9 Virtuálna realita (VRML)

GMS L9 9 Virtuálna realita (VRML) Virtuálna realita sa neobjavuje už len vo filmoch a na obrazovkách televíznych prijímačov, ale čím ďalej tým viac sa presadzuje aj na osobných počítačoch. Dnes sa už nikto ani len nepozastaví nad nezmyselným slovným spojením VR, v ktorom sa nachádzajú dve protikladné slová (virtual fiktívny, neskutočný; real skutočný, pravý). Virtuálna realita je spôsob ako človeku priblížiť objekt vnímania jemu najbližším spôsobom, teda za pomoci 3D scén tak, aby ho mohol skúmať očami, zvuky vnímať sluchom, dotyky hmatom a pod. Tento spôsob modelovania je v súčasnosti najdokonalejším z rôznych dôvodov, no najdôležitejší z nich je interaktivita s používateľom. 9.1 Stručná história virtuálnej reality V roku 1960-1962 Morton Helig vytvoril multisenzorový simulátor. Nahral film vo farbe a stereo, rozšíril ho o zvuk, pach, vietor a vibračné zariadenie. Toto bol prvý pokus o vytvorenie systému virtuálnej reality a až na interaktivitu mal všetky znaky, ktoré má mať z dnešného pohľadu. Prvý materiál o VR bol publikovaný v roku 1965 a autorom bol Ivan Sutherland. Uvádzame niekoľko príkladov zariadení, míľnikov a nástrojov na VR: Ultimate Display v roku 1965 Ivan Sutherland navrhol cieľové riešenie virtuálnej reality: koncept konštrukcie umelého sveta, ktorý zahŕňal interaktívnu grafiku, silovú spätnú väzbu, zvuk, pach a chuť. The Sword of Damocles prvý systém virtuálnej reality realizovaný hardvérovo a nie len konceptuálne. Ivan Sutherland skonštruoval zariadenie navrhnuté ako prilbu s sledovaním polohy hlavy. Toto zariadenie podporovalo stereo pohľad, ktorý bol primerane upravovaný podľa polohy hlavy. Grope prvý prototyp systému silovej spätnej väzby realizovaný na University of North Carolina v roku 1971. Videoplace umelá realita vytvorená v roku 1975 Myronom Kruegerom: Predstavované prostredie, ktoré neexistuje. V tomto systéme boli siluety používateľov snímané kamerami a premietané na veľkú obrazovku. Zúčastnení boli schopní interagovať jeden s druhým pomocou obrazových techník, ktoré determinovali ich pozície na 2D obrazovke. Vcass Thomas Furness na Armstrong Medical Research Laboratories pri leteckých silách USA vyvinuli v roku 1982 Visualy Coupled Airborne System Simulator pokročilý letecký simulátor. Pilot si nasadil na hlavu prilbu, do ktorej bol premietaný obraz, ktorý by pilot videl cez okno kabíny, ďalej boli zobrazované údaje o cieli, alebo optimálne letové parametre. 1

GMS L9 Vived VIrtual Visual Environment Display, skonštruovaný v NASA v roku 1984 s vopred vytvorenou monochromatickou technológiou pre prilby. Vpl firma VPL vytvorila populárne DataGloves (dátové rukavice, rok 1985), a Eyephone prilbu (rok 1988), čo boli prvé komerčne dostupné zariadenia pre VR. Boom dané do predaja v roku 1989 firmou Fake Space Labs (pozri časť: Technické prostriedky virtuálnej reality). Virtual Wind Tunel vyvinutý na začiatku 60-tych rokov v NASA. Pri používaní tohoto zariadenia je nutné použiť Boom a Data Gloves. Cave prezentovaná v roku 1992 (pozri časť: Technické prostriedky virtuálnej reality). 1995 firma SGI rozšírila a zdokonalila formát OpenInventor a definovala jazyk VRML 1.0. Tým sa začína éra virtuálnej reality na osobných počítačoch a internetových stránkach. 1996 firmy Silicon Graphics a Sony predstavujú špecifikáciu s názvom Moving Worlds, ktorá sa neskôr stáva základom pre jazyk VRML 2.0. 1997 zásluhou VRML Consortia Inc. bol formát VRML oficiálne prijatý organizáciou ISO s označením ISO/IEC 14772-1:1997 a je známy pod názvom VRML 97 alebo VRML 2.0. 1999 Web3D Consortium (premenované VRML Consortium Inc.) začína vývoj obecného formátu X3D na opis, prenos a prezentáciu priestorových dát na WWW. 9.2 Charakteristika virtuálnej reality Základom virtuálnej reality sú postupy, ktoré sa po celé roky rozvíjajú v odbore počítačovej grafiky. Ide najmä o tvorbu priestorových modelov a scén, manipuláciu s nimi, pohyb v trojrozmernom priestore a zobrazovanie v reálnom čase. Tieto metódy bývajú umocnené použitím špeciálnych periférnych zariadení. Ide napr. o špeciálne helmy a rukavice. Periférie zaisťujú obrazovú, zvukovú a hmatovú interakciu s vymodelovaným prostredím. VR však možno realizovať aj bez týchto špeciálnych a zatiaľ drahých periférnych zariadení, napr. obrazovka monitora nám môže slúžiť ako jednoduchý prostriedok na zobrazovanie VR, pohybovať sa môžeme pomocou klávesnice alebo myši, ale to už v pocitovo menej intenzívnej podobe. V súčasnosti existuje celý rad definícií pojmu virtuálna realita. Kvôli zachovaniu pôvodného obsahu uvádzame jednu z nich v pôvodnom znení: Virtual Reality (VR) is a 3-D computer generated world that can be entered with the aid of goggle-mounted monitors and data-sensing clothing. A computer is programmed with an environment that is fed to the user via the goggles. As the person in VR turns their head, the computer generates the view, such that the illusion of actually being in a Tron-like world is created. Fiber-optic sensors fitted into gloves and even a full-body jump suit provide the computer with enough information to create a simulation of the user. If you hold up your hand, 2

