vrml - a internet em 3d vrml: virtual reality modeling language alexandre cardoso
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VRML - A INTERNET EM 3D
VRML: Virtual Reality Modeling Language
Alexandre Cardoso
VRML - A Internet em 3D
Introdução Geometria Animação Iluminação Elementos Complementares Conclusão Espaço Aberto
Introdução - o nascimento:
1994: Mark Pesce e Brian Behlendorf imaginam a possibilidade de desenvolvimento de interface aberta, gratuita, virtual, tridimensional, com multimídia animada e interativa
VRML 1.0 - Geometria VRML 2.0 - Comportamento -
Agosto/96
Introdução - Por que a emoção?
VMRL tem o potencial de permitir um novo tipo de aplicações - baseadas na WEB com simulação distribuída, multiusuário, grupos de discussão em tempo real e até mesmo reuniões tridimensionais;
Tais aplicações são o resultado de 3 importantes fatores:– conectividade em rede– interação multiusuário– interface com o usuário baseada em modelagem multimídia
tridimensional - 3D
Enfim, a meta final é construir ciberespaços.
Introdução Arquivo VRML = arquivo texto - .wrl cabeçalho: #VRML V2.0 utf8 O arquivo texto será uma seqüência de nós
que conterá a descrição de objetos. Um nó pode:
– conter outro nó - ter um filho - ex: Group– ter um conjunto de campos, que contém
informações sobre o elemento e que podem estar escritos em qualquer ordem.
O arranjo básico:
# VRML V2.0 utf8
Group{
children [
nó e campos ....nó e campos ....
]
}
Geometria: Nós fundamentais: O Nó Shape - forma:
– Este nó contém 2 campos: o campo appearance e o campo geometry que serão arranjados basicamente:
• Shape {
appearance NULL - define material e textura
geometry NULL - define a geometria do objeto
}
O campo geometry:– Este campo contém valores que descrevem uma dada
geometria:
Cone {
bottomRadius 1
height 2
}
Observações importantes: Há geometrias pré-definidas primitivas, tais como box, cylinder,
cone e geometrias avançadas, tais como extrudedShapes, elevationGrids etc...
Uma forma de definir um objeto em VRML consiste em usar a seguinte linha de comando:
DEF meu_cilindro Cylinder { ... } Na primeira definição, o objeto é criado e pode ser usado a
partir daí pela utilização de seu nome - instância. Cada mudança no objeto original afeta todas as instâncias. O reuso de um nó previamente definido é feito pela linha de comando:
USE meu_cilindro O agrupamento de formas pode definir formas mais complexas,
através do uso do nó Group ou do nó Transform - caracterizando a noção de nó parent e nó children
Exemplo 1# VRML V2.0 utf8
Group {
children [
Shape{
geometry Cone {}
}
]
}
Primitivas Geométricas: As formas geométricas básicas:
– Box – Cone– Cylinder– Sphere– Text - formatar textos – ElevationGrid – Extrusion– IndexedFaceSet– IndexedLineSet– PointSet
O nó appearance: Estrutura básica:
appearance Appearance{
material
texture
textureTransform
} materialmaterial: define elementos de cor, reflexão de luz e
transparência do material da qual o objeto é constituído texturetexture: define uma imagem, um filme ou cores particulares
para os pixel do material que constitui o objeto textureTransformtextureTransform: define mudanças da textura do material.
Textos Em VRML, textos são definidos pelo nó
TextText{
fontStyle - estilo da fonte
length[ ] - comprimento do texto
maxExtent - máxima extensão do texto
string [ ] - o texto em si - “meu texto” - entre aspas
}Obs: há grande variedade de estilos de fontes definidos em
FontStyle, onde também se faz a definição da linguagem que será usada - Português é dado no campo language por pt
Exemplo2 - forma e aparência: uma estação espacial (?)
#VRML V2.0 utf8
Group{
children [
Shape {
appearance DEF Cor Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.0 1.0 1.0 }
}
geometry Box {
size 10.0 10.0 10.0
}
},
Shape {
appearance USE Cor
geometry Sphere {
radius 7.0
}
},
Shape {appearance USE Corgeometry Cylinder {
radius 12.5height 0.5
}},Shape {
appearance USE Corgeometry Cylinder {
radius 4.0height 20.0
}},Shape {
appearance USE Corgeometry Cylinder {
radius 3.0height 30.0
}},Shape {
appearance USE Corgeometry Cylinder {
radius 1.0height 60.0
}}
]}
Transformações - nó Transform:
O nó Transform possibilita as transformações geométricas necessárias, é um nó similar ao nó Group e também contém uma lista de nós filhos
Com este nó pode-se modificar a posição dos elementos e prover as condições básicas para animações, que dependem da movimentação de elementos num dado cenário
VRML admite sistemas de coordenadas múltiplos Um arquivo VRML pode conter uma série de nós Transform,
com diversos sistemas de coordenadas... É possível também definir eixos específicos de rotação de elementos e é claro, ângulos de rotação para cada movimento desejado.
