Massimiliano Piscozzi – [email protected]
Sistemi multimediali
Struttura del corso
Introduzione a X3D
Architettura interna di X3D
Presentazione degli oggetti principali che compongono una scena X3D e corrispondente codifica in XML
Creazione al computer di scene X3D
Utilizzo del software X3D-Edit
Introduzione a X3D
X3D: eXtensible 3D
Cos’è X3D?!• Nuova generazione di specifiche grafiche per la
descrizione di contenuti tridimensionali interattivi (ISO Open Standard)
• Successore di VRML97– Nuove funzionalità– Codifica XML– Architettura a componenti più facilmente estendibile
Cosa non è X3D?!• Un programma di modellazione / animazione 3D• Un linguaggio di programmazione
Aree di applicazione
• Presentazioni multimediali
• Pagine web
• Visualizzazione in ambienti RV immersivi
• Mondi virtuali multiutente
• Visualizzazione scientifica
• Formato di interscambio tra diverse applicazioni 3D
Browsers X3D
Maya
3D Studio Max
Funzionalità di X3D (1)
• Grafica 3DGeometria poligonale, geometria parametrica, trasformazioni gerarchiche, illuminazione, materiali e textures
• Grafica 2DTesto, forme planari inserite all’interno della gerarchica delle trasformazioni 3D
• AnimazioneTimers e interpolatori per gestire le animazioni in modo continuo, morphing e animazione di umanoidi (H-Anim)
• Audio e videoSorgenti audiovisive mappate sugli oggetti geometrici della scena
• NavigazioneGestione dei punti di vista, movimento dell’utente nello spazio 3D, test di collisione, prossimità e visibilità
Funzionalità di X3D (2)
• Interazione con l’utenteSensori per il picking e dragging via mouse, input da tastiera
• Oggetti definiti dall’utentePossibilità di estendere le funzionalità built-in del browser creando nuovi data types
• ScriptingPossibilità di cambiare dinamicamente la scena tramite linguaggi di programmazione e scripting
• NetworkingPossibilità di comporre una scena a partire da risorse distribuite sulla rete, hyperlinking di oggetti verso altre scene o risorse sul web
• Simulazione fisicaAnimazione di umanoidi (H-Anim), dataset geospaziali, integrazione col protocollo DIS (Distributed Interactive Simulation)
Struttura del corso
Introduzione a X3D
Architettura interna di X3D
Presentazione degli oggetti principali che compongono una scena X3D e corrispondente codifica in XML
Creazione al computer di scene X3D
Utilizzo del software X3D-Edit
Architettura di X3D
X3D/VRML files, streams Eventi esterni (pagine Web)
XML VRMLclassic
Binary
Parser
Scene graph manager
X3DNode types
Prototype,External Prototype
SAI (Scene Authoring Interface)
SAIScene Authoring
Interface
EAIExternal Authoring
Interface
ScriptingEngines
(Ecmascript,Java...)
APIBrowser
Scene graph Event graph
Eventi esterni (pagine Web)
VRMLclassic
Binary
Parser
Scene graph manager
X3DNode types
Prototype,External Prototype
SAI (Scene Authoring Interface)
SAIScene Authoring
Interface
EAIExternal Authoring
Interface
ScriptingEngines
(Ecmascript,Java...)
APIBrowser
Event graph
Architettura di X3D
X3D/VRML files, streams
XML
Scene graph
• Da cosa è composto lo scene graph?!
• Quali sono le dichiarazioni X3D e come codificarle in XML?!
Scene graph (1)
Lo scene graph:• è la struttura fondamentale dell’ambiente run-time di
X3D• contiene tutti gli oggetti del sistema e le loro relazioni
Primitive geometriche
Materiali
Sorgenti luminose
Punti di vista
Sensori
Sorgenti audio
· · ·
Transformation hierarchy:
Descrive le relazioni spaziali fra gli
oggetti da visualizzare
Behaviour graph:
Descrive le connessioni tra i campi
degli oggetti e il flusso degli eventi
attraverso il sistema
Scene graph (2)
Lo scene graph:• è un grafo aciclico orientato (DAG – direct acyclic graph)
in cui i nodi possono contenere dei campi costituiti da nodi-figli
Node A
Node B
Node C
Node D
Node E Node F
Nodi radice
Nodi figli
Scene graph Transformation hierarchy (1)
All’interno dello scene graph si può individuare una gerarchia delle trasformazioni (transformation hierarchy) che include tutti i nodi radice e i loro discendenti aventi una collocazione nello spazio 3D
In base alla transformation hierarchy:
• i nodi radice sono posizionati rispetto al sistema di coordinate globale (world) della scena
• i nodi figli sono posizionati rispetto ad un sistema di coordinate locale (local) definito in termini di trasformazioni a partire dal sistema di coordinate del nodo padre
Sistema di coordinate globale
Sistemi di coordinate locali (rispetto ai nodi
padre)
• Ogni scena X3D definisce implicitamente un sistema di coordinate globali
Scene graph Transformation hierarchy (2)
x
y
z
Scene graph Transformation hierarchy (2)
• Ogni scena X3D definisce implicitamente un sistema di coordinate globali
Sistemi di coordinate locali (rispetto ai nodi
padre)
Le trasformazioni geometriche di un nodo coinvolgono tutti i suoi nodi discendenti
Sistema di coordinate globale
x
y
z
Sistemi di coordinate locali (rispetto ai nodi
padre)
Le trasformazioni geometriche di un nodo non coinvolgono il nodo padre
Sistema di coordinate globale
• Ogni scena X3D definisce implicitamente un sistema di coordinate globali
x
y
z
Scene graph Transformation hierarchy (2)
Node C
Scene graph Behaviour graph (1)
All’interno dello scene graph vi possono essere delle connessioni (routes) fra campi di nodi distinti
esse costituiscono il behaviour graph
Il behaviour graph :
• specifica come gli eventi si propagano nel sistema
• è modificabile dinamicamente reindirizzando (rerouting), aggiungendo o sopprimendo delle connessioni
Node D
Node A Node B
Scene graph Behaviour graph (2)
Esempio di routing degli eventi:
al trascorrere del tempo (tra 0 e 5 secondi) il cono si muove dalla posizione A alla posizione B
A B
Interpolatorefraction
value
key
keyValue
· · ·
TimerstartTime
endTime
fraction
· · ·
ConoTransftranslation
· · ·
L’ambiente run-time
L’ambiente run-time di X3D:
• visualizza la scena (rendering)
• riceve input da diverse sorgenti (sensori) e coordina l’elaborazione degli eventi
• gestisce lo stato corrente dello scene graph
• gestisce i collegamenti tra il browser X3D e applicazioni esterne per l’hyperlinking e l’accesso tramite API
• gestisce il ciclo di vita dei singoli oggetti (sia gli oggetti built-in sia quelli definiti dall’utente)
L’object model
• Il sistema X3D è costituito da un insieme di entità astratte chiamate oggetti
Fields (campi)
Derivati dall’oggetto X3DField rappresentano
dei concetti semplici come ad esempio valori
booleani, stringhe di caratteri, array di valori in
virgola mobile, ...
