1.VRML技术

虚拟现实建模语言（VRML）是一种与互联网结合、用来描述三维交互世界的程序语言，可应用于创建虚拟现实的对象、景象和展示模型。其作用就是用来创建虚拟现实场景，它把“虚拟世界”看成一个“场景”，而场景中的一切都看成“对象”（也就是一个“节点”），对每一个对象的描述就构成了VRML文件。VRML的目的主要是在网页中实现三维动画效果及其与三维对象的交互。应用VRML动态显示的功能能够实现虚拟设计中的动态仿真，可实现用户参与虚拟设计。用VRML编写的虚拟场景浏览网页界面如图7-3所示。

2.Flash技术

Flash技术严格意义上说是基于二维的应用的。由于它的文件量小、形式新颖动人，在互联网上颇受青睐，可以进行模拟物体、模拟场景及点线面的三维模拟。图7-4是利用Flash技术制作的一个人脸演示，随着鼠标的左右移动，三维人脸模型也会做出相应的动作。

图7-3 虚拟场景浏览网页界面

图7-4 Flash技术示例

3.3Dmax技术

在脸部表情的动画模拟方面，人们初期用数字化仪将人脸的各种表情输入到计算机中，然后用这些表情的线性组合来产生新的脸部表情。该方法的缺点是缺乏灵活性，不能模拟表情的细微变化，并且与表情库有很大关系。1987年，Waters提出了一个基于脸部表情编码系统（Facial Action Coding System，FACS）的脸部表情动画模拟方法。该方法由一个肌肉参数模型组成，人的脸用多边形网格来表示，并用肌肉向量来控制人脸的变形。它的特点在于可用一定数量的参数对模型的特征肌肉进行控制，并且不针对特定的脸部拓扑结构。Waters用该方法生成了高兴、恐惧、愤怒、厌恶、惊奇等逼真的表情，Waters的算法已成为模拟脸部表情动画的核心算法之一。而这些都是在3Dmax中得以实现的。图7-5显示了应用3Dmax制作的初步人脸模型。

4.Java 3D技术

利用Java技术可以轻松地创建360°实景物体和场景展示，并能模拟三维空间，主要的代表公司是APPLE（Quicktime）和Mgi公司。Java 3D是美国Sun公司为了弥补Java语言在多媒体及图形编程方面的不足而推出的一系列标准扩展API，Java 3D的推出是Java在视觉上、互动性上产生了一次飞跃，使Java开发人员具备了开发三维视觉的小应用程序和应用程序。这些程序还具有与客户交互的能力。图7-6是纽约大学KenPerlin教授用Java语言设计的虚拟人形象。

图7-5 用3Dmax制作的初步人脸模型

(www.daowen.com)

图7-6 纽约大学KenPerlin教授设计的虚拟人形象

5.OpenGL技术

OpenGL（OpenGraphics Library，开放的图形库）是由美国硅图公司（SGI）开发的三维图形库。它广泛适合于计算机系统环境下的三维图形应用程序设计接口，目前已成为开放式国际三维图形程序标准。OpenGL实际上是与图形硬件完全无关的程序设计接口，由100多个相关命令与函数组成。OpenGL是一种基于状态的执行机制，即OpenGL命令的执行被置于各种状态中，而且一直有效地保持到有命令改变这种状态为止。SGI公司为用户提供了三个连接库，使其对于OpenGL的程序设计更简化。它们是：实用库（GLU），用以执行特殊任务如坐标变换、纹理映射、多边形网格化、NURBS曲面等操作；视窗系统扩展库（GLX），用以把OpenGL设备场景与视窗系统相关联；辅助库（GLAUX），用以初始化窗口、监控输入输出、绘制三维对象等。OpenGL还包括多个基于双缓存技术的动画操作函数，可以有效地支持对几何造型的三维仿真。

在从几何造型的建模到动画生成的全部过程中，OpenGL命令或函数对图形的基本操作是从图形顶点开始，通过流水线处理，最后把像素值写入帧缓存的。图7-7是OpenGL基本操作的计算机图表的描述。

现在几乎所有较高档的3D图形显示卡都支持OpenGL标准，而日益发展起来的虚拟现实技术也要求OpenGL作为其浏览器的底层支持。虽然Microsoft公司开发的DirectX正得到游戏开发人员的重视，但是OpenGL的应用范围可涉及仿真、3D图形、图像处理和动画等领域，它在图形、图像领域内的霸主地位无可动摇，更令人动心的是，SGI公司新开发的Cosmo OpenGL可以方便地用于VRML的翻译。另外，由3DS MAX等绘制的动画、场景等也可由工具翻译为OpenGL语言。

利用OpenGL可以创作出具有照片质量的、独立于窗口系统（Windowing System）、操作系统（Operating System）和硬件平台的三维彩色图形和动画。OpenGL的核心库包括100多个用于3D图形操作的函数，主要负责处理对象外形描述、矩阵变换、灯光处理、着色、材质等与三维图形图像密切相关的事情。OpenGL工具库所包含的辅助函数是OpenGL基本函数的补充。这些函数的功能相对高级，可以用于处理坐标变换，错误处理，绘制球体、锥体、柱体、曲线、曲面等图形实体。计算机硬件性能的提高和OpenGL本身的不断发展，使得OpenGL不再只属于专用图形工作站。如今，开发人员可以在各种硬件平台上，利用OpenGL进行图形软件开发。

图7-7 OpenGL基本操作的计算机图表

OpenGL应用领域十分宽广，如军事、电视广播、计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程（CAD/CAM/CAE）、娱乐、艺术造型、医疗影像、虚拟世界等。选择OpenGL的必要性是基于OpenGL的三维仿真具有如下的优越性：

（1）建模方便 OpenGL不仅提供基本的三维几何像素生成函数，而且提供了大量关于点、线、面以及NURBS曲线、NURSB曲面等基本图元操作函数，用之可以构建相当复杂的几何造型，以满足三维仿真的造型需要。

（2）实时的三维仿真 由于OpenGL同时提供了颜色动画操作函数，使仿真应用程序设计的算法更简单，极大地提高了动态仿真的帧显示速度，使实时的三维仿真得以实现。

（3）高度的真实感显示 还提供了大量的着色、光照、景深、阴影、混合、消隐、反走样、明暗处理、材质处理、图像处理、纹理映射、深度检测等功能函数，保证了三维仿真图形显示具有高度的真实感。

（4）程序的独立性 OpenGL是与硬件、视窗和操作相互独立的，因而三维仿真程序可以完全独立于视窗和操作系统之上，仿真程序的设计可相应地划分为5个层次：图形硬件、操作系统、窗口系统、OpenGL和三维仿真程序。

（5）程序的通用性与可移植性 由于OpenGL可集成到各种标准视窗和操作系统，如DOS、Windows95、WindowsNT、UNIX等中，因此基于OpenGL的三维仿真程序有良好的通用性与可移植性。