Incorporare oggetti 3D interattivi in documenti PDF

Software utilizzato:

◦ Miktex portable 2.9 (135 MB) - distribuzione TeX/LaTeX (freeware)

◦ AccuTrans 3D 2.12.1 (6.9 MB) � modi�ca e converte �le 3D (shareware completamente funzionante)

◦ Daz Studio 3D 3.1.2.19 (110 MB) � modellazione 3D (freeware, richiede registrazione nel sito delproduttore)

◦ Adobe Reader 8.0 (o superiore) � visualizzatore �le PDF (freeware)

Visibile solo con Adobe Reader 7.0 o sup.

Oggetto 3D(Visualizzabile solo con Adobe Reader 7.0 o sup.)

TEX è un linguaggio di programmazione per la composizione tipogra�ca orientato alla stesura di testi matematicie scienti�ci.

La pronuncia non è �tecs�, come il popolare protagonista di alcuni fumetti italiani, Tex Willer, ma �tech� poichéil termine deriva dalla radice delle parola greca τέχνη, arte, tecnica, tecnologia. L'ultima lettera presente nel nome èuna chi greca maiuscola (X) la cui gra�a si confonde con quella della latina "ics" (X). Il numero di versione di TEXconverge a π. La versione attuale è la 3.1415926.

TEX è un mark-up language cioè un linguaggio di programmazione che si serve di marcatori testuali (tag) edistruzioni , per de�nire il tipo di carattere, le dimensioni, l'allineamento, la decorazione, ecc., delle varie parti del testo(analogo in questo al linguaggio HTML con cui sono scritte le pagine WEB).

Un documento TEX è un �le di puro testo (con estensione .tex) che contiene sia il testo che le istruzioni per lasua formattazione.

Ad esempio, la formula , in un documento TEX appare così

\begin{equation*}\frac{\sqrt[{3}]{5}}{\operatorname{e}�{4}}\end{equation*}

Il �le sorgente TEX deve essere poi compilato e trasformato nel documento �nale, in genere un �le in formatoPDF (o PS - PostScript), che contiene ovviamente solo il testo formattato.

Lo svantaggio è ovviamente la lentezza della scrittura rispetto ad un normale wordprocessor e la necessità diimparare la sintassi del linguaggio. I vantaggi sono un controllo maggiore su quello che si sta facendo e sul risultato

�nale che si otterrà, la portabilità dei �le (il sorgente risulta compilabile in tutti i sistemi operativi in cui sia installatoil TEX) e le ridotte dimensioni dei �le sorgenti (sono puro testo).

Anche se è ancora possibile scrivere in linguaggio TEX puro, oggi si utilizzano linguaggi che si appoggiano ad esso,come LATEX, e che permettono di automatizzare, tramite macro, tutte le operazioni più comuni che coinvolgonola realizzazione di un documento.

Nel nostro caso dovremmo utilizzare il pacchetto movie15.sty, una macro che consente a LATEX di inserire in undocumento TEX �le multimediali (suoni, animazioni ed oggetti 3D) che poi risulteranno incorporati nel documentoPDF �nale.

Movie15.sty è scaricabile dal CTAN (Comprehensive TEX Archive Network), il sito di riferimento per tutto ilmateriale TEX.

http://www.ctan.org/tex-archive/macros/latex/contrib/movie15/Ora prepariamo l'ambiente TEX-LATEX da utilizzare in seguito.

Dopo aver scaricato la distribuzione portatile MikTeX versione 2.9 (una delle migliori e più utilizzate distribuzioniTeX/LaTeX per Windows) dal sito http://miktex.org/, scompattiamola all'interno di una cartella, ad esempioin c:\Miktex29\.

Ora dobbiamo aggiungere il �le movie15.sty.Entriamo nella cartella dove abbiamo scompattato MikTeX e clicchiamo sulla cartella `tex' per aprirla

e successivamente apriamo la cartella `latex'. Qui creiamo una nuova cartella che rinomineremo `movie15'

Copiamo il �le movie15.sty all'interno della cartella appena creata.

Ora dobbiamo aggiornare il sistema in modo che riconosca il nuovo pacchetto. Entriamo nella cartella `miktex/bin'e lanciamo con un doppio clic il �le `mo.exe' che apre la scheda `Opzioni' di MikTeX

Clicchiamo sul pulsante `Refresh FNDB' e chiudiamo la scheda cliccando su `OK'.

Ora che l'ambiente MikTeX è pronto occupiamoci del �le 3D.