GMS L9 you see a computer rendered hand. If you look down at your body, you see a computerized version of it. (Gareth Branwyn) Virtuálnu realitu môžeme charakterizovať ako prostredie, ktoré umožňuje prácu v trojrozmernom priestore, vymodelovanom v pamäti počítača. Jej základom sú postupy známe z počítačovej grafiky. Ide hlavne o tvorbu priestorových modelov a scén, manipuláciu s nimi, pohyb v trojrozmernom priestore a zobrazovanie v reálnom čase. Tieto štandardné metódy sú v aplikáciách virtuálnej reality rozšírené použitím špeciálneho hardvérového vybavenia (periférií), ktoré zaisťuje obrazovú, zvukovú a hmatovú interakciu. Ide hlavne o prilby so zabudovaným displejom, snímače polohy v priestore, dotykové zariadenia, simulačné kabíny a pod. V súčasnosti existuje celá skupina úspešných a menej úspešných štandardov pre opis virtuálnej reality. Je to v podstate niekoľko jazykov na opis 3D scén: VRML. VRML97. SVR. Java 3D. Chrome. X3D. 9.3 Hlavné vlastnosti aplikácií virtuálnej reality Programy opisujúce VR sa vyznačujú nasledujúcimi vlastnosťami: Všetky deje sa vykonávajú v reálnom čase, teda s okamžitou odozvou. Umelý svet a objekty v ňom majú trojrozmerný charakter alebo aspoň vytvárajú jeho ilúziu. Používateľ si neprezerá virtuálny svet len zvonku, ale sa v ňom pohybuje po rôznych dráhach. Svet nie je statický, s jeho časťami sa manipuluje. Virtuálne telesá sú v inerakcii s používateľom, ako aj s inými telesami vo virtuálnom priestore. Virtuálne prostredie kombinuje multimediálne prvky video, zvuk a pod. Najväčší dôraz sa pri tom kladie na prvý časť tejto charakteristiky. Niekedy sa niektoré virtuálne svety zdajú bez povrchovej úpravy a neuhladené. Je to z veľmi jednoduchého dôvodu; 3

GMS L9 pomalosť terajších procesorov a počítačových zostáv. Rýchly vývoj procesorov a grafických kariet pre priestorovú grafiku môže veľmi rýchlo zlepšiť vzhľad virtuálnych svetov. VR zvýrazňuje súčasné rozdelenie zobrazovacích metód v počítačovej grafike do dvoch prúdov. Cieľom prvého je rýchla tvorba obrazu a cieľom druhého je tvorba realisticky vyzerajúcich obrazov. Okamih, keď sa tieto dve prúdy spoja, bude možné považovať za naplnenie poslania počítačovej grafiky. 9.4 Klasifikácia virtuálnej reality V súčasnej dobe rozlišujeme niekoľko druhov aplikácií, ktoré používajú spoločný názov VR. 9.4.1 Pohlcujúca virtuálna realita (Immersive virtual reality) Je vždy spojená s technickými zariadeniami, ktorých cieľom je v čo najväčšej miere odtrhnúť používateľa od vonkajších vnemov a čo najviac ho ponoriť do zdania, že sa nachádza len vo virtuálnom, umelom svete. Medzi tieto periférne, špeciálne zariadenia patrí najmä prilba so stereoskopickými okuliarami a slúchadlami, snímače detekujúce priestorovú polohu používateľa, dátové rukavice. Často býva používateľ umiestnený v simulátore; napr. v kabíne, ktorá sa nakláňa a simuluje pohyby priestoru, v ktorom sa používateľ nachádza. Dotykové zariadenia sú schopné meniť odpor alebo tlak vyvíjaný proti ruke používateľa, takže je možné napr. cítiť mechanické vlastnosti virtuálneho materiálu. 9.4.2 Rozširujúca virtuálna realita (Augmented virtual reality) Informácie z okolitého sveta sú doplňované o prvky virtuálnej reality. Príkladom je použitie vo vojenských simulátoroch. Vonkajší obraz je snímaný kamerou a prenášaný na obrazovku v kabíne napríklad leteckého simulátora. Tento spôsob sa používa aj pri inštalácii elektrických rozvodov v lietadlách Boeing. Robotníci majú okuliare, cez ktoré normálne vidia ale zároveň sú im do nich premietané doplňujúce značky, ktoré jednoznačne určujú miesta prepojenia káblov podľa toho, kam sa pracovník pozerá. 9.4.3 Premietaná virtuálna realita (Projected virtual reality) Dáta sú vopred nasnímané a potom premietané do priestoru okolo používateľa. Ideálne je ak sú obrazy premietané na všetky steny miestnosti vrátane stropu, kde sa používateľ nachádza. V najjednoduchšom prípade je obraz premietaný len na obrazovku monitora. Obrazy sú veľmi často prebraté z reality. Technológia prípravy panoramatických obrázkov umožňuje približovanie a zmenšovanie, čím vzniká ilúzia chôdze v krajine. Napriek tomu je interakcia s prostredím obmedzená. 4

9.4.4 Jednoduchá virtuálna realita (Low-end virtual reality) GMS L9 Pojem VR bez ďalšieho označenia popisuje celý rad aplikácií od počítačových hier až po simulácie pohybu vo vesmíre. K vytvoreniu pocitu práce v inom prostredí sa používa obyčajná obrazovka. Pre zvýraznenie 3D zvuku sa používajú rôzne zvukové karty s reproduktormi, ktoré sú pripravené na reprodukovanie zvukov s priestorovým efektom a na pohyb a uchopovanie predmetov poslúži aj obyčajná myš. Tento druh virtuálnej reality sa používa aj na internete (web), kde je treba rýchly prenos dát prístupný čo najväčšiemu počtu užívateľov. 9.5 Technické prostriedky virtuálnej reality Technické prostriedky virtuálnej reality sa používajú na zvýraznenie prostredia virtuálneho sveta. 9.5.1 Zariadenia a zostavy pre veľkoplošné projekcie 9.5.1.1 BOOM 3C (Binocular Omni-Orientation Monitor) Umožňuje stereoskopické zobrazenie na zariadenie stojanového typu. Na pohyblivom ramene s protiváhou je umiestnené projekčné zariadenie s dvoma obrazovkami s rozlíšením 1280x1024 pre každé oko. Technológia umožňuje projekciu veľmi kvalitného farebného obrazu v plnom farebnom rozlíšení. Pred projekčnými obrazovkami je umiestnená vymeniteľná optická sústava, ktorá umožňuje panoramatický pohľad od 40 do 110 horizontálneho poľa pohľadu. Poloha a priestorová orientácia sú snímané pomocou optomechanických rotačných kóderov. Výsledné sledovanie je v 6 stupňoch voľnosti (6 DOF 6 degrees of freedom) a je zaistené s presnosťou 1,5 mm a rozlíšením 0,1. Obr. 1 BOOM 3C 5

9.5.1.2 CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) GMS L9 Bola vyvinutá na Univerzite v Illinois v roku 1992. Zariadenie má rozmer 10x10x10 stôp a umiestňuje sa do tmavej miestnosti 35x25x13 stôp. Obraz je premietaný zozadu na steny a zhora na podlahu tohto zariadenia. Používatelia vnímajú priestorové zobrazenie pomocou špeciálnych stereoskopických okuliarov. Pozorovateľ má dojem, že predmety plávajú voľne okolo neho, môže sa voľne pohybovať a vďaka stereoskopickým okuliarom je uhol pohľadu vždy optimálny. Súčasťou tohoto systému je aj priestorový zvuk. Zariadenie CAVE sa používa v spojení s vysokovýkonnými počítačmi, ktoré dokážu veľmi rýchlo riešiť vykresľovanie virtuálneho sveta a objektov v ňom. Zrkadlo Projektor Priestor Projektor Projektor Projektor Obr. 2 CAVE (jaskyňa) 9.5.1.3 RAVE RAVE predstavuje konštrukčný súbor rekonfigurovateľných zobrazovacích modulov. Obrazovky bez okrajového rámovania poskladané do veľkoplošných zostáv umožňujú premietanie virtuálnej reality na obrovských stenách bez tmavých prechodov po okrajoch obrazoviek. Zo stereoskopických displejov je možné zostaviť nielen stenu ale aj CAVE a zložitejšie sústavy pre napodobenie prechodu cez virtuálny svet. Projektory pre premietanie obrazu na stenu sú umiestnené na zemi a pomocou zrkadlového modulu a ďalšieho projektoru je možné vytvoriť projekciu na podlahu. Ako projekčný systém sa používa Electrophone Marquee 6

