基于虚拟现实的虚拟实验室外文翻译

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1、外 文 翻 译毕业设计题目：基于虚拟现实的虚拟实验室的研究原文1：VRML译文1：虚拟现实原文2：VR-LAB译文2：虚拟现实实验室原文1：VRMLDurch die immer bessere Hardware ist es heute nicht mehr ntig,fr anspruchsvolle 3D-Grafiken spezielle Grafik-Workstations zu verwenden.Auf modernen PCs kann jeder durch dreidimensionale Welten fliegen.Um solche Welten zu defin

2、ieren und sie ber das Internet zu verbinden,wurde die Sprache VRML entwickelt. In diesem Beitrag geben wir einen berblick ber die grundlegenden Konzepte der Version 2.0 von VRML.l Geschichte von VRMLIm Frhling 1994 diskutierte auf der ersten WWW-Konferenz in Genf eine Arbeitsgruppe ber Virtual Reali

3、ty-Schnittstellen fr das WWW.Es stellte sich heraus, da man eine standardisierte Sprache zur Beschreibung von 3D-Szenen mit Hyperlinks brauchte. Diese Sprache erhielt in Anlehnung an HTML zuerst den Namen Virtual Reality Markup Language.Spter wurde sie in Virtual Reality Modeling Language umbenannt.

4、 Die VRML-Gemeinde spricht die Abkrzung gerne Wrml“ aus. Basierend auf der Sprache Open Inventor von Silicon Graphics (SGI) wurde unter der Federfhrung von Mark Pesce die Version 1.0 von VRML entworfen. Im Laufe des Jahres 1995 entstanden eine Vielzahl von VRML Browsern (u. a.WebSpace von SGI) und N

5、etscape bot schon sehr frh eine hervorragende Erweiterung, ein sogenanntes PlugIn, fr seinen Navigator an.Die virtuellen Welten, die man mit VRML 1.0 spezifizieren kann,sind zu statisch.Zwar kann man sich mit einem guten VRML-Browser flott und komfortabel durch diese Welten bewegen,aber die Interakt

6、ion ist auf das Anklicken von Hyperlinks beschrnkt. Im August 96,anderthalb Jahre nach der Einfhrung von VRML 1.0,wurde auf der SIGGraph 96 die Version VRML 2.0 vorgestellt.Sie basiert auf der Sprache Moving Worlds von Silicon Graphics. Sie ermglicht Animationen und sich selbstndig bewegende Objekte

7、.Dazu mute die Sprache um Konzepte wie Zeit und Events erweitert werden.Auerdem ist es mglich, Programme sowohl in einer neuen Sprache namens VRMLScript oder in den Sprachen JavaScript oder Java einzubinden.l Was ist VRML? Die Entwickler der Sprache VRML sprechen gerne von virtueller Realitt und vir

8、tuellen Welten.Diese Begriffe scheinen mir aber zu hoch gegriffen fr das, was heute technisch machbar ist: eine grafische Simulation dreidimensionaler Rume und Objekte mit eingeschrnkten Interaktionsmglichkeiten.Die Idee von VRML besteht darin, solche Rume ber das WWW zu verbinden und mehreren Benut

9、zern gleichzeitig zu erlauben, in diesen Rumen zu agieren.VRML soll architekturunabhngig und erweiterbar sein. Auerdem soll es auch mit niedrigen bertragungsraten funktionieren. Dank HTML erscheinen Daten und Dienste des Internets im World Wide Web als ein gigantisches verwobenes Dokument, in dem de

10、r Benutzer blttern kann.Mit VRML sollen die Daten und Dienste des Internets als ein riesiger Raum,ein riesiges Universum erscheinen, in dem sich der Benutzer bewegt als der Cyberspace. l Grundlegende Konzepte von VRML 2.0VRML2.0 ist ein Dateiformat,mit dem man interaktive,dynamische, dreidimensional