In estrema sintesi un �le 3D contiene le coordinate (x,y,z) di tutti i punti che individuano la super�cie dell'oggetto3D descritto ed, eventualmente, il colore e le caratteristiche �siche delle sue super�ci.

Esiste un numero molto elevato di formati 3D, ma gli unici che possono essere incorporati in documenti PDFsono il formato U3D (Universal 3D) ed il formato PRC (Product Representation Compact).

Noi utilizzeremo il formato U3D che movie15 riesce ad incorporare in documenti PDF visualizzabili tuttavia solocon Adobe Reader dalla versione 7.07 (o superiore).

Poiché un oggetto 3D ha un aspetto diverso a seconda del punto di vista dello spettatore, è necessario speci�caretale punto di vista, idealmente sostituito da una camera virtuale.

Uno dei problemi che dovremo a�rontare è la posizione dell'oggetto rispetto al sistema di coordinate (in generede�nito come �il Mondo�) e rispetto alla camera virtuale. Se l'oggetto 3D è posizionato troppo vicino o troppolontano o fuori della visuale della camera virtuale, il risultato �nale sarà infatti inutilizzabile. Il sistema di riferimentocontiene l'oggetto 3D in una posizione �ssa. Quando vorremo osservare l'oggetto da diversi punti di vista, sarà infattila camera a muoversi rispetto all'oggetto.

In movie15 sono presenti i seguenti parametri che de�niscono la posizione e l'orientazione della camera virtualerispetto al sistema di riferimento e all'oggetto 3D.

◦ 3Daac (Camera's apertura angle) = de�nisce l'angolo di apertura della camera (campo visivo) e può assumerevalori tra 0° e 180°

◦ 3Droo (Radius of orbit) = de�nisce la distanza della camera dal centro dell'orbita circolare su cui si muove lacamera (e in cui l'oggetto deve essere posizionato se vogliamo vederlo)

◦ 3Dcoo (Centrum of orbit) = de�nisce le coordinate (x,y,z) del centro dell'orbita rispetto al sistema diriferimento.

◦ 3Dc2c (Centre to camera) = de�nisce la posizione iniziale della camera all'interno della sua orbita, tramite unsegmento (vettore) di lunghezza arbitraria che ha origine nel centro dell'orbita e passa per il punto di coordinatex,y,z �ssate dal parametro 3Dc2C.

Il problema è dunque sistemare l'oggetto al centro dell'orbita e determinare un raggio adeguato alle dimensionidell'oggetto stesso.

Per fare ciò useremo Accutrans 3D, un software shareware che tuttavia presenta la caratteristica di esserecompletamente funzionante (non ha limitazioni nelle sue funzioni e, cosa ancor più sorprendente, alla �ne dei 30 ggdi prova continua a funzionare).

Accutrans 3D non ha bisogno di installazione. Dopo aver scompattato il �le zip scaricato da http://www.

micromouse.ca/downloads.html è pronto per funzionare.

Usando il comando da menù �FileÕOpen (All Known Formats). . . � carichiamo il �le knight.dxf, uno dei �le 3Dpresenti come esempio nella cartella `Avatar Tutorial' di Accutrans.

DXF (Drawing Exchange Format) è uno dei formati 3D di AutoCAD

A questo punto possiamo modi�care l'orientazione dell'oggetto 3D per sistemarlo nella posizione in cui vogliamosi presenti nel documento PDF in cui lo includeremo.

Possiamo farlo manualmente ruotandolo mentre teniamo premuto il tasto sinistro del mouse.Oppure possiamo farlo in un modo più preciso.

Da menù selezioniamo il comando �Tools ÕAdjust Object� . Nella Parte destra della �nestra appariranno opzionie comandi per modi�care le coordinate del nostro oggetto 3D.

Nel riquadro `Rotate� clicchiamo sul pulsante �Y -90� in modo da ruotare l'oggetto di 90 gradi in senso antiorariointorno all'asse delle Y, per metterlo in piedi.

Ora clicchiamo sul pulsante �Z 90� in modo da ruotare l'oggetto di 90 gradi in senso orario intorno all'asse delleZ, per metterlo di fronte.

Se osserviamo ora le coordinate minime e massime dell'oggetto che si trovano in alto a destra

possiamo notare come siano molto distanti dall'origine degli assi (0,0,0).

Per centrare l'oggetto 3D sull'origine degli assi clicchiamo allora sul pulsante `Center xyz'

Clicchiamo su `Use Displayed Rotation' e in�ne su `OK'

A questo punto possiamo salvare tutto nel formato OBJ (Wavefront), formato che DAZ Studio 3D è in gradodi importare e convertire nel formato U3D. Da menù selezioniamo il comando `FileÕSave as..' e, dalla �nestra checompare, selezioniamo il formato Wavefront.

