VRML (Virtual Reality Modeling Language)
© Hannu Natunen 2000
Index
Lyhyt historia
Perusteet
Työasema
Tunnisteet perusprimitiivit ja kommentti
Vapaamuotoiset kappaleet
Solmut (Nodes)
Värit ja textuurit
Siirto, kierto ja skaalaus
Solmujen monistaminen
Harjoitukset valmiina
VRML ei ole ohjelmointikieli. Se on HTML:n tavoin tulkattava
kuvauskieli, jota on pyritty kehittämään mahdollisimman laitteistoriippumattomaksi
tavaksi esittää vuorovaikutteisia 3D-mallinnoksia jaettavaksi samanaikaisesti usean
käyttäjän kesken.
VRML- kielen määrityksiä kehittämässä oli alkujaan suuri joukko
yksittäisiä henkilöitä, yhteisöjä ja yrityksiä, joiden työn tuloksena 26.
toukokuuta 1995 valmistui VRML 1.0-kielen lopullinen määrittely ja se
standardoitiin. Se syntyi Silicon Graphicsin OpenGL-määrityksiin perustuen muutamassa
kuukaudessa.
1.0 standardi oli kielen kehittäjienkin mielestä puutteellinen jo julkaistaessa, mutta
standardoinnin myötä kehitystyöhön mukaan haluttiin uusia, vaikutusvaltaisia tahoja.
VRML- kehittäjäjoukko kasvaa ja voimistuu. 20. -23. elokuuta 1995
järjestettiin VRML 1.0:n kehittämisestä kiinnostuneiden tutkijoiden ja kehittäjien
tapaaminen jonka seurauksena VRML Architecture Group
eli (VAG) perustettiin.
4 maaliskuuta 1996 aikaansaatiin VRML 2.0 standardi, joka antaa selvästi
paremmat mahdollisuudet kappaleiden ja ympäristöjen vuorovaikutteisuuden lisäämiseen.
- Objektien animointi, jonka avulla voidaan luoda liikettä tilaan sekä käyttäjän
mahdollisuus käynnistää tai lopettaa toiminta.
- Ympäristön jakaminen usean käyttäjän kesken.
- Laaja audiovisuaalisten tehosteiden lisääminen.
- Java / JavaScript-yhteensopivuus
Näinä aikoina alkunsa sai Moving Worlds-työryhmä, johon kuuluu mm.
Silicon Graphics, Black Sun, Intervista Software, Macromedia sekä lukuisa joukko muita
yhteisöjä sekä yksityishenkilöitä.
Tällä hetkellä kehitystyön tulos kantaa nimeä VRML 97 ( ISO/IEC 14772-1:1997)
Käyttökohteita alunperin oli ja on edelleen, erilaiset IRC-tyyppiset kohtaamispaikat,
joissa käyttäjä voi valita itselleen jonkin virtuaalihahmon. Nämä hahmot voivat
sitten kohdata jonkun tahon ylläpitämässä ympäristössä ja vaihtaa kuulumisia.
VRML:ää käytetään jonkun verran myös suunnittelussa mallinnuksen apuna.
Kaksiulotteisessa esityksessä, kuten esimerkiksi veb-sivulla, kappaleen sijainti
määritellään horisontaali- (vaaka X) ja vertikaali- (pysty Y) -suuntaisesti.
Kolmiulotteisessa mallinnuksessa mukaan otetaan myös syvyysmäärittely (Z). Kappaleen
sijainti ja asento tilassa ilmaistaan kolmiulotteisella koordinaatistolla.
Kolmiulotteisessa tietokonegrafiikassa, kappaleet ilmaistaan joukkona pisteitä, jotka
sijaitsevat koordinaatistossa. Piirto-ohjelma muodostaa viivat näiden pisteiden välille,
jolloin muodostuu rautalankamalli kolmiulotteisesta kappaleesta. Rautalankamallin
muodostamat pintamuodot voidaan täyttää RGB-värimäärityksin tai textuuria
käyttäen. Kappaleen kierto ilmoitetaan koodissa asteiden sijaan radiaaneina ja
lasketaan vastapäivään.
