21世紀隨著中國在世界的崛起，中國的發展促進了世界經濟的繁榮。人類社會的進步最突出的標志之一是計算機的產生和飛速發展，蒸汽機的出現使人們從繁重的體力勞動中解脫出來，計算機的出現使人們從繁重的腦力勞動中解放出來，計算機將人類社會帶入嶄新信息時代。虛擬現實語言作為計算機的核心技術，已經開始廣泛應用于社會生活的各個領域，X3D虛擬現實技術是目前計算機領域最前沿科技，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。

虛擬現實三維立體網絡程序設計語言X3D是第二代Web網絡程序設計語言，是目前21世紀最前沿（主流）高科技軟件開發工具，是把握未來寬帶網絡、三維立體動畫設計、多媒體技術、虛擬人設計、全景技術、信息地理及人工智能世界關鍵技術。掌握了虛擬現實三維立體網絡程序設計語言X3D，就掌握了軟件開發的主動權，可以在未來世界里馳騁翱翔。

       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，利用它可以運行X3D三維立體程序直接進入Internet，還可以創建虛擬城市、虛擬太空、虛擬戰場、虛擬工業制造加工、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，體驗具有身臨其境的感覺和感知。

虛擬現實X3D具有以下新特點：

（1）多感知性（Multi-Sensory）是指除了一般計算機技術所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等一切人類所具有的感知功能。

（2）沉浸感（Immersion）又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環境中的一切看上去是真實的，聽上去是真實的，動起來是真實的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真實的，如同在現實世界中的感覺一樣。

（3）交互性（Interactivity）指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度（包括實時性）。用戶可以用手去直接抓取模擬環境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

（4）構想性（Imagination）強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間，可以拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。充分發揮人類的想象力和創造力，在多維信息空間中，依靠人類的認識和感知能力獲取知識，發揮主觀能動性，去拓寬知識領域，開發新的產品，把“虛擬”和“現實”有機地結合起來，使人類的生活更加富足、美滿和幸福。

（5）具有強大的網絡功能，可以通過運行X3D/VRML200X程序直接接入Internet上網。可以開發設計三維立體網頁與網站。

（6）具有多媒體功能。能夠實現多媒體制作，將文字、語音、圖像、影片等融入三維立體場景，在三維立體空間播放電影、電視節目，并合成聲音、圖像及影片達到舞臺影視效果。

（7）創建三維立體造型和場景，強大三維立體場景造型再現能力，實現更好的立體交互界面。

（8）具有人工智能，主要體現在X3D/VRML200X具有智能感知功能。利用感知傳感器節點，在三維立體空間中，用戶可以移動物體造型，進行碰撞檢測，親近度等智能感知測試的動態交互感受。

（9）動態交互智能感知，用戶可以借助虛擬現實硬件設備或軟件產品，直接與虛擬現實場景中的物體、造型進行動態智能感知交互，使用者有身臨其境的真實感受。

（10）利用程序驅動三維立體模型與場景，便于與各種程序設計語言、網頁程序進行交互，有著良好的程序交互性和接口，實現系統擴充、交互、上網等功能。

（11）虛擬人設計指X3D虛擬人動畫節點設計，即X3D虛擬人動畫組件設計。在虛擬空間設計逼真的三維立體虛擬人，利用計時器和插補器節點實現物體和造型的各種動畫效果，如人體的運動、汽車的駕駛、輪船的航行、宇宙飛船的發射等。

（12）地理信息系統指X3D地理信息節點設計，實現數字地球、數字城市、數字家庭等，即地理信息學組件，包括如何在真實世界位置和 X3D 場景中元素之間建立關聯，以及詳細說明協調地理應用的節點。

（13）曲面設計指復雜曲面節點設計涵蓋曲線與曲面設計，實現高級復雜曲面開發和設計。

（14）CAD設計指利用X3D/CAD組件實現從CAD到X3D的轉換，提高軟件開發效率。

（15）分布交互系統指利用分布式計算機系統提供的強大功能，又可以利用分布式本身特性，實現虛擬分布式系統帶來的無窮魅力。

（16）粒子火焰技術指在虛擬現實系統中運用粒子火焰技術模擬仿真自然界中的煙火、云霧、爆炸等場景，模擬虛擬戰場炮火、硝煙等。

虛擬現實三維立體網絡程序設計語言X3D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，并結合大量具體、生動、鮮活的源程序實例，深入淺出地講解X3D開發、設計和編程的全過程。