GMS L9 9500 Ultra s úpravou pre stereoskopiu, ktorý má rozlíšenie 1280x1024 alebo až 1500x1100 pixelov. 9.5.1.4 Imerzívna pracovňa Pracovňa je zložená z 3 stien so zadnou projekciou a s podlahou s projekciou zhora. Je príbuzná systému CAVE. Imerzívne priestory pracovne sú v tvare kocky o strane 3m (10 stôp). K systému patrí sledovanie polohy a manipulácia s premietanou scénou pomocou kontaktných rukavíc s automatickým rozpoznávaním gestikulácie. Toto zariadenie sa v súčasnosti používa v rôznych prevedeniach. Jedným z týchto typov je aj CMP-2100, ktoré ponúka firma Virtual Realities Inc. Parametre tohto zariadenia sú: počítač State of the art Acer open PC s prekonfigurovaným hardvérom a softvérom na toto použitie okuliare CMP-2100 HMD 3D ovládač Cyberstik spätná väzba pomocou 2 bass reproduktorov 100W monitor 21 SVGA dodávané programy Quake 3, Allien vs. Predator, Soldier of Fortune Cena tohto zariadenia bola okolo $ 6995. Obr. 3 Imerzívna pracovná stena Pracovná stena je určená až pre 40 používateľov, ktorí navzájom spolupracujú. Veľkoplošná obrazovka je riešená ako stena s vyvýšenou podlahou a využíva stereoprojekciu. V týchto systémoch sa na sledovanie používajú clonkové stereo okuliare a pred obrazovkou je umiestnená maska pre skvalitnenie stereo obrazu v širšom priestorovom uhle. 7

GMS L9 Niektoré súčasné pracovné steny (najviac určené na hry) nepoužívajú stereo okuliare ale obraz sa sleduje priamo na monitore. Jedným z ponúkaných typov od firmy Virtual Realities Inc. je golfový simulátor, ktorý môže hrať 8 ľudí a jeho typové označenie je CMP-2100 GF. Obr. 4 CMP 2100 GF 9.5.1.5 Dátové rukavice Rukavice, ktoré sa používajú pre prepojenie s počítačom možno rozdeliť do niekoľkých skupín v závislosti od poskytovaných informácií pre systém. Najjednoduchšími sú rukavice, ktoré dávajú informácie len ak sa používateľ dotkne nejakého predmetu. Zložitejšie sú polohové rukavice, ktoré merajú pohyby ruky od zápästia až po prsty. Súčasťou týchto rukavíc je už zložitejšia elektronika a väčší počet snímačov ako pri predchádzajúcich. Najzložitejšie rukavice už ponúkajú informácie o priestorovom pohybe ako aj spätnú väzbu do prstov a celej ruky. Pinch glove Najjednoduchšie rukavice, ktoré poskytujú informácie o polohe prstov na základe vzájomných dotykov jednotlivých prstov. V plátených rukaviciach sú umiestnené vodivé plôšky, ktoré pri kontakte poskytujú signál. Z týchto signálov je možné určiť jednoduché gestá. Rukavice sa k počítaču pripájajú pomocou portu RS-232. Rukavice tohto typu sa môžu použiť na riadenia niektorých programov. Jednotlivé dotyky medzi vodivými plôškami sa dajú naprogramovať na rôzne funkcie v tom ktorom programe. 8

GMS L9 Obr. 5 PinchGlove 5th glove Rukavica poskytuje 5 nezávislých kanálov pre meranie ohybu prstov a snímanie gestikulácie. V rukavici z tkaniny sa nachádza pružné optické vlákno, ktoré podľa miery ohybu menia svoju optickú priepustnosť. Na chrbtovej strane rukavice sa nachádza snímač náklonu a otočenia. Z týchto údajov sa dajú určiť niektoré gestá, ako napríklad zovretie päste (uchopenie objektu) alebo roztvorená dlaň (pustenie predmetu). rukavice sa k počítaču pripájajú pomocou sériového portu. Obr. 6 5th Glove Cyber glove Tieto rukavice obsahujú patentovaný veľmi tenký a dobre ohybný odporový snímač polohy. Snímač produkuje pri ohybe takmer nemerateľný signál, ktorý je snímaný snímačom. Rukavice majú široké použitie v medicíne, telerobotike, CAD systémoch... Nevýhodou týchto rukavíc je potreba úpravy kalibrácie, približne po každom mesiaci používania. Rukavice sa pripájajú k počítaču sériovým portom. 9

9.5.1.6 Stereoskopické okuliare a prilby GMS L9 Stereoskopické okuliare a prilby sa používajú pre umocnenie vizuálneho vnímania virtuálneho sveta. Stereoskopické okuliare Okuliare na strereo videnie pracujú na princípe prepínania cloniek pre ľavé a pravé oko. V mieste so zaručenou priamou viditeľnosťou je umiestnený vysielač infračerveného prepínacieho signálu, ktorý je zachytený detektorom umiestneným v ráme okuliarov. Vysielač sa zvyčajne umiestňuje na alebo nad monitor. V tomto monitore je generovaná dvojica obrázkov pre ľavé a pravé oko. Obraz je rozdelený horizontálne. V novších typoch okuliarov je umiestnená trojica ultrazvukových mikrofónov, pomocou ktorých je možné snímať aj natočenie hlavy pozorovateľa a dynamicky meniť príslušné parametre premietania v aplikácii. Subsystém ultrazvukového snímania potrebuje na rozdiel od okuliarov pripojenie k riadiacej jednotke ale na druhej strane sa dá odpojiť a okuliare pracujú ďalej akoby na nich vôbec nebol umiestnený. Projekčné prilby Projekčné prilby sa súčasnosti vyrábajú v rôznych prevedeniach. Jednoduché a podstatne lacnejšie sa používajú najmä v zábavnom priemysle. Zložitejšie a omnoho kvalitnejšie prilby sa používajú hlavne vo výcvikových trenažéroch a priemyselných aplikáciách. Líšia sa viacerými parametrami no najdôležitejším z nich je projekčný systém. Kvalita zobrazovania kvalitnými prilbami je neporovnateľne lepšia ako lacnými menej kvalitnými prilbami. Väčšina prílb nižšej a strednej triedy poskytuje nerušený pohľad do virtuálneho sveta, sú opticky uzavreté a veľakrát sú k nim pridružené aj slúchadlá. Obrazový systém kvalitných systémov musí byť riešený pomocou priehľadných displejov, napr. LCD, na ktoré sa dá zároveň generovať požadovaný obraz. Obr. 7 Prilba Sim Eye XL 100A 10

