On-Line Библиотека www.XServer.ru - учебники, книги, статьи, документация, нормативная литература.
       Главная         В избранное         Контакты        Карта сайта   
    Навигация XServer.ru






 

Что такое VRML

Язык VRML (Virtual Realty Modelling Languagy) предназначен для описания трехмерных изображений и оперирует объектами, описывающими геометрические фигуры и их расположение в пространстве.

Vrml-файл представляет собой обычный текстовый файл, интерпретируемый браузером. Поскольку большинство браузеров не имеет встроенных средств поддержки vrml, для просмотра Vrml-документов необходимо подключить вспомогательную программу - Vrml-браузер, например, Live3D или CosmoPlayer.

Как и в случае с HTML, один и тот же vrml-документ может выглядеть по-разному в разных VRML-браузерах. Кроме того, многие разработчики VRML-браузеров добавляют нестандартные расширения VRML в свой браузер.

Существует немало VRML-редакторов, делающих удобней и быстрее процесс создания Vrml-документов, однако несложные модели, рассматриваемые в данной статье, можно создать при помощи самого простого текстового редактора.

Единицы измерения

В VRML приняты следующие единицы измерения:

  • Расстояние и размер: метры
  • Углы: радианы
  • Остальные значения: выражаются, как часть от 1.
  • Координаты берутся в трехмерной декартовой системе координат (см. рис.)

Заголовок VRML-файла

Как уже говорилось, Vrml-документ представляет собой обычный тестовый файл. Для того, чтобы VRML-браузер распознал файл с VRML-кодом, в начале файла ставится специальный заголовок - file header:

    #VRML V1.0 ascii

Такой заголовок обязательно должен находиться в первой строке файла, кроме того, перед знаком диеза не должно быть пробелов.

Примитивы VRML

В VRML определены четыре базовые фигуры: куб (верней не куб, а прямоугольный параллепипед), сфера, цилиндр и конус.

Эти фигуры называются примитивами (primitives). Набор примитивов невелик, однако комбинируя их, можно строить достаточно сложные трехмерные изображения. Например, вот такие:

Рассмотрим поподробней каждый из примитивов.

Куб

Возможные параметры: width - ширина, height - высота, depth - глубина.

Cube {
      width   2    # ширина
      height  3    # высота
      depth   1    # глубина
     }

Сфера

Параметр у сферы только один, это radius.

Sphere { 
        radius  1    # радиус 
       }

Конус

Возможные параметры: bottomRadius - радиус основания, height - высота, parts - определяет, какие части конуса будут видны. Параметр parts может принимать значения ALL, SIDES или BOTTOM.

 
Cone { 
      parts           ALL      #отображаемые поверхности 
      bottomRadius    1        #радиус основания 
      height          2        #высота 
     }

Цилиндр

Для цилиндра можно задать параметры radius и height. Кроме того, с помощью параметра parts для цилиндра можно определить будут ли отображаться основания цилиндра и его боковая поверхность. Параметр parts может принимать значения ALL, SIDES, BOTTOM или TOP.

 Cylinder { 
          parts   ALL      #видны все части цилиндра 
          radius  1        #радиус основания 
          height  2        #высота цилиндра 
         }    

Цвет и текстура

Цвет фигуры, определяется с помощью объекта Material.

Material { 
          ambientColor    0.2 0.2 0.2 
          diffuseColor    0.8 0.8 0.8 
          specularColor   0 0 0 
          emissiveColor   0 0 0 
          transparency    0 
         } 

Параметры ambientColor, diffuseColor, specularColor и emissiveColor управляют цветами и указываются в палитре RGB (красный, зеленый и голубой), причем первая цифра определяет интенсивность красного цвета, вторая - зеленого, а третья - синего.

К примеру, синий кубик, может быть описан следующим образом:

#VRML V1.0 ascii 
     Material { 
            diffuseColor 0 0 1 
              } 
     Cube {}     

Параметр transparency может принимать значения от 0 до1 и определяет степень прозрачности, причем максимальная прозрачность достигается при transparency равном единице. В приведенном примере описано два цилиндра разных размеров, меньший из которых просвечивает сквозь другой.