Oltre al �le knight.obj verrà generato un �le knight.mtl che contiene informazioni sul materiale con cui sono fattele super�ci dell'oggetto 3D.

DAZ Studio 3D è un'applicazione freeware, ma richiede una registrazione nel sito http://www.daz3d.com/.Successivamente verrà inviato un numero seriale via mail da utilizzare al momento dell'installazione del programma.

Dopo aver installato e lanciato DAZ-3D, selezioniamo da menù la voce `FileÕImport..'

Nella �nestra che appare selezioniamo come tipo di �le il formato Wavefront Object e carichiamo il �le knight.obj.

L'oggetto sarà troppo vicino per essere visualizzato per intero. Non ce ne preoccupiamo. De�niremo in seguitola distanza corretta.

Selezioniamo da menù la voce `FileÕExport..' e nella �nestra che appare selezioniamo come tipo di �le ilformatoUniversal 3D e salviamo il �le come knight.u3d.

Con VAZ3D abbiamo �nito. Ci serviva solo per creare il �le U3D.Anche il freeware MeshLab http://meshlab.sourceforge.net/ è in grado di esportare �le in formato U3D,

ma attualmente (versione 1.2.3) non è in grado di salvare i colori delle super�ci. Ha comunque il vantaggio che,insieme al �le U3D genera un �le TEX già pronto per essere compilato e trasformato in un PDF con l'oggetto 3Dincorporato.

Creiamo ora il �le TEX necessario per incorporare il �le U3D nel PDFNella stessa cartella in cui abbiamo salvato il �le knight.u3d creiamo un �le di testo (con un clic destro del mouse

comparirà un menù contestuale dal quale selezionare `NuovoÕDocumento di testo').

Apriamo con un doppio clic il �le di testo, incolliamo (o scriviamo) il seguente testo e salviamo.

\documentclass[a4paper]{article}

\usepackage[3D]{movie15}\usepackage{hyperref}\usepackage[Italian]{babel}\begin{document}\includemovie[poster,toolbar, %same as `controls'label=knight.u3d,text=(knight.u3d),3Daac=60.000000, 3Droll=0, 3Dc2c=0.000000 -100.000000 0.000000, 3Droo=100.000000, 3Dcoo=0 0 0,3Dlights=CAD

]{\linewidth}{\linewidth}{knight.u3d}\movieref[3Dcalculate=60]{knight.u3d}{Calcola distanza camera}\movieref[3Dgetview]{knight.u3d}{Calcola vista!}

\end{document}

Si tratta di un codice TeX.Le prime quattro righe dicono al compilatore TeX che pacchetti utilizzare per la compilazione (tra i quali vi è

ovviamente movie15).Abbiamo poi �ssato i parametri della camera virtuale.

◦ 3Daac=60.000000 Õ 60° l'angolo di apertura della camera

◦ 3Droll=0 Õ 0° l'angolo iniziale di rotazione della camera intorno al suo asse

◦ 3Dcoo= 0 0 0 Õ le coordinate del centro dell'orbita (in questo modo abbiamo sistemato il centro dell'orbitain corrispondenza dell'origine degli assi, dove avevamo precedentemente centrato il nostro oggetto 3D conAccutrans)

◦ 3Droo=100 Õ il raggio (provvisorio) dell'orbita su cui si muove la camera

◦ 3Dc2c = 0 -100 0 Õ La posizione iniziale (provvisoria) della camera rispetto al centro dell'orbita, che in questocaso coincide con l'origine del sistema di riferimento e con il centro dell'oggetto. Le coordinate corrispondonoa X=0 Y=-100 Z=0 e corrispondono ad un osservatore posto sul piano XY, davanti all'oggetto.

Le istruzioni

\movieref[3Dcalculate=60]{knight.u3d}{Calcola distanza camera}\movieref[3Dgetview]{knight.u3d}{Calcola vista!}

sono provvisorie e creeranno all'interno del documento PDF due link.

Il primo (Calcola distanza camera) ci servirà per calcolare la distanza corretta della camera (3Droo)Il secondo (Calcola vista!) per determinare i parametri di visualizzazioni particolari dell'oggetto 3D che poi

potremo utilizzare nel documento �nale.

Nota Bene: i link funzionano solo con Adobe Reader 8.0 (o successivi)

Rinominiamo ora il �le di testo come `knight.tex' in modo da poterlo leggere e compilare con MikTeX.

