境 26
1.4.1  Xj3D 2.0瀏覽器安裝使用 26
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.0瀏覽器安裝使用 27
第2章  X3D內核節點 28
2.1  X3D節點 28
2.2  Head節點 29
2.3  Component節點 30
2.4  Meta節點 30
2.4.1  MetadataInteger節點 31
2.4.2  MetadataFloat節點 32
2.4.3  MetadataDouble節點 32
2.4.4  MetadataSet節點 33
2.4.5  MetadataString節點 34
2.5  Scene節點 34
2.6  Field節點 35
2.7  fieldValue節點 35
2.8  X3D內核節點源程序實例 36
第3章  X3D幾何2D節點設計 38
3.1  Arc2D節點 38
3.2  Circle2D節點 41
3.3  ArcClose2D節點 44
3.4  Rectangle2D節點 48
3.5  Disk2D節點 50
3.6  FillProperties節點 53
3.7  LineSet節點 55
3.8  LineProperties節點 56
3.9  Polypoint2D節點 58
3.10  Polyline2D節點 59
3.11  TriangleSet2D節點 60
3.12  Contour2D節點 63
3.13  ContourPolyline2D節點 64
3.14  TriangleSet節點 65
3.15  TriangleStripSet節點 67
3.16  TriangleFanSet節點 68
第4章  X3D幾何3D節點設計 71
4.1  Shape節點 71
4.1.1  Appearance節點 73
4.1.2  Material節點 74
4.1.3  Geometry節點 75
4.1.4  Shape節點源程序實例 76
4.2  Box節點 78
4.3  Sphere節點 81
4.4  Cone節點 84
4.5  Cylinder節點 87
4.6  Text節點 90
4.7  FontStyle節點 94
第5章  X3D復雜節點設計 99
5.1  Coordinate節點 99
5.2  CoordinateDouble節點 100
5.3  PointSet節點 101
5.4  IndexedLineSet節點 104
5.5  IndexedFaceSet節點 108
5.6  IndexedTriangleFanSet節點 112
5.7  IndexedTriangleSet節點 115
5.8  IndexedTriangleStripSet節點 118
5.9  IndexedQuadSet節點 122
5.10  ElevationGrid節點 123
5.11  Extrusion節點 127
5.12  FloatVertexAttribute節點 132
5.13  Matrix3VertexAttribute節點 133
5.14  Matrix4VertexAttribute節點 134
5.15  XvlShell節點 135
第6章  X3D渲染效果節點設計 138
6.1  Normal節點 138
6.2  Color節點 139
6.3  ColorRGBA節點 140
6.4  Background節點 141
6.5  X3D空間大氣效果節點 145
6.5.1  Fog節點 145
6.5.2  LocalFog節點 149
6.5.3  FogCoordinate節點 151
6.6  X3D視點效果節點 152
6.6.1  ViewPoint節點 152
6.6.2  NavigationInfo節點 155
6.7  X3D光照效果節點 159
6.7.1  PointLight節點 160
6.7.2  DirectionalLight節點 163
6.7.3  SpotLight節點 166
6.8  X3D虛擬現實陰影節點設計 169
6.8.1  ShaderPart節點設計 170
6.8.2  ShaderProgram節點設計 171
6.8.3  ComposedShader節點設計 172
6.8.4  ProgramShader節點設計 173
6.8.5  PackagedShader節點設計 174
6.8.6  X3D陰影節點源程序實例 175
6.9  WorldInfo節點 178
第7章  X3D紋理繪制節點設計 180
7.1  TextureBackground節點 180
7.2  ImageTexture節點 182
7.3  Image3DTexture節點 185
7.4  ImageCubeMapTexture節點 187
7.5  PixelTexture節點 188
7.6  Pixel3DTexture節點 191
7.7  TextureCoordinate節點 192
7.8  TextureCoordinate3D節點 195
7.9  TextureCoordinate4D節點 196
7.10  TextureCoordinateGenerator節點 197
7.11  TextureMatrixTransform節點 198
7.12  TextureTransform節點 199
7.13  TextureTransform3D節點 203
7.14  MultiTexture節點 204
7.15  MultiTextureCoordinate節點 206
7.16  MultiTextureTransform節點 207
7.17  Composed3DTexture節點 208
7.18  ComposedCubeMapTexture節點 209
7.19  GeneratedCubeMapTexture節點 210
第8章   X3D組節點設計 212
8.1  Group節點 212
8.2  StaticGroup節點 215
8.3  Transform節點 216
8.4  Inline節點 220
8.5  Switch節點 223
8.6  Billboard節點 227
8.7  Anchor節點 230
8.8  LOD節點 235
第9章  X3D曲面節點設計 238
9.1  NurbsCurve節點設計 238
9.2  NurbsCurve2D節點設計 241
9.3  NurbsOrientationInterpolator節點設計 242
9.4  NurbsPatchSurface節點設計 243
9.5  NurbsPositionInterpolator節點設計 245
9.6  NurbsSet節點設計 246
