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X3D
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Percorso

• Introduzione a X3D
• Obiettivi di progettazione
• Un po di storia
• Obiettivi principali della specifica X3D
• Caratteristiche
• Mercati coinvolti
• Architettura
• Componenti
• Esempi

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Introduzione

• X3D è uno standard di formato di file potente ed
  estensibile per descrivere ambienti virtuali
  tridimensionali distribuiti per la rete.

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Introduzione

• X3D è sviluppato dal Web 3D Consortium,
  associazione non profit responsabile della
  definizione degli standard grafici 3D per il web.
  Web 3D lavora in stretto contatto con altre
  associazioni quali the International Standards
  Organization (ISO), the World Wide Web Consortium
  (W3C) e the MPEG-4 Committee, per facilitare al
  massimo l'interoperabilità e l'adozione dei
  propri standard da parte delle industrie.

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Introduzione

• X3D fornisce
• XML encoding rende possibile l'incorporazione del
  3D nell'architettura web service e negli ambienti
  distribuiti e facilita il trasferimento di dati
  3D fra applicazioni.
• Scene Authoring Interface fornisce contenuti 3D
  in tempo reale e controlla facilmente la loro
  integrazione in un'ampia gamma di applicazioni
  web e non.

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Introduzione

• X3D è il successore di VRML (standard ISO
  -ISO/IEC 14772-11997- per web basati su grafica
  3D)
• Il campo di azione dell'X3D va a sovrapporsi al
  già affermato VRML97. Infatti, questo standard,
  nasce come sforzo per migliorare la specifica
  Vrml97, cercando di prendere spunto da quanto di
  buono essa contiene e di correggere le palesi
  difficoltà di implementazione o diffusione da
  essa mostrate.
• I progressi dell'X3D rispetto il VRML riguardano
  nuove caratteriche, applicazioni avanzate di
  interfacce programmatori, formati addizionali di
  codifica dei dati, conformità più ristretta e
  un'architettura costituita da componenti che
  fornisce l'approccio modulare di supporto allo
  standard.

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Obiettivi di progettazione

• Separare l'architettura di runtime dalla codifica
  dei dati
• Supportare svarietà formati di codifica, incluso
  l'Extensible Markup Language (XML)
• Aggiungere nuove grafiche, comportamenti e
  oggetti interattivi
• Fornire alternative application programmer
  interfaces (API) nella scena 3D
• Modularizzare l'architettura in componenti
• Definire sottoinsiemi della specifica ( "
  Profiles" ) che soddisfino le differenti
  necessità di mercato
• Permettete alla specifica di essere realizzata a
  diversi livelli di servizio
• Eliminare, dove possibile, comportamenti non
  specificati o non sufficientemente specificati

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Un po' di storia

• Fase iniziale del processo di definizione del
  nuovo standard portata avanti da uomini della
  Platinum (società che nella seconda metà del 98
  aveva mostrato un grosso interesse per il settore
  andando ad acquistare alcune tra le principali
  tecnologie disponibili).
• Modalità di avanzamento del processo
  profondamente diverse da quelle che avevano
  caratterizzato la definizione di Vrml 1.0 e Vrml
  2.0.

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Un po' di storia

• Colpo di scena in occasione di VRML99 tenutosi a
  Paderborn in Germania a febbraio. La Platiunum
  annunciò la liquidazione del settore 3D con
  licenziamenti a valanga una mossa che sorprese
  un po tutti, visto che arrivava 6 mesi dopo
  l'acquisizione di risorse strategiche nel
  settore.
• Dopo un iniziale periodo di sbandamento, la
  comunità internazionale web3d prese in mano il
  processo di definizione dello standard X3D. Si
  formò un team di sviluppo (periodo marzo-aprile
  1999) capeggiato da Don Brutzman, attuale
  coordinatore del processo di definizione.

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Un po' di storia

• Ancora una volta il processo di definizione delle
  nuove specifiche è sembrato troppo lento e
  soprattutto non in linea con la storia recente di
  Vrml che aveva visto la mailing list www-vrml
  sempre in primo piano in particolare nel periodo
  che va dallaprile al giugno 99 molto forti erano
  le lamentele circa un processo di
  standardizzazione che sembrava procedere in modo
  autonomo rispetto alla comunità web3d.

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Un po' di storia

• Un evento 'imprevisto' sbloccò la situazione.
  Shout Interactive, società emergente nel settore
  Vrml e una tra le maggiori promotrici di X3D,
  sottomise al Web3D Consortium una proposta di
  specifica, fornendo anche una parziale
  implementazione già attiva. Subito dopo anche
  Blaxxun rilasciava un propria proposta, seguita a
  ruota da un'altra di New Objectivity.
• Queste iniziative hanno probabilmente colto
  leggermente di sorpresa il team di sviluppo di
  X3D, obbligandolo di fatto a modificare il
  procedimento di sviluppo della specifica.

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Un po' di storia

• Si giunse alla definizione ufficiale di una
  Request For Proposal in cui far confluire le
  diverse proposte che già erano state presentate
  (o che stavano per essere completate).
• Partendo da queste il compito del team X3D
  dovrebbe essere quello di giungere alla
  definizione di un unico standard che sia in grado
  di sommare gli aspetti positivi di ognuna. Da
  poco è stata rilasciata una nuova draft di
  specifica per x3d. Il procedimento di definizione
  e soprattutto di valutazione è tuttora pienamente
  in corso.

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Un po' di storia
PROPOSITI SCADENZA
Specification draft 30/04/04
Implementazione browser 08/08/04
Dimostrazione Fine giugno
Valutazione 08/08/04
Inizio ISO submission I settimana di luglio
II round valutazione
ISO submission

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Obiettivi principali della specifica X3D

• Definizione di un core, un nucleo molto compatto
  della specifica che possa essere implementato
  velocemente, senza errori e con ridottissime
  dimensioni dei files risultanti. Questo comporta
  la possibilità di ottenere plug-in dalle
  dimensioni molto piccole (dell'ordine anche del
  centinaio di Kb) e quindi facilmente
  incorporabili nei browser html. Da sottolineare è
  che questo permette che contenuti X3D possano
  essere distribuiti addirittura con delle semplici
  applet Java che funzionano da viewer.
• E' da sottolineare come questo permetta di
  distribuire contenuti X3D utilizzando come viewer
  delle semplici applet Java.