9.5.2 Zariadenia pre sledovanie polohy a priestorovej orientácie GMS L9 Ak chceme dosiahnuť vierohodnej virtuálnej reality, nestačí aby počítač bol informovaný len o polohe ruky ale je potrebné aby mal informácie o polohe a pohybe celého tela. Problémom sledovania polohy celého tela sa vedci začali zaoberať až pred niekoľkými rokmi. Dátové obleky Dátové obleky sú zatiaľ veľmi zložité záležitosti. Jediným komerčne vyrábaným oblekom v dnešnej dobe je dátový oblek VPL DataSuit. Toto zariadenie od firmy VPL Research používa pre snímanie ohybov ten istý princíp ako rukavice 5th glove, s tým rozdielom, že pri tomto obleku nesleduje zariadenie 5 prstov ale až 50 bodov na horných končatinách. Polhemus Ultratrak Pro Je to systém s viacnásobným sledovaním polohy a orientácie v priestore (6DOF). Snímané veličiny sú merané pomocou elektromagnetických vĺn, vysielaných v 3 smeroch polarizovanými anténami. Používateľ si pripevní čidlá do jednotlivých miest na tele a anténny systém, po prefiltrovaní, vysiela potrebné signály do riadiacej jednotky. Toto zariadenie sa používa najmä pri animáciách, hlavne tam kde chceme čo najlepšiu vierohodnosť pohybov. Ultrazvukové snímanie polohy Príkladom tohoto typu snímania je zariadenie Logitech/Fakespace 3D Mouse & Head Tracker. Pre meranie je použitý trojitý ultrazvukový systém. Vysielač je v tvare väčšieho trojuholníka a obsahuje 3 ultrazvukové reproduktory, ktorý pokrývajú približný priestorový výsek 100 vo vzdialenosti 1,2-1,5m. Menšie trojuholníky (prijímače) sú opatrené trojicou mikrofónov, ktoré prijímajú ultrazvukový signál. 9.6 Nástroje pre modelovanie virtuálnych svetov Keďže norma VRML97 je jediný schválený formát v rámci ISO, je treba povedať, že pokusy o vytvorenie iného štandardu často zlyhávajú práve kvôli certifikátu, ktorý VRML97 má. Organizácia Web3D Consortium vytvorila spolu s ostatnými firmami nový štandard nazývaný X3D, ktorý má nahradiť nielen VRML ale aj iné grafické systémy nakoľko sa X3D už orientuje na celú oblasť 3D web grafiky. Súčasný stav rozpracovania normy je možné pozrieť na adrese http://www.web3d.org/. 9.6.1 VRML (Virtual Reality Modeling Language) Jazyk VRML definuje spôsob zápisu virtuálnych svetov do textových súborov. VRML nevznikol ako produkt jednej firmy, ale je výsledkom spoločného vývoja veľkého množstva firiem a 11

GMS L9 odborníkov z celého sveta. Týmto bol daný predpoklad pre jeho všeobecné ponímanie ako univerzálneho štandardu pre VR. Začiatky a vývoj tohoto formátu úzko súvisí s firmou Silicon Graphics Inc., kde programátori koncom 80. rokov navrhli knižnicu pre prácu s priestorovými objektami (Invertor). Bola vybudovaná ako nadstavba nad populárnou základnou grafickou knižnicou GL. Začiatkom deväťdesiatych rokov sa táto základná knižnica zdokonalila a vznikla nová Open GL a k nej nová aplikačná knižnica OpenInvertor. Práve tento formát zapisovania objektov do knižnice sa stal základom pre VRML. V roku 1995 firma SGI definovala jazyk VRML 1.0, ktorý je rozšírením formátu OpenInvertor o možnosti využívania priestorových dát z internetu. Súčasne v tomto období vzniká nezávislá skupina VAG (VRML Architecture Group), ktorá si dáva tri základné ciele budúceho jazyka VRML: prostriedky pre opis statických svetov, prostriedky pre opis dynamických svetov, prostriedky pre spoluprácu viacerých používateľov vo virtuálnom prostredí. Spoločnosť VAG žiada všetkých významných tvorcov systémov pre VR na tvorbu dokonalejšieho jazyka VRML. V roku 1996 je vybraná špecifikácia SGI a Sony s pracovným názvom Moving Worlds. Táto špecifikácia sa stáva základom pre VRML 2.0. Z neformálnej skupiny VAG sa stáva oficiálne združenie VRML Consortium, ktorá zahajuje spoluprácu s ISO. V roku 1997 je štandard VRML 2.0 oficiálne prijatý za štandard ISO a je nazvaný VRML 97. Označenie VRML 2.0 sa používa už len v úzkych programátorských kruhoch, v súčasnosti sa používa označenie VRML 97, ale obe tieto označenia vyjadrujú jedno a to isté. Od roku 1998 sa VRML Consortium premenováva na Web3D Consortium a zaoberá sa nielen virtuálnou realitou ale celkovo 3D grafikou pre Internet. Najnovším nástupcom z ich dielne, nielen pre VRML, je štandard X3D, ktorý bol predstavený na augustovom sympóziu v roku 2001. Jazyk VRML je v súčasnosti jediným celosvetovo uznávaným štandardom virtuálnej reality. Toto prináša svoje klady ale aj zápory. Tým, že existuje len jeden formát VR je zaistená kompatibilita prenosu dát, ako aj export z iných systémov (CAD), je zaistená možnosť prehliadania svetov na ľubovolnej platforme a vývoj tohto jazyka je koncentrovaný a nie roztrieštený na rôznorodé, od operačných systémov závislých formátov. Na druhej strane je brzdený vývoj alternatívnych prístupov k VR, relatívna jednoduchosť programovacieho jazyka VRML je vhodná pre jednoduchšie aplikácie, množstvo funkcií a vlastností je veľké, čo má za následok nejednoduché vytvorenie malých a rýchlych prehliadačov VR. 12