Entriamo nella cartella dove abbiamo scompattato MikTeX e cerchiamo il �le TexWorks.exe che si trova nellasottocartella /miktex/bin

Si tratta di un editor e compilatore di �le tex fornito con la distribuzione MikTeX.Lanciamolo con un doppio clic. Da menù selezioniamo la voce `FileÕApri..' e carichiamo il �le knight.tex.

Il testo sorgente apparirà in TeXworks. Volendo è possibile modi�carlo, ma eseguiamo semplicemente la compi-lazione cliccando sul pilsante verde in alto a sinistra.

Se il compilatore non riscontra errori, verrà creato nella medesima cartella il �le knight.pdf che verrà automati-camente caricato e visualizzato da TeXworks in un'altra �nestra.

Il visualizzatore PDF di TeXworks non è tuttavia in grado di mostrare l'oggetto 3D incorporato.

Dovremo perciò visualizzarlo usando Adobe Reader. In questa fase è necessario utilizzare Adobe Reader almenonella versione 8.0 (o superiore). Le versioni precedenti non riescono infatti a gestire correttamente i link che ci servonoper calcolare la corretta distanza dell'oggetto.

Caricando dunque il �le knight.pdf con Adobe Reader 8.0 l'oggetto 3D incorporato apparirà, ma troppo vicinoall'osservatore (tanto che tutta la visuale sarà occupata da un particolare verde del suo vestito)

Clicchiamo allora sul link (Calcola Distanza Camera) che si trova in basso a sinistra, sotto l'immagine 3D.Otterremo la seguente �nestra di risposta e contemporaneamente l'oggetto 3D si posizionerà alla distanza corretta.

L'unica informazione che ci interessa è la prima, che potremo arrotondare a 3Droo=22542

Riapriamo ora il �le sorgente knight.tex usando l'editor TeXworks ed andiamo a correggere l'11 a riga.

sostituendola con la seguente3Daac=60, 3Droll=0, 3Dc2c=0 -22542 0, 3Droo=22542, 3Dcoo=0 0 0,

in cui i valori della posizione della camera e del raggio dell'orbita che avevamo provvisoriamente �ssato a -100 e100 vengono sostituiti con il valore appena calcolato (22542).

Da menù `FileÕSalva come. . . ' salviamo il �le tex modi�cato come pagina3D.tex e ricompiliamo ottenendo il�le pagina3D.pdf.

Carichiamo con Adobe Reader 8 il �le pagina3D.pdf in cui l'oggetto 3D appare ora correttamente visualizzato.Possiamo ruotarlo (trascinandolo con il tasto sinistro del mouse premuto), traslarlo e zoomarlo dopo aver selezionatoi relativi comandi dal menù che appare sopra l'oggetto.

Creiamo ora qualche `vista' alternativa da selezionare direttamente dal menù associato all'oggetto 3D incorporato.

Nella stessa cartella in cui abbiamo salvato il �le knight.u3d creiamo un �le di testo (con un clic destro del mousecomparirà un menù contestuale dal quale selezionare `NuovoÕDocumento di testo'). Apriamo con un doppio clic il�le di testo, copiamo e incolliamo (o scriviamo) il seguente testo e salviamo.

VIEW={Fronte}C2C=0 -1 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Retro}C2C=0 1 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Sinistra}C2C=1 0 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Destra}C2C=-1 0 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Alto}C2C=0 0 1ROO=22452AAC=60

END

Si tratta di visualizzazioni standard in cui l'oggetto viene ruotato di 90 o 180°. Se vogliamo aggiungere unavisualizzazione personalizzata riapriamo il �le knight.pdf, ruotiamolo e zoomiamolo.

Quando avremo ottenuto un'inquadratura che ci appare interessante clicchiamo sul link (Cattura Vista). Otter-remo una �nestra di risposta di questo tipo

Le informazioni all'interno sono già selezionate. È su�ciente fare un clic destro sopra con il mouse per farapparire il comando copia. Clicchiamo su copia e poi andiamo ad incollare tali informazioni sul �le di testo precedente(possiamo arrotondare i decimali). Otterremo

VIEW={Fronte}C2C=0 -1 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Retro}C2C=0 1 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Sinistra}C2C=1 0 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Destra}C2C=-1 0 0ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Alto}C2C=0 0 1ROO=22452AAC=60

ENDVIEW={Particolare Spada}COO=168.254 2715.199 947.052C2C=-0.9917 -0.01096 -0.12768ROO=6229.0059ROLL=1.9789AAC=60LIGHTS=CADRENDERMODE=Solid

END

Ora salviamo il nuovo �le di testo e rinominiamo come `viste.vws'.

