Einführung in VRML Praktikum VRML und Java3D · Computergraphik mit VRML / 2001SS GDV C. Seiler...

Computergraphik mit VRML / 2001SS GDVC. Seiler Folie 1 Vers. 26-Apr-01

Praktikum VRML und Java3D:

Einführung in VRML

C. SeilerUni Frankfurt / Fraunhofer-AGC


Copyright

Diese Folien basieren auf folgenden Kursen:– R. Dörner

Computergraphik mit VRML und Java3D, Uni Frankfurt 2000 WS Praktikum

– R. Dörner, C. Elcacho, A. Schäfer:VRML und Java – Programmierung von 3D Welten für das Internet, AWF Seminar am Zentrum f. Graph. Datenverarbeitung

– D.R. Nadeau, H. A. Sowrizal:Introduction to Programming with Java3D Eurographics‘99 Tutorial


Copyright

• John Zukowski:Introduction to the JavaBeans API,Tutorial von Sun Microsystems Inc.


VRML


Was ist VRML ?

• Virtual Reality Modeling Language• Beschreibungssprache

( kein Softwaresystem )• Umsetzung der Sprachbeschreibung durch

VRML - Browser• Standardisierte Sprache:

Eine VRML - Szene durch verschiedeneBrowser darstellbar


Beispiel einer VRML Szene


VRML: Features (I)

• Geometriebeschreibungen– Grundprimitive (Würfel, Zylinder, ...)– Polygonale Objekte– Elevation Grids– Extrudierte Objekte

• Materialbeschreibungen– Farbe– Schattierungen


VRML: Features (II)

• Beleuchtungsbeschreibungen• Texturierungen• Textbeschreibungen• Transformationsbeschreibungen• Animationen

– Zeit– Interpolation


VRML: Features (III)

• Interaktionsbeschreibungen– Billboards– Sensoren

• Hintergrund und Nebel• Multimediabeschreibungen

– Video– 3D Sound


VRML: Features (IV)

• Strukturbeschreibungen– Gruppierungen– Prototypen

• Detaillierungsbeschreibungen• Kamerabeschreibungen

– Viewpoints• Hypermediabeschreibung

– Anchors


VRML: Features (V)

• Beschreibung von Programmierlogik– Java– Javascript– VRMLscript

– Java Scripting API– External Authoring Interface


VRML: Features Zusammenfassung

• VRML ist Beschreibungssprache für interaktive 3D Welten

• VRML integriert Animation, Multimedia und Hypermedia

• VRML kann über Internet / WWWübertragen werden

• VRML kann mit immersiven Technologien umgesetzt werden


VRML und Programmierlogik

• Einbindung von Programmen beliebiger Komplexität

• Programme können in die VRML Szene eingreifen

• Anwendungsbeispiele– Mehrbenutzersysteme– Datenbankanbindung– Simulationen


VRML: Geschichte (I)

• 1994 Mark Pesce, Tony Parisi, Gavin Bellbeginnen mit der Idee einer Erweiterungdes Internetstandards HTML in San Francisco

• Mitte 1995: VRML 1.0basiert nach Entscheidung durch “Internet vote” auf Open Inventor von SGI

• Beginn der Unterstützung durch SGI, Netscape und Microsoft


VRML: Geschichte (II)

• VRML Architecture Group (VAG) wird aufder SIGGRAPH’95 gegründet

• Anfang 1996 Aufruf zu Vorschlägen fürVRML 2.0 durch die VAG

• VRML 2.0 wird auf der SIGGRAPH’96spezifiziert nach offener Abstimmung auf Moving Worlds von SGI basierend

• Gründung des VRML Konsortiums


VRML: Geschichte (III)

• Anfang 1997 Beginn der ISO -Standardisierung mit der Erarbeitung von VRML 97

• Ende 1997 wird VRML 97 standardisiert alsISO/IEC DIS 14772-1

• Zukunft: x3d, ISO in 2002


Der 3D Raum

• Koordinatensystem– rechtshändig vs. linkshändig

• 3D - Koordinaten, z.B. (2.0, 1.5, 7.21)

x

y

zx

yz


Globale vs. lokale Koordinatensysteme

• Hierarchie von Koordinatensystemen– Bsp. Gabel eines Gabelstaplers

• Koordinaten der Gabel bzgl. Stapler• Koordinaten des Staplers bzgl. der Welt

• Spitze der Hierarchie: Weltkoordinaten


Der Szenengraph

• Visualisierung der Szenenhierarchie• Kanten: Abhängigkeitsrelation• Knoten ( engl. Nodes ):

– Geometrien– Transformationen– Materialeigenschaften– ...

