1. Realidade Virtual 1.1 Introdução 1.2 VRML Histórico VRML 1.0 VRML 2.0 VRML Aplicações

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1 1. Realidade Virtual 1.1 Introdução A Realidade Virtual(RV) vem trazer ao uso do computador um novo paradigma de interface com o usuário. Neste paradigma, o usuário não estará mais em frente ao monitor, mas sim, sentir-se-á dentro da interface. Com dispositivos especiais, a Realidade Virtual busca captar os movimentos do corpo do usuário(em geral braços, pernas, cabeça e olhos) e, a partir destes dados, realizar a interação homemmáquina. Realidade Virtual pode ser definida de uma maneira simplificada como sendo a forma mais avançada de interface do usuário de computador até agora disponível. 1.2 VRML VRML (Virtual Reality Modeling Language) ou Linguagem para Modelagem em Realidade Virtual é uma linguagem independente de plataforma que permite a criação de ambientes virtuais por onde se pode passear, visualizar objetos de diferentes ângulos, e até interagir com eles Histórico Em maio de 1994, na 1a. Conferência sobre WWW, o grupo de discussão de realidade virtual decidiu desenvolver uma linguagem de descrição de cenas que pudesse ser usada na Web. Em outubro de 1994, a 2a. Conferência sobre WWW foi dedicada à adoção de um formato de arquivo baseado no Open Inventor, com modificações para sua utilização em rede. Em maio de 1995 foi completada a especificação da VRML 1.0, permitindo a criação de cenas estáticas. Em agosto de 1996 surgiu o VRML 2.0 que revisava o formato 1.0 e acrescentava várias modificações para permitir animação, interação, som, fog, backgrounds e extensões à linguagem. 1997: esforço para apresentar a especificação à ISO - pontos foram revistos, e a especificação reescrita e denominada VRML 97. Primeiro browser aderente à especificação: Cosmo Player da SGI. Objetivo: suporte ao desenvolvimento de mundos virtuais multi-usuário na Internet. O VRML é um arquivo ASCII que, em geral, tem a extensão.wrl, e pode ser editado em qualquer editor de texto. As cenas e objetos em VRML são formados por cubos, esferas, cilindros, cones e superfícies poligonais. Na especificação de um objeto o projetista deve criar em um arquivo texto, sem formatação, uma descrição de como este objeto deve ser exibido. Nesta descrição aparecem itens como suas dimensões, sua cor e sua orientação espacial. O código VRML é um subconjunto do formato de arquivo Open Inventor da SGI, com características adicionais para navegação na Web equivalentes às âncoras do HTML. Para visualizar um arquivo VRML é necessário um browser VRML, ou seja, um programa que interprete o arquivo.wrl. Os browsers para VRML 1.0 não permitem a exibição de VRML 2.0. A maioria dos browsers para VRML 2.0 exibe VRML 1.0 e, na maioria dos casos, é capaz também de exibir VRML 97. Exemplos: Live3D, Cosmos Player, Cortona, WorldView, etc. Encontra-se em desenvolvimento um formato binário para arquivos VRML. O formato binário permite a criação de arquivos menores para download mais rápido. Um problema para VRML é a falta de hardware barato que ofereça desempenho razoável para explorar os mundos virtuais. Fabricantes de computadores, percebendo o potencial de aplicações 3D, vêm oferecendo hardware gráfico a preços menores Aplicações Apesar de VRML ser uma tecnologia relativamente nova, tem enorme potencial em áreas como: ciência (medicina, geociências, engenharia, arquitetura) entretenimento (jogos, animação) negócios (publicidade, manuais de produtos)