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Obiettivi principali della specifica X3D

• Estendibilità Il core dovrebbe prevedere la
  possibilità di essere esteso con quelli che
  vengono definiti profili. Dovrebbe dunque essere
  presente un meccanismo che consente l'estensione
  del plug-in (o del viewer Java).
• Integrazione con XML Sarà dunque possibile creare
  contenuti X3D con una sintassi a tag XML.

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Obiettivi principali della specifica X3D

• X3D non comporta la morte di VRML.
• VRML97 è uno standard ISO e in quanto tale
  rimarrà attivo.
• La sintassi X3D è praticamente identica alla
  sintassi Vrml, con piccole varianti che nelle
  intenzioni dovrebbero semplificare la scrittura
  del codice e renderlo più semplice e coerente.

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Obiettivi principali della specifica X3D

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Cosa ha portato a definire il nuovo standard X3D?

• La necessità di disporre di un plug-in lato
  client per visualizzare i file VRML che spesso
  raggiunge dimensioni superiori anche ai 3Mb. Se
  si pensa che meno del 10 degli utenti della rete
  ha installato un plug-in vrml si possono
  comprendere molte delle resistenze delle aziende
  nella sua adozione come mezzo di comunicazione di
  massa.Non solo molto spesso le funzionalità più
  evolute non sono implementate nello stesso modo
  su tutti i plug-in e addirittura su alcuni non
  funzionano. Questo è dovuto essenzialmente alla
  complessità della specifica Vrml97. La specifica
  attuale è a detta di tutti troppo complessa per
  permettere agli sviluppatori di browsers di
  ottenere prodotti leggeri e privi di bug.

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Cosa ha portato a definire il nuovo standard X3D?

• Problema di estensioni che limita Vrml nella sua
  versione attuale. Attualmente non esiste un modo
  (a parte l'utilizzo dei PROTO) per realizzare
  estensioni alle funzionalità preimpostate. Se
  qualcuno volesse aggiungere collision object to
  object o ombre dovrebbe realizzare soluzioni
  proprietarie e, eventualmente, richiedere una
  successiva modifica dello standard.

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Cosa ha portato a definire il nuovo standard X3D?

• A fronte di queste problematiche il Web3D
  Consortium ha lanciato la proposta di definizione
  di un nuovo standard. Inizialmente denominato
  VRML-NG (Next-Generation)
• È stato poi ribattezzato X3D, dove la X andrebbe
  a sottolineare sia l'aspetto di estendibilità che
  la sua integrazione con XML, il nuovo standard
  per la definizione di contenuti per il web.

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Caratteristiche

• X3D ha un ricco insieme di caratteristiche per
  sostenere applicazioni come ingegneria e
  visualizzazione scientifica, presentazioni
  multimediali, intrattenimento e titoli didattici,
  pagine web e mondi virtuali condivisi. L'insieme
  di caratteristiche X3D include
• grafica 3D geometria poligonale, geometria
  parametrica, trasformazioni gerarchiche,
  illuminazione, materiali e multi-pass/multi-stage
  texture.
• grafica 2D
• Animazione
• Interazione di utente
• Navigazione
• Oggetti definiti dall'utente
• Scripting
• Rete di servizi
• Simulazione fisica animazione Humanoid
  geospatial datasets integrazione con protocolli
  Distributed Interactive Simulation (DIS)

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Caratteristiche

• Una caratteristica importante di file X3D è la
  capacità di comporre scene includendo e
  riportando altre scene tramite l'hyperlinking. Ad
  esempio, se consideriamo il file earth.wrl,
  specifica un mondo che contiene una sfera che
  rappresenta la terra, possiamo includere
  riferimenti ad altri file X3D rappresentativi
  delle città sulla terra (per esempio, file
  paris.wrl).
• L'inclusione di file gerarchici permette la
  creazione di mondi arbitrariamente grandi e
  dinamici. Quindi, X3D assicura che ogni file sia
  descritto completamente dagli oggetti contenuti
  in esso.

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Caratteristiche

• X3D è stato creato con l'intenzione di essere
  usato e distribuito sul web.
• Diversi meccanismi e oggetti rendono possibile e
  supportano questo obiettivo
• in-lining di altri file X3D o VRML
• hyperlinking ad altri file
• utilizzo di formati standard per altri file
• accesso ai mondi X3D da parte di programmi
  esterni che utilizzano SAI (scene authoring
  interface)
• definizione di differenti codifiche delle
  funzionalità astratte per soddifare svariati
  utilizzi.

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Caratteristiche chiave

• X3D integra XML
• X3D è intercambiabile supporta geometria,
  animazioni, tessiture e accensioni
• X3D è estensibile i componenti possono essere
  aggiunti per estendere le funzionalità di
  applicazioni e servizi, esiste un set di
  Interchange con script e di proto nodes, ma ne
  possono essere aggiunti di nuovi

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• X3D è definito set standardizzati di estensioni
  per soddisfare gli specifici bisogni delle
  applicazioni
• X3D è basato su VRML include le capacità e gli
  sviluppi del VRML97
• X3D è proiettato su diverse applicazioni dai
  cellulari ai supercomputer

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• X3D è tempo reale grafica di alta qualità, tempo
  reale, interattività e inclusione di audio e
  video come dati 3D.
• X3D è conforme rende facile costruire
  implementazioni prive di bug e consistenti

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Mercati coinvolti

• Il consorzio web 3D focalizza la propria
  attenzione su tre mercati principali e su
  diversimercati secondari.
• MERCATI PRINCIPALI
• CAD - (CDF)
• Liniziativa open standards X3D CAD si occupa di
  proporre ai consumatori laccesso ai dati tecnici
  3D, integrati nelle loro comuni applicazioni
  desktopo. Dal lato professionale, nellingegneria
  ad esempio, X3D renderà possibile creare nuovi
  profitti, aumentare la produttività e tagliare i
  costi grazie allaccesso a dati grafici,
  animazioni, materiali e texture. Laumento di
  valore nellarea CAD ridurrà I costi delle altre
  aree. Le applicazioni si possono riscontrare in
  diverse aree visualizzazione cliente,
  comunicazione del design, insegnamento,
  apprendimendo, documentazione tecnica, vendite e
  marketing e supporto al cliente.