11、e Objekte und Szenen speziell frs World- Wide-Web beschreiben kann.Schauen wir uns nun an,wie die in dieser Definition von VRML erwhnten Eigenschaften in VRML realisiert wurden. l 3D ObjekteDreidimensionale Welten bestehen aus dreidimensionalen Objekten die wiederum aus primitiveren Objekten wie Kug

12、eln,Quadern und Kegeln zusammengesetzt wurden.Beim Zusammensetzen von Objekten knnen diese transformiert,d.h. z.B.vergrert oder verkleinertwerden.Mathematisch lassen sich solche Transformationen durch Matrizen beschreiben und die Komposition von Transformationen lt sich dann durch Multiplikation der

13、 zugehrigen Matrizen ausdrcken.Dreh-und Angelpunkt einer VRML-Welt ist das Koordinatensystem.Position und Ausdehnung eines Objektes knnen in einem lokalen Koordinatensystem definiert werden.Das Objekt kann dann in ein anderes Koordinatensystem plaziert werden, indem man die Position, die Ausrichtung

14、 und den Mastab des lokalen Koordinatensystems des Objektes in dem anderen Koordinatensystem festlegt.Dieses Koordinatensystem und die in ihm enthaltenen Objekte knnen wiederum in ein anderes Koordinatensystem eingebettet werden.Auer dem Plazieren und Transformieren von Objekten im Raum,bietet VRML

15、die Mglichkeit,Eigenschaften dieser Objekte, etwa das Erscheinungsbild ihrer Oberflchen festzulegen.Solche Eigenschaften knnen Farbe,Glanz und Durchsichtigkeit der Oberflche oder die Verwendung einer Textur, die z.B.durch eine Grafikdatei gegeben ist, als Oberflche sein.Es ist sogar mglich MPEG-Anim

16、ationen als Oberflchen von Krpern zu verwenden,d. h.ein MPEG-Video kann anstatt wie blich in einem Fenster wie auf einer Kinoleinwand angezeigt zu werden, z.B.auf die Oberflche einer Kugel projiziert werden. Abb.1 VRML 2.0 Spezifikation eines Pfeils#VRML V2.0 utf8DEF APP Appearance marterial Materia

17、l diffuseColor 100Shapeappearance USE APP geometry Cylinderradius 1 height 5AnchorChildrenTransform translation 0 4 0 Children Shape appearance USE APP geometry Cylinder bottomRadius 2 Height 3UrlanotherWorld.wrll VRML und WWWWas VRML von anderen Objektbeschreibungssprachen unterscheidet, ist die Ex

18、istenz von Hyperlinks, d. h.durch Anklicken von Objekten kann man in andere Welten gelangen oder Dokumente wie HTML-Seiten in den WWW-Browser laden. Es ist auch mglich,Grafikdateien, etwa fr Texturen,oder Sounddateien oder andere VRML-Dateien einzubinden, indem man deren URL, d. h. die Adresse der D

19、atei im WWW angibt. l Interaktivitt Auer auf Anklicken von Hyperlinks knnen VRML-Welten auf eine Reihe weiterer Ereignisse reagieren.Dazu wurden sogenannte Sensoren eingefhrt.Sensoren erzeugen Ausgabe-Events aufgrund externer Ereignisse wie Benutzeraktionen oder nach Ablauf einesZeitintervalls.Event

20、s knnen an andere Objekte geschickt werden,dazu werden die Ausgabe-Events von Objekten mit den Eingabe-Events anderer Objekte durch sogenannte ROUTES verbunden.Ein Sphere-Sensor zum Beispiel wandelt Bewegungen der Maus in 3D-Rotationswerte um.Ein 3D-Rotationswert besteht aus drei Zahlenwerten, die d

21、ie Rotationswinkel in Richtungder drei Koordinatenachsen angeben. Ein solcher 3D-Rotationswert kann an ein anderes Objekt geschickt werden, das daraufhin seine Ausrichtung im Raum entsprechend verndert.Ein anderes Beispiel fr einen Sensor ist der Zeitsensor.Er kann z.B.periodisch einen Event an eine