#VRML V1.0 ascii 
    Material { 
           diffuseColor 0 0 1 
       transparency    0.7 
             } 
    Cylinder { 
       height  1 
       radius  1 
             } 
    Material { 
       emissiveColor    1 0 0 
       transparency    0 
             } 
    Cylinder { 
       height  0.8 
       radius  0.1 
             } 

Для имитирования различных поверхностей в VRML существует объект Texture2.

В качестве текстуры легче всего использовать обычный графический файл, например, в GIF-формате. В таком случае для "натягивания" текстуры на трехмерное изображение нужно только указать путь к файлу в параметре filename объекта Texture2.

.#VRML V1.0 ascii 
  Texture2 { 
              filename    "krp.gif" 
              image       0 0 0 
              wrapS REPEAT  
              wrapT REPEAT 
                 } 
  Cube {  
              width 1 
              height 1 
              depth 1  
           }

Параметры wrapS и wrapT могут принимать значения REPEAT или CLAMP, и управляют натягиванием текстуры по соответственно горизонтальной и вертикальной осям.

Положение объектов в пространстве

Изменение координат

По умолчанию любой описанный нами объект будет располагаться точно по центру окна браузера. По этой причине, если мы опишем к примеру два одинаковых цилиндра, они сольются друг с другом. Для того, чтобы изменить положение второго цилиндра, применим узел Translation.

Узел Translation определяет координаты объекта:

Translation { 
             translation 1 2 3 #т.е. соответственно x=1 y=2 z=3 
            }

Вообще говоря, координаты указываемые в Translation не являются абсолютными. Фактически это координаты относительно предыдущего узла Translation. Чтобы прояснить это вопрос, рассмотрим пример:

    #VRML V1.0 ascii 
      Cube { 
        width 1 
        height 1 
        depth 1 
           } 
     # Этот куб по умолчанию располагается в центре 
      Translation { 
          translation 2 0 0  
                  }  
     #Второй куб сдвинут вправо на 2 
      Cube { 
         width 1 
         height 1 
         depth 1 
            } 
      Translation { 
         translation 2 0 0  
                  }  
     #Третий куб сдвинут вправо на два относительно 2-го !!!! 
      Cube { 
         width 1 
         height 1 
         depth 1 
           }

Как видите, третий кубик вовсе не совпадает с первым, хотя в в узле Translation указаны те же координаты.

В VRML 1.0 принято следующее правило: узлы, модифицирующие свойства фигур (Translation, Material и т.п.), действуют на все далее описанные фигуры.

Чтобы ограничить область действия модифицирующих узлов, фигуры необходимо сгруппировать с помощью узла Separator.

     Separator  
                     {        
                 другие узлы 
        }

Узел Separator работает как контейнер, он может содержать любые другие узлы, и основным его предназначением является именно ограничение области действия узлов типа Translation и Material.

Сравните следующий пример с предыдущим:

     #VRML V1.0 ascii 
      Separator { 
           Cube { 
              width 1 
              height 1 
              depth 1 
                 } 
         }# конец области действия узла Separator 
      Separator {  
           Translation { 
                translation 2 0 0  
                       }  
           #Второй куб сдвинут вправо на 2 
            Cube { 
                 width 1 
                 height 1 
                 depth 1 
                 } 
         }# конец области действия узла Separator 
       Separator { 
             Translation { 
                 translation 2 0 0  
                         }  
            #Третий куб сдвинут вправо на два относительно 1-го. 
              Cube { 
                 width 1 
                 height 1 
                 depth 1 
                    } 
        }# конец области действия узла Separator

Хотя в примере описано три кубика, мы видим только два, так как второй и третий совпадают.

Вообще говоря рекомендуется всегда и везде использовать узел Separator. Он не только избавит от ошибок, связанных с относительностью координат, но и сделает VRML-код более простым и понятным.

Вращение

Для вращения фигур вокруг осей координат применяется узел Rotation.

   Rotation {
         rotation 0 1 0  1.57
            }

Первые три цифры определяет будет ли осуществлен поворот вокруг соответственно осей x, y и z, а четвертая задает угол вращения в радианах. В приведенном выше листинге поворот осуществляется вокруг оси y на 90 градусов.