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Mercati coinvolti

• L'iniziativa medica X3D sta sviluppando uno
  standard aperto interoperabile per la
  rappresentazione dell'anatomia umana basata su
  input generati da una larga varietà di modalità
  immagine.
• Questo consentirà di esportare le immagini in
  file consentendone l'utilizzo sia ai medici che
  agli studenti sui loro computer.
• Radiologhi e medici potranno dare risultati e
  anamnesi ai loro pazienti su CD-ROMS consentendo
  loro di esaminarli nella privacy casalinga. Se un
  paziente si è sottoposto a diversi tipi di esami
  questi possono essere visti e registratidando a
  medico e paziente un chiaro punto di vista della
  situazione clinica. I ricercatori potranno
  esportare i dati da diversi tipi di
  equipaggiamento fondendoli in una coerente
  struttura di dati 3D che potranno essere usati
  sia per l'educazione del paziente, per la
  diagnosi e per la preparazione chirurgica.

Medical - MedX3D
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Mercati coinvolti

• Visual Simulation (XMSF)
• Extensible Modeling and Simulation Framework
  (XMSF) è destinato a sostenere
  l'interoperabilità verso la gamma di modelli e
  simulazioni includendo metodi costruttivi,
  virtuali e reali. Utilizza X3D e XML Web services
  per dar vita a una nuova generazione di
  simulazioni distribuite.

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Mercati coinvolti

• Geospatial
• Education
• Technical Training and Documentation
• Entertainment and Games

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Architettura

• Archittettura component-based che supporta la
  creazione di diversi profili che possono essere
  individualmente supportati.
• I componenti possono essere singolarmente estesi
  o modificati aggiungendo nuovi livelli, o nuovi
  componenti possono essere aggiunti introducendo
  nuove caratteristiche, ad es. lo streaming.
  Attraverso questo meccanismo i vantaggi delle
  specifiche possono diffondersi velocemente perchè
  lo sviluppo in un'area non rallenta quello delle
  altre.

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Architettura

• L'architettura X3D descrive l'interazione fra
  contenuti multimediali 2D e 3D e applicazioni.
  Contiene sia elementi dichiarativi (quali oggetti
  e e struttura delle relazioni fra oggetti) che
  procedure (codice eseguibile). X3D stabilisce una
  gerarchia di oggetti rappresentando lo spazio
  temporale della grafica 3D e la scena che può
  essere dinamicamente modificata tramite diversi
  meccanismi.
• X3D include il supporto per un ricco set di
  caratteristiche grafiche 2D e 3D, animazioni,
  interazioni utente e navigazione nello spazio 3D.

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Architettura

• Gli autori di contenuti X3D iniziano generalmente
  scrivendo un file X3D o una stringa contenente lo
  stato iniziale dell'applicazione, contenente gli
  statements dichiarativi e procedurali che
  descrivono il suo comportamento.
• Un file X3D può essere
• puramente dichiarativo, descrivendo i
  comportamenti in termine di oggetti e di
  collegamenti fra le proprietà degli stessi
• puramente procedurale, con elementi visivi e di
  comportamento costruiti dinamicamente come parti
  dell'applicazione eseguita.
• Spesso una scena è una combinazione di entrambe.
• Browser è un programma che implementa X3D runtime
  environment
• Generator o authoring tool è un programma che
  genera contenuti X3D per il runtime.

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Architettura

• The scene graph
• La struttura fondamentale di X3D è scene graph,
  che descrive gli elementi visivi e
  comportamentali (nodes) e le loro relazioni
  reciproche. X3D scene graph è un grafo orientato
  aciclico.
• Ogni nodo può contenere uno o più nodi figli, e
  così via. Un nodo figlio può avere più di un nodo
  padre. Non sono permessi cicli un nodo non può
  avere se stesso come antenato nello scene graph.
  In aggiunta a questa relazione gerarchica, i nodi
  possono referenziarsi a vicenda, ad esempio un
  nodo può contenere come campo un puntatore a un
  altro nodo.

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Architettura

• Runtime environment
• Mantiene lo stato dello scene graph, restituire
  la scena quando necessario, ricevere input da una
  varietà di risorse, quali ad esempio sensori, ed
  eseguire cambiamenti sullo scene graph
  rispondendo alle istruzioni del sistema
  comportamentale.
• Gestisce il ciclo di vita degli oggetti.
• Coordina il processo degli eventi
• Gestisce l'interoperabilità fra il browser X3D e
  l'applicazione host per la consegna dei file,
  hyperlinking, integrazione delle pagine e accesso
  esterno programmatico.

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Architettura

• Network delivery
• I contenuti X3D sono progettati per diffondersi
  nel World Wide Web e nelle reti a banda larga
  utilizzando protocolli standard di trasporto,
  MIME content type identification, e
  indirizzamento tramite URL.
• Inlining
• Tecnica tramite cui è possibile comporre una
  scena X3D assemblando sul sistema client per
  opera del browser diversi file scaricati
  separatamente. Questa tecnica permette la
  creazione di contenuti modulari e riutilizzabili,
  migliorando l'esperienza dell'utente grazie alla
  riduzione del tempo di risposta successivamente
  al caricamento della scena iniziale.
• Hyperlinking
• caratteristica che consente di attaccare URL agli
  oggetti, queste saranno caricate dal browseral
  click dell'utente sull'oggetto.

