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Vortrag in Anwendungen I Stephan Koops 08.06.2005 3D-Visualisierung von bewegten Objekten

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Vortrag in Anwendungen I

Stephan Koops 08.06.2005

3D-Visualisierungvon bewegten Objekten

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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Motivation

allgemein● Sachen echt 3D zu betrachten ist wesentlich

schöner als nur 2D– Architektur-Modelle– medizinische Anwendungen

persönlich● mit 3D-Anwendungen beschäftigen

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Übersicht 3D-Produkte

standardisiert:● VRML / X3D● java3Dproprietär:● Anfy 3D12● Shout 3D13● Cult 3D14● viewpoint 4

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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Geschichte

3D im Web● 1994 - 1995: VRML 1.0● 1995 - 1996 : VRML 2.0● 1997: VRML 2.0 wird als VRML97 ISO-Standard● 1997: Gründung des VRML-Konsortiums● 1999: Umbenennung in Web3D-Konsortium● 2002: X3D

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VRML - Beispiel

● Einführungs-Demo

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VRML - Beispiel

● Beispiel: Würfel

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VRML - Beispiel

● Beispiel: Würfel

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#VRML V2.0 utf8Shape{ geometry Box { } appearance Appearance { material Material { diffuseColor 1.0 0.0 0.0 } }}

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VRML - Struktur

● Alles zusammen im Szenegraph: Verschachtelte Knoten

● Knoten enspr. Objekte● Datenfelder entspr. Attributen

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VRML - Wiederverwendung

● Knoten können Namen bekommen, um später zu referenzieren (DEF name)

● weiterhin kann man sie später erneut instantiieren (USE name)

● Protoypen definierbar– Attribute später veränderbar– getrennt in Interface und Implementierung– auch in anderen Dateien definierbar

● mit Inline kann man andere Dateien einbinden11

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VRML - geometrische Knoten

● sichtbarer Teil der 3D-Welt● werden im Knoten Shape angeordnet● die „einfachen“ geometrischen Knoten

– Box: Quader– Cone: Kegel– Cylinder– Sphere: Kugel– Text– ... 12

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VRML - geometrische Knoten

● die „komplizierten“ geometrischen Knoten– ...– ElevationGrid– PointSet– IndexedLineSet– IndexedFaceSet– Extrusion

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VRML - Aussehen

Aussehen der geometrischen Knoten:Unterknoten Appearance● Material● Texturen

– ImageTexture– MovieTexture– PixelTexture

● TextureTransform14

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VRML - Aussehen

Aussehen: Unterknoten material● Farben

– diffuseColor (Eigenfarbe)– emissiveColor (Eigenleuchten)– specularColor (Farbe von Reflexionen)

● shininess (Reflexionsgrad)● transparency (Grad der Transparenz)● ambientIntensity (Leuchtkraft)

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VRML - Hintergrund

Knoten BackGround● Boden und Himmel● jeweils Farben und Farbübergänge möglich

– besonders am Himmel interessant

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VRML - Lichtquellen

verschiedene Lichtquellen möglich:● DirectionalLight● PointLight● SpotLight

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VRML - Beobachter

Beobachter:● avatarSize (Größe des Beobachter)● headlight (Helmlicht)● speed● type● visibilityLimit

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VRML - Viewpoints

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Viewpoint { position 0 0 10 orientation 0 0 1 0 jump FALSE description "von oben"}

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VRML - Hello World#VRML V2.0 utf8Group { children [ Viewpoint { description "hello, world!" orientation 0 1 0 1.57 position 6 -1 0 } NavigationInfo { type [ "EXAMINE" "ANY" ] } Shape { # Weltkugel geometry Sphere { } appearance Appearance { texture ImageTexture { url [ "earth-topo.png" ] } } } # Shape # ... Fortsetzung

# ... Fortsetzung Transform { rotation 0 1 0 1.57 translation 0 -2 1.25 children [ Shape { geometry Text { string [ "Hello" "world!" ] } appearance Appearance { material Material { diffuseColor 0.1 0.5 1 } } } # Shape ] # children } # Transform ] # children} # Group

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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Animation - Beispiel

● Beispiel: bewegter Würfel

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Animation

Animation besteht aus folgenden Komponenten: ● Sensor (auslösen von und reagieren auf Ereignisse)● Routen = Verbindungen zwischen Objekten● Interpolator (berechnet Zwischenwerte)● (geometrisches) Objekt

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Animation

Üblicherweise veränderte Felder: ● translation● rotation● scale

● Kindsknoten hinzufügen oder entfernen

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Animation - Sensoren

● TimeSensor: Zeitgeber● TouchSensor: Berührungen mit Mauszeiger● VisibilitySensor: Sichtbarkeit eines Objektes● ProximitySensor: Betrachters betritt Bereich● PlaneSensor: Verschiebung eines Objektes in xy● CylinderSensor: Objekt um die y-Achse drehen● SphereSensor: Rollen eines Objektes