Exemplo3: usando transformações:#VRML V2.0 utf8
#UMA CHAMINÉ CONSTRUÍDA COM PRIMITIVAS E TRANSLAÇÃO DE FORMAS
Group {
children [
Shape {
appearance DEF Cinza Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.8 0.8 0.8}
}
geometry Cylinder {
height 2.0
radius 2.0
}
}, # Aqui o uso do nó Transform para possibilitar a translação de um cone
# e visualizar a parte superior da chaminé.
Transform {
translation 0.0 2.0 0.0
children [
Shape {
appearance USE Cinza
geometry Cone {
height 2.0
bottomRadius 2.5
}}]}]}
Animações - o dinamismo da forma!!!
VRML permite um grande número de animações, que podem ser disparadas por aproximações e toques.
Tais animações fazem as formas se movimentarem baseadas num dado tempo, que, é controlado por um relógio com tempos fracionados em números reais.
As frações de tempo devem ser associadas a quadros que contêm as posições chaves da animação, dando a noção de movimento da forma.
As animações podem ser estendidas também à aparência das formas e não somente à posição da forma.
Animações - aspectos básicos:
VRML provê diversas maneiras de descrição de animações. As mais comuns usam os nós:– PositionInterpolator– OrientationInterpolator
O fundamento é a associação de posições chave com tempos chave - de forma fracional.
Um nó importante no processo é o nó de controle de tempos fracionais: o nó TimeSensor:– TimeSensor{
enabled
startTime
stopTime
cycleInterval
loop ... }
Animações - aspectos básicos: Sintaxe do nó PositionInterpolator:
– PositionInterpolator{
key [ ... ] - lista de tempos fracionais chave
keyValue [ ... ] - lista de posições chave - cada uma composta por X,Y,Z
set_fraction - eventIn
value_Changed - eventOut
}
Sintaxe do nó OrientationInterpolator:– OrientationInterpolator
key [ ... ]
keyValue [ ... ] - lista de rotações chave - cada uma composta p
por X,Y,Z e um ângulo de rotação.
set_fraction
value_Changed }
Exemplo de animação:#VRML V2.0 utf8
Group {
children [
DEF Cube Transform {
children Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor 0.0 1.0 0.0 }
}
geometry Box { size 1.0 1.0 1.0 }
}
},
# Relógio da animação - gerando tempos fracionais
DEF Clock TimeSensor {
cycleInterval 4.0
loop TRUE
},
# Caminho da animação do cubo - posições chave e valores de # cada posição
DEF CubePath PositionInterpolator {key [0.00, 0.11, 0.17, 0.22,0.33, 0.44, 0.50, 0.55,0.66, 0.77, 0.83, 0.88,0.99]
keyValue [0.0 0.0 0.0, 1.0 1.96 1.0,1.5 2.21 1.5, 2.0 1.96 2.0,3.0 0.0 3.0, 2.0 1.96 3.0,1.5 2.21 3.0, 1.0 1.96 3.0,0.0 0.0 3.0, 0.0 1.96 2.0,0.0 2.21 1.5, 0.0 1.96 1.0,0.0 0.0 0.0
]# Observe a equivalência de quantidade de posições e tempos # chave
}]
}ROUTE Clock.fraction_changed TO CubePath.set_fractionROUTE CubePath.value_changed TO Cube.set_translation
Animações: sentindo ações do usuário Em VRML há a possibilidade de sentir o
toque, a aproximação e os movimentos do usuário, através do mouse, claro.
O conjunto de nós utilizados para este fim é constituído por:– Nó TouchSensor – Nó CylinderSensor– Nó SphereSensor– Nó PlaneSensor
Tais nós podem ser incluídos em qualquer grupo e com rotas, podem disparar animações
As ações do usuário podem promover movimentos diversos:
TouchSensorTouchSensor: sentir ações do tipo “click” e “drag” PlaneSensorPlaneSensor: sensível às ações do tipo “drag”,
serve para computar distâncias de translação, gerando mudanças de posição das formas - usado para arrastar as formas através do cenário
SphereSensorSphereSensor: sensível às ações do tipo “drag” - computa eixos de rotação e ângulos, com saídas que podem gerar rotações de formas
CylinderSensorCylinderSensor: também sensível às ações do tipo “drag”, capaz de produzir também rotações das formas, como, por exemplo, abrir uma porta, já que possibilita definir um máximo e um mínimo
Exemplo de animação Este exemplo mostra um nome em animação,
disparado por um sensor de toque - a delimitação de posições - inicial e final, se dá por meio do nó OrientationInterpolator, associado ao disparo feito pelo nó TouchSensor
O nome pode ser arrastado, usando o nó PlaneSensor, que com o movimento do mouse, leva o mesmo para a posição que desejarmos na tela.
