VRML

Автор: Марина Миланина Сайт: http://www.diamondteam.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 Cosmo Player.

   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 #видны и основание, и боковая поверхность конуса

    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

    }


   В 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.

   Все описания узлов и параметров в VRML регистрозависимы. Если Вы используете буквы неправильного регистра - то VRML-браузер просто проигнорирует такое описание.
   В VRML имеет огромное значение порядок описания узлов. Так к примеру, описание
    ...

    Rotation {...}

    Scale {...}

    ...


   и описание
    ...

    Scale {...}

    Rotation {...}

    ...


   дают совершенно разный результат.