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Profili, componenti, livelli

• X3D è una specifica complessa e per gestire la
  complessità ha adottato un'architettura modulare.
• Contrariamente al VRML, che richiedeva l'adozione
  dell'intero pacchetto di caratteristiche
  compliance, X3D permette agli sviluppatori di
  supportare un sottoinsieme delle specifiche
  (Profiles), composti da blocchi modulari di
  funzionalità (Components).
• Non tutti i contenuti richiedono le stesse
  qualità di visualizzazione e le stesse
  performance, pertando X3D consente alle
  specifiche di essere supportate con differenti
  qualità del servizio (Levels).
• Unendo profili, componenti e livelli otteniamo
  diverse gamme di confomant implementations a
  seconda della piattaforma e dell'applicazione di
  cui abbiamo bisogno.

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Profili, componenti, livelli

• PROFILES
• Sottoinsieme delle specifiche X3D per incontrare
  le esigenze di applicazioni, piattoforme e
  mercati.
• Ogni profilo rappresenta un insieme di
  caratteristiche volte a soddisfare le esigenze.
• Per esempio Interchange profile per scambiare
  contenuti fra authoring system contiene le
  caratteristiche richieste per specificare
  geometria, gruppi, apparenza e animazioni, ma non
  contiene l'interattività, i controlli di
  navigazione, lo scripting e le altre
  caratteristiche contenute nella specifica X3D.
• Per semplificare l'implementazione o ridurre la
  memoria richiesta la descrizione di un profilo
  deve contenere specifiche restrizioni su certe
  caratteristiche, quali la limitazione delle
  dimensioni degli degli array ad esempio. Browser
  e authoring tool sono considerati conformi a un
  particolare profilo se non implementano l'intera
  specifica X3D.

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Profili, componenti, livelli

• COMPONENTI
• Le capacità dell'X3D sono definite da blocchi
  distinti di funzionalità o componenti. I
  componenti sono divisi in gruppi quali Geometry,
  Grouping, Lighting, Texturing, Pointing Device
  Sensors, e Navigation. Rispettando le specifiche
  necessarie al contenuto i componenti possono
  essere mescolati, se il browser supporta i
  componenti richiesti non avrà problemi a
  restituirli.
• I Component possono essere supportati a diversi
  livelli, o qualità di servizio. Qualsiasi X3D
  component assegna uno schema di numerazione dei
  livelli a seconda della qualità di servizio da
  essi fornita, un alto livello indica la presenza
  (o assenza) di determinate caratteristiche,
  semantiche maggiormente definite e più severe
  richieste di conformità.

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Profili, componenti, livelli

• I contenuti e le applicazioni devono specificare
  il profilo richiesto e i componenti che devono
  essere supportati e a quale livello.
• Un browser X3D può usare le informazioni degli
  header del file per caricare solo i profili o i
  componenti richiesti e caricare dinamicamente i
  nuovi moduli dei programmi se i contenuti della
  scena richiedono componenti aggiuntivi non
  disponibili sul client.
• Se un profilo, un componente o un livello non è
  specificato il browser utilizzerà i valori di
  default.

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Application programmer interfaces (APIs)

• X3D fornisce un ricco set di APIs, che forniscono
  alla scena l'accesso all'esecuzione. Le APIs
  offrono estensioni delle funzionalità per i
  browser e l'integrazione di risorse interne ed
  esterne per generare comportamenti dinamici.
• L'accesso può essere interno -usato per creare
  elementi personalizzati dentro lo scene graph
• o esterno -connettendo al programma elementi
  esterni alla scena, per esempio collocati su un
  applicazione host quale il web browser.
• X3D APIs sono specificate come un set di servizi
  indipendenti dal linguaggio nella Interface
  Definition Language (IDL). I servizi delle API
  X3D sono limitate a differenti e popolari
  linguaggi di programmazione e di scripting,
  incluso Java e ECMAScript, e interoperabili con
  componenti tecnologici quali COM, DOM and CORBA.

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Data encodings

• I contenuti e le applicazioni X3D possono essere
  codificate in diversi formati.
• L'ISO 19775 contiene alcune specifiche al
  riguardo, definendo tre formati concreti di
  codifica
• Extensible Markup Language (XML)
• Virtual Reality Modeling Language (VRML97) utf-8
  
• Binary
• Questi possono esser a loro volta compressi
  utilizzando gzip oppure non compressi.
• I browser e i generators possono supportare uno o
  tutti i formati di codifica, a seconda delle
  necessità delle applicazioni e delle richieste di
  conformità di uno specifico componente o profilo.

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Field

• Field è una proprietà o un attributo di un nodo.
• Ci sono due classi generali di field
• che contengono un singolo valore (dove un valore
  può essere un singolo numero, un vettore, o
  un'immagine). Il loro nome inizia per SF
• che contengono una lista ordinata di multipli
  valori. Se field ha zero valori, il valore è
  vuoto ma continua a essere rappresentato. Il loro
  nome inizia con MF.

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Conformità
Di un file X3D

• Come primo elemento contiene X3D header statement
• Tutte le entità sono contenute all'interno della
  specifica funzione della corrispondente entità
  dell' ISO/IEC 19775 e il file X3D segue le
  relazioni definite dalla grammatica e dalla
  sintassi.
• La sequenza delle entità segue le relazioni
  specificate dall'ISO/IEC 19775 riproducendo la
  struttura da esso specificata.
• Tutti i field values nel file X3D seguono le
  relazioni specificate dall'ISO/IEC 19775
  producendo la struttura specificata dalla stesso.
  
• Nessun nodo nel file X3D è diverso da quello
  specificato per il profilo applicabile, a meno
  che sia richiesto per la codifica o per quelli
  definiti da entità PROTO o EXTERNPROTO.
• Il file X3D è codificato secondo le regole
  dell'ISO/IEC 19776.
• Non rientra nei comportamenti descritti come
  undefined dall' ISO/IEC 19775.

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Conformità
Di un generatore

• È conforme all'ISO/IEC 19775 se tutti i file X3D
  da esso generati sono sintatticamente corretti e
  soddisfano le richieste della conformità dei file
  X3D.