22、n Interpolator schicken.Ein Interpolator definiert eine abschnittsweise lineare Funktion,d.h. die Funktion ist durch Sttzstellen gegeben und die dazwischenliegenden Funktionswerte werden linear interpoliert.Der Interpolator erhlt also einen Eingabe-Event e vom Zeitsensor,berechnet den Funktionswert

23、f(e) und schickt nun f(e) an einen anderen Knoten weiter.So kann ein Interpolator zum Beispiel die Position eines Objekts im Raum in Abhngigkeit von der Zeit festlegen.Dies ist der grundlegende Mechanismusfr Animationen in VRML.Abb.2 Browserdarstellungen des Pfeilsl DynamikVorreiter der Kombination

24、von Java und Java Script-Programmen mit VRML-Welten war Netscapes Live3D,bei dem VRML 1.0 Welten ber Netscapes LiveConnect-Schnittstelle von Java-Applets oder JavaScript-Funktionen innerhalb einer HTML-Seite gesteuertwerden knnen. In VRML 2.0 wurde in die Sprache ein neues Konstrukt, der sogenannteS

25、kriptknoten, aufgenommen.Innerhalb dieses Knotens kann Java und Java Script-Code angegeben werden,der z.B.Events verarbeitet. Im VRML 2.0 Standard wurdenProgrammierschnittstellen (Application Programming Interface API) festgelegt, die den Zugriff aufVRML-Objekte von Programmiersprachenaus erlauben,

26、nmlich das Java API und das JavaScriptAPI. Das API ermglicht es, da Programme Routes lschen oder hinzufgen und Objekte und ihre Eigenschaften lessen oder ndern knnen.Mit diesen Programmiermglichkeiten sind der Phantasie nun kaum noch Grenzen gesetzt.l VRML und dann?Eines der ursprnglichen Entwicklun

27、gsziele von VRML bleibt auch bei VRML 2.0 ungelst: Es gibt immer noch keinen Standard fr die Interaktion mehrerer Benutzer in einer 3D-Szene.Produkte, die virtue-lle Rume mehreren Benutzern gleichzeitig zugnglich machen,sind al-lerdings schon auf dem Markt (Cybergate von Black Sun,CyberPassage von S

28、ony). Des weiteren fehlt ein Binrformat wie etwa das QuickDra-w 3D-Metafile-Format von Apple,durch das die Menge an Daten reduzie-rt wrde, die ber das Netz geschickt werden mssen,wenn eine Szene geladen wird.Gerade in Mehrbenutzerwelten spielt der sogenannte Ava-tar eine groe Rolle. Eine Avatar ist

29、die virtuelle Darstellung des Benutzers.Er befindet sich am Beobachtungspunkt,von dem aus der Ben-utzer die Szene sieht.Bewegtsich der Benutzer allein durch die Sze-ne,dann dient der Avatar nurdazu,Kollisionen des Benutzers mit Obje-kten der Welt festzustellen.In einer Mehrbenutzerwelt jedoch legt d

30、-er Avatar auch fest,wieein Benutzer von anderen Benutzern gesehen wird.Standards fr diese und hnliche Probleme werden derzeit in Arbe-itsgruppen des Ende 1996 gegrndeten VRML-Konsortiums ausgearbeitet.l Literatur1. San Diego Super Computing Center: The VRML Repository.http:/www.sdsc.edu/vrml/.Enthl

31、t Verweise auf Tutorials,Spezifikationen,Tools und Browser im WWW2. Diehl, S.: Java & Co.Addison-Wesley,Bonn, 19973. Hartman, J.;Wernecke, J.: The VRML 2.0 Handbook BuildingMoving Worlds on the Web.Addison-Wesley, 19964. VAG (VRML Architecture Group): The Virtual Reality ModelingLanguage Specificati

32、on Version 2.0, 1996.http:/vag.vrml.org/VRML2.0/FINAL/Eingegangen am 1.09.1997Author ：Stephan DiehlNationality ：GermanyOriginate from ：Informatik-Spektrum 20: 294295 (1997) Springer-Verlag 1997译文1：虚拟现实建模语言本文给出了VRML2.0的基本概念l VRML的历史 1994年春季第一届万维网在日内瓦举行，会议上就VRML进行了讨论。原来，我们需要一个使用超链接描述3D场景的标准化语言。这种语言是类似