VRML- kieli on "tulkattava", joten työasemaan on asennettava joku , yleensä
web-selaimeen liitettävä laajennus, eli plugin. Niitä löytyy joka lähtöön ja
kaikissa on hyvät ja huonot puolensa. Ainakin alussa on viisainta ottaa käyttöön
laajennus, joka tulkkaa koodin ilman joutavia erikoisuuksia. Tarjolla on nimittäin
sellaisiakin, jotka on tarkoitettu käytettäväksi jonkun tietyn vrml-mallintajaa
valmistavan yhtiön selaimen kanssa. Hyvä valinta on esim. SGI:n CosmoPlayer. Kielen
muokkaamiseen käy mikä tahansa tekstinkäsittelyohjelma, mukaan lukien yksinkertaisimmat
ASCII-editorit. (Mac:n SimpleText, Unix: Pico, Win: WordPad ym.). Kielen
tiedostotarkennin on .wrl. Itse koneeltakaan, näytönohjausta lukuunottamatta, ei homma
paljoa vaadi. Plugin/selain imaisee kiintolevytilaa säästöliekillä (Cosmo noin 4mt.).
Isoja selainmöykkyjäkin on. Esim. Platinum technologyn Exploreriin tekemä WorldView2.1
(noin13mt.).
Suuri määrä suorittimen uumenissa lymyäviä megahertzejä saa poikkeuksetta tekijän
nyökyttämään hyväksyvästi päätään, vaan vähälläkin pärjää. Sensijaan
näytönohjain saisi mielellään olla rivakka toimissaan. OpenGl-tuki olisi hyvinkin
suotava.
PS. Cosmon laajennuksen ohjeet saat halutessasi näkyviin klikkailemalla
panelin vasemmassa alalaidassa olevia kolmioita
VRML-kielen avulla voidaan muodostaa joitakin perusmuotoja, primitiivejä, joita
yhdistämällä voidaan muodostaa uusia, monimutkaisempia kappaleita. Näitä perusmuotoja
kutsutaan primitiiveiksi, ja ne kuuluvat kaikkien mallintajien ja myös kieltä
tulkkaavien laajennusten kalustoon. Primitiivit ja niiden yhdistelmät pystytään
tuottamaan lopputuloksen kannalta taloudellisesti (pieni tiedostokoko), kun taas
vapaamuotoiset kappaleet, (fasetit) aikaansaavat helposti valtaisan tiedoston.
Primitiivit ovat seuraavat:
| Box |
(laatikko/kuutio) |
| Sphere |
(pallo/soikio) |
| Cylinder |
(sylinteri) |
| Cone |
(kartio) |
Muotoa ennen tarvitaan tunniste. VRML 2.0 koodi alkaa aina rivillä...
#VRML V2.0 utf8
... josta selain tietää seuraavien rivien sisältävän laajennuksen avulla
tulkattavaa kieltä.
tunnisterivin jälkeen voidaan kommentoida:
#VRML V2.0 utf8
#kommenttirivi alkaa risuaidalla
Yksi perusprimitiiveistä ilman mitään muotoiluja kirjoitetaan...
#VRML V2.0 utf8
#Rivit luovat kartion
Shape {
geometry Cone{}
}
...joka muodostaa kartion. Jos muotosolmun (Shape), sisään kirjoitetaan
joku muu primitiivi, muodostetaan kartion tilalle haluttu muoto.
VRML 1.0, 2.0 ja -97 version tiedostotarkennin on .wrl
Vapaasti muotoiltavien kappaleiden luonti VRML:ssä perustuu fasetteihin eli kolmen tai
neljän pisteen ja niitä yhdistävien viivojen muodostamiin kolmioihin ja neliöihin,
joita taas yhteisesti nimitetään polygoneiksi eli monikulmioiksi. Kielessä jokaisen
fasettipisteen koordinaatit määritellään erikseen (IndexedFaceSet), eli vapaasti
suomennettuna LähdeluetteloituNaamaSarja :-).
Tästäpä voi päätellä esimerkiksi muusinuijan, tai hillovasaran mallintamisen olevan
suhteellisen helppoa primitiivivejä käyttäen, kun taas vaikkapa käkikello kaikkine
yksityiskohtineen ilman mallintajan apua on ylivoimainen homma.
Hyvät 3D-mallinnusohjelmat ovat kalliita, yleensä monimutkaisia käyttää eikä
suoraa VRML-tallennusmahdollisuutta useinkaan ole, joten piirto-ohjelmia voi käyttää
oikeastaan vain mallinsiirron apuvälineenä. Onneksi kuitenkin ahkerat alan harrastajat
ovat vuosien mittaan kehittäneet talkootyönä melkoisen näppäriä
"käntäjiä", joilla eri 3D-piirto-ohjelmien tuotoksia voidaan muokata
VRML-koodiksi.
Suora VRML tallennusmahdollisuus on ainakin Autodeskin 3Dmaxissa. AutoCAD:iin sitä on
lupailtu jo jonkin aikaa, vaan eipä ole ainakaan R14-versiossa.
Yksi apuväline vapaamuotoisen kappaleen tekoon on Keith Rulen tekemä Crossroads, joka
lukee ja kirjoittaa usean piirto-ohjelman tiedostomuotoa esim: 3Dstudion .3ds
ja AutoCAD:in .dxf .