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Conformità
Di un browser

• È capace di leggere qualsiasi file X3D conforme
  al profilo supportato dal browser
• Implementa le funzionalità specificate per tutte
  le abstract interfaces
• Presenta le caratteristiche grafiche e audio dei
  nodi X3D in qualunque file X3D conforme alle al
  profilo applicabile.
• Gestisce correttamente l'interazione utente e
  generazione di eventi come specificato per il
  profilo applicabile.
• Soddisfa i requisiti minimi di supporto per
  browser inerenti al profilo applicabile come
  elencati dalle relative tabelle.

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Browser

• Il browser si occupa dell'interpretazione,
  dell'esecuzione e della presentazione del file
  X3D, mostrando le figure e i suoni presenti nello
  scene graph. Questa presentazione è nota come
  virtual world e la navigazione ha luogo tramite
  l'utente.
• Viewer è la posizione e l'orientamento del mondo,
  e i browser forniscono paradigmi di navigazione
  quali walking o flying per consentire all'utente
  il movimento nel mondo virtuale.

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Browser

• Oltre alla navigazione, il browser fornisce una
  serie di meccanismi che consentono all'utente
  l'interazione con il mondo tramite i sensor nodes
  definiti nello schema gerarchico della scena. I
  sensori rispondono all'interazione con l'utente
  tramite oggetti geometrici nel mondo, il
  movimento attraverso il mondo e il passare del
  tempo. Inoltre, Scene Access Interface (SAI)
  fornisce meccanismi per prendere gli input
  dell'utente e modificare il viewpoint corrente.
• Gli autori possono anche usare linguaggi di
  programmazione o script, vincolati al SAI, per
  implementare il loro algoritmo di navigazione.
• La visualizzazione degli oggetti geometrici nel
  mondo X3D segue il modello concettuale sviluppato
  per riprodurre le caratteristiche fisiche della
  luce. X3D lighting model descrive quindi come
  l'apparenza e la luce nel mondo si combinano per
  creare i colori visualizzati.

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Browser

• Cortona (Parallel Graphics)
• Contact (blaxxun)
• Piveron/CosmoPlayer (Nexternet)
• Octagon free player (Octaga)
• Xj3D (Yumetech)
• Flux (Media Machines)

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Development Tools

• Text Editor
• XML Editors
• X3D-Edit
• VizX3D
• VRML-X3D Translators

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The scene graph

• Unità base del X3D runtime environment è lo scene
  graph.
• Questa struttura contiene tutti gli oggetti del
  sistema e le loro relazioni, che sono contenute
  su diversi assi dello scene graph.
• Le relazioni nello spazio degli oggetti eseguiti
  sono descritte nella Transformation hierarchy.
  Tramite questa gerarchia, infatti, vengono
  descritte tutte le parti percebili direttamente
  del mondo virtuale.
• Le connessioni fra valori (routes) e flusso di
  eventi sono descritte nel Behavior graph.

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The scene graph

• Root nodes -nodi radice-
• Un file X3D può avere zero o più nodi radice. I
  nodi radice sono definiti dala dichiarazione dei
  nodi, dalla dichiarazione di uso o dalla
  dichiarazione dei PROTO.

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Runtime environment

• Mantiene lo stato corrente dello scene graph
• Processa le scene occorrenti
• Riveve input dai sensori, o da altre fonti
• Esegue i cambiamenti sullo scene graph
  rispondendo alle istruzioni del sistema
  comportamentale
• Gestisce il ciclo di vita degli oggetti, inclusi
  quelli predefiniti (built-in objects quali
  SFVec3F3D per valori vettoriali, Cylinder per i
  geometry nodes...), quelli definiti dagli utenti
  (creazione di nuovi nodi tramite meccanismi di
  prototyping, i quali diventano poi parti del
  runtime environment comportandosi esattamente
  come i nodi built-in) e gli script
• Coordina il processo degli eventi
• Gestisce l'interazione fra browserX3D e
  applicazione host per la consegna
• Gestisce l'hyperlinking, l'integrazione delle
  pagine e l'accesso a programmi esterni

X3D
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Object model

• Tutti gli oggetti in X3D derivano dal tipo base
  X3DObject
• Caratteristiche di un oggetto
• Type name (Backround, SFVec3F, MFColor, SFGroup)
  unico in tutto il file e per i nodi creati
  dall'autore non si possono usare i type name dei
  nodi built-in (se così fosse otterremmo undefined
  come risultato)
• Zero o più field
• Implementation ovvero la definizione per ogni
  oggetto dei modi di reagire ai cambiamenti delle
  proprietà dei field, delle ulteriori proprietà
  modificate a causa di tali cambiamenti, e come
  tutto ciò avrà effetto sull'esecuzione
• Se un oggetto deriva da un nodo X3D deve avere
  altre caratteristiche aggiuntive
• Un set di eventi che è in grado di ricevere e
  spedire
• Un nome che verrà poi utilizzato dagli altri
  statement per richiamare lo specifico nodo
  istanziato o per posizionare il nodo internamente
  alla scena

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Object model

• Esistono diversi modi di implementazione dei
  nodi, i nodi built-in sono disponibili agli
  autori senza descrizioni aggiuntive.
• Profili e componenti differenti hanno diversi set
  di Object built-in
• Prototypes object sono gli oggetti creati
  dall'autore tramite PROTO o EXTERNPROTO
  statements. Aggiungono un nuovo tipo di oggetto
  disponibile solo durante il ciclo di vita della
  sessione nella quale sono caricati.
• Native node extentions sono gli oggetti aggiunti
  usando EXTERNPROTO statament, con implementazione
  scritta in un'estensione (linguaggio) supportata,
  quale Java o C. una volta aggiunte hanno la
  stessa accessibilità e ciclo di vita degli
  oggetti definiti dagli autori.

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Object model

• Ciclo di vita degli oggetti
• I nodi sono creati, usati ed eventualmente
  distrutti.
• Un nodo è considerato in vita se una o più di
  queste condizioni sono vere
• il nodo è un nodo radice della scena
• il nodo è collegato da valori a un nodo in vita
• il nodo è collegato a uno script in vita
• esiste un collegamento esterno al nodo

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Prototype semantics

• La semantica prototype è utile e serve ogni volta
  che voglio creare un nuovo nodo o oggetto.
• EXTERNPROTOTYPE definisce un nuovo tipo di nodo
  come PROTO, ma implemetando il nodo esternamente
  e non partendo da valori di default dati, è,
  infatti, l'implementazione a definire i propri
  defaut.
• Gli statement di EXTERNPROTO possono anche
  riferirsi a URL di file VRML, consentendo la
  creazione di librerie di definizioni PROTO
  riutilizzabili, che i browser dovrebbero
  riconoscere dall'argomento in fondo all'URL
  name che indica lo statement PROTO per name
  in un dato file VRML.

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Prototype semantics

• VRML V2.0 utf8
• PROTO Gold Material ...
• PROTO Silver Material ...
• ...
• etc.

VRML V2.0 utf8 EXTERNPROTO
GoldFromLibrary "http//.../materials.wrlGold"
... Shape appearance
Appearance material GoldFromLibrary
geometry ...
Un materiale da questa libreria può essere usato
così
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Component

• La specifica ISO 19775 contiene la serie dei
  component suddivisi in categorie.
• Core component
• Fornisce le funzionalità minime necessarie a
  rendere un documento X3D conforme
• Prerequisito di tutti gli altri componenti X3D
• Fornisce costrutti astratti quali X3DNode,
  X3DPrototypeInstance, X3DRoute,
  X3DScene...

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Component

• Time component
• Il browser controlla il passare del tempo in un
  mondo tramite il TimeSensors che genera eventi.
• Alcuni browser possono accelerare o rallentare
  il tempo, ma generalmente quello generato dai
  TimeSensor si avvicina a quello reale.
  Un'implementazione ideale di X3D dovrebbe
  generare un numero infinito di campioni per
  cambiamenti continui, ognuno dei quali dovrebbe
  essere processato immediatamente.
• Nodi dipendenti dal tempo sono AudioClip,
  MovieTexture e TimeSensor ad esempio. Questi
  sono eseguiti in cicli e alla fine di ognuno
  viene attribuito un valore a loop, in caso sia
  true l'esecuzione continua durante il ciclo
  successivo, se il valore attribuito è false
  l'esecuzione si ferma.

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Component

• Networking component
• Include URL, URL relative, protocolli di
  linguaggio di scripting, opzioni browser. Ne
  sono esempio X3DNetworkSensorNode,
  X3DUrlObject, Anchor, Inline e LoadSensor
• Grouping component
• Include una lista di nodi collegati a essa come
  nodi figli.
• Consentono di stabilire relazioni fra nodi
  collegando i valori assunti da essi.
• Rendering component
• Include i nodi che forniscono i servizi di base
  per costruire tipi di geometrie. La maggior
  parte dei componenti presenti nelle classi
  Geometry3D component e Geometry2D component sono
  implementati come una combinazione di questi
  nodi.

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Component

• Shape component
• Sono associati ai Geometry nodes per definire
  laspetto della geometria. Sono contenuti nella
  gerarchia della trasformazione, per poter
  osservare dei risultati è necessario rendere
  visibile la geometria. Ne sono esempio
  X3DAppearance nodes, X3DMaterialNode,
  X3DShapeNode.
• Geometry 3D component
• Consistono in 4 tipi di nodi shape, geometry,
  geometry property e appearance. Insieme sono
  usati per descrivere gli elementi visivi del
  mondo X3D.

X3D
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Component

• Geometry 2D component
• Usa i nodi di shape component ma solo per creare
  oggetti piani, ovvero coordinati solo su due
  dimensioni, x e y, mentre z ha sempre valore 0
• Text component
• Il testo in X3D è processato come una geometria.
  Posso definirne laspetto tramite texture,
  scegliere il tipo di carattere, lo stile, la
  direzione, la giustificazione e la lingua
  (codifica, ad esempio cirillico)
• Sound component
• Sono preferibili i file .mid e .wav perchè
  implementati di norma dai browser, è possibile
  però scegliere qualsiasi tipo di file inserendoli
  tramite reference nodes e URL

X3D
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Component

• Lighting component
• Contiene i nodi fonti di illuminazione per tutti
  gli oggetti shape dando unapprossimazione di
  come lambiente rifletta la luce in natura. Tutte
  le luci hanno intensità, colore e intensità
  ambientale. Vi sono diversi nodi fonte di
  illuminazione
• DirectionalLight illumina solo i nodi
  discendenti-
• PointLight definita in raggi, lilluminazione
  parte dal centro-
• SpotLight definita come influenza angolare
• Texturing component
• Tipi di nodo che specificano la texture di un
  oggetto. Le texture maps sono definite da
  immagini 2D e usate in combinazione ai lighting
  component che ne definiscono lilluminazione
  fornendo le giuste gradazioni di colore.
  Contengono node reference quali ImageTexture,
  MovieTexture, MultiTexture, TextureCoordinate

X3D
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Component

• Navigation component
• Ogni scena può avere più viewpoint e la
  navigazione consente allutente di spostarsi
  attraverso questi. Sono nodi che rapprentano la
  capacità di interagire dellutente con il mondo.
  Paradigmi di navigazione sono
• Walking adatto per architetture nelle quali si
  cammina attraverso
• Examination uso comune per le scene con uno o
  più oggetti in cui lutente può cambiare il suo
  punto di vista da angolature e distanze diverse
• Flying è il migliore nel caso di applicazioni
  che esplorano uno spazio
• Geospatial component
• Componenti che forniscono il supporto per
  applicazioni geografiche e geospaziali. Ne sono
  esempio i nodi Geocoordinate, GeoElavationGrid,
  GeoLocation, GeoLOD, GeoMetadata, GeoOrigin,
  GeoTouchSensor, GeoViewpoint, .

