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VRML-Einführung / 2006 SS GDVTobias Breiner Folie 1/64 Vers. 11 Apr 2023

GDV Übungen: VRML

Einführung in VRML

Tobias BreinerJohann Wolfgang Goethe-

UniversitätFrankfurt/Main

Aussprache VRML

• Häufigste Aussprache:“Wörmel”

• Seltener: “VauErrEmmEll”

• Wofür könnten die Buchstaben stehen?

Was ist VRML ?

• Virtual Reality Modeling (oder Markup) Language

• Also eine Beschreibungssprache• keine Progrogrammiersprache

oder gar ein Softwaresystem!!!• Geeignet um 3D-Szenen zu

beschreiben• Einfaches ASCII-Format

Was ist VRML ?

• Editierbar mit beliebigen Editor• Umsetzung der

Sprachbeschreibung durch VRML - Browser

• Standardisierte Sprache:Eine VRML - Szene durch verschiedene Browser darstellbar

• Filesuffix = “.WRL”

Beispiel einer VRML Szene

VRML: Features (Geometrien)

• Geometriebeschreibungen– Grundprimitive

(nur Würfel, Kegel, Zylinder und Kugel)

– Polygonale Objekte– Punktwolken und Drahtgittermodelle– Elevation Grids– Extrudierte Objekte– Text

VRML: Features (Oberflächen)

• Materialbeschreibungen– Farbe– Schattierungen – Beleuchtungsbeschreibungen

• Texturierungen– Auch Movie-Textures– Aber keine Bumpmaps!

VRML: Features (Raum-Zeit)

• Transformationsbeschreibungen• Lichter

– Point– Directional– Spot

• Kamerabeschreibungen– Viewpoints

VRML: Features (Interaktion)

• Animation durch Interaktionsbeschreibungen

• Sensoren aller Art:– Zeit– Sichtbarkeit– Touch– Collision (z.B. mit Bounding Box)

• Interpolatoren– Skalarwerte– Position– Farbe

VRML: Features (Special Effects)

• Hintergrund und Nebel• Multimediabeschreibungen

– Video– 3D Sound

• Billboards• Hypermediabeschreibung

– Anchors

VRML: Features (Strukturierung)

• Strukturbeschreibungen– Gruppierungen– Prototypen

• Detaillierungsbeschreibungen

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

VRML und Programmierlogik

• Programme können in die VRML Szene eingreifen

• Anwendungsbeispiele– Mehrbenutzersysteme– Datenbankanbindung– Simulationen

VRML: Geschichte (I)• 1994 Mark Pesce, Tony Parisi:

Präsentieren auf der ersten WWW-Konferenz in Genf ein dreidimensionales Interface namens “LABYRINTH”

• Mitte 1995 Gavin Bell: Entscheidung durch “Internet vote” für eine Erweiterung des “Open Inventor”-Formates von Silicon Graphics Inc. => VRML 1.0

• 1995: Beginn der Unterstützung durch SGI, Netscape und Microsoft

VRML: Geschichte (II)

• 1995, VRML Architecture Group (VAG): Gründung auf der SIGGRAPH’95

• Anfang 1996, VAG: Aufruf zu Vorschlägen für VRML 2.0

• 1996, VAG: VRML 2.0 wird auf der SIGGRAPH’96 spezifiziert nach offener Abstimmung auf Moving Worlds von SGI basierend

• 1996, VRML Konsortiums : Gründung

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 14772-1

• Zukunft: x3d?

Der 3D Raum

• Koordinatensystem– rechtshändig vs. linkshändig

• 3D - Koordinaten, z.B. (2.0, 1.5, 7.21)

Der 3D Raum

• Achtung VRML benutzt rechtshändiges System!!!

=> Inkonsistenz zu OpenGL, RealiMation, Mantra4D, etc.

Globale vs. lokale Koordinatensysteme• Hierarchie von Koordinatensystemen

– Bsp. Gabel eines Gabelstaplers•Koordinaten der Gabel bzgl. Stapler•Koordinaten des Staplers bzgl. der

• Spitze der Hierarchie: Weltkoordinaten

Der Szenegraph

• Visualisierung der Szenenhierarchie

• Kanten: Abhängigkeitsrelation• Knoten ( engl. Nodes ):

– Geometrien– Transformationen– Materialeigenschaften– ...

