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试析基于X3D的虚拟植物建模和可视化探究

1 X3D虚拟现实技术概述

　　虚拟现 实 (Virtual Reality)是20世 界 80年代初由VPL Research公司创始人 Jaron Lanier提出的。已广泛应 用于科 学研 究和可 视化 、军事 模拟 、工程 应用、医学、商业、教育及娱乐等领域。X3D虚拟现实技术 是 目前虚 拟现实技 术 中最前 沿 的科技，2004年10月正式通过 ISO／IEC审议成为网络三维国际通用标准 ISO／IEC19775。X3D虚拟现实技术整合了 XML、JavaSeript、Java、Java3D和流技术等世界先进技术．具有更强大、更高效的三维计算 能力、渲染质量 和传输速度。它克服 了以往其它虚拟 现实语言存在兼容性及可扩展性差、对浏览器的依靠过强、编程能力弱等缺点，将其应用于农业信息领域，显示其巨大的发展潜力，前景十分广阔。

　　1．1 X3D虚拟现实技术的关键技术

　　(1)XML编码

　　X3D采用 XML编码 ，使其具 有通用性 、易于 页面集成 、和下一代 Web融合等诸多优势．并引入了基于组件的结构．具有兼容性 、可扩展性 、轻量化 的内核等特征。XML编码为创建和 XML兼容的 VRML代码 ，提供了一组 XML通 用 实体 和元 素 类 型声 明 。VRML2OOX规范草案包含一个完整的 DTD，它定义了X3D的 XML标记 和这些标记 功能实现之 间的联系。而 DOM为程序和脚本动态的访问和更新 XML文档的内容 、结构样式提供 了和平台 、语言无关的接口。

　　(2)构件思想

　　X3D体系结构的设计是以构件技术为指导的，这里构件是指功能相关 的一个或多个节点类型的一个集合 ，一个构件扩展 内核在某一 特定领域的功能 。X3D首 先将 VRML的关键特性封装为一个 小型可扩展的 内核 。然后通过特性 集扩 展内核 ，实现复杂 的或是应用程序定义的功能。构件思想带来的好处主要有摘要：精巧的内核 、扩展能力 、减少 了对资源 的占用。

　　1．2 X3D虚拟现实技术的优势

　　X3D被定义为可交互操作、可扩 展 、跨平台的网络三维内容标准。X3D中添加了新的功能组件 ，推出Java、XML通用平台下的开放原代码工具包，在 X3D中需要使用非凡 的功能时 ，可以调用由 Java等编写的程序 ，由于Java平 台无关性 ，这样可在不同的硬件和软件平台上实现浏览 ，拓宽了信息共享 范围。在组件优化的结构下 ，X3D扩展新的功能将更快捷。X3D的内容是模块化的和可重 复使用 的 ，根据可扩展 和模块化的结构 ，浏览器可以只需支持需要 的概貌 。X3D支持也提供了一种MPEG一4支持的方式。 X3D 是MPEG一43D渲染的基础。

　　2 基于X3D的植物建模和可视化

　　基于 X3D的虚拟植物建模和可视化 。是一种基 于x3d虚 拟现实技术 ，植物形态结构几何描述的三维植物结构 模拟方 法 。该 方法 利用 仪器采 集植 物空 问数据，在计算机上三维建模语言编程调用空间数据来实现植物 三维模拟和再现 ，模拟植物在 三维空问中的生长发育过程 。虚拟植物能够精 确地反 映现实植物 的形态结构 ，以可视化的方式反映植物 的形态结构规律。

　　2．1 虚拟植物建模和可视化开发的基本原理

　　要建立虚拟植物，首先要建立基本 的三维植物结构模型。一个完整的虚拟植物实体对象一般包含叶 、茎 、花 、根等几个主要结构部分 以及一些相关 的辅助设施 ，这些基本模型的制作采用现有较成熟的三维设计软件 X3D—Edit。虚拟植物除 了能实现植物的三维可视 化外 ，其 另一个重要的功 能就是 通过 script编程 、API编程或其它技术能实现虚拟植物专题信息的展示和反馈。甚至实现一定 的分析功能 ．协助农业相关部门进行植物信息收集和反馈。这对植物的探究是极为有利的，为他们提供了极大的方便。因而可以将虚拟植物定义为以下形式 摘要：

　　虚拟植物=三维植物模型+专题信息展示功能+信息反馈功能+分析功能。实现步骤 如图 2。