Aqui, um texto é animado, mas, poderíamos fazer isto com qualquer forma do meu cenário.
Observe que as rotas de mudanças devem ser expressamente declaradas.
#VRML V2.0 utf8
# Aqui um nome gira com o toque do mouse... basta pressionar o botão esq.
# do mouse para o movimento acontecer... Reparar na transparência do chão
# nas cores das letras e no toque.
Group {
children [
# Rotating Nome
DEF Nome Transform {
#translation -5.0 0.0 0.0
children [
Shape {
appearance DEF White Appearance {
material Material { }
}
geometry Text {
string ["Alexandre", "Cardoso"]
fontStyle DEF Fonte FontStyle{
size 0.9
style "BOLD"
family "SANS"
justify "MIDDLE" } } },
Shape { appearance Appearance { material Material {
diffuseColor 0.0 1.0 1.0
transparency 0.5 } }
geometry Box {
size 3.7 0.05 2.0 } } ] },
# Sensor
DEF Touch TouchSensor { },
DEF Arrasta PlaneSensor { },
# Animation clock
DEF Clock TimeSensor { cycleInterval 5.0
loop FALSE},
# Animation path
DEF CubePath OrientationInterpolator {
key [ 0.0, 0.50, 1.0 ]
keyValue [
0.0 1.0 0.0 0.0,
0.0 1.0 0.0 -3.14,
0.0 1.0 0.0 -6.28
]
}
]
}
ROUTE Touch.touchTime TO Clock.set_startTime
ROUTE Clock.fraction_changed TO CubePath.set_fraction
ROUTE CubePath.value_changed TO Nome.set_rotation
ROUTE Arrasta.translation_changed TO Nome.set_translation
Animações - animando formas com tempos diferentes e mudando posições:
É possível definir tempos diferentes para formas diferentes, gerando aspectos de movimentos diferenciados dentro do cenário– ex5.wrl
Uma forma de movimento de rotação, a partir de movimentação do mouse é definida por SphereSensor – ex6.wrl
é possível também utilizar múltiplos sensores, situados em diferentes grupos - neste caso, a ação que prevalece é a do sensor que está mais próximo– ex7.wrl
Iluminação - efeitos importantes:
VRML trabalha com diferentes formas de fontes de luz: fontes puntuais, fontes direcionais e fontes do tipo spot
Nós básicos:– PointLight– DirectionalLight– SpotLight
Pode-se alterar as condições de atenuação destas fontes, interação com a luz ambiente, cor, posição, entre outros campos
A boa associação destes nós produz efeitos realísticos na cena.
Exemplo: luz em cena: usando o nó PointLight, pode-se colocar uma fonte
de luz no centro de um dado conjunto de esferas, gerando um efeito interessante– luz1.wrl
usando o nó SpotLight, um spot pode ser colocado - este nó permite a definição do ângulo de abertura da fonte de luz– luz3.wrl
usando o nó DirectionalLight, uma iluminação direcional, vinda de uma posição muito distante, num eixo previamente determinado, gera um efeito de fonte de luz extensa, tal como o sol– luz4.wrl
Código do exemplo de iluminação - discussão:#VRML V2.0 utf8
# este programa tem um conjunto de esferas, que com a aproximação do sensor
# é iluminado por luz azul esverdeada.
Group {
children [
DEF Luz SpotLight {
on FALSE
location 0.0 0.0 0.0
direction 1.0 0.0 0.0
color 0.0 1.0 1.0
ambientIntensity 0.80
radius 12.0
},
Inline {
url "spheres.wrl"
bboxCenter 0.0 0.0 0.0
bboxSize 16.0 16.0 1.0
},
DEF Toque TouchSensor { }
]
}
ROUTE Toque.isOver TO Luz.set_on
Elementos complementares: formas geométricas As formas geométricas podem também serem
definidas por curvas suaves, conjuntos de faces indexadas, grades de elevação, extrusões etc...