Medzi základné vlastnosti jazyka VRML patrí: GMS L9 Virtuálne svety tvorené priestorovými objektami sú kombinované s multimediálnymi prvkami ako napríklad zvukové záznamy, video, obraz a pod.. Pri tvorbe virtuálnych svetov je možné používať prvky zapísané v lokálne v súboroch ale aj kdekoľvek v sieti internet. Rovnako je možné medzi virtuálnymi svetmi prechádzať rovnako ako aj medzi jednotlivými stránkami WWW. Animácie, interakcie a manipulácie s objektami vo virtuálnom svete je zaistená jednotným prehľadným spôsobom. Rovnaké prostriedky sa používajú pre statické aj dynamické svety; statické svety sa dajú jednoducho previesť na dynamické a naopak. Súčasťou jazyka sú definície spôsobov pohybu užívateľa, podpora automatickej navigácie vo virtuálnom prostredí, popis reakcie na chovanie užívateľa.. Virtuálne svety je možné vkladať do WWW stránok alebo rámov (frame). Jazyk VRML umožňuje spoluprácu s ďalšími programovacími jazykmi a aktiváciu iných programov, typicky WWW stránok. Popis virtuálnych svetov je ukladaný len v textovom formáte. Veľkosť súborov je možné zmenšiť pomocou komprimátora gzip, bez toho aby sme ho pred použitím museli vrátiť do pôvodného tvaru. Štandard VRML97 definuje množinu objektov pre vytváranie trojrozmerných scén. Tieto objekty sú definované v štruktúrach nazvaných uzly (nodes), ktoré sú usporiadané do hierarchickej štruktúry, ktorú nazývame strom (tree). Každý uzol môže byť prepojený s niekoľkými ďalšími uzlami, ktorým hovoríme potomkovia (children), a naopak tento hlavný uzol nazývame rodič (parent). Celú scénu napokon nazývame graf scény, čo je vlastne les stromov. Uzly v jednotlivých stromoch potom môžu spolu komunikovať na základe udalostí. Uzly, ktoré sú v strome skôr môžu určovať vlastnosti nasledujúcich uzlov (potomkov). Na nasledujúcom obrázku je vidieť, že hlavný uzol v strome Transform ovplyvňuje svojich nasledovníkov. Obsahuje atribút Translation posunutie a atribút children. 13

GMS L9 Obr. 8 Príklad stromovej štruktúry jazyka VRML 97 14

Zdrojový kód predchádzajúcej stromovej štruktúry: GMS L9 Transform { # popis telies scale 0.01 0.01 0.01 # mierka zobrazovania - použitá 0,01 0,01 0,01 rotation 0 1 0 0.3 # otocenie patrí rodicovi takže aj potomkom children [ # potomok Transform { translation 0 80 0 children Shape { # tvar potomka geometry Box {size 120 2 60 # kváder appearance Appearance { # vlastnost - urcujeme farbu alebo môžeme priradit nejaký obrázok material Material { diffusecolor 1 0.5 0.5 # urcenie farby RGB maximum 1 Transform { translation -50 40-25 children Shape { geometry Cone { # kužeľ bottomradius 2 height 80 appearance Appearance { material Material { diffusecolor 1 0.5 0.5 ] Obr. 9 Výsledné zobrazenie predchádzajúceho zdrojového kódu Jazyk VRML je podobne ako jazyk HTML nezávislý od platformy. 3D scéna je interpretovaná prehliadačom VRML, ktorý dovoľuje prechádzať sa po virtuálnom priestore na internete. 15

GMS L9 Verzia VRML 2.0 bola pripravená za širokej spolupráce všetkých tvorcov systémov pre VR spolu s odborníkmi a verejnosťou na internete. V decembri 1997 nahradila verzia VRML97 vtedajšiu špecifikáciu VRML 2.0 a bola nakoniec vydaná ako medzinárodný štandard. ISO/IEC 14772. V tomto jazyku sa môžu definovať rôzne objekty. Pomocou nich potom modelujeme výslednú 3D scénu. Tieto objekty scény sú opísané prostredníctvom hierarchicky usporiadaných objektov (tzv. uzlov - anglicky nodes). Uzly môžu opisovať objekty rôznych typov, ako sú: Geometrické entity (bod, priamka, rovina a pod.). Geometrické celky (množiny). Základné operácie s objektami (rotácia, translácia). Vlastnosti povrchu objektov. Parametre virtuálnej scény (pohľady kamier, osvetlenia a pod.). Základné vlastnosti tohto jazyka sú: Virtuálne scény tvorené priestorovými objektami sú kombinované a dopĺňané multimediálnymi prvkami, ako obraz, video alebo zvuk. Pri tvorbe virtuálnych scén môžeme použiť prvky už vytvorené (zo súborov uložených na lokálnom počítači alebo niekde na Internete). Animácie, interakcie a manipulácie s virtuálnymi objektami sú zaistené jednotným a prehľadným spôsobom. Súčasťou jazyka sú definície spôsobu pohybu používateľa (chôdza, let, skúmanie objektov a pod.), podpora automatickej navigácie a opis reakcie na chovanie používateľa. Virtuálne priestory môžeme vložiť do web stránok alebo rámcov. Jazyk VRML umožňuje spoluprácu s ďalšími programovacími jazykmi (Java, JavaScript) a môže aktivovať iné programy (v praxi sú to najčastejšie WWW prehliadače). 16

GMS L9 Opis virtuálnych objektov je ukladaný v textových súboroch (ich veľkosť môže byť regulovaná kompresiou programom gzip bez nutnosti explicitného dekódovania). 9.6.1.1 Štruktúra súboru VRML Súbory, ktoré opisujú virtuálne scény jazyka VRML, majú príponu.wrl (z anglického world). Môžu byť distribuované v textovej (ASCII) forme, alebo komprimované programom gzip (aj vtedy si zachovávajú koncovku WRL). Prehliadač je sám schopný rozpoznať formát WRL súboru podľa jeho obsahu, či ide o textový alebo komprimovaný. Ak mu predložíme komprimovaný súbor WRL, sám ho automaticky dekomprimuje a zobrazí. Identifikácia súboru WRL prehliadačom je možná prostredníctvom jeho hlavičky (musí to byť vždy prvý riadok súboru VRML). Podľa nej rozpoznávajú aplikačné programy (prehliadače), o akú verziu ide a aký je typ súboru. Tá môže vyzerať napr. takto: #VRML V1.0 ascii Začína vždy znakom "#" (v ostatných prípadoch má význam komentára). V tomto prípade ide o súbor jazyka VRML verzie 1.0 a typ súboru je textový (ASCII) súbor. V hlavičke je aj informácia, ktorá hovorí o spôsobe kódovania znakov (kódovacie tabuľky, môžeme definovať aj niekoľko národných abecied súčasne). Ďalší príklad hlavičky súboru VRML môže byť takýto: #VRML V2.0 utf8 Tu je definovaný spôsob kódovania znakov (utf8 je skratka pre kódovanie UNICODE). Jednotlivé objekty virtuálneho sveta opisované pomocou uzlov (nodes) majú definovanú určitú množinu parametrov opisujúcich jeho konkrétne vlastnosti (uvádzajú sa v zložených zátvorkách). Uzlov existuje viac ako 50. Môžu byť hierarchicky organizované. Poznáme tri základné typy uzlov: Shape nodes - opisujú aktuálnu geometriu. Property nodes - opisujú vlastnosti ovplyvňujúce geometriu. Grouping nodes - zastrešujú objekty do jedného (tvoria vlastne zložený objekt). Typický príklad takejto štruktúry súboru VRML je: #VRML V2.0 utf8 # Hlavička súboru VRML WorldInfo {... Viewpoint {... #Všeobecné informácie o virtuálnom svete Transform {... Group {... 17