33、的HTML被称为第一虚拟现实标记语言，后来更名为虚拟现实建模语言。VRML1.0是基于Silicon Graphics公司（SGI）的Open Inventor的文件格式，在马克派斯领导下设计的 。1995年年内，一个VRML浏览器和网景都提供了非常出色的扩展，它是插件的领航员。该虚拟与VRML1.0中指定的世界，是静态的。虽然您可以使用的虚拟现实浏览器快速方便地通过这些世界，但交互仅限于超链接点击。1996年8月 通过VRML2.0标准，它是基于移动的Silicon Graphics的世界语言。它增加了行为，能让物体自我移动。这种语言已扩大到包括诸如时间和事件的概念 ，也可以集成到一个新的语

34、言Java，成为其Java3D的功能内核。l 什么是虚拟现实建模语言？从虚拟现实和虚拟世界谈谈VRML该语言的开发。一个三维空间，以有限的相互对象的图形仿真，在今天技术上来说是可行的。虚拟现实的想法是连接在网络上，并允许多个用户同时访问。VRML的架构是独立的，可扩展的,为HTML数据和互联网服务在网上作为一个巨大的编织文件，用户可以滚动。互联网作为一个巨大的空间，用户可以通过VRML数据和服务，在其中漫游。l 基于VRML 2.0的基本概念VRML2.0是一种文件格式，是交互式的，动态的，三维物体和场景，专门用于描述网络世界。现在，让我们考虑如何在VRML中提到的属性定义实现虚拟现实。l 三

35、维物体三维世界由三维物体，而后者又是由更原始的物体，如球，盖帽和圆锥细胞等构成。当装配对象转化，会增加或减少意志。这种转变可以在数学上描述矩阵和变换的组成然后，可以乘以相应的表达矩阵。一个虚拟现实世界的关键点坐标。位置和对象的范围可以定义在当地坐标系统。该对象可以被放置到另一个坐标系，位置、方向和局部坐标系中的其他对象的坐标尺度系统。这个坐标系统及其组件对象可以反过来在另一个坐标嵌入。除配售和转化的空间物体，虚拟现实提供了这些对象的属性的可能性，以确定其表面外观。这种特性可以用在颜色，光泽、透明的表面或纹理的显示。l VRML和万维网VRML的描述与其他对象语言描述不同，是超链接，即存在在对象

36、上你可以点击到达其他世界或诸如在WEB浏览器的HTML网页下载文件，如圆形文件，声音文件或其他文件，包括其网址虚拟现实。l 交互出了点击超链接上的虚拟现实世界，还能对其他事件作出回应。这些被称为传感器介绍。传感器输出事件，由于生成如用户行为或外部事件后，经过一段时间，事件可以被发送到其他对象的对象与其他对象的输入输出事件的事件连接由所谓的路线。球传感器，用于例如，鼠标的运动转化为三位旋转值。3D旋转值由3数值，在三个坐标轴方向旋转角度。指定这种三维旋转值可以是其他对象发送，然后它的方向在房间里修改。另外一个例子，传感器是传感时间，例如，它可以定期在一个事件发送插件，该插件还收到输入活动时间从传

37、感器的位置，计算函数值F（e）到另一个节点。在空间物体的位置定义一个时间函数，这是虚拟现实动画的基本机制。l VRML未来对原有的VRML的发展，用户在三维场景的相互作用在VRML2.0还悬而未决。多个用户同时访问虚拟设施的产品在市场已经出现。作者：Stephan Diehl国籍：Germany出处：Informatik-Spektrum 20: 294295 (1997) Springer-Verlag 1997原文2：VR-LAB-A Distributed Multi-User Environment For Educational Purposres And presentations

