致遠管理學院資訊管理學系 授課老師：謝慧民 九十三學年度第一學期 VRML虛擬實境網頁語言知城數位 第三章 VRML的檔案架構 致遠管理學院資訊管理學系 授課老師：謝慧民 九十三學年度第一學期

VRML檔案的概述 VRML的檔案就和大部分程式語言的檔案相同，是個文字敘述(textual description)的檔案。所以可以使用任何的文字編輯器來撰寫VRML，只要存檔時，存成file.wrl即可。而".wrl"通常讀成"dot world"，由副檔名可以感受到VRML的目的就是去建造一個世界(world)。

圖3-1

VRML檔案的概述 這個範例是一個很典型的VRML程式，包含檔案標頭、註解、節點、欄位等，透過瀏覽器我們將可以看見程式執行的結果如圖3-1。將在下列各節對這些構成VRML檔案的基本項目做更詳細的說明與介紹。

VRML的檔案標頭 範例3-1的第一行 這就是VRML的檔案標頭，在任何VRML程式的第一行一定要寫上這個標頭。 #VRMLV2.0utf8 這就是VRML的檔案標頭，在任何VRML程式的第一行一定要寫上這個標頭。 VRML的檔案標頭對這個檔案有以下的描述： 它是個VRML的檔案。 它是使用VRML2.0版的規格來完成。 檔案是使用國際UTF-8的字元集合。

VRML的檔案標頭 在很多語言中，UTF-8字元集合是一個標準的字元集合，包含英文。它使得VRML能夠支援英文字元，例如:A到Z。只要是能在鍵盤上找到的字元，UTF-8字元集合都包含在內，所以能鍵入任何ASCII碼在一個UTF-8的VRML檔案中。

UTF-8字元集合小常識 UTF的是UCS Transform Format的所寫，而UCS是Universal Multiple-Octet Coded Character Set。UTF8是由ISO ( International Organization for Standards)的規範《ISO/IEC 10646-1:1993)所提出。

VRML的檔案註解 我們看到範例3-1的第二行 #Drawthecolumn 它可以幫助程式設計師紀錄本段程式的意義，以便日後修正。 它可以幫助程式設計師除錯(debug)時，先將部分程式轉成註解。 它可以幫助非此程式設計者閱讀此程式時，了解程式的目的。 在VRML的程式中，註解的使用方式就是在每行程式的開頭加上"#"，"#"之後該行的文字便失去了程式執行的功能，變成註解。

節點 Node在本書中翻譯成節點。節點(Node)是VRML檔案中最基本的單位，每個節點還包含子節點(Child Node)和描述節點屬性的欄位(Fields)。 以Shape節點為例，它是一個用來形容物件幾何型狀(Geometry Node，例如:球體、長方體、圓柱體)和外觀(Appearance Node，例如:表面的顏色、透明度、光滑度)的節點。

節點 由圖3-2可以清楚地看到Shape節點包含了許多相關的節點(Node和欄位(Field)，所以Shape節點是一個非常重要的節點，將會在第四章和第五章裡再詳細地說明。

節點 以下是範例3-1中，所使用的一個節點。 由以上可知一個節點通常包含: geometry Cylinder { radius 0.5 height 4.0 } 由以上可知一個節點通常包含: 1.節點的名稱(例如:Cylinder)。 2.一對大括號“{}"。 3.欄位和欄位值(例如:radius 0.5)

節點 所以在日後的各節中，將會介紹很多節點(Node)的語法(Syntax)，先看下面Cone節點的語法: 其中欄位值，如:SFFloat、SFBoo1等的意義將在3-4節中說明。

節點 關於節點的分類方法，其實並沒有一定的分類方式，但依照規範的節點種類，可以分成群節點(Grouping Nodes)和子節點(Child Nodes)。 群節點(Grouping Nodes)可以將其它的節點放在這個群節點中。例如:在範例3-1中，Transform節點是一個群節點，它包含了Shape這個子節點，Transform節點可以控制在其節點內之子節點的位置、方位和尺寸，從範例3-1中可以了解。

節點 而子節點(Child Nodes)又該如何定義呢?所有的節點都可以視為子節點，當然也包括群節點。 哪些節點是群節點(Grouping Nodes)呢?其實並不多只有八個，在第六章將會介紹所有的群節點。由圖3-3可以看出哪些是群節點(Grouping Nodes)和不是群節點的子節點(Child Nodes)。

本書各章的分類，是依照各節點的特徵性質來區分，共分成八類，從第四章到第十一章，如表3-1所示。

欄位和欄位值 在這一節中主要是介紹欄位的語法和欄位值的型態。一個節點是由欄位和欄位值所組成，它們是用來描述節點的屬性。 欄位可以分成兩類:一類是欄位只包含一個單獨的值，開頭的名稱為SF (Single-value fields);另一類則是包含多重的值，開頭名稱為MF (Multiple-valued fields)。

欄位和欄位值 多重值的欄位值是有順序地寫在中括號"[]"裡。假如欄位沒有任何值，只需列出中括號"[]";假如只有一個值就將中括號"[]"省略。例如:有一個欄位值型態為MFInt32的多重欄位叫做foo，但它只含一個欄位值1，有以下表示方式: foo 1 foo[1,] foo[1]

欄位和欄位值 在範例3-1中，欄位和欄位值如下 geometry Cylinder { radius 0.5 height 4.0 } Cylinder節點的欄位有radius和height，而欄位值(Field Value)0.5、4.0皆為浮點數(Float)，欄位值的型態為SFFloat。

欄位和欄位值 在一個節點的標準語法(Syntax)中： 欄位值(Field Value) SFFloat和SFBool所代表的意義是什麼呢?由以下的介紹，將可以對於各種不同欄位值的型態更加了解。

SFBool 它是一個布林值或邏輯值。它的值不是TRUE就是FALSE。常被使用去開啟或關閉一個節點的性質特徵。例如:Cone這個節點的side和bottom這兩個欄位，它們的欄位值就是布林值，用來決定四週或底部是否顯現。例如: fooBool FALSE fooBool是一個值為SFBool的欄位，它定義的布林值為FALSE。一個值為SFBool的eventOut事件，它的初始布林值為FALSE。

SFColor和MFColor 它總共包含三個浮點值，分別介於(0，1)之間，各自所描述的長紅、綠、藍(R-G-B)，經由三個不同值的混合可以顯現出不同的顏色。常被使用在描述一個幾何外型或光線的顏色。例如:1.0 0.0 0.0是紅色;0.75 0.75 0.75是灰色。下面有一個R-G-B三原色混何參考表(表3-2)。 fooColor [1.0 0.0 0.0 , 0.0 1.0 0.0 , 0.0 0.0 1.0]

SFColor和MFColor fooColor是一個值為MFColor的欄位，它包含三組主要的顏色，分別為紅、綠、藍。一個值為SFColor的eventOut事件，它的初始值為(0 0 0)。一個值為MFColor的eventOut事件，它的初始值為空的中括號"[]"。 基本上，所有的色彩皆由紅、綠、藍三種顏色混合組成的，稱之為三原色。以下為一個三原色混合的參考表:

SFFloatc和MFFloat 值是浮點數。它可以是正值或負值，可以有小數點，值分布在(-，+ )，例如:88.75、-333.111等。 ， fooFloat [3.1415926 , 133.5e-5 , 0.00006] fooFloat是一個欄位值為MFFloat的欄位，它包含三組浮點數值。若一個值為SFFloat的eventOut事件，它的初始值為0.0。一個值為MFFloat的eventOut事件，它的初始值為空的中括號"[]"。

SFImage 用來描述數位圖片的一列值。可以表示一個物體外觀的表面紋路顏色。 fooImage<width><height><num components><pixels Values> 其中<width> <height> <num components>為整數值;<pixels values>是用十六進位法(hexadecimal)表示。例如: fooImage 1 2 1 0xFF 0x00

SFImage fooImage是一個值為SFImage的欄位。它定義了一個1個圖素(pixel)寬和2個圖素(Pixels)高的圖片，只含一個元件圖片，底部的圖素是白(0xFF)，頂部的圖素是黑(0x00)。一個值為SFImage的eventOut事件，它的初始值為(0 0 0)。

SFInt32和 MFInt32 值是32bit的整數值。它可以是正值或負值，不可以有小數點，例如:123、-963等。值為SFInt32和MFInt32的欄位和事件，其值可以用十進位或十六進位的格式來表示。例如: fooIt32 [ 17 , -0xE20 , -518820 ] fooInt32是一個值為MFInt32的欄位，它包含了三組整數值(十進位或十六進位)。值為SFInt32的eventOut事件，它的初始值是0。值為MFInt32的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFNode和MFNode 值為SFNode的欄位就是一個VRML的節點。值為MFNode的欄位可以是零或多個節點。例如: fooNode[ Transform {transltin 1 0 0} DEF CUBE BOX{} USE CUBE USE SOME_OTHER_NODE ] fooNode是一個值為MFNode的欄位，它定義了四組節點。若一個值為SFNode的eventOut事件，它的初始值為NULL。一個值為MFNode的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFRotation和MFRoation 它是由四個浮點值構成的欄位值。前三個值定義出旋轉軸，根據右手定則(圖3-4);最後一個值定義出旋轉角度，單位以弧度(radian)表示。通常被使用在定義一個物體的方位。例如: fooRotation 0.0 1.0 0.0 3.14159265 fooRotation是個值為SFRotation的欄位，它表示對y軸旋轉(180度)的意思。若一個值為SFRotation的eventOut事件，它的初始值為(0 1 0)。一個值為MFRotation的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFString和MFString 它的一個欄位值是由在一對雙引號中的字元所構成("string")。它通常被用來表示一些選項的名字或描述事物。例如: fooString["One, Two, Three"，"She is a cute girl"] fooString是一個值為MFString的欄位，它包含了兩組字串。若一個值為SFString的eventOut事件，它的初始值為空的雙引號“”。一個值為MFString的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFTime和MFTime 它是一個浮點值。時間值是使用真實世界中的絕對時間，單位是用秒來表示，從某一個特別的時間(西元1970年，1月1日。子夜00:00:00 GMT)開始計算。通常是被應用在動畫中，決定何時開始或停止。例如: fooTime 0.0 fooTime是一個值為SFTime的欄位，表示一個0.0秒的時間。一個值為SFTime的eventOut事件，它的初始值為-1。一個值為MFTime的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFVec2f和MFVec2f 欄位值是一個二維的浮點數向量。由兩個浮點數構成一組欄位值。通常被使用來表示一個2-D的位置。例如: fooVec2f[91 44.91, 26 94] fooVec2f是一個值為MFVec2f的欄位，它包含兩組向量。一個值為SFVec2f的eventOut事件，它的初始值為(0 0)。一個值為MFVec2f的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

SFVec3f和MFVec3f 欄位值是一個三維的浮點數向量。由三個浮點數構成一組欄位值。通常被使用來表示一個3-D的位置。例如: fooVec3f[66 0.5 30 ,69 11 22] fooVec2f是一個值為MFVec2f的欄位，它包含兩組向量。一個值為SFVec3f的eventOut事件，它的初始值為(0 0 0)。一個值為MFVec3f的eventOut事件，它的初始值是空的中括號"[]"。

定義節點名稱 (DEF) 重用節點名稱 (USE) 將介紹如何定義一節點的名字。首先先來想想為什麼會有這個功能呢? 最大的功能就是增加重用性。當我們建構一棟房子時，房子一定會用到很多的柱、樑、窗戶和門等，可以發現絕大多數的柱、樑、窗戶和門的尺寸或外觀是相同的，只是位置不同，所以一開始『要先定義一根標準柱、一根標準樑、一個標準窗、一個標準門，把柱、樑、窗戶和門都視為單一的物件，而他們的屬性、尺寸也都設定在其中。接下來在建構這房子時，只要用組合的方式，將以上定義的各種物件放置於正確的位置即可。圖3-6是一根標準柱，圖3-7是一個標準樑，而圖3-8則是由標準柱和標準樑構成的樑柱結構系統。

圖3-7 標準樑 圖3-6 標準柱

DEF SYNTAX DEF node-name node-type{……………..} 去定義一個節點來當作重用案例，要在節點之前，加上“DEF”和所要定義的節點名稱“node-name”。在VRML的檔案中，可以定義任意個節點名稱，但是不能重複定義相同的名稱在同一個VRML的檔案中。node-name可以是任何你覺得方便的字串名稱，有大、小寫的差異，node-name叫做“ERlCA”和“erica”的意義對VRML瀏覽器來說是不一樣的。字元可以是字母、數字和底線(underscore，“_”)。下列是一些合法node-name的例子:

DEF SYNTAX node-name的標頭不可以是數字。它不可以包含不能顯現的ASCII字元，像是space、tabs;它也不能使用到標點符號或是運算符號，像是雙引號("")、各種括號、正負號等。 還有一些對VRML有特別意義的名稱也不可以使用來當作node-name，例如:

USE SYNTAX USE node-name 如果你在一個檔案中定義了一個節點名稱，可以用「USE」來重用已經定義的節點名稱在相同的檔案中。原本被定義名字的節點稱作「來源節點」(original node);每次被重用的節點則叫做「案例」(instance)。所有使用案例(instance)的地方，都可以具有和來源節點(original node)相同的屬性，如果要改變所有案例(instance)的屬性，只要變動來源節點(original node)的屬性就可以了。

USE SYNTAX USE node-name 在範例3-1中，先定義了一個Appearance的節點叫做Yellow，原本是用來形容Cylinder節點的外觀顏色;在下面Yellow又被用來形容Box節點的外觀顏色。透過範例3-1讀者應該對"DEF"和"USE"的用法有更基本的認識。

事件和路由--事件(Event) 節點是可以透過接收事件而改變。大部分的節點有能力去處理進入事件(eventIns)。靠著接收eventIns的指示，節點可以改變目前的狀態。例如:一個節點的顏色(color)可以被改變，set_color。當一個節點被改變了，它會對改變的狀態有所反應，藉著送出一些發生事件(eventOuts)，例如:Color_changed。

事件(Event) 一個exposedField能夠接收事件，像是eventIn;能夠產生事件，像是eventOut。事件是短暫的，事件值是不會被寫入VRML的檔案中。exposedField就像是欄位一樣被放置在VRML檔案中。如果一個exposeField叫做zzz，那麼它的eventln事件為set_zzz，eventOut事件則為zzz_Changed。

事件(Event) 下列是一些eventIns和eventOuts的規則: 大部分的eventIns都是以"set_"為開頭的事件，除了addChildren和removieChildren這兩個eventIns以外。 大部分的eventOuts都是以"_changed"為結尾的事件，除了型態為SFBool的eventOuts。布林值的eventOuts是以"is"作為標頭，例如:isBound、isActive等。 eventIns和eventOuts的型態為SFTime時，就不是再使用"set_"和"changed_"作為連接。例如:bindTime、touchTime等。

路由 (Route) Route的功能是連接一個節點所產生的事件(eventOuts)和一個節點接收的事件(eventIns)。Route並不是節點，它只是簡單的語法架構，告訴一個事件該如何從某個節點到達另一個節點。換句話說，Route的目的是負責建立兩個節點間的路徑。 Route可以放置在VRML檔案的最頂層、在PROTO的定義中或在會出現欄位的節點內。 ROUTE Syntax： ROUTE NodeName.eventOutName_cnanged TO NodeName.set_eventInName

範例說明 透過這個範例主要的目的是讓讀者了解ROUTE的功能，對一個初學的讀者應該是不懂這範例的意思，但筆者的重點是讓讀者知道ROUTE如何建立節點間的路徑，並傳送事件。這個範例的執行結果是畫面中的球體會不斷地改變尺寸，如圖3-9所示。

總結 讀完這章後，讀者對於整個VRML的檔案架構應該有所認識。一個VRML的檔案架構就是在本章各節中所介紹的內容，像是檔案標頭的定義、註解的應用、節點和欄位的定義、DEF與USE的使用時機、事件與路由的結合。 在本章中，對只做了文字上的描述和範例介紹。在往後的章節中，本章所提的架構會一再地出現於範例中。讀者從本章中獲得了這些基本概念後，對接下來的學習內容應該可以有所助益。