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　　計算機技術的發展，特別是三維圖形技術的發展，使人們更加方便地進入到三維世界，于是，提出了虛擬現實建模語言VRML(Virtual Reality Modeling Language)。同樣地，工程實際中，有大量需要用三維圖形來表示設計、制造等方面的概念。往常，我們只能用昂貴的軟件或花費大量的精力用C++等計算機語言來繪制三維圖形，表示這些概念；有了VRML，我們就可以很方便而容易地做同樣的工作。特別需要指出的是，由于有了VRML，我們可以編寫出更復雜的三維圖形，如交互式三維圖形。

　　筆者利用VRML語言，將一個實際的FMS實驗環境編寫成一個復雜的三維動畫程序，利用VRML的動畫及交互功能，使FMS三維動畫程序能夠根據人們的控制，產生相應的運動變化，從而顯示出FMS的工作流程。

　　1　VRML簡介

　　VRML是在OPENGL三維圖形庫的基礎之上發展而來的，雖然出現只有二三年的時間，但已經成為網絡技術的熱點之一。1997年年底，VRML2.0（又稱VRML97）正式成為國際標準，這也是第一個在網絡上發布的國際標準。

　　VRML2.0是一個比較簡單的三維建模語言。之所以簡單，是因為它是類似于HTML的腳本語言，編寫起來很方便。但VRML2.0內部可以直接利用JavaScript語言進行編程處理，并可與外部的Java語言共同作用，因而可以編寫復雜的程序，產生復雜的顯示效果。VRML2.0的基本組成為54個節點(Node)，由這些節點生成節點語句，進而構造三維物體，物體間可以產生交互作用。利用VRML2.0可以構造具有奇異效果的三維世界，可以將照片，甚至MPEG影像顯示在物體表面，還可以在三維空間產生環繞立體聲。由于在主要的網絡瀏覽器如IE及Netscape Navigator上可以運行VRML程序，故VRML的作用大為增強。

　　雖然VRML2.0是隨著網絡技術的發展而產生的，但它同樣可以運用在其它方面，如三維動畫模擬、三維游戲制作等。尤其是三維動畫模擬方面，VRML2.0可以通過非常短小的程序來生成三維動畫（如小于10k）――同樣效果的動畫，如果用3DS制作，生成的動畫程序有時會有幾十兆。這是因為，3DS等動畫軟件生成的動畫程序，在程序編寫時就對三維物體進行了上色（渲染），因而程序非常大；而VRML程序則是利用網絡瀏覽器，在程序運行過程中實時地進行上色（渲染），因而程序非常小。

　　在三維動畫模擬方面，VRML2.0有較好的模擬效果，許多領域正在使用它：有人利用VRML2.0語言將莎士比亞的名著《仲夏夜之夢》改編成了三維的動畫片；對1997年的火星探測行動，VRML愛好者們通過VRML程序，將無人探測車在火星上行走的三維場景通過網絡傳遍了全世界，那時，人們只要上網瀏覽NASA的站點，就可以在Netscape瀏覽器上看到這些奇妙的、具有動畫效果的三維圖形。

　　2　VRML2.0的交互作用與動畫功能

　　VRML2.0程序主要用來構造三維物體，構造物體的節點是形體節點，如本文程序里用到的Box、Cylinder等，當然VRML2.0還有一些其它的節點，如Extrusion、IndexedFaceSet、ElevationGrid，可以用來構造簡單或復雜的三維物體。

　　VRML2.0編寫的程序，可以實現動態的交互作用，即在程序的運行過程中，實時控制程序所定義的三維物體的運動。交互作用的產生主要靠2種節點和1種語句。2種節點是傳感器節點和內插器（Interpolator）節點；1種語句是路徑（ROUTE）語句。VRML2.0的傳感器節點一共有7種，這些節點可以探知程序運行時的一些變化，如鼠標的點擊動作、物體從不可見到可見的變化等。VRML2.0的內插器節點有6種，它們可以在程序的運行過程中改變物體的一些狀態，如顏色、尺寸、位置等，筆者利用坐標內插器節點CoordinateInterpolator及方向內插器節點OrientationInterpolator，改變小車、機械手、物料及零件的位置及方向。路徑ROUTE語句的主要作用是感知一些狀態的變化，并把這些變化傳給其它節點，進而使物體的一些狀態產生變化。

