VRML: Virtual Reality Modeling Language Alexandre Cardoso

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1 VRML: Virtual Reality Modeling Language Alexandre Cardoso
VRML - A INTERNET EM 3D VRML: Virtual Reality Modeling Language Alexandre Cardoso

2 VRML - A Internet em 3D Introdução Geometria Animação Iluminação
Elementos Complementares Conclusão Espaço Aberto

3 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 Geometria VRML Comportamento - Agosto/96

4 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.

5 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.

6 O arranjo básico: # VRML V2.0 utf8 Group{ children [ nó e campos ....
] }

7 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

8 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

9 Exemplo 1 # VRML V2.0 utf8 Group { children [ Shape{ geometry Cone {}
]

10 Primitivas Geométricas:
As formas geométricas básicas: Box Cone Cylinder Sphere Text - formatar textos ElevationGrid Extrusion IndexedFaceSet IndexedLineSet PointSet

11 O nó appearance: Estrutura básica: appearance Appearance{ material
texture textureTransform } material: define elementos de cor, reflexão de luz e transparência do material da qual o objeto é constituído texture: define uma imagem, um filme ou cores particulares para os pixel do material que constitui o objeto textureTransform: define mudanças da textura do material.

12 Textos Em VRML, textos são definidos pelo nó Text Text{
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

13 Exemplo2 - forma e aparência: uma estação espacial (?)
#VRML V2.0 utf8 Group{ children [ Shape { appearance DEF Cor Appearance { material Material { diffuseColor } } geometry Box { size }, appearance USE Cor geometry Sphere { radius 7.0

14 Shape { appearance USE Cor geometry Cylinder { radius 12.5 height 0.5 } }, radius 4.0 height 20.0 radius 3.0 height 30.0 radius 1.0 height 60.0 ]

15 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.

16 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 } } 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 appearance USE Cinza geometry Cone { bottomRadius 2.5 }}]}]}

17 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.

18 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 ... }

19 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 }

20 Exemplo de animação: #VRML V2.0 utf8 Group { children [
DEF Cube Transform { children Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor } } geometry Box { size } }, # Relógio da animação - gerando tempos fracionais DEF Clock TimeSensor { cycleInterval 4.0 loop TRUE

21 DEF CubePath PositionInterpolator { key [ 0.00, 0.11, 0.17, 0.22,
# 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 [ , , , , , , , , , , , , # Observe a equivalência de quantidade de posições e tempos # chave } ROUTE Clock.fraction_changed TO CubePath.set_fraction ROUTE CubePath.value_changed TO Cube.set_translation

22 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

23 As ações do usuário podem promover movimentos diversos:
TouchSensor: sentir ações do tipo “click” e “drag” PlaneSensor: 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 SphereSensor: sensível às ações do tipo “drag” - computa eixos de rotação e ângulos, com saídas que podem gerar rotações de formas CylinderSensor: 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

24 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.

25 #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 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 transparency 0.5 } } geometry Box { size } } ] },

26 # 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 [ , , ] } 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

27 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

28 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.

29 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

30 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 direction color ambientIntensity 0.80 radius }, Inline { url "spheres.wrl" bboxCenter bboxSize DEF Toque TouchSensor { } ] } ROUTE Toque.isOver TO Luz.set_on

31 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

32 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

33 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

34 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 }} geometry Box { }}

35 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"}}

36 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" top FALSE

37 O efeito é uma latinha com aparência bem realística.
# 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.

38 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

39 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 - neblina Fog { color visibilityRange distância do examinador fogType “Linear” set_bind - retirar ou colocar o efeito - eventIn bind_changed } atmosfera.wrl

40 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” }

41 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

42 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.