Einführung in VRML. Praktikum VRML und Java3D: C. Seiler Uni Frankfurt / Fraunhofer-AGC

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1 Praktikum VRML und Java3D: Einführung in VRML C. Seiler Uni Frankfurt / Fraunhofer-AGC C. Seiler Folie 1 Vers. 26-Apr-01

2 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 C. Seiler Folie 2 Vers. 26-Apr-01

3 Copyright John Zukowski: Introduction to the JavaBeans API, Tutorial von Sun Microsystems Inc. C. Seiler Folie 3 Vers. 26-Apr-01

4 VRML C. Seiler Folie 4 Vers. 26-Apr-01

5 Was ist VRML? Virtual Reality Modeling Language Beschreibungssprache ( kein Softwaresystem ) Umsetzung der Sprachbeschreibung durch VRML - Browser Standardisierte Sprache: Eine VRML - Szene durch verschiedene Browser darstellbar C. Seiler Folie 5 Vers. 26-Apr-01

6 Beispiel einer VRML Szene C. Seiler Folie 6 Vers. 26-Apr-01

7 VRML: Features (I) Geometriebeschreibungen Grundprimitive (Würfel, Zylinder,...) Polygonale Objekte Elevation Grids Extrudierte Objekte Materialbeschreibungen Farbe Schattierungen C. Seiler Folie 7 Vers. 26-Apr-01

8 VRML: Features (II) Beleuchtungsbeschreibungen Texturierungen Textbeschreibungen Transformationsbeschreibungen Animationen Zeit Interpolation C. Seiler Folie 8 Vers. 26-Apr-01

9 VRML: Features (III) Interaktionsbeschreibungen Billboards Sensoren Hintergrund und Nebel Multimediabeschreibungen Video 3D Sound C. Seiler Folie 9 Vers. 26-Apr-01

10 VRML: Features (IV) Strukturbeschreibungen Gruppierungen Prototypen Detaillierungsbeschreibungen Kamerabeschreibungen Viewpoints Hypermediabeschreibung Anchors C. Seiler Folie 10 Vers. 26-Apr-01

11 VRML: Features (V) Beschreibung von Programmierlogik Java Javascript VRMLscript Java Scripting API External Authoring Interface C. Seiler Folie 11 Vers. 26-Apr-01

12 VRML: Features Zusammenfassung VRML ist Beschreibungssprache für interaktive 3D Welten VRML integriert Animation, Multimedia und Hypermedia VRML kann über Internet / WWW übertragen werden VRML kann mit immersiven Technologien umgesetzt werden C. Seiler Folie 12 Vers. 26-Apr-01

13 VRML und Programmierlogik Einbindung von Programmen beliebiger Komplexität Programme können in die VRML Szene eingreifen Anwendungsbeispiele Mehrbenutzersysteme Datenbankanbindung Simulationen C. Seiler Folie 13 Vers. 26-Apr-01

14 VRML: Geschichte (I) 1994 Mark Pesce, Tony Parisi, Gavin Bell beginnen mit der Idee einer Erweiterung des Internetstandards HTML in San Francisco Mitte 1995: VRML 1.0 basiert nach Entscheidung durch Internet vote auf Open Inventor von SGI Beginn der Unterstützung durch SGI, Netscape und Microsoft C. Seiler Folie 14 Vers. 26-Apr-01

15 VRML: Geschichte (II) VRML Architecture Group (VAG) wird auf der SIGGRAPH 95 gegründet Anfang 1996 Aufruf zu Vorschlägen für VRML 2.0 durch die VAG VRML 2.0 wird auf der SIGGRAPH 96 spezifiziert nach offener Abstimmung auf Moving Worlds von SGI basierend Gründung des VRML Konsortiums C. Seiler Folie 15 Vers. 26-Apr-01

16 VRML: Geschichte (III) Anfang 1997 Beginn der ISO - Standardisierung mit der Erarbeitung von VRML 97 Ende 1997 wird VRML 97 standardisiert als ISO/IEC DIS Zukunft: x3d, ISO in 2002 C. Seiler Folie 16 Vers. 26-Apr-01

17 Der 3D Raum Koordinatensystem rechtshändig vs. linkshändig y y z z x x 3D - Koordinaten, z.b. (2.0, 1.5, 7.21) C. Seiler Folie 17 Vers. 26-Apr-01

18 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 C. Seiler Folie 18 Vers. 26-Apr-01

19 Der Szenengraph Visualisierung der Szenenhierarchie Kanten: Abhängigkeitsrelation Knoten(engl. Nodes ): Geometrien Transformationen Materialeigenschaften... Knotenfelder ( engl. Fields ) C. Seiler Folie 19 Vers. 26-Apr-01

20 Eine VRML Datei #VRML V2.0 utf8 Shape { appearance Appearance { material Material { } geometry Cone { bottomradius 2.4 height 5.0 } } C. Seiler Folie 20 Vers. 26-Apr-01

21 Aufbau von VRML Dateien (I) VRML Header Version Character Set, z.b. UTF-8 ( ISO :1993 ) Zeilenkommentare (Beginn mit #) VRMLKnotenund Felder Zuordnung mit geschweiften Klammern { } C. Seiler Folie 21 Vers. 26-Apr-01