VRML 2.0 rakenne perustuu solmuihin. Solmu aloitetaan aina tyyppimäärittelyllä,
jolla kerrotaan mihin ominaisuuteen halutaan vaikuttaa. Sen jälkeen kirjoitetaan
aaltosulkujen { } sisään ominaisuuden arvot. Karkeasti jakaen solmujen päätyypit ovat:
- Appearance (Ulkoasu)
- Shape (Muotosolmut)
- Material ja ImageTexture (Materiaali)
- Transform (Siirto, rotaatio ja skaalaus)
- Group (Ryhmäsolmu)
Kokonaisuudet aikaansaadaan yksinkertaisesti sijoittamalla solmuja allekkain. Solmut
vaikuttavat koodin loppuun asti jokaiseen myöhempään
solmuun ellei niitä erotella toisistaan esimerkiksi ryhmäsolmulla (Group). Noin
yleensä ottaen solmut voidaan sijoittaa melko vapaavalintaisesti suhteessa toisiinsa.
HTML:n tavoin selain lukee koodin ylhäältä alaspäin. Tällä on merkitystä, jos
kopioit yhtä kappaletta moneen paikkaan. Silloin voidaan solmujen sijoittamisella
vaikuttaa siihen, mikä kopio näkyy ensimmäisenä.
Värien määrittely tehdään Material-solmussa ja perustuu RGB-kanaviin.
Osavärit vaihtelevat asteikolla 0-1. Nollalla kanava on kiinni ja ykkösellä täysin
auki. Värin ja pinnan ulkonäköön vaikuttavat monet määritykset. Tärkein väriin
vaikuttava määritys on diffuse color.
Textuureksi käyvät JPG, GIF ja PNG-kuvat. Sopiva koko suuren pinnan täytöksi on noin
100X100 pixeliä.
Taulukosta löytyvät perusvärejä vastaavat RGB-arvot. Loput sekoittamalla.
| R |
G |
B |
|
| 0 |
0 |
0 |
musta |
| 0.5 |
0.5 |
0.5 |
harmaa |
| 1 |
1 |
1 |
valkoinen |
| 1 |
0 |
0 |
punainen |
| 0 |
1 |
0 |
vihreä |
| 0 |
0 |
1 |
sininen |
| 1 |
1 |
0 |
keltainen |
Esim: sininen väri...
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
diffuseColor
0 0 1
}
}
Ulkoasun ainoa arvo, sininen värikanava auki
Esim: materiaalina textuuri...
Shape {
appearance Appearance {
material Material {
texture ImageTexture {
url "hakemisto/tai/url/jokukuva.jpg"
}
}
Polku tai viittaus " " väliin
Siirto, rotaatio ja skaalaus tehdään Transform-solmulla. Määritykseen käytetään
kolmea lukua, järjestyksessä X, Y ja Z. Tämä lisää koodia, koska
kappaleen kuvauksen eteen lisätään children-kenttä . Kentän avulla määritellään,
mihin objekteihin muutokset vaikuttavat.
Rotaatiossa ja siirrossa käytetään asteiden sijaan radiaaneja ja kierto lasketaan
vastapäivään.
Taulukossa joitakin suuntaa-antavia lukuja. Loput löytyvät kokeilemalla.
| Asteluvut |
Radiaanit |
| 0 |
0 |
| 30 |
0.175 |
| 45 |
0.785 |
| 90 |
1.571 |
| 180 |
3.142 |
| 270 |
4.712 |
| 360 |
6.283 |
Solmuja voidaan monistaa DEF ja USE avainsanoilla. Kuvantamisvaiheessa VRML-selain
kopioi DEF-avainsanalla merkityn objektin Transform-
solmussa määrättyyn paikkaan.
Esim:
#VRML V2.0 utf8
#kartion kopiointi
Transform {
children DEF KARTIO Transform {
children Shape {
appearance
Appearance {
material Material {
}
}
geometry Cone {
}
}
translation 0.0294466 -2.08259 0.939986
scale 0.5 0.5 0.5
}
}
Transform {
children USE KARTIO
translation -1.17786 0.44273
-0.16114
}
...Kopioi kartion
Perusmuodoilla tehtävissä harjoituksissa jätskitötterössä käytetään vain kahta
perusprimitiiviä, kartiota ja palloa.
Muusinuijassa on lisäksi sylinteri ja muutama kopioimalla muodostettu kartio.
Valmiina (ainakin melkein) ne ovat täällä | Jätski
| muusinuijan
osat |
| 12.1.2002 |