Nodes (nodi)
Derivati dall’oggetto X3DNode rappresentano dei concetti più complessi
e possono contenere uno o più fields per memorizzare
dei dati interni o per spedire e ricevere degli
eventi
Alcuni oggetti (dichiarazioni ROUTE, PROTO, metadata, informazioni su Components e Profiles) non sono né campi né nodi
L’object model: i campi (1)
FieldsUn campo può contenere:• un singolo valore di un dato tipo (SF...)• un array di valori dello stesso tipo (MF...)
Tipi definiti in X3D: SFBool, MFBool TRUE / FALSE
SFColor, MFColor (R G B) componenti (0,1)
SFColorRGBA, MFColorRGBA (R G B A) componenti (0,1)
SFDouble, MFDouble floating-point in doppia precisione
SFFloat, MFFloat floating-point in singola precisione
SFInt32, MFInt32 intero a 32-bit
L’object model: i campi (2)
...tipi definiti in X3D: SFImage, MFImage immagine bidimensionale non
compressa
larghezza, altezza, n° componenti
‘larghezza x altezza’ valori (pixels)
SFNode, MFNode nodo X3D
SFRotation, MFRotation (x y z a): rotazione di a radianti
rispetto all’asse (x y z)
SFString, MFString stringa codificata in UTF-8
SFTime, MFTime valore in doppia precisione: secondi a
partire dal 1° gennaio 1970, 00:00:00
SFVec2d, MFVec2d vettore bidimensionale di double
SFVec2f, MFVec2f vettore bidimensionale di float
SFVec3d, MFVec3d vettore tridimensionale di double
SFVec3f, MFVec3f vettore tridimensionale di float
L’object model: i nodi (1)
Nodes
• I nodi sono istanziati dichiarandoli in un file o usando codice procedurale a run-time
• Si possono creare nuovi tipi di nodi (meccanismo di prototyping)– Diventano parte dell’ambiente run-time– Vengono trattati come gli oggetti built-in
• La maggior parte dei tipi dei nodi implementano delle funzionalità aggiuntive attraverso l’ereditarietà di interfacce (proprietà e funzionalità comuni)
L’object model: i nodi (2)
Ciascun nodo contiene zero o più campi che definiscono:• lo stato persistente del nodo
• i valori che il nodo può spedire e ricevere sotto forma di eventi
Vi sono 4 tipi di accesso ai campi di un nodo:
• initializeOnly: non riceve e non spedisce eventi
• inputOnly: è permessa la sola ricezione di eventi
• outputOnly: è permessa la sola spedizione di eventi
• inputOutput: sono permesse sia la ricezione sia la spedizione di eventi
L’object model: i nodi (3)
Regole per l’assegnazione dei nomi ai campi:
• Tutti i nomi composti da più parole cominciano con una minuscola, mentre le successive iniziali sono maiuscole
– Esempio: nomeCompostoDaVarieParole
• I campi inputOnly hanno il prefisso “set_”– Esempio: set_foo– Eccezioni: addChildren, removeChildren, alcuni campi del tipo ‘SFTime’
• I campi outputOnly hanno il suffisso “_changed”– Esempio: foo_changed– Eccezioni: i campi di tipo SFBool (ex: isActive), alcuni campi del tipo ‘SFTime’
• I campi inputOutput aggiungono al proprio nome il prefisso “set_” o il suffisso “_changed” a seconda che siano usati nella ricezione o nell’invio di eventi
– Esempio: foo, set_foo, foo_changed
L’object model: i nodi e il flusso degli eventi
• Gli eventi sono il mezzo primario per generare dei comportamenti nell’ambiente run-time– Gli eventi in output sono connessi agli eventi in input in modo
dichiarativo
• Per poter stabilire una connessione (ROUTE) fra due campi occorre associare ai nodi un nome– Costrutto DEF / USE
• Gli eventi sono generati da sensori o script e poi propagati lungo il behaviour graph– Una cascata di eventi è caratterizzata dallo stesso timestamp
NodocampoA
campoB
campoC
campoD
· · ·
initializeOnly
inputOnly
outputOnly
inputOutput