• Knotenfelder ( engl. Fields )

Szenegraph Beispiel (1)

Eine VRML Datei

#VRML V2.0 utf8

Shape {

appearance Appearance {

material Material {

geometry Cone {

bottomRadius 2.4

height 5.0

Aufbau von VRML Dateien (I)

• Eine VRML2-Datei beginnt immer mit folgendem File-Header: #VRML V2.0 utf8#VRML = Es handelt sich um ein VRML-SkriptV2.0 = Versionutf8 = Character Set, hier: UTF-8 ( ISO 10646-1:1993 ) = UCS (Universal Character Set) Transformation Format, 8-bit

Aufbau von VRML Dateien (II)

• Zeilenkommentare (Beginn mit #)

• VRML Knoten und Felder• Zuordnung mit geschweiften

Klammern { }

Gruppieren von Knoten

• Zusammenfassen von Knoten zu einer Gruppe: Group Node

• Bsp:Group{

children [Shape{ ...}Shape{ ...}

Transformationen (Translation)

• Translation (Verschiebung)– Verschiebungsvektor: ( x, y, z )

Transformationen (Rotation)

• Rotation (Drehung)– Rotationsachse: ( x, y, z )

Beachte: nur Richtung ist entscheidend– Rotationswinkel:

Beachte: Vorzeichen des Winkels ermittelnmit der “Rechte-Hand-Regel”Beachte: Winkel in radian messen ( = 3, 14... entsprechen 180° )

– Rotationsachse: ( x, y, z )

Transformationen (Scale)

• Skalierung (Größenänderung)– Skalierungsfaktoren: ( sx , sy , sz )

– Rotationsachse: ( x, y, z )– Rotationswinkel:

Beachte: 1. Skalierungsrotation 2. Skalierung 3. Rückrotation

Transformationsnode

• Darstellung von Transformationen in VRML durch einen Node

• Angabe von Werten zur Spezifizierung der Transformation in FieldsBsp. rotation 4.0 0.0 0.0 2.37

• Spezielles Field mit Liste der Knoten, die von der Transformation betroffen sindBsp. children [ ]

Transformationsnode (allgemein)

• Transform{ eventIn MFNode addChildren eventIn MFNode removeChildren exposedField SFVec3f center 0 0 0 # (- , ) exposedField MFNode children [] exposedField SFRotation rotation 0 0 1 0 # [-1,1],(- , ) exposedField SFVec3f scale 1 1 1 # (0, ) exposedField SFRotation scaleOrientation 0 0 10#[-1,1],(,) exposedField SFVec3f translation 0 0 0 # (-) field SFVec3f bboxCenter 0 0 0 # (- , ) field SFVec3f bboxSize -1 -1 -1 # (0, ) or -1,-1,-1 }

Transformationsnode: Beispiel#VRML V2.0 utf8Transform{

children [ Shape {appearance Appearance{ material Material { } }geometry Box { } } ]translation 0.0 4.0 0.3rotation 1.0 0.0 1.0 1.57 }

)()()( cTSRRRcTTX Tsst

VRML Transformationsknoten

VRML hat eine Skalierung S, eine Rotation R und eine Translation T(t) in fester Folge:

1. Translation T zum center point c2. Skalierungsrotation Rs

T, Skalierung S, Rückrotation Rs

3. Rotation R4. Rücktranslation vom center point c

5. Translation T(t)

VRML TransformationsknotenTransform {

center C rotation R scale S scaleOrientation SR translation T children [...] } ist äquivalent zu: Transform {

translation T children Transform { translation C

children Transform { rotation R children Transform { rotation SR

children Transform { scale S children Transform { rotation -SR

children Transform { translation-C

children [...] }}}}}}}

VRML Typen (I)

• Single Field Values (SF)Multiple Field Values (MF)

• SFBool TRUE, FALSE

• SFInt32 42MFInt32

• SFFloat -124.567MFFloat

VRML Typen (II)

• SFString “Gabelstapler”MFString

• SFTime 65(entspricht 0 Uhr 1 Minute 5 Sek. GMT am 1.1.1970)

• SFNode TransformMFNode

• SFImage

VRML Typen (III)

• SFVec2f 1.3 4.5MFVec2f

• SFVec3f 34.5 -4.9 9.0MFVec3f

• SFRotation 1.0 1.0 4.0 3.2MFRotation

• SFColor 1.0 0.0 0.0MFColor

DEF - USE Mechanismus

• Knoten können benannt werdenBsp. DEF my_box Box { ... }

• Namen– bestehen aus Buchstaben, Ziffern,

Unterstrich– beginnen mit Buchstaben– unterscheiden Groß- und Kleinschreibung

• Knoten können beliebig oft benutzt werdenBsp. USE my_box

Reservierte Namen in VRML

DEF EXTERNPROTO

IS eventIn TRUE

TO eventOut PROTO

NULL exposedField ROUTE

USE field

Events und Routen (I)

• Ereignis (Event)– Wertänderung– Benutzerinteraktion

• Verbindung (Route)– Verbindung zweier Knoten zum

Austausch von Events– Startknoten (Quelle)– Zielknoten (Senke)

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

Routing: Beispiel

DEF Würfel Transform{

DEF Kugel Transform{

ROUTE Würfel.translation_changed TO

Kugel.set_scale

Syntax von VRML Knoten

• Knotenname• Feldliste• Für jedes Feld

– Name– Defaultwert– Art (field, eventIn, eventOut,

exposedField)– Typ

Beispiel: Syntax des TimeSensors

TimeSensorenabled 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

TimeSensoren

loop = TRUE stopTime <=startTime

EndloseZyklenabfolge

loop = TRUE startTime <stopTime

Zyklenabfolge biszur Stopzeit

loop = FALSE stopTime <=startTime

1 Zyklus, Stop beiStartzeit + Zykluszeit

loop = FALSE startTime <stopTime

1 Zyklus, Stop beiStartzeit + Zykluszeitoder Stopzeit, fallsdiese vorher

Animation

• Zeitquelle• Interpolator

– Positioninterpolator– Colorinterpolator– Scalarinterpolator– ...