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Component

• Humanoid component
• Include i nodi necessari a rappresentare figure
  umane tridimensionali animate.
• Nurbs (Non-uniform Rational B-Splines) component
• Forniscono un metodo efficiente e conveniente di
  generare linee curve e superfici complesse.
• Scripting component
• Descrivono i meccanismi di scripting access

X3D
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Component

• Sensor component
• Pointing device sensor component
• Si attivano puntando o cliccando una geometria
• TouchSensor
• SphereSensor
• PlaneSensor
• CylinderSensor
• Key device sensor component
• Si attivano quando cambia lo stato di una chiave
  o termina una stringa
• KeySensor
• StringSensor

X3D
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Struttura

• I file X3D sono pagine XML
• La struttura è composta da
• Dichiarazione XML
• Dichiarazione DTD
• Dichiarazione X3D
• Tipo profilo
• XMLNS
• XSD
• Scena

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• Visualizzazione della pagina
• tramite Cortona VRML Client

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Codice XML

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Come creare un file X3D

• Dichiarazione versione XML e tipo di codifica
• lt?xml version"1.0" encoding"UTF-8"?gt
• Il tipo di codifica per questo standard è UTF-8
• Dichiarazione del Doctype
• lt!DOCTYPE X3D PUBLIC "http//www.web3d.org/specif
  ications/x3d- 3.0.dtd"
• "file///www.web3d.org/TaskGroups/x3d/tr
  anslation/x3d-3.0.dtd"gt
• Eventuali commenti
• ad esempio
• lt!--Warning transitional DOCTYPE in source
  .x3d file--gt

X3D
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Come creare un file X3D

• Dichiarazione del profilo X3D dopo lapertura del
  tag X3D
• ltX3D profile"Immersive"
• xmlnsxsd"http//www.w3.org/2001/XMLSchema-ins
  tance" xsdnoNamespaceSchemaLocation"http//www.
  web3d.org/specifica tions/x3d-3.0.xsd"gt
• Esistono diversi tipi di profili in questo
  standard
• Core
• Interchange
• Interactive
• MPEG-4 interactive
• Immersive
• Full
• Dichiarazione dei componenti
• non sempre è necessaria, serve nel caso in cui i
  componenti utilizzati allinterno del mondo non
  siano contenuti nel profilo utilizzato.
• Del tipo COMPONENT ltnamegt ltlevelgt

X3D
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Come creare un file X3D

• Dichiarazione dei metadati sul mondo
• ltheadgt
• ltmeta contentTurn the World.x3d"
  name"filename"/gt
• ltmeta contentCristina Donati"
  name"author"/gt
• ltmeta content15 Maggio 2004"
  name"created"/gt
• ltmeta content24 Maggio 2004"
  name"revised"/gt
• ltmeta
• content"Semplice esempio di globo in
  rotazione e testo in movimento"
  name"description"/gt
• ltmeta content"http//api.ei.unibo.it/cristi
  na/TurnTheWorld.x3d" name"url"/gt
• ltmeta content"X3D-Edit, http//www.web3d.or
  g/x3d/content/README.X3D-Edit.html"
  name"generator"/gt
• lt/headgt
• Ovvero dichiarazione delle informazioni circa
  lautore, il nome del file, la data di creazione
  e modifica,lURL e il generatore utilizzato ad
  esempio

X3D
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Come creare un file X3D

• Dichiarazione della scena
• ltScenegt
• ltWorldInfo info"an introductory scene"
  titleTurn the World"/gt
• Inserimento del viewpoint
• ltViewpoint description"Hello, world"
  orientation"0 1 0 3.14159" position"0 0 -8"/gt
• Questo nodo consente la visualizzazione, fornendo
  posizione e direzione specifiche in cui la scena
  può essere vista dallutente. Nessun oggetto è
  visibile senza il suo inserimento.
• Orientation è la rotazione (asse, angolo in
  radianti) del Viewpoint, relativamente alla
  direzione dellasse di default -Z nel sistema
  locale di coordinate. Questo è il cambiamento
  dalla direzione di orientazione di default (0 0
  -1).
• Position è la posizione (x, y, z in metri)
  relativamente al sistema locale di coordinate.

X3D
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Come creare un file X3D

• Navigationinfo
• ltNavigationInfo type"quotEXAMINEquot
  quotANYquot"/gt
• NavigationInfo descrive la visuale e le
  caratteristiche fisiche dellavatar dellutente.
  Per lispezione di oggetti singoli, lusabilità
  viene di solito migliorata con type"EXAMINE"
  "ANY. I tipi di NavigationInfo '"WALK" "FLY"'
  supportano la rilevazione di collisioni
  telecamera-oggetto.
• Transform
• ltTransform DEF"EarthCoordinateSystem"gt
• Transform è un nodo di raggruppamento che può
  contenere la maggior parte di tipi di nodi. Il
  valore attribuito a DEF indica lID del nodo,
  pertanto una scelta di carattere descrittivo è la
  più indicata.
• Definizione di un gruppo
• ltGroup DEF"MiniWorld"gt
• Group è un nodo di raggruppamento, i nodi
  appartenente ad esso sono i relativi children
  nodes.