PositionInterpolar {... #Opis telies a ich vlastností #Definícia prvkov potrebných pre animáciu a interakciu ROUTE... TO... #Prepojenie (rozhýbanie) vyššie opísaných prvkov GMS L9 Jednotlivé časti súboru nie sú záväzné. V časti všeobecných informácií sa sústreďujú informácie opisujúce celkové vlastnosti virtuálneho sveta (WorldInfo - informácia o súbore a autorovi, Viewpoint - zoznam zaujímavých miest virtuálneho sveta). V časti opisujúcej jednotlivé telesá a ich vlastnosti (je to vždy najrozsiahlejšia časť súboru) sú sústredené informácie o jednotlivých objektoch nášho virtuálneho sveta. V tejto časti sa definuje ich tvar, farba a ďalšie vlastnosti. Poslednou časťou sú definície prepojení aktívnych prvkov so statickými v definovanom virtuálnom priestore. 9.6.1.2 Využitie jazyka VRML (VRML97) Jazyk VRML umožnil implementáciu priestorových údajov (virtuálne objekty a scény) na bežných počítačoch (čo bola dovtedy doména pre drahé CAD/CAM systémy a špeciálne programy pre triky a animáciu). Veľkou výhodou je orientácia tohto jazyka na WWW. Udomácnil sa už pojem virtuálny web (virtuálny internet). To znamená, že každý používateľ pripojený na internet môže vstupovať do týchto virtuálnych scén a prechádzať nimi. Všetko je prístupné prostredníctvom WWW prehliadača. Prehliadač Internet Explorer obsahuje prehliadač virtuálneho sveta. Jednoduchá dostupnosť súborov v jazyku VRML a spomenutých webových prehliadačov je hlavným predpokladom pre uplatnenie jazyka VRML. Spôsob implementácie VRML objektu ukážeme na príklade jedného z jazykov na opis VR, jazyka SVR. Každý objekt VR (virtuálny svet) je nutné vložiť do www stránky prostredníctvom elementu OBJECT. Nasledujúci výpis súboru HTML ukazuje použitie elementu OBJECT na vkladanie súboru virtuálnej reality. <HTML> <TITLE>VRT</TITLE> <BODY bgcolor="#999999"> <OBJECT CLASSID="clsid:1B487523-BEC2-11CF-BF9E-0020AF998FF5" HEIGHT=100% WIDTH=100% > <PARAM NAME="World" VALUE="earth.svr"> <EMBED SRC="earth.svr" 18

HEIGHT=100% WIDTH=100% NAME="nssvr" MAYSCRIPT=true> </OBJECT> </BODY> </HTML> </HTML> GMS L9 Obr. 10 Prehliadanie virtuálneho sveta (SVR) Tento súbor je potom prehrávaný prostredníctvom zásuvného modulu (v našom prípade je to prehliadač Viscape od firmy SuperScape, http://www.superscape.com ). Tento modul pracuje s oboma prehliadačmi. Obrázok vyššie dokumentuje použitie prehliadača Netscape Navigator na prezeranie tohto objektu (virtuálneho sveta vo formáte SVR). V spodnej časti obrazovky si môžeme všimnúť ovládacie prvky pre pohyb vo virtuálnom svete. Iná cesta ako zobraziť VRML súbor je použiť nejaký prehliadač VRML dokumentov. Je to program schopný previesť textový opis z VRML súboru (alebo nejakého iného súboru opisujúceho VR) do obrazu virtuálneho sveta. Naviac umožňuje pohyb v tomto svete spolu s prípadnou interakciou na virtuálne predmety. Príklad zdrojového súboru jazyka VRML (čítať po stĺpcoch): 19

GMS L9 #VRML V1.0 ascii Separator { PerspectiveCamera { position 0 0 102 DirectionalLight { on TRUE intensity 0.7 direction 0 0-1 LOD { # level-of-detail range [ 50,70 ] Separator { # third level, red Material { emissivecolor 1 0 0 DEF ObjectSet Separator { Separator { # Cube Translation { translation -2 0 0 Cube { width 1 height 1 depth 1 # end of Cube Separator Separator { # Cone Translation { translation 0-2 0 Cone { height 1.5 bottomradius 0.5 # end of Cone Separator Separator { # Cylinder Translation { translation 2 0 0 Cylinder { height 1.5 radius 0.65 # end of Cylinder Separator # end of ObjectSet definition Separator Translation { translation 0 0 25 Rotation { rotation 0 1 1 0.4 Rotation { rotation 0 1 0 3.14 USE ObjectSet # end of third level Separator Separator { # second level, green Translation { translation 0 0 50 Material { emissivecolor 0 1 0 USE ObjectSet 0.4 Translation { translation 0 0 10 Rotation { rotation 0 1 1 Rotation { rotation 0 1 0 3.14 USE ObjectSet # end of second level Separator Separator { # first level, blue Translation { 20

GMS L9 translation 0 0 70 Rotation { Material { rotation 0 1 0 emissivecolor 0 0 3.14 1 USE ObjectSet USE ObjectSet Translation { # end of first level translation 0 0 25 Separator # end of level-of-detail Rotation { rotation 0 1 1 0.4 Obr. 11 Zobrazenie súboru VRML v prehliadači Blaxxun Ako vyzerá súbor interpretovaný VRML prehliadačom, môžeme vidieť na obr. vyššie (v priestore vytvorených objektov sa môžeme pohybovať pomocou myši). Vzhľad a ovládanie takýchto prehliadačov je jednotné, podobne ako pri www prehliadačoch. Samozrejme existujú malé odchýlky. Väčšina má ovládacie tlačidlá pre pohyb vo virtuálnom priestore umiestnené v dolnej časti okna. 9.6.1.3 Hlavné oblasti využitia VR v inžinierstve Virtuálnu realitu možno využiť aj pri vývoji výrobkov. Napr. virtuálne prototypovanie (Virtual Prototyping) je metóda vývoja výrobkov ako celku a nie len ako súhrn komponentov (súčiastok). Táto metóda využíva pre definovanie vzájomných vlastností komponentov zostavy rôzne väzby 21