• Knotenfelder ( engl. Fields )


Eine VRML Datei

#VRML V2.0 utf8Shape {

appearance Appearance {material Material {

}geometry Cone {

bottomRadius 2.4height 5.0

}}


Aufbau von VRML Dateien (I)

• VRML Header– Version– Character Set,

z.B. UTF-8 ( ISO 10646-1:1993 )• Zeilenkommentare (Beginn mit #)• VRML Knoten und Felder• Zuordnung mit geschweiften Klammern { }


Gruppieren von Knoten

• Zusammenfassen von Knoten zu einer Gruppe: Group Node

• Bsp:Group{

children [Shape{ ...}Shape{ ...}

]}


Transformationen (I)

• Translation (Verschiebung)– Verschiebungsvektor: ( x, y, z )


Transformationen (II)

• Rotation (Drehung)– Rotationsachse: ( x, y, z )

Beachte: nur Richtung ist entscheidend– Rotationswinkel: ϕ

Beachte: Vorzeichen des Winkels ermittelnmit der “Rechte-Hand-Regel”Beachte: Winkel in radian messen ( π= 3, 14... entsprechen 180° )

– Rotationszentrum: ( x, y, z )


Transformationen (III)

• Skalierung (Größenänderung)– Skalierungsfaktoren: ( sx , sy , sz )– Rotationsachse: ( x, y, z )– Rotationswinkel: ϕ

Beachte: 1. Skalierungsrotation2. Skalierung3. Rückrotation


Transformationsnode

• Darstellung von Transformationen in VRMLdurch einen Node

• Angabe von Werten zur Spezifizierung derTransformation in FieldsBsp. rotation 4.0 0.0 0.0 2.37

• Spezielles Field mit Liste der Knoten, die vonder Transformation betroffen sindBsp. children [ ]


Transformationsnode: Beispiel

#VRML V2.0 utf8Transform{

children [ Shape {appearance Appearance{

material Material { } }geometry Box { } }

]translation 0.0 4.0 0.3rotation 1.0 0.0 1.0 1.57 }


Szenengraph Beispiel (1)












VRML Typen (I)

• Single Field Values (SF)Multiple Field Values (MF)

• SFBool TRUE, FALSE

• SFInt32 42MFInt32

• SFFloat -124.567MFFloat


VRML Typen (II)

• SFString “Gabelstapler”MFString

• SFTime 65(entspricht 0 Uhr 1 Minute5 Sek. GMT am 1.1.1970)

• SFNode TransformMFNode

• SFImage


VRML Typen (III)

• SFVec2f 1.3 4.5MFVec2f

• SFVec3f 34.5 -4.9 9.0MFVec3f

• SFRotation 1.0 1.0 4.0 3.2MFRotation

• SFColor 1.0 0.0 0.0MFColor


DEF - USE Mechanismus

• Knoten können benannt werdenBsp. DEF my_box Box { ... }

• Namen– bestehen aus Buchstaben, Ziffern, Unterstrich– beginnen mit Buchstaben– unterscheiden Groß- und Kleinschreibung

• Knoten können beliebig oft benutzt werdenBsp. USE my_box


Reservierte Namen in VRML

DEF EXTERNPROTO FALSE

IS eventIn TRUE

TO eventOut PROTO

NULL exposedField ROUTE

USE field


Events und Routen (I)

• Ereignis (Event)– Wertänderung– Benutzerinteraktion

• Verbindung (Route)– Verbindung zweier Knoten zum Austausch

von Events– Startknoten (Quelle)– Zielknoten (Senke)


Events und Routen (II)

• Routen beziehen sich auf Fields eines Nodes• Fields werden klassifiziert

– eventIn– eventOut– exposedField

• set_XXX• XXX_changed

• Events und Routen sind getypt


Routing: Beispiel

DEF Würfel Transform{ ...

}DEF Kugel Transform{

...}

ROUTE Würfel.translation_changed TOKugel.set_scale


Syntax von VRML Knoten

• Knotenname• Feldliste• Für jedes Feld

– Name– Defaultwert– Art (field, eventIn, eventOut, exposedField)– Typ


Beispiel: Syntax des TimeSensors

TimeSensorenabled TRUE exposed SFBool

startTime 0.0 exposed SFTime

stopTime 0.0 exposed SFTimecycleInterval 1.0 exposed SFTime

loop FALSE exposed SFBool

isActive eventOut SFBool

time eventOut SFTimecycleTime eventOut SFTimefraction_changed eventOut SFFloat


TimeSensoren

loop = TRUE stopTime <=startTime

EndloseZyklenabfolge

loop = TRUE startTime <stopTime

Zyklenabfolge biszur Stopzeit

loop = FALSE stopTime <=startTime

1 Zyklus, Stop beiStartzeit + Zykluszeit

loop = FALSE startTime <stopTime

1 Zyklus, Stop beiStartzeit + Zykluszeitoder Stopzeit, fallsdiese vorher


Animation

• Zeitquelle• Interpolator

– Positioninterpolator– Colorinterpolator– Scalarinterpolator– ...