9.7  NurbsSurfaceInterpolator節點設計 247
9.8  NurbsSweptSurface節點設計 249
9.9  NurbsSwungSurface節點設計 250
9.10  NurbsTextureCoordinate節點設計 251
9.11  NurbsTrimmedSurface節點設計 252
9.12  曲面節點源程序實例 254
第10章  X3D影視媒體節點設計 257
10.1  音響效果節點 257
10.1.1  AudioClip節點 257
10.1.2  Sound節點 259
10.2  X3D影視媒體節點 261
第11章  X3D虛擬人、地理信息組件節點設計 266
11.1  X3D虛擬人節點設計 266
11.1.1  HAnimDisplacer節點設計 266
11.1.2  HAnimHumanoid節點設計 268
11.1.3  HAnimJoint節點設計 269
11.1.4  HAnimSegment節點設計 271
11.1.5  HAnimSite節點設計 272
11.2  X3D地理信息節點設計 274
11.2.1  GeoCoordinate 節點設計 275
11.2.2  GeoElevationGrid節點 276
11.2.3  GeoLocation節點 278
11.2.4  GeoLOD節點 279
11.2.5  GeoMetadata節點 281
11.2.6  GeoOrigin節點 282
11.2.7  GeoPositionInterpolator節點 283
11.2.8  GeoTouchSensor節點 285
11.2.9  GeoViewpoint節點 286
第12章  X3D動畫智能感知節點設計 289
12.1  TimeSensor節點 289
12.2  按鍵傳感器節點 291
12.2.1  KeySensor節點 291
12.2.2  StringSensor節點 293
12.3  X3D動畫節點設計 294
12.3.1  PositionInterpolator節點 295
12.3.2  PositionInterpolator2D節點 297
12.3.3  OrientationInterpolator節點 299
12.3.4  ScalarInterpolator節點 301
12.3.5  ColorInterpolator節點 303
12.3.6  CoordinateInterpolator節點 306
12.3.7  CoordinateInterpolator2D節點 307
12.3.8  NormalInterpolator節點 308
12.4  X3D觸摸檢測器節點 309
12.4.1  TouchSensor節點 310
12.4.2  PlaneSensor節點 311
12.4.3  CylinderSensor節點 314
12.4.4  SphereSensor節點 317
12.5  X3D智能感知檢測器節點 320
12.5.1  VisibilitySensor節點 320
12.5.2  ProximitySensor節點 322
12.5.3  Collision節點 323
12.5.4  LoadSensor節點 325
第13章  X3D組件節點設計 327
13.1  X3D三維立體網頁CAD組件節點設計 327
13.1.1  CADAssembly節點 327
13.1.2  CADFace節點 328
13.1.3  CADLayer節點 329
13.1.4  CADPart節點 330
13.2  X3D事件工具組件節點設計 332
13.2.1  BooleanFilter節點設計 332
13.2.2  BooleanSequencer節點設計 333
13.2.3  BooleanToggle節點設計 335
13.2.4  BooleanTrigger節點設計 336
13.2.5  IntegerSequencer節點設計 337
13.2.6  IntegerTrigger節點設計 338
13.2.7  TimeTrigger節點設計 339
13.3  X3D網絡通信節點設計 340
13.3.1  EspduTransform節點 340
13.3.2  ReceiverPdu節點 345
13.3.3  SignalPdu節點 348
13.3.4  TransmitterPdu節點 351
第14章  X3D腳本節點設計 355
14.1  Script節點 355
14.2  Import節點 356
14.3  Export節點 357
14.4  Route節點 357
14.5  Script節點源程序實例 358
第15章  X3D自定義節點設計 361
15.1  ProtoBody節點 361
15.2  ProtoDeclare節點 361
15.3  ProtoInstance節點 362
15.4  ProtoInterface節點 363
15.5  Connect節點 363
15.6  ExternProtoDeclare節點 363
15.7  IS節點 364
15.8  X3D自定義節點源程序實例 364
附錄A  X3D節點圖標 368
附錄B  參考網站 370
參考文獻 371本書全面介紹了計算機前沿科技--X3D（Extensible 3D），即虛擬現實三維立體網絡程序設計語言，X3D作為第二代三維立體網絡程序設計語言，是目前計算機虛擬現實領域最前沿的一種新型語言，它是寬帶網絡、多媒體、游戲設計、人性化動畫設計、信息地理及人工智能相融合的高科技產品，是把握未來網絡、多媒體、游戲設計及人工智能的關鍵技術。X3D大有一統網絡三維立體設計的趨勢，具有劃時代意義。
本書集計算機網絡、多媒體、游戲設計、人性化設計、信息地理及人工智能于一身，全面系統地闡述了X3D基本概念、原理、方法及開發設計思想，內容豐富，敘述由淺入深，思路清晰，結構合理，實用性強。本書配有大量的X3D源程序實例，從而使讀者更加容易掌握虛擬現實三維立體網絡程序設計語言（X3D）。
本書可作為高等院校計算機網絡、多媒體、游戲設計、數字藝術設計、機械加工設計、美術裝潢設計、建筑規劃設計、虛擬信息地理、虛擬醫療等專業研究生、本科生、專科生的教材，同時也可作為計算機軟件開發人員和工程技術人員的實用工具書。
本書所配光盤提供案例和程序代碼，所配電子教案可以從中國水利水電出版社及萬水書苑網站免費下載，網址為：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.dgboyong.cn。

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