(Constraints). Niektoré súčasné CA systémy sa snažia rozšíriť virtuálny vývoj výrobkov (Virtual Product Development) aj o zobrazenie modelov pomocou VR. V súčasných CAD/CAM systémoch reprezentujú objemové modely komplexný virtuálny výrobok s jeho rozmermi, tvarom, toleranciami, materiálom, úpravou povrchu a pod. V CAD systéme je možné použiť VR pre zostavenie výrobku z jeho komponentov. VR možno použiť aj na prepojenie medzi CAD a CAM systémami a vyhodnotenie technologickosti návrhu. Komplexnosť výrobkov vyžaduje nepracovať len s izolovanými súčiastkami, ale používateľovi treba poskytnúť aj vizuálne informácie na širšie okolie, aby mohol výrobok navrhnúť z hľadiska vhodnosti pre montáž. Zmontovateľnosť je potrebné vedieť aj testovať. Virtuálny vývoj výrobkov sa v súčasnosti využíva najmä v leteckom a automobilovom priemysle, kde sa už využívajú pre vývoj výrobkov databázy modelov súčiastok. Aplikácie VR v technickej praxi sa aj keď pomaly, ale predsa len postupne presadzujú. Firma Division vyvinula softvér dvise, ktorý umožňuje interaktívny návrh a implementáciu aplikácii virtuálnej reality bez poznatkov o programovaní. Ide o akýsi prázdny VR systém. Produkt a firmu odkúpila firma PTC a distribuuje tento systém pod názvom Division MockUp. Produkt umožňuje interaktívny návrh a implementáciu aplikácii virtuálnej reality bez poznatkov o programovaní v oblasti tvorby virtuálnych výrobkov. Ide o interaktívny nástroj pre návrh a implementáciu aplikácii virtuálnej reality. Systém používa 3D rozhranie a umožňuje používateľovi vytvárať 3D svety, animovať ich pomocou inteligentných vlastností a skúmať ich. Nástroj má distribuovanú architektúru a umožňuje multiprocesing. Umožňuje aj využívanie zariadení VR. Súčasťou nástroja je aj API s knižnicou v jazyku C. Produkt vie spracovať údaje z viacerých formátov a systémov ako napr. AutoCAD, 3D Studio, MicroStation, Wavefront, ComputerVision CADDS 4/5x, Dassault CATIA, IGES, Pro/Engineer, STEP, EUCLID, Ford PDGS, STL, EDS, MultiGen Creator (Multigen-Paradigm), Inventor. Fraunhofer Institut für Graphiche Datenverarbeitung v SRN vyvinul systém VR na plánovanie a navrhovanie výrobných jednotiek Mowib. Systém umožňuje počas procesu virtuálneho navrhovania manipulovať s jednotlivými zariadeniami a sledovať, aké zmeny to bude mať na výrobný proces. Inštitút vyvinul aj virtuálny systém určený na plánovanie technológie montáže. Je určený pre automobilový priemysel a dá sa pomocou neho overiť optimálna štruktúra zostavovaných komponentov, reálnosť ručnej montáže a ergonomické hľadiská montáže (napr. či bude pre montáž dostatok priestoru). V súčasných podmienkach technickej praxe sa v oblasti využívania virtuálnej reality najviac využívajú možnosti CAD/CAM systémov generovať model do formátu jazyka VRML (Virtual 22

Reality Modeling Language). Súbor formátu VRML je možné posielať prostredníctvom internetu tímu spolupracujúcom na projekte. Internetové adresy k téme http://www.streettech.com/bcp/bcpgraf/streettech/vpl.html http://www.cyberedge.com/3d1.html http://www.vrs.org.uk/vr/reference/history.html http://www.vrs.org.uk/fred.ste http://www.web3d.org/ http://ovrt.nist.gov/ www.nist.gov/itl/div878/ovrt/hotvr.html http://www2.hrp.no/vr/vrml/ http://fstroj.utc.sk/journal/sk/43/43.htm VPL Research Glossary Of VR Terms History of VR Virtual Reality Society WEB3D Consortium Visualization and VR for Manufacturing Hot Virtual Reality Sites VRML Examples VR a technická prax 9.6.2 X3D Jedná sa o najnovší štandard nielen vo virtuálnej realite, ale aj v celom odvetví počítačovej grafiky. Tento štandard je najnovším projektom Web3D Consortia a fy Blaxxun, OpenWorld, Nexternet a Parallel Graphics. Po prvý krát bol predstavený na konferencii v americkom meste Orinda 7. augusta 2001. Web 3D Consortium na tomto projekte okrem spomínaných firiem úzko spolupracuje aj s Mpeg-4 group a je zamýšľané, že X3D štandard bude zabudovaný do rutín 3D programov, s ktorými prichádza Mpeg-4. Tak isto Web 3D Consortium spolupracuje aj s WWW Consortiom (W3C) na tesnej integrácii X3D do XML jazykov pre web. Všetky prehliadače pre X3D podporujú prehliadanie programov napísaných v jazyku VRML. 9.6.3 SVR Tento formát vytvorila britská firma Superscape, priekopník virtuálnej reality na osobných počítačoch. Formát je podobný formátu VRML, obsahuje však viac možností pre animácie a interakcie. Nevýhodou tohto formátu VR je, že prehliadače pre tento formát pracujú len pod operačným systémom Windows. Napriek veľkej rýchlosti prehliadačov na VR v tomto formáte sa Super VR neujala. Svedčí o tom aj fakt, že táto firma vyvinula vlastný prehliadač virtuálnych svetov vo formáte VRML a v súčasnosti sa venuje 3D grafike pomocou 3D Studia MAX nielen pre počítače ale aj pre mobilné telefóny a počítače kategórie hand-held. 23

9.6.4 Quick Time VR Formát vychádza z formátu Apple Quick Time pre video sekvencie a jeho domácim prostredím je počítač Macintosh. Je však dostupný aj pre iné počítače a operačné systémy a tvorí doplnok k VRML. Virtuálny svet vo formáte QT VR je predstavovaný sústavou valcových plôch, na ktoré je nanesená panoramatická fotografia. Tieto fotografie je možné prehrávať dopredu, dozadu, poprípade obraz zväčšovať alebo zmenšovať, čo predstavuje pohyb dopredu alebo dozadu. Tento formát má omnoho menej možností interakcií a dynamických akcií. Používateľ si môže zo všetkých strán alebo dotykom vyvolať vstup do ďalších virtuálnych oblastí. Pri tvorbe vlastných svetov je možné použiť 3 rôzne spôsoby: a) ručné napísanie scény pomocou textového editora môže sa použiť akýkoľvek textový editor, ktorý máme vo svojom systéme nainštalovaný, napr. Notepad. Práve to je výhodou tohoto spôsobu, ale aj optimálny zdrojový kód. Nevýhodou je prácnosť, potrebná znalosť jazyka a programátorská zručnosť. b) použitie VRML editorov špeciálne navrhnutý program pre vytváranie virtuálnej scény vo formáte VRML. c) použitie 3D modelovacieho programu, ktorý podporuje export do formátu VRML 97 napr. Pro/Engineer. Sú to programy, ktoré nie sú priamo určené pre tvorbu virtuálnych scén, ale buď samé, alebo pomocou prídavných modulov dokážu exportovať vytvorené grafiky do formátov VRML. 9.6.5 VRML editory Sú to špecializované programy buď priamo pre vytváranie scén virtuálnej reality alebo na podporu a zjednodušenie práce pri vytváraní virtuálnych scén. 9.6.5.1 SGI Cosmo Worlds Tento program patrí medzi modelovacie programy pre štandard VRML 97. Je produktom firmy Silicon graphics (SGI). Povoľuje, ako jeden z mála podobných programov, modelovanie aj zložitejších scén a ich následné rozpohybovanie v plynulých animáciách. Užívateľské prostredie je veľmi prehľadné a dokonale prepracované. Efektívnym spôsobom pomáha používateľovi pri vytváraní objektov. Skladá sa z veľkého množstva panelov nástrojov a pomocných okien, ktoré zobrazujú aktuálny stav animácií, farieb, polôh objektov a tvarov. Veľkou výhodou tohoto programu je možnosť tvorby animácií pomocou panelu animácií, ktorý má veľmi jednoduché ovládanie. Tak isto sa v tomto programe zobrazuje veľmi prehľadný strom celej štruktúry 24