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Animation - Ereignisse

Ereignisse● werden bei Veränderung eines Werts ausgelöst

→ „Methodenaufruf“● werden durch bestimmte Felder repräsentiert

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Animation - Routen

● Ereignisse werden entlang der Routen verschickt● von einem Datenfeld eines Objektes

zu einem Datenfeld eines Objektes

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ROUTE Uhr.fraction_changed TOInterpolator.set_fraction

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Animation - Interpolatoren

Interpolatoren berechnen Zwischenwerte● PositionInterpolator: (x, y, z)● CoordinationInterpolator: (für komplexe Flächen)● NormalInterpolator: (über Normalenvektoren)● OrientationInterpolator (Achse mit Drehung)● ColorInterpolator: (RGB-Werte)● ScalarInterpolator: (einzelne Werte)

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Animation - Interpolatoren

● Zwischenwerte werden aufgrund gegebener Anfangsintervalle berechnet

● Beispiel für Transparenz:

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DEF Name ScalarInterpolator { key [0.0 0.9 0.0] keyValue [ 0.0, # undurchsichtig 1.0, # durchsichtig 0.0 # undurchsichtig ]}

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Animation - Beispiel

● Beispiel: bewegter Würfel

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#VRML V2.0 utf8# Animation

Background { skyColor 1 1 1 }

DEF Wuerfel Transform{ children [ Shape { geometry Box {} appearance Appearance { material Material {} } } ]}# Fortsetzung ...

# ... FortsetzungDEF Uhr TimeSensor { cycleInterval 5.0 loop TRUE}DEF Interp PositionInterpolator { key [ 0.0 0.9 1.0 ] keyValue [ 0.0 -2.0 0.0, 0.0 2.0 0.0, 0.0 -2.0 0.0 ]}ROUTE Uhr.fraction_changed

TO Interp.set_fractionROUTE Interp.value_changed

TO Wuerfel.set_translation

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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Logik in VRML

● bisherige Knoten etc. reichen für komplexe Animationen nicht aus→ Logik nötig

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Logik in VRML

● bisherige Knoten etc. reichen für komplexe Animationen nicht aus→ Logik nötig

● Programmiersprachen– JavaScript– Java

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Logik - Schnittstelle

Schnittstelle zwischen VRML und Prog-Sprache● Knoten vom Typ Script

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DEF Name Script { field SFVec3f position [1 2 3] eventIn SFFloat setHoehe eventOut SFInt32 hoeheChanged url "klasse.class"}

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Logik - Java

Packages, die der Viewer zur Verfügung stellt:● vrml.*● vrml.field.*● vrml.node.*

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Logik - Java

Implementierung erbt von der Klasse vrml.Script.● dort beliebige Funktionalität

Ereignis-Verarbeitung● processEvent(Event)

Zugriff auf definierte Ereignisse (Felder entsprechend)● getEventOut(String name)● getEventIn(String name)

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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X3D

● Nachfolger von VRML● Umwandlung VRML ↔ X3D möglich

– automatisch– quasi ohne Verlust

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X3D

● Würfel-Beispiel:

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#VRML V2.0 utf8

Shape {geometry Box { }appearance Appearance {

material Material {diffuseColor 1.0 0.0 0.0

}}

}

VRML

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X3D

● Würfel-Beispiel:

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#VRML V2.0 utf8

Shape {geometry Box { }appearance Appearance {

material Material {diffuseColor 1.0 0.0 0.0

}}

}

VRML X3D<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE X3D PUBLIC "ISO//Web3D//DTD X3D 3.0//EN" "http://www.web3d.org/specifications/x3d-3.0.dtd"><X3D profile="Full">

<Scene><Shape>

<Box /><Appearance>

<MaterialdiffuseColor="1.0 0.0 0.0"/>

</Appearance></Shape>

</Scene></X3D>

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X3D

● Struktur von X3D im Prinzip gleich– VRML-Knoten werden XML-Elemente– Datenfelder werden XML-Attribute

● ein Vorteil von XML: Einfacher lesbar, da immer klar ist, welche End-Klammer zu welchem Anfang gehört

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X3D - Komponenten

● X3D ist modular aufgebaut● für VRML gibt es keinen Browser, der die

gesamte Spezifikation erfüllt.● spezialisierte Browser möglich, die nur einen

Teil, den aber optimal implementieren● X3D ist erweiterbar (XML-typisch)

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X3D - Profile

Profile setzen sich aus Komponenten zusammen● Core Profile

– ganz minimal● Interchange Profile

– beschränkten Lichteinsatz, keine Interaktion● Interactive Profile

– nur eingeschränkte Interakion erlaubt● MPEG-4 interactive Profile: MPEG-4 Standard● Immersive Profile: volle VRML Funktionalität● Full Profile

– Volle Implementation der X3D Spezifikation43

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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VRML- und X3D-Viewer