X3D
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Come creare un file X3D

• Ancora nel nostro file X3D non cè niente di
  visibile.
• Introduciamo ora il nodo shape, al quale
  associeremo dei geometry nodes che ne definiscano
  laspetto
• ltShapegt
• ltAppearancegt
• ltImageTexture url"quotearth-topo.pn
  gquot 10quotearth-topo.gifquot
  10quotearth-topo-small.gifquot
  10quothttp//www.web3d.org/x3d/content/exampl
  es/course/earth-topo.pngquot 10quothttp//w
  ww.web3d.org/x3d/content/examples/course/earth-top
  o.gif10quothttp//api.ei.unibo.it/cristina/e
  arth-topo.pngquot 10quothttp//api.ei.unibo
  .it/cristina/earth-topo.gifquot"/gt
• lt/Appearancegt
• ltSphere/gt
• lt/Shapegt
• Una volta aperto il tag shape si va a definire
  laspetto, in questo caso si è scelta una texture
  basata su immagine (poteva essere anche un
  semplice colore) è consigliabile indicare più URL
  alternative ove reperirla. Chiuso il tag
  Appearance immettiamo loggetto cui si
  applicherà, ovvero una sfera.

anteprima
X3D
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Come creare un file X3D

• Ora passiamo a introdurre un sensore
• ltTouchSensor DEF"Trigger" description"touch
  globe to start animation"/gt
• lt/Groupgt
• TouchSensor tiene traccia della posizione e dello
  stato del dispositivo di puntamento, e rileva
  quando lutente punta una geometria.
• Una volta inserito il sensore possiamo chiudere
  il gruppo usato per includere la forma e passare
  a crearne uno nuovo per la scritta animata.
• Transform
• ltTransform DEF"SimpleGeoStationarySatellite"
  rotation"1 0 0 .3"
• scale"0.1 0.3 0.1" translation"0 0 5"gt
• In questo caso il nodo di raggruppamento
  Transform serve per raggruppare gli elementi che
  comporranno la scritta animata.

X3D
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Come creare un file X3D

• Come comporre la scritta animata
• ltShapegt
• ltAppearancegt
• ltMaterial diffuseColor"0.9 0.1
  0.1"/gt
• lt/Appearancegt
• ltText stringEnjoy turn the World !!"gt
• ltFontStyle size"3"/gt
• lt/Textgt
• lt/Shapegt
• lt/Transformgt
• lt/Transformgt
• Dichiaro il nodo shape al cui interno definisco
  laspetto, il materiale in questo caso un
  colore, il testo della stringa e lo stile del
  carattere, a questo punto posso chiudere il tag
  shape, transform e anche il transform aperto per
  includere il gruppo rappresentante il globo
  sommato a questultimo.

Anteprima non avendo ancora imposto rotazioni il
testo è fermo dietro la sfera, anche perché non
sono state create connessioni fra nodi
X3D
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Come creare un file X3D

• Ora devo definire le animazioni, per prima cosa
  inserisco un timesensor
• ltTimeSensor DEF"OrbitalTimeInterval"
  cycleInterval"12.0" loop"true"/gt
• Questo serve per generare eventi in modo
  continuo con lo scorrere del tempo.
• Si devono definire ora le animazioni
• ltROUTE fromField"touchTime" fromNode"Trigger"
  toField"startTime" toNode"OrbitalTimeInterval"/gt
  
• ltOrientationInterpolator DEF"SpinThoseThings"
• key"0.00 0.25 0.50 0.75 1.00" keyValue"0 1
  0 0, 0 1 0 1.5708, 0 1 0 3.14159, 0 1 0
  4.7123889, 0 1 0 6.2831852"/gt
• ROUTE connette dei campi di nodi diversi per
  permettere la trasmissione di eventi
• OrientationInterpolator genera una serie di
  valori di rotazione Il risultato può essere
  inviato (tramite ROUTE) allattributo 'rotation'
  di un nodo ltTransformgt oppure a un altro
  attributo di tipo Rotation Input tipico

X3D
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Come creare un file X3D

• Prosegue la connessione dei campi per permettere
  la trasmissione di eventi
• ltROUTE fromField"fraction_changed
  fromNode"OrbitalTimeInterval"
• toField"set_fraction" toNode"SpinThoseThings
  "/gt
• ltROUTE fromField"value_changed"
  fromNode"SpinThoseThings"
• toField"rotation" toNode"EarthCoordinateSyst
  em"/gt
• lt/Scenegt
• Una volta terminate le connessioni posso chiudere
  la scena
• Una volta chiuisa la scena proseguo chiudendo il
  file X3D
• lt/x3dgt
• Vedi output
• Vedi codice

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Come creare un file X3D

• Questo è un esempio base di animazione.
  Utilizzando programmi con interfaccia grafica,
  quale Vizx3d, posso creare animazioni di testo
  più complesse.
• Questo programma considera ogni lettera come
  elemento a sè e come gruppo a sè stante.
• Vedi output
• Vedi codice

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Alcuni esempi completi

• Dal sito del Web3DConsortium
• Scacchi su otto livelli
• Networking rerouting alternates routes
• Desk lamp

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Come creare un file X3D

• È possibile inserire anche sfondi che
  rapprensentino il mondo tridimensionale,
  vediamone un esempio corredato anche da un suono
  .mid che si ripete in ciclo loop e si riproduce
  dal caricamento della pagina.
• Vedi output
• Vedi codice

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Alcuni esempi completi

• Sul Web
• Brat
• - http//www.octaga.com/brat.html -
• Dining Room
• - http//www.vizx3d.com/samples/DinningRoom/Dinni
  ngRoomX3D.html -
• Gammy World
• - http//www.vizx3d.com/samples/GammyWorld/GammyW
  orld.html -

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Bibliografia

• Web3D Consortium, www.web3d.org, 30 maggio 2004
• It-web3D, http//eureka.lucia.it/vrml/it2000/atti/
  materiali.html, 30 maggio 2004
• Ignazio Locatelli, Paper X3D, reperibile
  allindirizzo http//eureka.lucia.it/vrml/it2000/a
  tti/materiali.html, 30 maggio 2004
• Web3D Consortium, www.web3d.org/x3d/content/x3dtoo
  ltipsitalian.html, 30 maggio 2004
• HTML.IT, www.html.it/vrml/vrml_05.htm, 30 maggio
  2004
• X3dabstractspecification, ISO-IEC-19775,
  disponibile allindirizzo www.web3d.org/documentat
  ion/specification, 30 maggio 2004
• Don Brutzman, X3D-Edit Authoring Tool for
  Extensible 3D Graphics, presentazione .ppt
  reperibile allindirizzo http//www.web3D.org/x3d.
  html, 30 maggio 2004
• Leonard Daly, Introducing X3D Authoring X3D,
  presentazione .ppt, scaricata dal sito
  www.web3d.org, 10 gennaio 2004

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