前言

随着计算机软、硬件和“互联网+”的迅猛发展以及人机交互设备的不断更新换代，互动游戏技术已渐渐地走入人们的生活，例如通信及娱乐的移动终端设备的使用（iPad、智能手机等），但这种交互还处于初级阶段。如果要实现真正身临其境的交互设计，还需要配备虚拟现实硬件设备和软件产品，以及以虚拟现实技术为代表的前沿的主流互动游戏交互形式。深度互动游戏交互设计以增强现实可穿戴设备为载体进行深度互动，例如虚拟头盔、虚拟体验馆、智能手表、智能手环、智能背包、智能鞋等。

交互设计又称互动设计（Interaction Design），交互设计是指人与机器互动设计，旨在通过设计让电子产品、环境、系统和服务等更好地为人类服务。交互设计以人为设计中心，围绕人的情感、生理、心理等因素进行更合理的设计，体现人的感觉器官，如听觉、视觉、嗅觉、触觉、味觉、语言沟通等元素，这都是交互设计的重要因素。交互设计是一门将计算机、互联网技术、艺术设计、人工智能、微电子技术、传感器技术以及可穿戴技术相结合的高新技术。

人机交互（Human-Computer Interaction，HCI）是指人与计算机之间以一定的交互方式或交互界面来完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程，就是人如何通过一定的交互方式让计算机完成他所希望完成的任务。

在20世纪60—70年代，早期人机交互只有以键盘输入的字符界面交互；到了20世纪80—90年代，以Windows窗口、图符、菜单、按钮以及鼠标为基础的图形用户界面（GUI）逐渐成为当时计算机用户界面的主流。近年来，以用户为中心的系统设计思想增进人机交互的自然性、提高人机交互的效率是用户界面的主要研究方向。虚拟现实和增强现实技术提供了多通道用户界面的设计理念和思想，包括语言、姿势输入、头部跟踪、视觉跟踪、立体显示、三维交互技术、感觉反馈自然语言界面等。人体本身肢体的任何部分都可以成为人机对话的通道，例如肢体、手势、语言、视觉、听觉、肌肉电波、脑波以及情感交流等。

多媒体设计从单媒体到多媒体再到互动多媒体，人们的通信方式一直在变革和发展。从单媒体依靠单一方式进行传播到多媒体技术的发展，多媒体技术是单媒体的复合与拓展，整合了文字、图形、图像、音频以及视频等各种传播方式，更加多元化。

互动游戏交互设计在多媒体技术的基础上更进一步融合虚拟/增强现实技术，具有更强的实时交互和使人身临其境的沉浸感受，并集成了文字、图像、数据、音频、视频、流媒体、3D动画、3D游戏、体感交互技术以及可穿戴技术等，实现“互联网+”沉浸式实时互动游戏交互设计理念。目前虚拟互动技术已完成人机交互部分，有多种与自然或虚拟世界的仿真模拟，并利用虚拟现实和增强现实技术进行互动游戏交互设计，最突出的是体感互动技术和可穿戴技术。互动游戏高级互动技术可用于高级虚拟现实互动游戏编程。同时，X3D与服务器交互应用，触摸交互传感技术、声音和视频相结合，并使用跨平台的互动技术、流媒体等。

X3D增强现实技术作为计算机的前沿科技，是宽带网络、多媒体、游戏设计、虚拟人设计、信息地理与人工智能相融合的高新技术，是把握未来网络、多媒体、游戏设计、虚拟人设计、信息地理及人工智能的关键技术。X3D虚拟现实技术是目前计算机领域中最前沿的科技，是21世纪初在国内、外刚刚兴起的一种新型语言，其发展前景十分广阔，潜力巨大。

