Программы интеграции 3d в HTML Выполнили: ст. группы С-85 Щукина О.В. Филиппова И.В.

Введение Для решения проблемы отображения трехмерных объектов и сцен в Интернете разрабатываются различные технологии, которые объединены общим термином Web3D или 3D-интернет. Первой попыткой практической реализации стала разработка языка VRML. Однако возможности этого языка на сегодняшний день не вполне удовлетворяют потребностям разработчиков. Поэтому появилось много новых разработок в данной области, в которых предпринимаются попытки решения этих проблем.

Рассмотренные технологии VET VRML Cult3D

Данная технология создания виртуальных сцен в сети Internet пожалуй, является одной из самых востребованных на рынке. Среди клиентов небольшой кампании CYCORE, которая является поставщиком этого решения, есть такие кампании и учреждения как CNN, Sony, NASA и пр. Визуализацию с помощью технологии Сult3D можно назвать одной из лучших по проработанности качества трехмерного изображения и удобства просмотра. Виртуальные рекламные презентации и демонстрационные образовательные буклеты выполненные в этой среде обладают достаточной интерактивностью и подробной детализацией.

Возможности Импорт в программы Microsoft Office (PowerPoint и Word). Импорт в Adobe© Acrobat® (PDF-формат) Улучшенный механизм программного рендеринга сокращает время рендеринга до 2.5 раз. Улучшенные эффекты прозрачности и отражения Улучшенные эффекты рельефа Системы 3D-частиц в реальном времени: поддержка таких физических свойств как гравитация, трение и турбулентность. Можно создавать огонь, дым, снег, дождь, фейерверк, взрыв Вращение объектов происходит с эффектом трения, то есть постепенно замедляется вплоть до полной остановки.

Принцип работы (часть 1) Формат хранения геометрических объектов является бинарным зашифрованным файлом, доступным только на чтение броузером трехмерных объектов Cult3D.В отличие от предыдущих форматов работа над созданием трехмерных виртуальных сцен в этой системе содержит в себе еще один дополнительный этап – обработку полученного путем экспорта из системы моделирования промежуточного формата. Файл этого промежуточного формата(*.c3d) обрабатывается в специальном пакете Cult 3D Designer где происходит наделение интерактивным поведением созданных объектов. Используя это приложение можно добавить чувствительные области к трехмерной сцене, при нажатии на которые будет запущена, например, анимационная последовательность.

Принцип работы (часть 2) Работа с приложением построена на основе событийной модели, интуитивно понятной рядовому разработчику. На этом этапе в созданную виртуальную сцену можно добавить звуковые ролики.

Web-реализация Импорт в html происходит на основе технологии ActiveX- компонентов. Позволяет передавать часть работы от одной программы редактирования к другой и возвращать результаты назад. Элементы управления ActiveX нередко используются в качестве расширений web-броузеров с целью придания им дополнительной функциональности, например, для отображения документов, отличных от поддерживаемых данным броузером.Браузер для просмотра этого формата имеет открытый интерфейс, позволяющий управлять отображаемой моделью. С помощью этого интерфейса пострен ряд трехмерных презентационных буклетов в рамках рекламных кампаний нескольких крупных корпораций.

Выводы Применение этого формата в целях дистанционного обучения даёт хорошие результаты. Процесс изготовления виртуальной среды с помощью инструментов компании CYCORE лишен необходимости ручной оптимизации кода, полученного на этапе экспорта из системы моделирования. Среда подготовки трехмерной модели к опубликованию может сама произвести необходимое упрощение топологии объекта. Разработка интерактивных сценариев для взаимодействия с пользователем производится в визуальном режиме, что выгодно отличает технологию Cult3D от первых двух форматов. Однако необходимо отметить, что авторы этой технологии нацеливались, прежде всего, на корпоративный сегмент, что во многом объясняет коммерческий характер этого решения.

VRML Аббревиатура VRML обозначает Virtual Reality Modeling Language – язык моделирования виртуальной реальности. Этот язык являлся одним из первых средств публикации трехмерных сцен в сети Internet. Изначально разработанный консорциумом Web 3D для отображения простейших примитивов и не имеющий даже зачатков интерактивности в версии VRML 1.0, этот язык разметки виртуальной реальности получил свое развитие в версии VRML97. Дальнейшие разработки в этой сфере привели к созданию спецификации X3D.