2 artes ensino Características Básicas VRML adota um sistema cartesiano 3D. A seqüência dos eixos é X, Y, Z e a unidade de medida para distâncias é metros e para ângulos é radianos. Todo arquivo VRML 1.0 tem um cabeçalho: #VRML V1.0 ascii Na versão 2.0 o cabeçalho tem a forma: UTF8 significa Universal Text Format 8. Objetos do mundo virtual podem mover-se e responder a eventos baseados no tempo ou em iniciativas do usuário. Além disso, a versão 2.0 suporta objetos multimídia, como sons e vídeos em uma cena 3D. Em resumo, as características de VRML 2.0 podem ser separadas em quatro grupos principais: melhoria dos mundos estáticos interação animação e comportamento baseado em scripts prototipação de novos objetos VRML Shape Os objetos tridimensionais em VRML são chamados SHAPES. Shape é o nó que descreve a geometria e a aparência de um objeto. A Aparência define a cor do objeto, entre outros atributos. A Geometria define qual o objeto deve ser exibido. Para descrição de geometria, VRML fornece alguns nós básicos, como Shpere, Cylinder, Box, Cone e outros de geometria mais complexa. Para inserir mais de um objeto em um arquivo VRML basta colocar os blocos Shape um após o outro. Definição de um objeto: # define um bloco de um obejto (Shape) # define a aparência do Shape material... texture geometry... # define a geometria do Shape Exemplo de uma Esfera diffusecolor geometry Sphere { # centro em radius 2 # raio da esfera, se omitido será assumido raio 1 Exemplo de um Paralelepípedo

3 diffusecolor # r g b geometry Box { # centro em size # largura, altura, profundidade # se for omitido o tamanho será assumido um cubo unitario Exemplo de um Cone diffusecolor geometry Cone { bottomradius 2 # raio da base height 3 # altura side TRUE # tem a lateral? bottom TRUE # tem a base? Exemplo de um Cilindro diffusecolor geometry Cylinder { radius 2.0 # raio height 3 # altura side TRUE # tem a lateral? top TRUE # tem a parte de cima? bottom TRUE # tem a parte de baixo? Transformações Geométricas Em VRML as transformações geométricas (rotação, escala e translação) são definidas através do comando Transform. O comando Transform permite especificar a posição, rotação e escala a serem aplicadas aos objetos e quais os "objetos filhos" (children) da transformação. Os comandos de transformação são os seguintes: rotation Rx Ry Rz ângulo (em radianos) scale Sx Sy Sz translation Tx Ty Tz As transformações em VRML são sempre aplicadas na ordem acima. Isto acontece mesmo que no código fonte estas transformações geométricas apareçam em outra ordem. graus *π A conversão de graus para radianos pode ser feita pela seguinte fórmula: 180 Alguns exemplos: 30º = 0, º = 0,

4 60º = 1, º = 1, º = 3, Para fazer uma transformação geométrica ser aplicada sobre outra já existente deve-se colocar um bloco Transform dentro do bloco children de outro Transform. Note que em VRML, o que muda em uma transformação geométrica é o sistema de coordenadas, assim como em OpenGL. DEF transformarcubo Transform { translation rotation -1, 1, 0.8, 0.9 #eixo com origem <-3, 2, 1> e vetor de rotação <-1, 1, 0.8> children [ DEF CUBO diffusecolor specularcolor geometry Box { DEF transformarbola Transform { translation children [ DEF BOLA diffusecolor specularcolor geometry Sphere { Transform { translation rotation # eixo e ângulo (em radianos) (1.57 = 90 graus) scale children [ # As transformações pode ter um ou mais "filhos" # Estes "filhos" são Shapes ou outras transformações diffusecolor geometry Box { size Transform { translation scale rotation # eixo e ângulo (em radianos)

5 children [ # As transformações pode ter um ou mais "filhos" # Estes "filhos" são Shapes ou outras transformações diffusecolor geometry Box { size Texto Em VRML um texto é um Shape também, assim como um Box ou uma Cone. O comando para exibir textos é o Text. O comando Text possui campos para definir o texto em si, o comprimento e o estilo dos caracteres (fonte). Dependendo do Plug-in o comando Text3D também pode ser utilizado para definir um texto tridimensional. # Exemplo de utilização do nó Text diffusecolor geometry Text { string [ "Ionildo", # várias linhas de texto "Jose", "Sanches" length [ 5, 4, 7 # tamanho de cada linha fontstyle FontStyle { family "TIMES" # Fonte Ex. SERIF, SYMBOL, ARIAL, TYPEWRITER style "ITALIC" # estilo, pode ser também BOLD spacing 1.0 # espaço entre as linhas size 2.0 # tamanho do fonte justify "MIDDLE" # alinhamento, pode ser também BEGIN ou END # fim do fontstyle # fim do geometry Podemos também desenhar um shape com texto 3D, porém nem todos os plug-in suportam texto 3D. Vejamos abaixo um exemplo: diffusecolor geometry Text3D { string ["Ionildo" fontstyle FontStyle { justify "MIDDLE" family "Times" style "BOLD" size 4 depth 0.6