X3D是互联网三维立体图形的国际通用软件标准，定义了如何在多媒体中整合基于网络传播的动态交互三维立体效果。X3D第二代三维立体网络程序设计语言在网络上创建逼真的三维立体场景，开发与设计三维立体网站和网页程序，利用它可以运行X3D程序直接进入Internet，还可以创建虚拟数字城市、网络超市、虚拟网络法庭、网络选房与展销等，从而改变了目前网络与用户交互的二维平面的局限性，使用户在网络三维立体场景中实现动态、交互和感知交流，体验具有身临其境的感觉和感知。2004年8月，X3D已被国际标准组织ISO正式批准，成为国际通用标准。X3D大有一统网络三维立体设计的趋势，具有划时代的意义。X3D可以在不同的硬件设备中使用，并可用于不同的应用领域，例如虚拟游戏、互动游戏、军事模拟仿真、科学可视化、航空航天模拟、多媒体再现、工程应用、信息地理、虚拟旅游、考古、虚拟教育及娱乐等领域。

X3D互动游戏交互设计具有以下特点。

（1）丰富的多媒体功能：能够实现各种多媒体的制作，例如在三维立体空间场景几何体上播放影视节目、环场立体声等。

（2）强大的网络功能：在网络上创建三维立体的X3D场景和造型进行动态交互浏览、展示和操作，也可以通过运行X3D程序直接接入Internet，创建三维立体网页和网站等。

（3）程序驱动功能： X3D最突出的特点是利用程序支持各种本地和网络三维立体场景及造型。

（4）游戏动画设计：利用虚拟现实语言开发设计游戏软件，例如虚拟驾驶、跑车游戏、虚拟飞行、虚拟围棋、虚拟象棋、虚拟跳棋、弹球、网络游戏等。

（5）虚拟人动画设计：实现虚拟人行走运动设计，例如行走、坐立、运动、交谈、表情、喜、怒、哀、乐等。

（6）创建虚拟现实三维立体造型和场景，提供3D、2D场景和造型功能、变换层级、光影效果、材质、多通道/多进程纹理绘制，实现更好的三维立体交互界面。

（7）信息地理设计：利用虚拟现实语言开发数字地球、数字城市、城市规划与设计以及虚拟社区等。

（8）X3D/CAD组件：在X3D上提供了CAD节点与X3D文件相结合进行软件项目的开发与设计，可以极大地提高软件项目的开发效率。

（9）X3D事件工具组件：该组件的名称是EventUtilities，当在COMPONENT语句中引用这个组件时需要使用这个名称。

（10）X3D自定义节点设计：使开发者可以根据实际项目的需求开发与设计用户需要的新节点、节点类型以及接口事件等，以满足软件项目开发的需要。

（11）用户动态交互功能：基于鼠标的选取和拖曳，体验键盘输入的交互感。利用脚本实现程序与脚本语言交互设计，可以动态地改变场景，还可以利用数据手套、虚拟头盔、三维鼠标、力反馈器等虚拟/增强现实可穿戴硬件设备进行游戏的交互设计。

（12）人工智能：主要体现在X3D具有感知功能上，利用动态感知和传感器节点实现用户与场景和造型之间的智能动态交互感知效果。

本书使读者了解计算机在软件开发和编程方面如何利用目前国际上最先进的开发工具和手段开发设计互动游戏。本书全面、详细地阐述了X3D的语法结构、数据结构定义、概貌（profile）、组件（component）、等级（level）、节点（Node）、域（Field）等，突出语法定义中每个“节点”中域的域值描述，并结合具体的实例源程序深入浅出地进行引导和讲解，激发读者的学习兴趣。为了使读者能够更快地掌握X3D互动游戏交互设计，本书配有大量的编程实例源程序，而且都在计算机上经过了严格的调试并通过，供读者参考。

本书由张金钊编写，参与本书编写的还有张金镝教授以及深圳市鲸落新时尚网络科技有限公司的徐健经理。

“知而获智，智达高远”，探索和开发获得未知领域知识，凝聚智慧高瞻远瞩才能有所突破和创新。“知识改变命运，教育成就未来”，只有不断地探索、学习和开发未知领域才能有所突破和创新，为人类的进步做出应有的贡献。“知识是有限的，而想象力是无限的”，想象力在发散思维的驱动下在浩瀚的宇宙空间中驰骋翱翔。希望广大读者在X3D虚拟游戏世界中充分发挥自己的想象力，实现您的全部梦想。

由于时间仓促，编者水平有限，书中的缺点和不足在所难免，敬请读者批评指正。作者电子邮箱： zhzjza@21cn．com。

编者
2017年3月