• Routen: Zeit > Interpolator Interpolator > zu animierender

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 [ 1.0 0.0 0.0, 5.0 0.0 0.0 ]

Routingbeispiel für Animation

Kugel sei ein Transform Node mit ShapeKugelPfad sei ein PositionInterpolator

NodeUhr sei ein TimeSensor Node

ROUTE Uhr.fraction_changed TOKugelPfad.set_fraction

ROUTE KugelPfad.value_changed TOKugel.set_translation

Inlines

• Einfügen von VRML Dateien in VRML Dateien

• Beispiel:Inline {

url “beispiel.wrl” }

• Eigener Namensraum bei DEF / USE!

VRML Knoten

• Auflistung aller Nodes und Fields in der VRML Spezifikation

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

Prototypen (II)

PROTO Würfel [

field SFVec3f abmessung 1.0 1.0 1.0

Shape { appearence Appearence{

material Material{ } }

geometry Box{

size IS abmessung } }

Externe Prototypen

• Syntax:EXTERNPROTO name [ interface ] { urls }

• Anlegen von Prototypbibliotheken• Beispiel:

EXTERNPROTO Cube [ field SFVec3f abmessung 1.0 1.0 1.0

] {“lib.wrl#Würfel”

Aufbau von VRML - Dateien (II)

• VRML - Header

• Kommentare

• Prototyp - Definitionen

• Knoten und Felder

• Routen

Java3D und VRML

• Ähnlichkeiten:– Szenegraphmodell– Java Klassen zur Repräsentation

von Nodes etc.

• Unterschiede:– Kein Routing, sondern Java

Events– Java3D legt kein

Geometrieformat fest– Java3D ist mächtiger

Browser für VRML

• Cortona (Parallel Graphics), Download: http://www.parallelgraphics.com/cortona/

• BS Contact VRML (Bitmanagement Software) http://www.bitmanagement.de

• Blaxxunhttp://www.blaxxun.de

• Cosmo Player (wird nicht mehr weitergepflegt) • World View

Informationsressource: WWW (I)

• VRML Konsortium Homepagehttp://www.web3d.org/Gesellschaft mit dem Ziel der Standar-disierung und Verbreitung von VRML

• VRML Repositoryhttp://www.sdsc.edu/vrml/Sehr gute, umfassende Zusammenstellung von Verweisen zum Thema VRML

Informationsressource: WWW (II)

• ParallelGraphicshttp://www.parallelgraphics.comWichtiger VRML-Browser Hersteller (1)

• blaxxun interactivehttp://www.blaxxun.deWichtiger VRML-Browser Hersteller (2)

• Javasoft Homepagehttp://www.javasoft.com/Wichtige Informationsquelle zu Java

Informationsressource: WWW (III)

• Xj3D http://www.web3D.org/TaskGroups/source/xj3d.htmlEnthält auch VRML97 Loader für Java3D

• Java API Spezifikationhttp://java.sun.com/products/jdk/1.1/docs/siehe Java Platform Core API

• The Mining Companyhttp://vrml.miningco.com/Grosses Repository

Informationsressource: Mailinglist

• Wichtigste allgemeine Mailingliste:majordomo@web3d.orgsubscribe www-vrml

• Liste spezielle zum Thema Scripting:majordomo@sdsc.edusubscribe vrml-behaviors

• VRML Benutzergruppe (dt.):http://www.inexnet.de/ger-vrml/

Informationsressource: Buch (I)

• VRML 2.0 Source BookAmes, Nadeau, MorelandWiley, 1996

• Annotated VRML Reference ManualBell, CareyAddison-Wesley, 1997

• Teach Yourself VRML in 21 DaysMarrin, CampbellSAMS Net, 1997

Informationsressource: Buch (II)

• The VRML 2.0 HandbookHartman, WerneckeAddison-Wesley, 1996

• Late Night VRML 2.0 with JavaRoehl, Couch et al.ZD Press, 1997

• VRML 97 (dt.)Addison-Wesley, 1997

Informationsressource: Buch (III)

• JAVA for 3D and VRML WorldsLea, Matsuda, MiyashitaNew Riders, 1996

• JAVA 1.1 für Insider (dt.)MorrisonSAMS, 1997

• JAVA 1.1 in a Nutshell (dt.)O’Reilly, 1997

Copyright

Diese Folien basieren auf folgenden Kursen:– C. Seiler

Einführung in VRML/ Uni Frankfurt SS 2003– 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

– J. Zukowski:Introduction to the javabeans API, Tutorial von SUN Microsystems Inc.

Fragen & Kommentare

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