22 Gruppieren von Knoten Zusammenfassen von Knoten zu einer Gruppe: Group Node Bsp: Group{ } children [ ] Shape{...} Shape{...} C. Seiler Folie 22 Vers. 26-Apr-01

23 Transformationen (I) Translation (Verschiebung) Verschiebungsvektor: ( x, y, z ) C. Seiler Folie 23 Vers. 26-Apr-01

24 Transformationen (II) Rotation (Drehung) Rotationsachse: ( x, y, z ) Beachte: nur Richtung ist entscheidend Rotationswinkel: ϕ Beachte: Vorzeichen des Winkels ermitteln mit der Rechte-Hand-Regel Beachte: Winkel in radian messen ( π = 3, entsprechen 180 ) Rotationszentrum: ( x, y, z ) C. Seiler Folie 24 Vers. 26-Apr-01

25 Transformationen (III) Skalierung (Größenänderung) Skalierungsfaktoren: ( s x,s y,s z ) Rotationsachse: ( x, y, z ) Rotationswinkel: ϕ Beachte: 1. Skalierungsrotation 2. Skalierung 3. Rückrotation C. Seiler Folie 25 Vers. 26-Apr-01

26 Transformationsnode Darstellung von Transformationen in VRML durch einen Node Angabe von Werten zur Spezifizierung der Transformation in Fields Bsp. rotation Spezielles Field mit Liste der Knoten, die von der Transformation betroffen sind Bsp. children [ ] C. Seiler Folie 26 Vers. 26-Apr-01

27 Transformationsnode: Beispiel #VRML V2.0 utf8 Transform{ children [ Shape { ] translation rotation } appearance Appearance{ material Material { } } geometry Box { } } C. Seiler Folie 27 Vers. 26-Apr-01

28 Szenengraph Beispiel (1) C. Seiler Folie 28 Vers. 26-Apr-01

29 Szenengraph Beispiel (2) C. Seiler Folie 29 Vers. 26-Apr-01

30 Szenengraph Beispiel (3) C. Seiler Folie 30 Vers. 26-Apr-01

31 Szenengraph Beispiel (4) C. Seiler Folie 31 Vers. 26-Apr-01

32 Szenengraph Beispiel (5) C. Seiler Folie 32 Vers. 26-Apr-01

33 Szenengraph Beispiel (6) C. Seiler Folie 33 Vers. 26-Apr-01

34 VRML Typen (I) Single Field Values (SF) Multiple Field Values (MF) SFBool SFInt32 42 MFInt32 TRUE, FALSE SFFloat MFFloat C. Seiler Folie 34 Vers. 26-Apr-01

35 VRML Typen (II) SFString MFString Gabelstapler SFTime 65 (entspricht 0 Uhr 1 Minute 5 Sek. GMT am ) SFNode MFNode SFImage Transform C. Seiler Folie 35 Vers. 26-Apr-01

36 VRML Typen (III) SFVec2f MFVec2f SFVec3f MFVec3f SFRotation MFRotation SFColor MFColor C. Seiler Folie 36 Vers. 26-Apr-01

37 DEF - USE Mechanismus Knoten können benannt werden Bsp. DEF my_box Box {... } Namen bestehen aus Buchstaben, Ziffern, Unterstrich beginnen mit Buchstaben unterscheiden Groß- und Kleinschreibung Knoten können beliebig oft benutzt werden Bsp. USE my_box C. Seiler Folie 37 Vers. 26-Apr-01

38 Reservierte Namen in VRML DEF EXTERNPROTO FALSE IS eventin TRUE TO eventout PROTO NULL exposedfield ROUTE USE field C. Seiler Folie 38 Vers. 26-Apr-01

39 Events und Routen (I) Ereignis (Event) Wertänderung Benutzerinteraktion Verbindung (Route) Verbindung zweier Knoten zum Austausch von Events Startknoten (Quelle) Zielknoten (Senke) C. Seiler Folie 39 Vers. 26-Apr-01

40 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 C. Seiler Folie 40 Vers. 26-Apr-01

41 Routing: Beispiel DEF Würfel Transform{... } DEF Kugel Transform{... } ROUTE Würfel.translation_changed TO Kugel.set_scale C. Seiler Folie 41 Vers. 26-Apr-01

42 Syntax von VRML Knoten Knotenname Feldliste Für jedes Feld Name Defaultwert Art (field, eventin, eventout, exposedfield) Typ C. Seiler Folie 42 Vers. 26-Apr-01

43 Beispiel: Syntax des TimeSensors TimeSensor enabled TRUE exposed SFBool starttime 0.0 exposed SFTime stoptime 0.0 exposed SFTime cycleinterval 1.0 exposed SFTime loop FALSE exposed SFBool isactive eventout SFBool time eventout SFTime cycletime eventout SFTime fraction_changed eventout SFFloat C. Seiler Folie 43 Vers. 26-Apr-01