• Routen: Zeit > InterpolatorInterpolator > zu animierender Wert


PositionInterpolator

• Zuordnung von Werten aus einem Interval (meist von 0.0 bis 1.0) auf Positionen

• Eingang: set_fraction (SFFloat)• Ausgang: value_changed (SFVec3f)• Zuordnung wird durch lineare Interpolation

aus einer Tabelle errechnet– key [ 0.0, 1.0 ]– keyValue [ 1.0 0.0 0.0, 5.0 0.0 0.0 ]


Routingbeispiel für Animation

Kugel sei ein Transform Node mit ShapeKugelPfad sei ein PositionInterpolator NodeUhr sei ein TimeSensor Node

ROUTE Uhr.fraction_changed TOKugelPfad.set_fraction

ROUTE KugelPfad.value_changed TOKugel.set_translation


Übung

Schreiben Sie eine VRML Szene, in der ein Würfel der Kantenlänge 3m innerhalb von10s aus dem Ursprung 10m in z-Richtung bewegt wird. Nach weiteren 20s befindet sich der Würfel wieder im Ursprung, verharrt dort 5s und bewegt sich wieder von neuem.


Inlines

• Einfügen von VRML Dateien in VRMLDateien

• Beispiel:Inline {

url “beispiel.wrl”}

• Eigener Namensraum bei DEF / USE


VRML Knoten

• Auflistung aller Nodes und Fields in der VRML Spezifikation


Prototypen (I)

• Kapseln von Teilen des Szenengraphen• Eigendefinierter Knoten• Parametrisierbar• Syntax:

PROTO name [ interface ] { body }• Herstellen einer Verbindung zwischen

interface und body mit dem IS Konstrukt


Prototypen (II)

PROTO Würfel [field SFVec3f abmessung 1.0 1.0 1.0

] {Shape { appearence Appearence{

material Material{ } }geometry Box{

size IS abmessung } }}


Prototypen (III)

• DEF / USE hat eigenen Namensraum• Verbindung interface und body

• Verschachtelung von Prototypen möglich

fie ld expo sedF even tIn even tO u tfie ld + - - -exp o sed F + + + +even tIn - - + -even tO u t - - - +


Externe Prototypen

• Syntax:EXTERNPROTO name [ interface ] { urls }

• Anlegen von Prototypbibliotheken• Beispiel:

EXTERNPROTO Cube [field SFVec3f abmessung 1.0 1.0 1.0

] {“lib.wrl#Würfel”

}


Aufbau von VRML - Dateien (II)

• VRML - Header

• Kommentare

• Prototyp - Definitionen

• Knoten und Felder

• Routen


Java3D und VRML

• Ähnlichkeiten:– Szenengraphmodell– Java Klassen zur Repräsentation von Nodes

etc.• Unterschiede:

– Kein Routing, sondern Java Events– Java3D legt kein Geometrieformat fest– Java3D ist mächtiger


Informationsressource: WWW (I)

• VRML Konsortium Homepagehttp://www.web3d.org/Gesellschaft mit dem Ziel der Standar-disierung und Verbreitung von VRML

• VRML Repositoryhttp://www.sdsc.edu/vrml/Sehr gute, umfassende Zusammenstellungvon Verweisen zum Thema VRML


Informationsressource: WWW (II)

• ParallelGraphicshttp://www.parallelgraphics.comWichtiger VRML-Browser Hersteller (1)

• blaxxun interactivehttp://www.blaxxun.deWichtiger VRML-Browser Hersteller (2)

• Javasoft Homepagehttp://www.javasoft.com/Wichtige Informationsquelle zu Java


Informationsressource: WWW (III)

• Xj3D http://www.web3D.org/TaskGroups/source/xj3d.htmlEnthält auch VRML97 Loader für Java3D

• Java API Spezifikationhttp://java.sun.com/products/jdk/1.1/docs/siehe Java Platform Core API

• The Mining Companyhttp://vrml.miningco.com/Grosses Repository


Informationsressource: Mailinglist

• Wichtigste allgemeine Mailingliste:[email protected] www-vrml

• Liste spezielle zum Thema Scripting:[email protected] vrml-behaviors

• VRML Benutzergruppe (dt.):http://www.inexnet.de/ger-vrml/


Informationsressource: Buch (I)

• VRML 2.0 Source BookAmes, Nadeau, MorelandWiley, 1996

• Annotated VRML Reference ManualBell, CareyAddison-Wesley, 1997

• Teach Yourself VRML in 21 DaysMarrin, CampbellSAMS Net, 1997


Informationsressource: Buch (II)

• The VRML 2.0 HandbookHartman, WerneckeAddison-Wesley, 1996

• Late Night VRML 2.0 with JavaRoehl, Couch et al.ZD Press, 1997

• VRML 97 (dt.)Addison-Wesley, 1997


Informationsressource: Buch (III)

• JAVA for 3D and VRML WorldsLea, Matsuda, MiyashitaNew Riders, 1996

• JAVA 1.1 für Insider (dt.)MorrisonSAMS, 1997

• JAVA 1.1 in a Nutshell (dt.)O’Reilly, 1997


Fragen & Kommentare

Date post:	09-Oct-2019
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