Carichiamo nuovamente il �le pagina3D.tex con l'editor TeXworks e modi�chiamolo cancellando i link (che nonci servono più) e aggiungendo un'istruzione per caricare il �le viste.vws. Il testo �nale sarà

\documentclass[a4paper]{article}\usepackage[3D]{movie15}\usepackage{hyperref}\usepackage[Italian]{babel}\begin{document}\includemovie[poster,toolbar, %same as `controls'label=knight.u3d,text=(knight.u3d),3Daac=60.000000, 3Droll=0, 3Dc2c=0.000000 -22452.000000 0.000000, 3Droo=22452.000000, 3Dcoo=0 0

0,3Dlights=CAD,3Dviews2=viste.vws,

]{\linewidth}{\linewidth}{knight.u3d}\end{document}

Compiliamo nuovamente il sorgente TeX (cliccando sul pulsante verde in alto a sinistra di TeXworks) per ottenerela versione de�nitiva del �le pagina3D.pdf .

Nota Bene. Quando TeXworks compila un sorgente deve generare un �le PDF. Se questo �le esiste, lo sovrascrive,ma se questo �le è già aperto (ad esempio da Adobe Reader), TexWorks si blocca è dà errore.

Ora, quando apriamo il �le PDF con una versione di Adobe Reader 7.07 (o superiore), potremo scegliere dalmenù dell'oggetto 3D delle viste reimpostate.

Possiamo modi�care anche le dimensioni standard del riquadro che occupa l'oggetto 3D.Se ad esempio vogliamo un riquadro del 70% più piccolo scriveremo

{0.7\linewidth}{0.7\linewidth}{knight.u3d}

Per un riquadro più grande del 25% scriveremo

{1.25\linewidth}{1.25\linewidth}{knight.u3d}

Per un riquadro che abbia una larghezza di 5 cm ed un'altezza di 10 cm scriveremo

{5 cm}{10 cm}{knight.u3d}

Ovviamente in questo modo riusciremo ad incorporare un oggetto 3D in una pagina PDF bianca. Se vogliamoinserirlo in una pagina che contiene altro testo e gra�ca dobbiamo comporre l'intera pagina utilizzando il linguaggioTeX.

Esiste tuttavia la possibilità di inserire oggetti 3D anche in pagine scritte con normali Wordprocessor.

Visibile solo con Adobe Reader 7.0 o sup.

Oggetto 3D(Visualizzabile solo con Adobe Reader 7.0 o sup.)

OpenO�ce (ma anche AbiWord) ha infatti la capacità di esportare i suoi documenti in formato TeX. Le vecchieversioni di OpenO�ce (�no alla 2.0) avevano questa caratteristica di default. Le ultime versioni richiedono che vengainstallata l'estensione writer2latex.oxt scaricabile da

http://extensions.services.openoffice.org/it/project/writer2latex

Una volta scaricata l'estensione lanciamo Writer (il programma di video scrittura di OpenO�ce). Da menùselezioniamo `StrumentiÕGestione estensioni' e nellla �nestra che appare clicchiamo su `Aggiungi. . . ' . Cerchiamo il�le writer2latex.oxt e carichiamolo.

A questo punto possiamo esportare il documento scritto con Writer in un sorgente TeX, selezionando `Esporta..'dal menù `File' di Writer e scegliendo come tipo di �le TeX.

Una volta generato il �le TeX, lo apriremo con TeXworks e aggiungeremo al preambolo (la lista iniziale deipacchetti LaTeX che il compilatore deve utilizzare, la voce

\usepackage[3D]{movie15}

Dovremo inoltre aggiungere, nella posizione in cui vogliamo che compaia, l'istruzione per l'inclusione dell'oggetto3D

\includemovie[poster,toolbar, %same as `controls'label=knight.u3d,text=(knight.u3d),3Daac=60.000000, 3Droll=0, 3Dc2c=0.000000 -22452.000000 0.000000, 3Droo=22452.000000, 3Dcoo=0 0

0,3Dlights=CAD,3Dviews2=viste.vws,

]{\linewidth}{\linewidth}{knight.u3d}

Nel caso si utilizzi AbiWord è necessario modi�care nel �le TeX da esso prodotto anche la voce

\usepackage[italiano]{babel}

togliendo la `o' di italiano e lasciando

\usepackage[italian]{babel}