Углы в градусах Радианы
30 0.52
45 0.78
60 1.04
90 1.57
180 3.14
270 4.71

Составим букву T из двух цилиндров. По умолчанию цилиндр ориентирован вертикально (см. рисунок). Поэтому для успешного выполнения задачи повернем его вокруг оси z на 90 градусов.

     #VRML V1.0 ascii
      Separator { #Красный цилиндр
               Material { emissiveColor   1 0.6 0.6 }
               Cylinder {
                      height    1
                      radius    0.3
                        }
                }
      Separator { # Синий цилиндр, повернутый на 90 градусов вокруг оси z
              Translation {
                    translation 0 0.5 0
                          }
              Rotation {
                     rotation    0 0 1  1.57
                       }
              Material { emissiveColor   0.5 0.5 1 }
              Cylinder {
                     height    1
                     radius    0.3
                       }
                }

Масштабирование

Узел Scale масштабирует фигуры по одному или нескольким измерениям. Три цифры, стоящие после параметра scaleFactor определяют коэффициенты масштабирования относительно осей x,y и z.

      Scale { 
         scaleFactor 1 1 1 
            }

следующем примере, узел Scale сжимает сферу по оси x, и из сферы получается эллипсоид.

    #VRML V1.0 ascii 
       Material { emissiveColor   1 1 0 } 
       Scale { 
          scaleFactor 0.7 1 1 #сжимаем сферу по оси x 
             } 
       Sphere { radius 1} 
             } 

Определение собственных объектов

VRML предоставляет прекрасную возможность сократить и сделать более понятным исходный код VRML-файла путем описания собственных объектов. Это значит, что если в изображении несколько раз повторяется одна и та же фигура, то ее можно описать всего лишь один раз и в дальнейшем только ссылаться на нее.

Объект описывается одним из способов:

    DEF name  
       Cube {} 

или

    DEF name 
       Material {} 

или

    DEF name  
    Separator { 
        Сгруппированные узлы, описывающие фигуру и свойства материала 
    }

Для того, чтобы вставить в VRML-файл ранее определенную фигуру, используется команда USE

    Separator { 
        USE name 
    }

Создадим VRML-файл, описывающий стул, при этом ножку стула опишем как объект LEG:

    #VRML V1.0 ascii
    Material { emissiveColor 1 0.5 0.5 }
    Separator {
         Translation { translation 1 1 1 }
         DEF LEG  #Определяем объект - ножку стула
         Separator { # leg
            Cylinder {
               height  0.8
               radius  0.1
                     }
                   } # определили ножку
               }
    Separator {
         Translation { translation 0 1 1 }
         USE LEG # используем определенный объект
              }
    Separator { # еще одна ножка
         Translation { translation 1 1 0 }
         USE LEG
              }
    Separator { # последняя ножка
         Translation { translation 0 1 0 }
         USE LEG
              }
    Separator { # сиденье
         Translation { translation 0.49 1.5 0.5 }
         Cube {
            height 0.2
            width 1.2
                 depth 1.2
              }
              }
    Separator { # спинка
        Translation { translation 0.49 2 0 }
        Cube {
           height 0.8
           width 1.2
           depth 0.2
             }
              }
    Separator { # закругление спинки
        Translation { translation 0.49 2.1 0 }
        Rotation {
           rotation    1 0 0 1.57
                 }
        Cylinder {
           radius 0.6
           height 0.2
                 }
          }

Как видите, нам не понадобилось описывать каждую ножку в отдельности - в результате объем VRML-кода стал меньше, а сам код более читабельным.

Еще один способ уменьшить размер VRML-файла - вставлять фигуры из другого файла.

Это позволяет делать узел WWWInline:

    #VRML V1.0 ascii
    Separator {
          WWWInline {
              name        ""
              bboxSize    0 0 0
              bboxCenter  0 0 0
                    }
              }

Параметр name - это путь к файлу, параметры bboxSize и bboxCenter не обязательны и показывают пользователю размеры и положение вставляемого объекта, пока объект подгружается.

Вместо заключения, хочется обратить Ваше внимание на две особенности VRML, незнание которых сильно затруднит создание VRML-документов вручную.

1. Все описания узлов и параметров в VRML регистрозависимы. Если Вы используете буквы неправильного регистра - то VRML-браузер просто проигнорирует такое описание.

2. В VRML имеет огромное значение порядок описания узлов.



Литература по VRML