● Browser-Plugin von Cortona (VRML)– für private Nutzung kostenlos

● Browser-Plugin von www.bitmanagement.de (beides)

– zum Testen kostenlose Version● Xj3D vom Web3D-Konsortium (X3D)

Für PocketPCs und Handhelds● Pocket Cortona

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VRML- und X3D-Editoren

● Dune– Einfacher grafischer Editor zum Bearbeiten von

VRML-Dateien; nach 5 Minuten intuitiv bedienbar– X3D-Export möglich; Java-Bibliotheken werden

benötigt● Blender3d

– sieht sehr professionell aus– Probleme mit der Anzeige– vermutlich überdimensioniert

46(Links finden sich bei den Quellangaben)

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VRML- und X3D-Editoren

● mjbWorld– sehr technisch orientiert

● X3D-Edit– Einfacher Editor vom Web3D-Konsortium– Ließ sich bei mir nicht starten

47(Links finden sich bei den Quellangaben)

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Agenda● Motivation● VRML● Animation● Logik in der 3D-Welt● X3D● VRML- und X3D-Viewer● Editoren● Mein Beitrag zum Ferienclub

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Mein Beitrag

3D-Visualisierung des Ferienclubs

Anzeige von● Gelände● Attraktionen / Sportstätten / ...● Aufenthaltsort von Personen

– Wo sind / waren unsere Kinder– Wo sind meine Freunde gerade?

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Mein Beitrag

Aufenthalt von Personen● Anfang: statisch

– aktuell– zu einem bestimmten Zeitpunkt

● Ziel: „Film“– Realtime– wo war eine Person über einen gewissen Zeitraum?

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Mein Beitrag

Anzeigen von Personen● Person realistisch darstellen

– Körper, evtl. in den Farben der jeweiligen Kleidung– Versuch: Gesicht anzeigen (mit Foto)

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● Wer ist und war wo?– Feststellung der Positionen der einzelnen Gäste

→ Daten der RFID-Tags● Farben der Kleidung● Fotos der Gesichter

Ich benötige

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● Positionen der Personen– müssen ständig aktuell gehalten werden

→ ständiges Abfragen nötig→ viel Datenverkehr

● evtl. Einsatz von Agenten– Abfragen der Daten der RFIDs– nur Veränderungen an die Anwendung schicken

Ich benötige

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● sonstige Daten der Personen– Gesichter– Kleidung

● ändern sich üblicherweise nicht– Abfrage über WebService

Ich benötige

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● http://www.vrml2.de/, 2005-05-26● http://www.debacher.de/vrml/, 2005-05-27● http://www.web3d.org/, 2005-05-26● http://www-lehre.inf.uos.de/~okrone/DIP/node35.html, 2005-06-02● XML-basierte 3D-Szenebeschreibungssprache - Praxistauglichkeit des VRML-

Nachfolgers X3D (Dilpomarbeit von Stefan Rother an der HAW, 2003)● http://www.hoepnet.de/index.php?id=35&action=detail&sid=21&cat=22, 2005-06-02● http://www.oreilly.de/catalog/perlmodger/manpage/vrmlpm.htm, 2005-06-03● http://www.foruma.de/vrml-tutorial/index.htm, 2005-06-03● http://www.uni-essen.de/hrz/beratung/hrzblatt/hrz150/vrml.html, 2005-06-03● http://www.csv.ica.uni-stuttgart.de/vrml/howto.html, 2005-06-06● http://www.gisuser.com.au/GU/content/2001/GU47/gu47_feature/gu47_feature_3.html,

2005-06-07● http://www.google.de/search?q=vrml, immer :-)Multimedia-Labor der HAW● http://mmlab.haw-hamburg.de/

Quellen

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Viewer● Cortona: Browser-Plugin für VRML-Dateien:

http://www.parallelgraphics.com/products/cortona/, 2005-05-26● Cortona: Viewer für Pocket PC und Handhelp PC

http://www.parallelgraphics.com/products/cortonace/, 2005-06-02● Browser-Plugin für VRML und X3D: http://www.bitmanagement.de/, 2005-05-28● Xj3D: http://www.web3d.org/x3d/applications/xj3d/, 2005-06-03Editoren:http://www.csv.ica.uni-stuttgart.de/homes/js/linuxtag/editoren.html, 2005-06-07● Blender3D: http://www.blender3d.org, 2005-05-28 ● Dune: http://www.csv.ica.uni-stuttgart.de/vrml/dune/index_white_dune.html, 2005-05-28● X3D-Edit: http://www.web3d.org/x3d/content/README.X3D-Edit.html, 2005-05-28● mjbWorld: http://www.euclideanspace.com/mjbWorld/index.htm, 2005-06-02● Liste mit vielen Programmen:

http://www.csv.ica.uni-stuttgart.de/homes/js/linuxtag/editoren.html, 2005-06-07

Quellen

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Fragen ??

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Danke für die Aufmerksamkeit

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