38、Abstract Distributed work is becoming a major issue for a large part of the work force and distributed collaborative research has almost become the norm. Consequently, distributed communication facilities play an important role in all future working and education scenarios.Tele-Teaching and Tele-Lea

39、rning are important new applications for remote data access. Currently mainly focussing on audio-visual communication, Tele-Education has not discovered distributed 30 virtual environments to a large extent. Howeven we firmly believe that the demand for interactive exploration of distributed 3D data

40、bases over the internet and for collaboration within virtual 3D environments will soon become one of he driving forces of future deveopments. This paper presents an architecture, called VR-Lab, which embeds a distributed VRML-System and a remote contollable,Distributed presentation environment to su

41、pport Tele-Learning and education including 30 media.1. IntroductionDistributed work, learning and discussion in combination with the use of the intemet is getting more and more important.As a result, there are many browsers used for interaction in 3D environments with more or less acceptable functi

42、onality.It seems,however, that most of these applications deal with the meeting of people in virtual environments.On top of meeting this request VR-Lab was designed to support distributed virtual conferences,presentations and education.VR-Lab consist of different media systems,including hardware and

43、 software like video cameras,projectors, Environmental control units and 3D visualization modules to support interacting people. Additionally this environment itself is capable of beeing controlled by a remote operator.The main parts of the VR-LAB are:l Video Media: cameras, VCR, VIC, whiteboard,vid

44、eo walls, slide and overhead projectors, output from PC or workstation screenl Audio Media: microphones, amplifiers, speakers,VAT (Video Tool) or RAT (Audio Tool)l Network capabilities: 100 MBit ethernet l Software packages to control the environment and to establish distributed VRML visualization w

45、ith MRT-VRAll systems are integrated in a VR-Lab control unit,which is remotely accessible. The VR-Lab can be used to record, transmit or distribute educational programmes even if they are live on the network-from tape,distributed conferences or shared 3D environments.Operation can be controlled by

46、the presentor, by a service operator in the lab or via Java-Applets by a remote operator.Integration of these systems allow distributed audio,video, 2D and 3D interaction via the intemet.In the next sections we give a short description of the VR-Labs base components and their functionality: The MRT-

47、VR distributed VRML-Browser and the MMHS Multi-Media-Lecture Room. This is followed by the description of a sample experiment which illustrates the use of both system together in more detail.2. Distributed VRML Browser MRT-VRMRT-VR was developed to support distributed learning and discussion. Throug

48、h the use of VRML, MRTVR is open to almost any type of application. It could be used to explain arcitectural-models as well as deliver information on molecular design. MRT-VR distributes scene changes to all participants using M-Bone- Multicast, supports even unexperienced users while moving in 3D s

49、pace, represents other users by avatars,and allows, in a teaching environment, to assure that all participants see what a special user (e.g.ateacher) considers relevant. An important issue on supporting people in teaching and discussion is the ease of use. So we have taken a great effort to provide

50、even the novice the user with maximum comfort in all stages of user interaction.Through its support of OpenGL and XGL in combination with the use of the MBP (MRT Binary Protocol for the transport of application specific data),external simulations can also use MRT-VR as a specialized display server.I

51、n combination with other M-Bone-Tools such as VIC (video), VAT (audio) or Whiteboard (paper), MRTVR implements distributed interaction with VRML scenes. Figure 5 shows the integration of MRT-VR in the SDR-Tool, which allows to use MRT-VR in combination with other tools handling video, audio, whitobo

52、ard and text.MRT-VR is not restricted to the visualisation of other participants through avatars or selection of objects (picking).MRT-VR also allows the modification of the scene description, including avatars, camera postions or the state of the MRT-VR viewer through external programs or other MRT

53、-VRs.MRT-VR even allows a modification or customization of the supported command set.3. DesignThe design of MRT-VR consists of three main parts.We distinguish between data transport, data replication and visualisation. Data transport realizes the transportation of messages by different protocols or

54、media between MRT-VRs. Data replication assures the consistency of scene-Databases, while the visualisation assures a fast,multi-platform,multi-quality display of the virtual environment.3.1 Data TransportData-Transport is implemented as a collection of different data-transport classes. These classe