　　VRML2.0的內插器節點使VRML程序具有動畫功能，因而我們可以利用它編寫三維動畫程序，使三維物體相互間產生運動，或使物體的狀態如形狀、顏色隨時間發生變化，我們甚至可以動態地改變觀察三維物體的位置、產生廣角鏡頭效果等。

　　由于傳感器節點和內插器節點的作用，使VRML2.0具有交互作用，我們可以利用VRML的交互作用編寫各類應用程序，如交互式三維卡通動畫、三維游戲。傳統的三維卡通動畫，人們只能看，不能改變動畫的內容，而交互式卡通動畫，動畫的內容實際上是由運行程序的人員控制的。

　　3　VRML語言在FMS系統上的應用

　　我們用VRML語言，將1個實際的FMS系統編寫成1個具有交互作用的三維應用程序。

　　汕頭大學機電系FMS實驗室的主要設備有物料傳輸系統、電腦控制臺、車削加工中心、銑削加工中心、機械手、拖盤。對于這些設備，我們通過Box、Cylinder、Sphere等基本形體節點以及Extrusion、IndexedFaceSet這2個可以生成復雜形體的節點，生成了FMS實驗室里所有設備的三維圖形。

　　為了使獲得的三維圖形具有實用價值，我們利用VRML所具有的動畫功能及交互作用，將FMS系統里的設備工作運行狀態通過傳感器節點、內插器節點及ROUTE語句表現出來。

　　根據FMS實驗室設備的工作流程，我們利用VRML里的傳感器節點、內插器節點，通過編程使整個程序在一定的工作時間內，完成了上面的加工循環。

　　首先在物料傳送系統的1個醒目的位置安裝了2個按鈕，并在按鈕上面附上了2個觸摸傳感器TouchSensor：1個起動按鈕，1個關閉按鈕。

　　小車在物料傳送系統上不停地行走，當它運行到物料傳送系統的4個角落時，就在角落位置處改變其運動方向；小車的直線行走靠的是坐標內插器節點在時間傳感器及坐標內插器節點的共同作用下，小車按照設定的速度行走。

　　當小車運行到物料架邊上時，小車會暫停數秒鐘，機械手將物料從物料架上取出，擺放在小車上。機械手有轉動和平動2個動作。通過方向內插器節點實現機械手的轉動；通過坐標內插器節點實現機械手的平動。

　　物料及零件的拿起、放下動作和機械手的運動是協調一致的；物料及零件的行走與小車的行走是協調一致的。根據這樣的分析，我們在程序中對物料及零件的編程處理起來顯得非常簡單：直接照套機械手及小車的編程內容。

　　通過上面的分析及處理，給出了FMS三維交互式動畫程序的編程思路，通過具體的編程，我們實現了上面所有的內容。

　　在建立復雜的三維圖形時，通常都是從小的部分做起，逐步擴大。Inline節點為我們提供了建立復雜模型的方便，它可以讓我們將復雜的模型拆分成多個簡單的部分，單獨編程并以單獨的文件名命名存儲，最后在一個主文件里用Inline節點將各部分組合在一起。在FMS的編程過程中，我們根據程序中主要部分的內容，將其一一單獨編程，最后通過Inline節點將其組合在一起。

　　4　結論

　　利用VRML編程，得到了一個具有交互作用、具有動畫效果的FMS的三維圖形。這對于研究FMS有非常大的幫助。當設計一個新的FMS系統時，可以根據工廠的實際情況，利用這樣的方法，先建立它的三維模型；然后從人機工程、物料管理、設備的配置等方面對其進行研究；最后給出一個完整的設計方案。利用VRML編寫的FMS系統，可以進行FMS的網絡教學實驗。