6 IndexedFaceSet e Coordinate Estes nós permitem definir formas geométricas que não estão pré-definidas na linguagem. Para criar polígonos (faces de objetos) em VRML 2 usamos uma geometria chamada IndexedFaceSet. Estes polígonos são definidos a partir de duas estruturas: uma tabela de faces e uma tabela de vértices. O nó Coordinate especifica as coordenadas dos pontos no espaço, onde cada ponto tem seu respectivo índice, iniciando em zero. Por exemplo: coord Coordinate { point [ 0 0 0, # ponto , # ponto , # ponto 2 coordindex [ 0, 1, 2, -1 Definidos os pontos, pode-se conectá-los para formar um triângulo. No exemplo, IndexedFaceSet definiu quais pontos seriam ligados para formar esta face. O 1 indica o fim da lista. Exemplo: # Desenho de um objeto formado por faces (uma pirâmide) geometry IndexedFaceSet { coord Coordinate { point [ 0 8 0, # vértice , # vértice , # vértice , # vértice , # vértice 4 coordindex [ 4, 3, 2, 1-1, # Base 0, 1, 2, -1, # Frontal 0, 2, 3, -1, # Direita 0, 3, 4, -1, # Traseira 0, 4, 1, -1 # Esquerda color Color { color [ , # Cor 0 : Vermelho , # Cor 1 : Verde , # Cor 2 : Azul , # Cor 3 : Amarelo , # Cor 4 : Roxo # Cor 5 : Marron colorpervertex FALSE colorindex [ # define a cor de cada face 4, 5, 1, 2, 3

7 Cores Para definir a cor de algum objeto, o VRML possui o comando Material e o comando diffusecolor. Na realidade Material define um grupo de propriedades visuais das quais, cor é uma delas. A definição da cor é feita definindo-se suas componentes R, G e B no intervalo entre [ specularcolor define a cor especular do objeto. Esta cor aparece quando uma face está "de frente" para a fonte de luz; ambientintensity define a intensidade da cor ambiente. A seguir é apresentada uma tabela com exemplos de cores de alguns materiais: Efeito ambientintens diffusecolor specularcolor shininess ity Alumínio Cobre Ouro Plástico Azul Background O nó shape descreve o foreground da cena. Para dar maior realismo ao ambiente, pode ser criado um background. Um único nó background pode estar ativo em determinado momento. O browser mantém uma pilha de nós background para controlar a ativação e desativação de backgrounds. Exemplo: # Desenho de um Cube Azul com Background Amarelo Background { skycolor diffusecolor geometry Box { size # fim do shape Fog O nó fog define uma região com visibilidade reduzida, para simular neblina ou fumaça: quanto mais distante do observador está o objeto, mais sua cor se confunde com a do fog. O background não é afetado pelo nó fog: para dar maior realismo à cena, deve ser criado um background com a cor do fog. Como o fog limita a visão do observador, reduz o trabalho de modelagem de objetos 3D e pode melhorar o desempenho do mundo VRML. Exemplo: # Desenho de um paralelepípedo Amarelo Fog { # color visibilityrange 15

8 fogtype "LINEAR" diffusecolor geometry Box { size # fim do shape Textura É uma imagem 2D que pode ser mapeada em um objeto. Para aplicar uma textura (imagem) sobre um objeto, basta colocar a comando Texture dentro do bloco Appearance. A sintaxe deste comando é mostrado no exemplo abaixo. O formato de imagens permitido são os mesmo utilizados na Web (GIF, JPG e PNG). O mundo VRML pode ser detalhado com o uso de muitos polígonos. Isto, além de dar um grande trabalho de codificação, aumenta o tempo para exibição da cena. Para dar realismo à cena, é mais eficiente usar texturas em lugar de muitos polígonos. Exemplo: # Desenho de um paralelepípedo com Textura diffusecolor # fim do Material texture ImageTexture { url ["imagem1.jpg" # fim do Texture # fim do Appearance geometry Box { size # fim do shape Podemos usar uma seqüência de imagens no formato GIF (GIF animado) como no exemplo abaixo: texture MovieTexture { loop TRUE url "banner.gif" geometry Box {size Iluminação Por default, existe uma luz (headlight) que acompanha a posição do observador da cena. Em VRML, um nó de iluminação descreve como parte do mundo deve ser iluminada, mas não cria, automaticamente, uma geometria para representar a fonte de luz. A luz que atinge um objeto só é calculada nos vértices. Este cálculo tem como resultado uma valor