Возможности В спецификации VRML97 присутствуют средства программирования для обеспечения необходимой интерактивности и взаимодействия с пользователем, что позволяет создавать объекты со сложным поведением. Наличие в языке чувствительных к нажатию объектов- сенсоров даёт способ описания таких сценариев как открытие двери при нажатии на ручку и множества других поведенческих стратегий. Такая интерактивность позволяет иметь дело не только с внешностью объекта, но и с его внутренним динамическим содержанием, что является чрезвычайно важным при использовании такой трехмерной модели в образовательных целях.

Принцип работы (часть1) Для описания этот язык использует иерархическую концепцию узлов. Для целей базисного геометрического моделирования в языке VRML реализован набор узлов- примитивов. Когда возможности примитивов и встроенных объектов исчерпаны, то обращаются к полигональным моделям. В большинстве случаев эти структуры являются единственным способом реализации замыслов дизайнера. В VRML есть ряд средств, позволяющих строить высокополигональные модели. Однако описание полигоноёмких сцен требует большого объема данных, так как размер кода, описывающего вершины, нормали и текстурные координаты объекта, растёт быстрее, чем сложность объекта.

Принцип работы (часть 2) Как делать такие сцены? По аналогии с изготовлением html- страницы, можно предложить следующие пути: использование автоматизированных WYSIWYG - средств разработки; написание кода вручную;

Принцип работы (часть 3) Использование автоматизированных средств разработки Это простой, но достаточно мощный 3D - редактор, который позволяет сделать сложную VRML - сцену не имея никакого представления о VRML. Кроме того, ограничения бесплатно распространяемой демо - версии ISB достаточно мягкие и не будут мешать вам делать первые шаги в построении 3D миров. Писать код вручную лучше при помощи VrmlPad. VrmlPad безусловно полезен и новичкам, которым он поможет избежать лишних ошибок, и профессионалам, которые по заслугам оценят удобство работы с большими, сложными сценами.

Web-реализация 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, Сortona или BS Contact.

BS Contact BS Contact благодаря своим характеристикам и агрессивной рекламе завоевал неплохие позиции, особенно в Европе. Последняя версия 7.02: BS Contact OpenGL и Direct3X (+ полноэкранный режим). язык Java(через EAI) и JavaScript. X3D и VRML 97. Pentium III® SSE. NURBS. Многопользовательский режим. RealVideo, RealAudio, MP3 и Macromedia Flash. Пользовательский интерфейс на 15-ти языках (включая русский).

Возможности Реализация NURBS более полная, чем в Cortona VRML client. Полезна возможность автоматической подстройки уровня детализации NURBS-геометрии исходя из заданной минимальной частоты кадров. Впечатляет возможность создания своей панели навигации. Теперь о недостатках: реализация JavaScript оставляет желать лучшего, поддержка VRML97 драматически отстаёт и от Cortona VRML client, доступна версия только для MS Windows, переключение между OpenGL и Direct3D требует перезапуска клиента.

Cortona VRML client (часть 1) Cortona VRML client от компании ParallelGraphics - это разработка российских программистов, претендующая на роль лучшего VRML-браузера. Поддерживает: Cortona VRML client OpenGL и DirectX (включая OpenGL 1.2 и DirectX 9). Java и JavaScript. Полная поддержка VRML 97. Cortona Automation Interface (CAI) - собственный интерфейс, позволяющий управлять VRML-сценой из любой аппликации, которая поддерживает технологию ActiveX Automation. Оптимизация для процессоров Pentium III® и Pentium 4®. Прозрачная пошаговая установка, основанная на CAB технологии.

Cortona VRML client (часть 2) Обеспечивает дополнительные возможности обнаружения и обработки столкновений в 3D сценах. Закраска поверхностей по Фонгу, антиалиасинг, работа в полноэкранном режиме (с поддержкой стереоочков). VRML-расширения: сплайны и NURBS, поддержка формата Macromedia Flash, RealVideo и RealAudio, клавиатурный ввод и многое другое.