55、s realize connections between each other using different protocolls like TCX, UDP or M-Bone. The modification of the scene database is done by a set of messages, which are sent to the different MRT-VRs using the data-transport classes. These messages encode the operations which should be executed by

56、 the different programs. To implement distributed environments, messages have to be passed to every participant, resulting in an exponential growth of messages. Even a small number of participants may cause problems when using one ore more servers.The transmission of a huge amount of data to a large

57、 number of participants thereby assuring that important packages are reliably transmitted is a highly challenging goal. By separating the messages into important and unimportant ones we can easily see that a few important messages are outnumbered by far by the unimportant ones. Important messages de

58、al with geometric object such as locking, inserting or deleting objects. Changes of viewpoints are less important but very frequent.Examples:l A distributed presentation consist of a data transmission phase at the beginning followed by mostly viewpoint changes and picking tasks for the rest of the s

59、ession.l A distributed simulation (robotic experiment) consist af a data transmission phase at the beginning and many viewpoint changes. Packet loss during the robot movement is justifiable.l A distributed multi-user editing environment needs a data transmission phase at the beginning and sev-era1 o

60、bject modification events while editing. Information loss is not acceptable. Updates only concern one object at a time, resulting in low data rates using secure transmission.At this time MRT-VR uses M-Bone transmission for all package types. Ongoing work will use a CORBA-based implementation for the

61、 safe transmission of important packages and M-Bone for less important messages. Figure 2. MRT-VR Data-Transport,with different Transport Modules4.Data ReplicationData replication between connected MRT-VRs is managed by the data replication mechanism. Messages control the creation of new objects and

62、 the modification or deletion of existing objects. Users joining a session at a later time, can receive the whole scene database by request. This avoids storing the complete VRML-scene on a http server for individual distribution.As an additional benefit of this approach the whole session could be e

63、asily recorded to a journal/log file.Author ：W.Fellner,Armin HoopNationality ：USAOriginate from ：Department of Computer Science,Univcrsity of Technology译文2：虚拟现实实验室-分布式多用户环境，为教育和演讲摘要分布式工作成了大部分劳动力的一大问题和分布式合作性的研究几乎成为了一种常态。因此，分布式通信设施扮演了所有未来的工作和教育方案方面的重要角色。远程教育和远程学习是重要的远程数据访问新应用。当前，主要的是在视听通讯，远程教育在很大程度上还没

64、发现三维分布式虚拟环境。但是我们坚信，通过互联网需求分布式数据库的交互式三维勘探和三维虚拟环境内的合作将很快成为它的一个未来美好明天的动力。本文介绍的架构，称为虚拟现实实验室，这分布式VRML的嵌入式系统和远程控制，分发介绍环境，以支持远程学习和教育，包括3D媒体。1.导言分布式工作，学习和讨论相结合随着因特网的使用越来越重要。因此，有许多在三维环境中使用的互动功能或多或少的可以接受。然而，更多的应用程序在于处理虚拟环境中会议的人。在满足这一要求的虚拟实验室的目的是支持分布式虚拟会议，介绍和教育。虚拟实验室包括不同的媒介系统，包括硬件和摄像机等投影机软件。环境控制单元和三维可视化模块来支持互动。此外，这种环境本身能够通过远程操作被控制。虚拟实验室的主要部分是：l 视频媒体：摄像机，录像机，电视墙，幻灯片和投影仪，个人电脑或工作站屏幕的输出。l 音频媒体：麦克风，扩音机，扬声器，视频工具或音频工具。l 网络功能：100兆以太网l 软件包控制环境和建立分布式VRML的可视化虚拟现实。所有系统都集成在一个虚拟现实实验室控制的单元，这是远程访问。虚拟现实实验室可使用记录，传播或分发教育方案，即使他们是生活在网络，通过磁带，分布式会议或共享的三维环境。操作可以控制的端口，由服务经营者在实验室或通过JAVA的小程序远程操作。这些系统的集成允许分布式