44 TimeSensoren loop = TRUE stoptime <= starttime loop = TRUE starttime < stoptime loop = FALSE stoptime <= starttime loop = FALSE starttime < stoptime Endlose Zyklenabfolge Zyklenabfolge bis zur Stopzeit 1 Zyklus, Stop bei Startzeit + Zykluszeit 1 Zyklus, Stop bei Startzeit + Zykluszeit oder Stopzeit, falls diese vorher C. Seiler Folie 44 Vers. 26-Apr-01

45 Animation Zeitquelle Interpolator Positioninterpolator Colorinterpolator Scalarinterpolator... Routen: Zeit > Interpolator Interpolator > zu animierender Wert C. Seiler Folie 45 Vers. 26-Apr-01

46 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 [ , ] C. Seiler Folie 46 Vers. 26-Apr-01

47 Routingbeispiel für Animation Kugel sei ein Transform Node mit Shape KugelPfad sei ein PositionInterpolator Node Uhr sei ein TimeSensor Node ROUTE Uhr.fraction_changed TO KugelPfad.set_fraction ROUTE KugelPfad.value_changed TO Kugel.set_translation C. Seiler Folie 47 Vers. 26-Apr-01

48 Übung Schreiben Sie eine VRML Szene, in der ein Würfel der Kantenlänge 3m innerhalb von 10s 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. C. Seiler Folie 48 Vers. 26-Apr-01

49 Inlines Einfügen von VRML Dateien in VRML Dateien Beispiel: Inline { url beispiel.wrl } Eigener Namensraum bei DEF / USE C. Seiler Folie 49 Vers. 26-Apr-01

50 VRML Knoten Auflistung aller Nodes und Fields in der VRML Spezifikation C. Seiler Folie 50 Vers. 26-Apr-01

51 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 C. Seiler Folie 51 Vers. 26-Apr-01

52 Prototypen (II) PROTO Würfel [ field SFVec3f abmessung ] { Shape { appearence Appearence{ material Material{ } } geometry Box{ size IS abmessung } } } C. Seiler Folie 52 Vers. 26-Apr-01

53 Prototypen (III) DEF / USE hat eigenen Namensraum Verbindung interface und body field exposedf eventin eventout field exposedf eventin eventout Verschachtelung von Prototypen möglich C. Seiler Folie 53 Vers. 26-Apr-01

54 Externe Prototypen Syntax: EXTERNPROTO name [ interface ] { urls } Anlegen von Prototypbibliotheken Beispiel: EXTERNPROTO Cube [ field SFVec3f abmessung ] { lib.wrl#würfel } C. Seiler Folie 54 Vers. 26-Apr-01

55 Aufbau von VRML - Dateien (II) VRML - Header Kommentare Prototyp - Definitionen Knoten und Felder Routen C. Seiler Folie 55 Vers. 26-Apr-01

56 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 C. Seiler Folie 56 Vers. 26-Apr-01

57 Informationsressource: WWW (I) VRML Konsortium Homepage Gesellschaft mit dem Ziel der Standardisierung und Verbreitung von VRML VRML Repository Sehr gute, umfassende Zusammenstellung von Verweisen zum Thema VRML C. Seiler Folie 57 Vers. 26-Apr-01

58 Informationsressource: WWW (II) ParallelGraphics Wichtiger VRML-Browser Hersteller (1) blaxxun interactive Wichtiger VRML-Browser Hersteller (2) Javasoft Homepage Wichtige Informationsquelle zu Java C. Seiler Folie 58 Vers. 26-Apr-01

59 Informationsressource: WWW (III) Xj3D ml Enthält auch VRML97 Loader für Java3D Java API Spezifikation siehe Java Platform Core API The Mining Company Grosses Repository C. Seiler Folie 59 Vers. 26-Apr-01

60 Informationsressource: Mailinglist Wichtigste allgemeine Mailingliste: subscribe www-vrml Liste spezielle zum Thema Scripting: subscribe vrml-behaviors VRML Benutzergruppe (dt.): C. Seiler Folie 60 Vers. 26-Apr-01

61 Informationsressource: Buch (I) VRML 2.0 Source Book Ames, Nadeau, Moreland Wiley, 1996 Annotated VRML Reference Manual Bell, Carey Addison-Wesley, 1997 Teach Yourself VRML in 21 Days Marrin, Campbell SAMS Net, 1997 C. Seiler Folie 61 Vers. 26-Apr-01

62 Informationsressource: Buch (II) The VRML 2.0 Handbook Hartman, Wernecke Addison-Wesley, 1996 Late Night VRML 2.0 with Java Roehl, Couch et al. ZD Press, 1997 VRML 97 (dt.) Addison-Wesley, 1997 C. Seiler Folie 62 Vers. 26-Apr-01

63 Informationsressource: Buch (III) JAVA for 3D and VRML Worlds Lea, Matsuda, Miyashita New Riders, 1996 JAVA 1.1 für Insider (dt.) Morrison SAMS, 1997 JAVA 1.1 in a Nutshell (dt.) O Reilly, 1997 C. Seiler Folie 63 Vers. 26-Apr-01

64 Fragen & Kommentare C. Seiler Folie 64 Vers. 26-Apr-01