        利用虛擬現實語言X3D的基本節點、復雜節點及動態感知節點，開發和設計出三維立體場景造型、航天飛行器、城市規劃設計、自然景觀場景、動物園場景、室內外裝修設計、三維人體醫學、全景技術、影視多媒體、游戲動畫設計以及城市建筑規劃設計等，通過虛擬現實語言X3D生動、鮮活的軟件項目開發實例，由淺入深，循序漸進不斷提高學習和編程的能力，使讀者能夠真正體會到軟件開發的實際意義、真實效果，獲得無窮樂趣。為了使讀者能夠掌握X3D虛擬現實三維立體網絡程序設計語言，本書提供全部的虛擬現實開發、設計和編程源程序實例，而且都在計算機上經過嚴格的調試并通過。

        本書是一本集計算機網絡、游戲動畫設計、全景技術、虛擬人運動、影視媒體及人工智能于一身的實用科技書，本書詳細闡述了虛擬現實技術與游戲動畫設計，內容豐富全面，敘述簡明扼要，圖文并茂，并配有全部源程序光盤，供讀者學習和參考。

        本書可作為高等院校的計算機網絡、游戲動畫設計、影視媒體、工業設計、藝術設計、建筑設計、機械加工制造、裝潢設計、環境保護、機電、電子、虛擬信息地理、虛擬醫療、軍事以及航空航天等專業教材，同時也可作為初學者、有一定虛擬現實基礎和計算機軟件開發人員以及工程技術人員學習的參考書籍。

      “知識改變命運，教育成就未來，智慧改變人生”，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，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和創造力，實現自己的全部夢想。

        由于時間倉促，水平有限，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訴我們。聯系方法：郵箱zhzjza@21cn.com。

 

                                                                                                                                                                            作者

                                                                                                                                                                   2009年8月28日

 

前言
 
第1章  虛擬現實技術 1
1.1  虛擬現實技術簡介 1
1.1.1  虛擬現實技術及基本特性 2
1.1.2  虛擬現實技術分類 3
1.1.3  虛擬現實硬件設備 11
1.1.4  虛擬現實技術的發展 15
1.2  X3D概述 16
1.3  X3D開發環境 25
1.3.1  記事本X3D編輯器 25
1.3.2  X3D-Edit專用編輯器 25
1.4  X3D運行環境 29
1.4.1  X3D瀏覽器簡介 29
1.4.2  BS Contact VRML-X3D 7.2瀏覽器安裝使用 30        
1.4.3  Xj3D瀏覽器安裝使用 31
1.5  X3D程序調試 32
第2章  X3D基本語法架構 34
2.1  X3D文件結構 34
2.1.1  X3D文件頭 35
2.1.2  X3D文件體 36
2.1.3  X3D文件注釋 39
2.2  X3D文件格式 39
2.2.1  *.X3D文件格式 40
2.2.2  *.X3DV文件格式 41
2.2.3  *. X3DB二進制源代碼 43
第3章  X3D三維立體造型設計 44
3.1  石膏素描造型開發設計 44
3.1.1  石膏素描造型設計 44
3.1.2  石膏素描造型源程序實例 44
3.2  路燈造型設計 48
3.2.1  路燈造型設計 48
3.2.2  路燈造型源程序實例 48
3.3  綠化場景設計 51
3.3.1  綠化場景設計 51
3.3.2  綠化場景源程序實例 52
3.4  轉動的地球儀場景設計 56
3.4.1  轉動的地球儀場景設計 56
3.4.2  轉動的地球儀場景源程序實例 56
3.5  神舟七號載人航天場景設計 60
3.5.1  神舟七號載人航天場景設計 60
3.5.2  神舟七號載人航天場景源程序實例 60
第4章  X3D三維立體展館設計 67
4.1  汽車展覽場館設計 67
4.1.1  汽車展覽場館設計 67
4.1.2  汽車展覽場館源程序實例 68
4.2  飛機展覽場景設計 72
4.2.1  飛機展覽場景設計 72
4.2.2  飛機展覽場景源程序實例 72
4.3  航天展覽場景設計 76
4.3.1  航天展覽場景設計 76
4.3.2  航天展覽場景源程序實例 76
4.4  海軍航母艦艇博覽場景設計 83
4.4.1  海軍航母艦艇博覽場景設計 83
4.4.2  海軍航母艦艇博覽場景源程序實例 83
4.5  陸軍兵器展館場景設計 87
4.5.1  陸軍兵器展館場景設計 87
4.5.2  陸軍兵器展館場景源程序實例 87
第5章  X3D虛擬現實全景技術設計 92
5.1  虛擬現實全景技術設計 92
5.1.1  虛擬現實立方體全景技術算法設計 92
5.1.2  虛擬現實立方體全景技術設計 95
5.1.3  虛擬現實立方體全景技術源程序實例 95
5.2  X3D三維立體相冊場景設計 100
5.2.1  X3D三維立體相冊場景設計 100
5.2.2  X3D三維立體相冊場景源程序實例 100
5.3  可翻動的立體相冊場景造型設計 103
5.3.1  可翻動的立體相冊場景造型設計 103
5.3.2  可翻動的立體相冊場景造型源程序實例 104
第6章  X3D虛擬現實雕塑設計 110
6.1  虛擬現實自由女神設計 110
6.1.1  虛擬現實自由女神設計 110
6.1.2  虛擬現實自由女神源程序實例 111
6.2  虛擬現實維納斯雕像設計 115
6.2.1  虛擬現實維納斯雕像設計 115
6.2.2  虛擬現實維納斯雕像源程序實例 116
6.3  虛擬現實科學家雕像設計 119
6.3.1  虛擬現實科學家雕像設計 120
6.3.2  虛擬現實科學家雕像源程序實例 120
6.4  虛擬現實奏響前程雕像設計 125
6.5  虛擬現實轉動的雕像設計 132
6.5.1  虛擬現實轉動雕像設計 132
6.5.2  虛擬現實轉動雕像源程序實例 133
第7章  X3D虛擬人運動設計 137
7.1  虛擬人場景設計 137
7.1.1  虛擬人場景設計 137
7.1.2  虛擬人場景源程序實例 138
7.2  虛擬人體經絡和骨骼設計 149
7.2.1  虛擬人體經絡和骨骼設計 149
7.2.2  虛擬人體經絡和骨骼源程序實例 151
7.3  虛擬人運動設計 157
7.3.1  虛擬人運動設計原理 157
7.3.2  虛擬人運動節點設計 158
7.3.3  虛擬人運動源程序實例 158
第8章  X3D室內場景造型設計 171
8.1  X3D餐廳場景造型開發設計 171
8.1.1  X3D餐廳場景造型設計 171
8.1.2  X3D餐廳場景造型源程序實例 172
8.2  浴室場景造型開發設計 180
8.2.1  浴室場景造型設計 180
8.2.2  浴室場景造型源程序實例 181
8.3  虛擬臥室場景開發設計 190
8.3.1  虛擬臥室場景設計 190
8.3.2  虛擬臥室場景源程序實例 190
8.4  X3D客廳場景造型開發設計 201
8.4.1  X3D客廳場景造型設計 202
8.4.2  X3D客廳場景源程序實例 203
8.5  辦公室場景造型開發設計 209
8.5.1  辦公室場景造型設計 210
8.5.2  辦公室場景源程序實例 210
8.6  X3D會議室場景造型開發設計 217
8.6.1  X3D會議室場景造型設計 217
8.6.2  X3D會議室場景源程序實例 218
第9章  X3D影視多媒體動畫設計 226
9.1  立體音響效果場景開發設計 226
9.1.1  立體音響效果場景設計 226
9.1.2  立體音響效果場景源程序實例 227
9.2  X3D影視多媒體場景開發設計 233
9.2.1  X3D影視多媒體場景設計 234
9.2.2  影視多媒體場景源程序實例 235
9.3  家庭影院場景開發設計 241
9.3.1  家庭影院場景設計 241
9.3.2  家庭影院場景源程序實例 242
9.4  環幕電影場景開發設計 250
9.4.1  環幕電影場景設計 251
9.4.2  環幕電影場景源程序實例 252
第10章  X3D游戲動畫設計 261
10.1  漢諾塔游戲場景開發設計 261
10.1.1  漢諾塔游戲算法設計 261
10.1.2  漢諾塔游戲場景設計 263
10.1.3  漢諾塔游戲場景源程序實例 263
10.2  現代辦公動畫場景開發設計 271
10.2.1  現代辦公動畫場景設計 271
10.2.2  現代辦公動畫場景源程序實例 271
10.3  X3D國際象棋游戲場景開發設計 283
10.3.1  X3D國際象棋游戲場景設計 284
10.3.2  X3D國際象棋游戲場景源程序實例 285
10.4  虛擬信息化部隊動畫設計 291
10.4.1  虛擬信息化部隊動畫設計 291
10.4.2  虛擬信息化部隊動畫設計源程序實例 291        
第11章  X3D三維立體建筑場景設計 302
11.1  X3D現代樓房建筑場景開發設計 302
11.1.1  X3D現代樓房建筑場景總體設計 302
11.1.2  X3D現代樓房建筑場景詳細設計 303
11.1.3  X3D現代樓房建筑場景源程序實例 304
11.2  X3D餐廳場景造型開發設計 312
11.2.1  X3D餐廳場景總體設計 312
11.2.2  X3D餐廳場景詳細設計 313
11.2.3  X3D餐廳場景源程序實例 314
11.3  X3D教學樓建筑場景開發設計 321
11.3.1  X3D教學樓建筑場景總體設計 322
11.3.2  X3D教學樓建筑場景詳細設計 322
11.3.3  X3D教學樓建筑場景源程序實例 323
第12章  X3D虛擬現實綜合實例開發與設計 333
12.1  X3D虛擬校園項目規劃設計 333
12.2  X3D虛擬校園需求分析 334
12.3  X3D虛擬校園總體設計 335
12.4  X3D虛擬校園詳細設計 336
12.5  X3D虛擬校園編碼測試 337
12.6  X3D虛擬校園運行和維護 350
附錄  X3D節點 351
參考文獻 356
參考網站 357
 

1. 動畫運動規律項目實例解析（微課版） [孫珊珊　袁維坤]
2. 三維動畫設計項目式教程（微課版） [王佳音]
3. HTML5動畫創作技術—DragonBones [陳菲儀 劉枝秀 編著]
4. 新動畫設計 [主編 王昊]
5. 3ds Max 2012室內設計基礎教程 [主 編 劉 琳 楊麗芳]
6. 網絡動畫設計與制作 [單瑛遐 羅卓]
7. Flash AS 3.0動畫程序設計案例教程 [余以勝]
8. Flash CS6案例教程 [主編 翟慧 張慧]
9. Flash CS5動畫制作項目化教程 [喬曉琳]
10. 項目驅動——多媒體動畫設計與制作教程（Flash CS5版） [牟向宇 楊麗芳]
11. Flash CS5動畫設計項目教程 [明麗宏 彭德林]
12. 3ds Max 2010三維制作實例教程 [卜一平]
13. 計算機三維造型及動畫制作（第二版）——3DS MAX實用教程 [主編 路由]
14. Flash動畫制作基礎與項目實訓實用教程 [王成良 馬翠欣 主 編 ]
15. 計算機三維造型及動畫制作--3DS MAX 6實用教程 [路由 王國順 主編]
16. 動畫設計與制作（第二版） [韓雪濤 主編]
17. Flash CS3動畫制作案例教程 [李俠 主編]
18. Flash & Painter & Photoshop 商用動畫設計 [胡曉旭 主編]
19. 游戲動畫色彩基礎教程 [董頡敏 董敏蘭 林羅龍 姚業華 編]
20. 游戲動畫像素圖制作教程 [董頡敏 董敏蘭 林羅龍 姚業華 編]
21. Flash動畫基礎教程 [高艷 編著]
22. 3ds max游戲動畫場景制作教程 [陳妍 等編著]
23. 游戲動畫美術基礎教程 [主 編 魏媛媛]
24. MAYA 2008三維動畫案例教程 [馬驪珠]
25. 電腦卡通動畫設計 [劉久明]
26. X3D三維立體網頁設計 [張金釗 張金銳 張金鏑]
27. 3ds max 2009動畫制作案例教程 [黃根隆]
28. Flash MX 2004中文版網頁動畫制作教程 [李德榮 主編]
29. 動畫制作綜合實訓 [韓雪濤 主編]
30. Flash動畫簡明教程 [汪啟榮 主編]