9 de cor para cada vértice. A superfície de uma face é colorida através da interpolação das cores nos vértices. Em VRML, objetos não têm sombra. Exemplo: # Exemplo de uso de luzes em VRML 2 PointLight { location color # luz vermelha intensity 1 PointLight { location color # luz verde intensity 1 diffusecolor geometry Box { # fim do shape Transparência O comando transparency define o nível de transparência do objeto. A definição da transparência é feita com valores entre [0.. 1, (0 = transparência total; 1 = sem transparência). O comando shininess define a intensidade do brilho. A definição de brilho é feita com valores entre [0.. 1 (0 = opaco ; 1 = brilhante). O funcionamento ou não destes atributos depende do plug-in usado. diffusecolor geometry Box { # fim do BOX specularcolor transparency 0.5 # entre 0 e 1 shininess 0.0 # entre 0 e 1 size # r g b # r g b # larg, altura, prof appearance Appearance { diffusecolor # cor laranja geometry Cone { bottomradius 1.0 height 5.0 side TRUE bottom TRUE

10 # Fim do Cone Som Os sons podem ser acionados por uma ação do observador (abertura de uma porta, toque de campainha, etc) ou podem ser contínuos (vento, multidão, etc). Os nós AudioClip e MovieTexture descrevem a fonte do som e o nó Sound descreve a emissão do som. AudioClip: O nó AudioClip e o nó MovieTexture especificam a fonte digital de som : arquivo de áudio a velocidade de reprodução a hora de início e de término da reprodução do som. Os formatos suportados são: WAV (efeitos sonoros) e MIDI (músicas de fundo).. Group { children [ Sound { source AudioClip { url "ringin.wav" loop TRUE starttime 1 spatialize TRUE intensity 1.0 location minback 1 maxback 10 minfront 1 maxfront 10 priority 0 emissivecolor geometry Sphere{radius 0.1 MovieTexture: O node MovieTexture permite mapear uma textura animada para um objeto. Os formatos suportados são : MPEG1-Systems e MPEG1-Video. Shape{ texture MovieTexture { loop TRUE url "rocket.mpg" starttime 0 geometry Box { Além de campos para especificar a textura a ser mapeada, o nó possui campos que permitem controlar a exibição do filme. Sound: O node Sound especifica o volume e parâmetros espaciais do som, como localização da fonte sonora e poder de alcance NavigationInfo O node NavigationInfo indica para o browser qual método de interação é mais apropriado para o mundo. Os tipos de navegação disponíveis são :

11 WALK: apropriado para paisagens onde o observador pode andar. EXAMINE: indicado para inspecionar objetos que o observador pode manipular. FLY: indicado para explorar, com vistas aéreas, espaços abertos. NONE: a navegação da cena tem que ser fornecida explicitamente pelo autor do mundo, através de viewpoints e scripts. Exemplo: # Desenho de um Cube sem o Navegador VRML Background { skycolor NavigationInfo { type "NONE" visibilitylimit 11 # define um bloco de um obejto (Shape) # define a aparência do Shape diffusecolor # r g b geometry Box { # define a geometria do Shape # fim do shape size # larg, altura, prof Viewpoint O nó Viewpoint descreve a posição, a orientação e o campo de visão para a observação de uma cena. Por default, o observador entra no mundo na posição ( 0.0, 0.0, 10.0 ). Com o nó Viewpoint podem ser especificados: novas posições de entrada do observador no mundo VRML pontos de observação especiais nomes para estes pontos, para que eles apareçam como opções do menu do browser # Há duas posições definidas. Para nevegar entre elas use o # comando do Browser específico para navegação entre Viewpoints Viewpoint { position description "Entry" Viewpoint { position description "Mudar Viewpoint" diffusecolor geometry Box {