Para prover tais formas, VRML dispõe dos seguintes nós básicos:– PointSet - para definir conjuntos de pontos– IndexedFaceSet - para definir conjunto de faces indexadas,
muito útil para definições de superfícies específicas – ElevationGrid - para gerar aspectos de terrenos, usando
grades constituídas por uma série de pontos em X e Z, tal como um tabuleiro de xadrez e que podem ter uma dada elevação
– Extrusion - para definir extrusões
Exemplos - concebendo formas geométricas mais complexas:
– gerando um cubo - linhas - modelo de arame, usando o nó IndexedFaceSet:
– ex8.wrl
– gerando o mesmo cubo, mas, por um conjunto de faces, definindo superfícies específicas para cada uma das faces:
– ex9.wrl
– animando o cubo do exemplo anterior, podemos ter uma forma que se movimenta, baseada em faces que mudam de tamanho
– ex10.wrl
– Podemos elaborar o modelo de uma montanha, usando o nó ElevationGrid - ainda não se comenta aqui a texturização da cena:
– ex11.wrl
– A construção de superfícies mais suaves pode se dar com a combinação de uma grade com elevações positivas e negativas
– ex.12.wrl
– finalmente, para mostrar a concepção de um medalhão, como uma forma pouco comum, podemos usar uma associação de diversas grades elevadas e unidas - aqui um total de 12 grades, como a anterior foram unidas:
– ex.13.wrl
Elementos complementares: Aparência: O nó appearance tem campos importantes na
definição da aparência final da forma e que podem incluir a texturização da mesma:– ex14.wrl
#VRML V2.0 utf8
# aqui, uma caixa recebe a textura de uma parede de tijolos:
Shape {
appearance Appearance {
material Material { }
texture ImageTexture {
url "brick.jpg"
}
textureTransform TextureTransform {
scale 3.0 3.0 }}
geometry Box { }}
As texturas podem sofrer animação e dar efeitos mais realísticos às formas– ventilador.wrl
– ventilador2.wrl
uma forma qualquer pode receber diferentes texturas, criando formas 3D mais próximas das formas naturais dos corpos– latinha.wrl
#VRML V2.0 utf8
Group {
children [
# parte superior da lata - usa uma textura específica:
Shape {
appearance Appearance {
material Material { }
texture ImageTexture {
url "cantop.jpg"}}
geometry Cylinder {
bottom FALSE
side FALSE
height 2.7
}
}
# parte inferior da lata - usa outra textura:
Shape {
appearance Appearance {
material Material { }
texture ImageTexture {
url "canbot.jpg"
}
}
geometry Cylinder {
top FALSE
side FALSE
height 2.7
}
}
# envolvendo o cilindro com uma textura, temos a forma final da lata:
Shape {
appearance Appearance {
material Material { }
texture ImageTexture {
url "canlabel.jpg"
}
}
geometry Cylinder {
top FALSE
bottom FALSE
height 2.7
}
}
]
}
O efeito é uma latinha com aparência bem realística.
Elementos complementares: fundos
A composição de cenas ganha mais realismo com a adição de fundos - backgrounds
Tais adições geram uma esfera infinitamente larga, posta em torno do mundo
o nó básico: Background exemplo
– estrela2.wrl
Elementos complementares: atmosfera
A adição de atmosferas permite – condições de simulação de dias nublados– visibilidades diferenciadas – alteração de cores da cena final
O nó básico: Fog - neblinaFog { color 1.0 1.0 1.0
visibilityRange 0.0 - distância do examinador
fogType “Linear”
set_bind - retirar ou colocar o efeito - eventIn
bind_changed }
atmosfera.wrl
Elementos complementares: sons A adição de sons é permitida de forma a criar
realismo a eventos ou a cenas em VRML. O nó básico é o nó Sound, onde pode ser
inserido um AudioClip, como um campo do mesmo: Sound{
....
source AudioClip {
loop TRUE
url “teste.wav”
}
Complementos: detalhamento É possível controlar o nível de detalhamento
das formas dentro do cenário, agrupando-as no nó LOD
Tal nível de detalhamento estará relacionado com a distância dos objetos ao observador
um carro, por exemplo, pode ser representado por um cubo a 1000 unidades de distância, dois cubos a 500 unidades de distância e dois cubos e mais quatro esferas a 200 unidades de distância
• lod2.wrl
Conclusões
VRML é uma linguagem independente de plataformas e que permite a criação de cenários 3D interativos
A linguagem tem algumas geometrias pré-definidas e suporta transformações diversas
VRML suporta bem elementos de multimídia, tais como sons, filmes etc
VRML é de fácil manuseio e seus arquivos são da forma textual - geralmente pequenos em relação ao efeito que produzem.