VRML - A INTERNET EM 3D

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VRML - A INTERNET EM 3D

• VRML Virtual Reality Modeling Language
• Alexandre Cardoso

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VRML - A Internet em 3D

• Introdução
• Geometria
• Animação
• Iluminação
• Elementos Complementares
• Conclusão
• Espaço Aberto

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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

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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.

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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.

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O arranjo básico

• VRML V2.0 utf8
• Group
• children
• nó e campos ....

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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

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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

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Exemplo 1

• VRML V2.0 utf8
• Group
• children
• Shape
• geometry Cone

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Primitivas Geométricas

• As formas geométricas básicas
• Box
• Cone
• Cylinder
• Sphere
• Text - formatar textos
• ElevationGrid
• Extrusion
• IndexedFaceSet
• IndexedLineSet
• PointSet

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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.

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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

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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
• ,

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Shape appearance USE Cor geometry
Cylinder radius 12.5 height
0.5 , Shape appearance USE
Cor geometry Cylinder radius
4.0 height 20.0 , Shape
appearance USE Cor geometry Cylinder
radius 3.0 height 30.0 , Shape
appearance USE Cor geometry Cylinder
radius 1.0 height 60.0
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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.

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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

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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.

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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 ...

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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

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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
• ,

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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_fraction ROUTE CubePath.value_changed
TO Cube.set_translation
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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

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• 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

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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.

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• 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"

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• 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

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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

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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.

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• 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

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• 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

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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

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• 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

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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

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• 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"

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• 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

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• 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.

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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

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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 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

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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

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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

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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.