12 Anchor O nó Anchor cria um hyperlink com outras mídias (página HTML, imagem, mundo VRML). O nó Anchor cria um grupo, sendo que ada nó desse grupo é exibido. Ao ser apontado um objeto definido como nó filho de Anchor, o hyperlink é ativado. Uma descrição pode ser associada ao nó Anchor. Exemplo: # Exemplo do uso de links Anchor { children [ Transform { translation children [ # As transformações pode ter um ou mais "filhos" # Estes "filhos" são Shapes ou outras transformações diffusecolor geometry Box { # Fim do Transform # Fim do Children do Anchor url ["Box.wrl" # fim do Anchor Anchor { children [ Transform { translation scale rotation # eixo e ângulo (em radianos) children [ # As transformações pode ter um ou mais "filhos" # Estes "filhos" são Shapes ou outras transformações diffusecolor geometry Cylinder { # Fim do Transform # Fim do Children do Anchor url ["Cylinder.wrl" # fim do Anchor Inline # Desenho de dois cubo com transformações geométricas Transform { translation rotation # eixo e ângulo (em radianos) (1.57 = 90 graus) scale children [ # As transformações pode ter um ou mais "filhos" Inline { url ["Box.wrl"

13 Transform { translation scale rotation # eixo e ângulo (em radianos) children [ Inline { url ["Sphere.wrl" Animação # Desenho de um cubo que rotaciona NavigationInfo { type "EXAMINE" DEF MainTransform Transform { children diffusecolor specularcolor ambientintensity.9 shininess 0.9 emissivecolor geometry Box { #fim shape #fim transform DEF MainInterpolator OrientationInterpolator { key [ keyvalue [ DEF MainTimer TimeSensor { loop TRUE cycleinterval 5 ROUTE MainTimer.fraction_changed TO MainInterpolator.set_fraction ROUTE MainInterpolator.value_changed TO MainTransform.rotation Java Script EAI (External Authoring Interface) permite que uma applet escrita em Java, em uma página HTML envie eventos para o mundo VRML. A applet Java também pode ser notificada quando um node da cena enviar eventos. Viewpoint { position geometry DEF T Text { string [ "" Script { directoutput TRUE

14 field SFNode T USE T url "javascript: function initialize() { newdate = new Date(); day = newdate.getday(); date = newdate.getdate(); if(day == 0) daystring = 'Sunday'; else if(day == 1) daystring = 'Monday'; else if(day == 2) daystring = 'Tuesday'; else if(day == 3) daystring = 'Wednesday'; else if(day == 4) daystring = 'Thursday'; else if(day == 5) daystring = 'Friday'; else if(day == 6) daystring = 'Saturday'; textstring = new MFString(); textstring[0 = 'Today is '+daystring+' the '+date; T.set_string = textstring; " Melhorando o Desempenho O nó de agrupamento LOD (Level of Detail) cria um grupo de representações que descrevem diferentes versões de um mesmo objeto. O nó LOD especifica vários níveis de detalhe e o browser escolhe a versão apropriada do objeto de acordo com a distância entre o objeto e o observador. Os nós filhos de LOD devem ser listados em ordem decrescente de nível de detalhe. Os nós com menor nível de detalhe devem ter geometria simples, pouca textura e nenhum texto Reduzindo Arquivos Se o objeto é usado mais de uma vez, é mais eficiente dar um nome ao objeto com DEF e, depois, referenciá-lo com USE. Devem ser eliminados espaços em branco no arquivo VRML. Os números reais devem ter poucas casas decimais. Devem ser usados arquivos comprimidos. Para texturas, de preferência, devem ser usados JPEG ou PNG; para movies, MPEG Simplificação da Cena Devem ser criados modelos com apelo visual com o uso de poucos polígonos. Adicionar uma pequena textura a um polígono é mais barato do que criar vários polígonos. Usar texturas mais simples de um só componente, combinadas com o material do objeto, é um meio econômico de produzir efeitos realísticos. O uso de iluminação afeta o desempenho do mundo VRML. Para exibição mais rápida, efeitos de iluminação devem ser usados com moderação. Devem ser usados DEF e USE para criar múltiplas instâncias de um mesmo nó.