Выводы Очень удачной можно считать реализацию JavaScript в Cortona VRML client. Немалое значение имеет и размер дистрибутива: 1.7МБ против более 5МБ у BS Contact. Отсутствие версии для Unix, слабая диагностика ошибок. При размещении VRML-файла применяется технология ActiveX. Она предполагает использовать элементы управления, представляющие собой небольшую программу, для которой браузер выделяет на странице определенный участок прямоугольной формы. Встретив в HTML ссылку на некий элемент управления, браузер сначала проверяет, нет ли его уже на компьютере пользователя. Если элемент найден, браузер запускает его, передает ему нужные данные и таким образом обходится без лишнего выхода в сеть.

VET Viewpoint Experienced Technology (VET) интерактивная технология 3D-визуализации. В ее основе лежат собственный формат описания 3D-моделей, потоковая передача данных по Сети с визуализацией на машине клиента и расширение языка XML. VET позволяет внедрять слои различных текстур, анимационные элементы и аудиофайлы. Для использования 3D-моделей необходимо загрузить Viewpoint Media Player для Internet Explorer или Netscape.

Возможности Viewpoint Media Player способен воспроизводить файлы огромного количества разнообразных форматов. Именно эта универсальность, скорее всего, и должна являться лучшим двигателем для популяризации технологии. Среди поддерживаемых форматов - любая растровая графика, причем существует специальная технология, созданная Viewpoint, позволяющая сжимать и воспроизводить на компьютере пользователя картинки более эффективно, чем JPG; векторная графика - Macromedia Flash и SVG (официальный стандарт векторной графики для Интернета); аудио - mp3 и wav; QuickTime и IPIX (панорамный обзор); трехмерная графика, включая анимацию.

Принцип работы (часть 1) Чтобы добавить в вашу страничку трехмерный объект, необходимо выполнить всего несколько операций. Сначала создать трехмерную модель в любой из программ, поддерживающих сохранение в формате MTS (Infini-D, Carrara, Ray Dream Studio, Сanoma, Poser, Bryce, SolidWorks). Для пользователей других программ (3D Studio MAX, Maya) никаких проблем с импортом в редактор SceneBuilder не будет, последняя версия умеет работать и с их форматами. Единственное, что не до конца продумано, процедура связывания анимации, находящейся в файле сцены. Именно поэтому все практические примеры использования этой технологии, представленные на сайте, предполагают вращение моделями вручную.

Принцип работы (часть 2) Поскольку все настройки SceneBuilder выставлены для получения оптимального результата, можно сразу конвертировать модель в формат Мetastream. SceneBuilder создает два документа: один с описанием собственно модели (*.mts, с компрессией *.mtz) и второй с описанием сцены (*.mtх). Для внедрения их в файл HTML служит утилита Viewpoint Media Publisher.

Особенности (часть1) В программе применили к трехмерным объектам технологию "streaming", позволяющая сразу оценить размер файла и тут же внести в геометрию модели или качество отображения текстур необходимые коррективы. Среди настроек указание точности воспроизведения геометрической формы объекта, выбор алгоритма и качества компрессии текстур (JPEG или Trixels NT), удаление повторяющихся текстур и др.

Особенности (часть 2) Другим отличаем по рационализации процесса загрузки стал принцип "scalability", суть которого в следующем: изображение на машине пользователя улучшается до тех пор, пока это влияет на восприятие, то есть не превышает возможности монитора и видеокарты. Например, при разрешении 800 на 600 передавать на клиенсткую машину картинку размерами 1000 на 1000 смысла нет. Немаловажной деталью для приобретения популярности какого-либо программного средства визуализации для интернета является размер подключаемого к браузеру плагина: его основное "ядро" занимает 95 Кбайт, а дополнительные компоненты автоматически скачиваются по мере необходимости и "весят" от 60 до 250 Кбайт.

Итоги Рассмотренные решения для создания трехмерных сцен для Internet позволяют говорить о возможности применения виртуальных объектов в образовательных целях. Подводя итог сравнительного анализа трех технологий можно сказать, что сферой применения Cult3D является визуализация отдельно взятых объектов; VRML является универсальным языком и, при правильном использовании может решить как задачу визуализации всего пространства, так и отдельных объектов; VET обеспечивает высокое качество воспроизведения оптимльными методами.

Примеры работ: