VRML与JAVA在网络课件中交互运用分析

上海海同科技

虚拟现实建模语言（Virtual Reality Modeling Language 即VRML）和Java语言都是 可执行的代码”技术，通过网络传输的只是一个很小的描述文件（指令性数据集），客户端通过本地的VRML浏览器、JAVA虚拟机交互地访问这些文件并解释执行。将Java与VRML结合，能够很好地实现网络多媒体课件技术：使用VRML进行场景构造，内嵌用Java编写的程序设计实现对象的编程行为。这使VRML在网上创建充满真实感的三维虚拟世界，为用户提供一种自然的、身临其境的体验方式，包括交互性、动态效果、连续性及参与感，而这将是未来网络教学的主要形式之一。

1、 VRML简单交互

VRML简单交互,即VRML空间中各节点间数据交互。VRML有统一的数据传输接口和完善的属性集合和事件集合,可接收传感器节点发送过来的数值，并根据所对应的接口属性域设置提取数据、改变自身的属性值、触发事件进而改变自己在空间中的位置、外型和显示效果，还可以将处理后的数据送到输出域，传递给其他模型节点。各节点通过接口域的相互路由(route to)实现数据传输,路由的映射关系自由,但接口域的数据规格必须严格一致。

2、VRML扩展交互

VRML本身交互机制是无法构建一个大型多媒体课件的,因为VRML本身不能完成普通程序设计中的转折、分支、循环等基本特征。因此实际系统设计中,可利用Java语言提供的强大网络编程能力,编写与远程系统通信和共享能力处理等功能的应用程序。Java对VRML的所有支持都通过附加的封装类实现。通过这些类，Java程序就能够访问VRML场景、接受和发送事件、从页面上得到VRML对象等，实现对VRML场景的完全控制。[2]根据访问方式的不同，又可分为：脚本编程接口SAI(Script Authoring Interface) 交互与外部编程接口EAI(EAI External Authoring Interface) 交互。

2.1脚本编程接口SAI交互

SAI交互即使用事件机制和路由利用Script节点实现VRML与 Java(或JavaScript)的交互。首先，通过eventIn将事件传至Script节点中的脚本;其次，在Script节点中的脚本中调用相应的Java类(或JavaScript)进行处理;最后，通过eventOut将结果送回到VRML场景以实现动画或交互。

VRML的Script节点是一种控制传感器和内插器的节点,通过它可以定义和改变场景中对象的外观和行为。Script节点的URL域可以包含一段JavaScript程序或者是链接的一个JavaClass。SCRIPT节点可放置在场景的任何地方,用ＤＥＦ命名它,从而完成事件的删除成传递。SCRIPT节点的字段是由用户延伸的,到达这些字段的字段会自动移到和SCRIPT节点相关程序中。另外,SCRIPT节点也能够通过编写合适程序脚本,动态生成(改变)三维造型并绑定合适的感应器和内插器。

2.1. 1Java通过Script类(vrml.node包)与Script结点建立联系,控制VRML结点

首先，定义Script节点中的各域域值，设置路由（Route）使VRML中的其它节点与Script节点联系起来。当与Script节点有联系的节点发生事件时，事件通过路由传给Script节点的eventIn域，Script节点则通过url域中指定的地址找到java类。

然后，Java类开始工作，最先执行的是initialize（）方法：在initialize（）方法中必须获得Script节点中eventIn或field域的值，或者把java中的值返回给Script中的eventOut域。Script类提供的方法有： getField（fieldName）； getEventIn（eventInName）； getEventOut（eventOutName）； 作为参数的fieldName、eventInName、eventOutName要与Script节点中定义的名称相符合，对应的Field类的子类（vrml.filed包）与Script节点中定义的各种Type类型一致。它提供getValue（）和setValue（）方法。

再则，通过Script类提供的processEvent（Event p0）或processEvents（int p0, Event[] p1）方法来捕获Script节点传递的事件。processEvent和processEvents方法是所有外部事件公共的输入点。Java程序通过替代这两个方法对事件做出相应的处理。Vrml包中Event类的getName（）方法返回事件名称（该名称与Script节点中发生该事件的eventInName相同），确定发生的事件，从而做出相应的处理；Event类的getValue（）方法则返回一个ConstField类的实例 （它是Script节点中发生该事件的eventIn域），ConstField类是Field类的子类，它没有setValue（）方法，因而只能取出Script节点中eventIn域的值，而不能修改。

最后，所有事件处理完后，程序就调用Script类中的eventsProcessed（）方法，在这儿可以加入用户想要实现的动画、交互等各种效果。Script类中的shutdown（）方法实现离开VRML文件的方式。

通过Script节点，能java程序处理过的数据返回给VRML文件。通过初始化时getEventOut（）得到的变量的setValue（）方法将值传递给Script节点的eventOut域，再通过路由传递给VRML中的各类节点，完成整个通信过程。

2.1.2 Java通过Script节点和Node类(vrml.node包)直接修改VRML节点

通过Script节点和路由,同时又必须在Script节点的eventOut域设置控制点，java程序才能改变VRML文件中节点值。当有大量数据需要传送时，这种给每个数据设置一个eventOut域加一个路由的方法显然是相当麻烦的。因此java,提出直接修改节点的方法。

Java直接修改场景中的节点，仍然要用到Script节点。首先在定义Script节点时，将eventOut域改为field域，fieldType定义为SFNode，具体格式如下：

“field SFNode fieldname USE nodeName”。 “nodeName”为要修改的节点名称（在VRML中由DEF语句命名），产生一个指向名为nodeName节点的指针。执行初始化时通过getField（）方法得到相应的SFNode类的一个实例，通过getValue（）方法得到该类的值，这里它的值恰好是名称为nodeName的Node类的实例，然后通过Node类提供的方法直接修改节点。getExposedField（String p0）、getEventIn（String p0）方法，分别得到节点的field和eventIn域，并把结果作为Field类；再通过各Field类的子类提供的方法读取和设置值，将设置结果直接返回节点，不用再设置路由，从而达到了直接修改节点的目的。

Node类还提供了getEventOut（String p0）方法，用它可以得到节点的eventOut域，与前两个方法不同，它得到的结果是一个不能修改的Field类，即Field类的子类ConstField类。 使用改进后的方法，可以有效的缩减代码长度，节省VRML文件的计算时间，提高VRML场景的生成速度。

2.1.3 Java通过Script节点和Browser类(vrml包)直接创建VRML场景

设置Group节点的addChindren和removeChindren的值来可添加和删除具体节点，但还无法操作路由。当有大量不同的并相互关联的节点要通过java在VRML中创建时，工作量是难以想象的。为了满足这一要求，Script类继承BaseNode(vrml包)类，BaseNode类中定义了两个方法：getBrowser（）和getType（）。getBrowser（）方法将会返回BaseNode类所处的浏览器。Browser类存在于vrml包中，它提供了一系列方法来对整个VRML文件进行控制。 如：

（1）、添加和删除路由：addRoute（SFNode fromNode，SFString fromEventOut，SFNode toNode，SFString toEventIn），deleteRoute（SFNode fromNode，SFString fromEventOut，SFNode toNode，SFString toEventIn）

（2）、直接创建VRML：createVrmlFromString（SFString vrmlSyntax）（把要创建的节点语法以字符串的方式作为参数写入）

（3）、在VRML中建立相应节点：createVrmlFromURL（MFString url，SFNode node，SFString event）（该方法的提供节点语法的参数是放在url地址所指出的VRML文件中，浏览器通过url找到要加入的节点，把它加入到node参数指定的节点中event参数指定的eventIn域中）

（4）、用指定的节点来替换整个VRML文件：replaceWorld（MFNode nodes）

用url指定的另一个VRML文件来替换当前的文件：loadURL（MFString url，MFString parameter）。

Script类执行initialize（）方法时，得到浏览器实例，然后processEvent（Event e）方法执行时使用上述方法建立、修改VRML场景。 通过改进，不仅VRML文件代码长度缩减，java程序代码也大大减少，进一步提高了VRML场景的生成速度。

2.2外部编程接口(EAI)交互

SAI交互VRML离不开Script节点和Script类(vrml.node包)。为了实现通信功能编写的java类都必须继承自Script类。但java不支持多继承，如果用Applet操控VRML场景， java程序要继承Script类的方法相当复杂。特别是要把VRML文件与Applet集成在同一个HTML页面时，用Script类来实现颇为困难，而且程序代码冗长、可扩展性差。

VRML97标准提供的EAI定义了外部环境怎样通过VRML现存的事件驱动模式来访问VRML内部的节点的一系列方法,实现了Applet与VRML场景的通信。EAI包含浏览器脚本接口的全部功能,例如查询浏览器的状态,增加或删除路由,生成新的节点等功能。

Java主要使用Browser和Node两个类（vrml.external包），以及其它一些如处理eventIn域和eventOut域的各个属性类（EventIn*、EventOut*）和处理例外的各种*Exception类完成对EAI的描述。

Browser类提供了三个方法：getBrowser（Applet pApplet）、getBrowser（Applet pApplet，String frameName，int index）和getNode（String name）方法。前两个方法是静态方法，直接在Applet类中使用这两个方法得到Applet类和VRML所在的浏览器类的实例。getNode（）方法可以直接得到VRML文件的具体节点（Node类）的实例，用InLine语句嵌入在VRML文件中的各个节点是用getNode（）方法是无法得到的。这里的Node类与方法一的Node类是完全不同的，它用自己的getEventIn（）和getEventOut（）方法来得到VRML节点的各个域。然后使用返回的Event*的实例的getValue（）和setValue（）方法来控制具体的值。EventIn*类仅提供了设置值的setValue（）方法；EventOut*类相对复杂，不仅提供了getValue（）方法来获得当前值，还提供了监听EventOut域的接口??EventOutObserver，随时监听VRML节点中是否有新的EventOut事件发生，一旦有新事件发生，通过替代该接口提供的callback（EventOut value，double timeStamp，Object data）方法响应事件。

通过Browser和Node类，可以抛弃Script节点和Script类甚至路由而现实对VRML文件的各种节点即Node类的各个实例直接操控。但getBrowser（）方法的参数必须是Applet的实例，因而该方法只能通过Applet来控制VRML。

3.总结

VRML与其它实现三维场景的技术手段（如OpenGL,Cult3D,3DSMAX,Viewpoint）相比，具有语法简单、三维建模功能强大、便于网上发布等优点。但由于VRML本身仅仅是一种标准,不可能满足各行各业的所有需要。所以，高级交互功能的实现必须借助于Java等功能强大的高级语言。这样，可以有效地弥补VRML本身的一些不足（例如逻辑判断、文件操作、键盘输入、精确控制场景等），进而完善与HTML等其它媒体的交互,也可实现复杂的虚拟环境系统网络课件。