programu. Program, nakoľko pochádza z dielne zakladateľov VRML, je jedným z najlepších modelovacích programov určených priamo pre VRML97 a jeho veľkou výhodou sú programové mutácie pre rôzne operačné systémy. Výhody programu: vysoko interaktívne pracovné prostredie plná podpora VRML 2.0 vrátane jazykov Java a JavaScript možnosť vytvárať zložité objekty jednoduchá tvorba animácií jednoduché prepájanie animácií importovaný vlastný prehliadač Cosmo Player Nevýhody: nemožnosť výberu farby zo spektra farieb, farba sa môže zadávať len číselne program je náročný na pamäť v súčasnosti sa nové verzie programu vytvárajú len pre operačný systém IRIX Minimálna konfigurácia počítača: systém Win 95/NT 4.0 (v súčasnosti sa firma SGI špecializuje len na svoje pracovné stanice s operačným systémom IRIX) Pentium 90 MHz 32 (64) MB RAM 27 MB voľného miesta na disku Internet Explorer 3.0.2 spolu s nejakým prehliadačom VRML grafická karta 8MB s rozlíšením 800x600 s hĺbkou farieb 8 bitov. 25

9.6.5.2 Sony Community Place Conductor Modelovací program od firmy Sony je priamo určený pre VRML 97. Jeho rozhranie je zložené z viacerých okien, v ktorých je možno pridávať uzly, modelovať svety... V Community Place Conductor-e je možné interaktívne pridávať, odoberať a editovať uzly pomocou myši. Program ponúka možnosť zobraziť stromovú štruktúru programu. Jednoducho sa v ňom nanášajú textúry a pridávajú zvuky. Vytváranie animácií je podstatne zložitejšie ako je to v programe Cosmo Worlds. Pre písanie programov v JAVA je používateľovi k dispozícii jednoduchý textový editor, z ktorého je možné program prekladať do binárneho kódu pomocou externe nainštalovaného prekladaču JDK (JRE) v minimálnej verzii 1.1.3. Pre používateľov je k dispozícii aj knižnica jednoduchých JAVA programov, ktoré sa veľmi jednoducho umiestňujú do objektov. Výhody programu: interaktívne pracovné prostredie jednoduché ovládanie presné zadávanie hodnôt atribútov možnosť pracovať v jazyku Java prepracovaná vizualizácia smerovačov a putovanie správ Nevýhody: nepodporuje import z iných formátov (3DS, MAX, DXF) nemožnosť programovať v jazyku JavaScript Minimálna konfigurácia počítača pre prácu s týmto programom je nasledovná: systém Win 95/NT 4.0 (súčasné verzie len pre platformu WinNT a UNIX) PC-AT 486DX4 75MHz 24 MB RAM 20 MB voľného miesta na disku grafická karta s rozlíšením 640x480 s hĺbkou farieb 8 bitov. 26

9.6.5.3 Internet Space Builder Internet space builder je modelovací program od firmy ParallelGraphics, priamo určený pre modelovanie vo formáte VRML 97. Pracovné prostredie programu je rozdelené do viacerých častí. Program je riešený štýlom WWW stránky, kde sa medzi jednotlivými oknami prepíname pomocou odkazov, alebo pomocou záložiek na spodku obrazovky. Toto riešenie pracovného prostredia nie je veľmi prehľadné pre používateľa, ktorý tento program používa prvý krát. Po spustení programu je aktívna časť s pomocníkom pre používanie programu, kde sa používateľ môže zoznámiť s prvými krokmi pre používanie aplikácie. Hlavnou časťou programu je okno pre modelovanie. Veľkou výhodou tohoto programu je vlastný prehliadač priamo vedľa spomínaného okna pre modelovanie. V programe sa veľmi jednoducho pridáva pozadie do scén ako aj textúry a farby na povrch telies. Ďalším veľkým plus tohoto programu je vlastná knižnica objektov, ktorá zjednodušuje prácu pri navrhovaní rôznych špecifických prostredí. Program má vlastný editor textúr a podporuje export telies z 3D Studia MAX. Výhody: vytváranie a pridávanie textúr zadávanie farieb pomocou kruhu farieb import z 3D Studia MAX importovaný vlastný prehliadač vlastná knižnica zložitejších objektov a textúr Nevýhody: nepodporuje programovanie v jazyku Java a JavaScript nemá prostriedky na tvorbu animácií neprehľadný pohyb medzi prostredím pre modelovanie, navrhovanie textúr, farieb a pomocníkom Minimálna konfigurácia počítača: systém: Win95/98/NT4.0. PC-AT 486 27

8 MB RAM. 12 MB voľného miesta na disku grafická karta SVGA / 256 farieb, s minimálnym rozlíšením 800x600 www.parallelgraphics.com 9.6.5.4 VrmlPad Program od firmy Parallel Graphics je určený priamo pre VRML 97. Tento program patrí medzi programy, v ktorých je nutné telesá definovať. Program je určený nielen pre skúsených ale aj pre menej skúsených používateľov, pretože jednou z jeho funkcií je automatické dopĺňanie uzlov ako aj ich parametrov na základe možností, ktoré vypíše program po napísaní niekoľkých začiatočných písiem. Program tak isto automaticky zobrazuje chyby, ktoré sa nachádzajú v napísanom texte. Tak isto veľmi prehľadne zobrazuje a farebne odlišuje rezervované slová rôzneho typu. Veľkou výhodou tohoto programu je zobrazovanie stromovej štruktúry ako aj mapy dynamických akcií, prehľadný rozpis použitých vonkajších súborov a stromovú štruktúru adresárov pre otváranie podporovaných súborov. K tomuto programu existuje aj editor farieb, ktorý je importovaný priamo v základnom programovom balíku. Výhody: podpora jazyka Java a JavaScript farebné rozlíšenie rezervovaných slov prehľadné zobrazenie stromových štruktúr editor farieb Visual Basic Script editor prídavný plug-in na editáciu telies pomocou rovín množstvo nastavení pre prehľadnejšie zobrazovanie syntaxe Nevýhody: potreba základnej znalosti syntaxe jazyka www.parallelgraphics.com 28

9.6.6 Vybraté 3D modelovacie programy Tento spôsob modelovania virtuálnych scén je v súčasnosti najperspektívnejší a najpohodlnejší. Moderné 3D modelovacie programy a CAD systémy podporujú export vymodelovaných objektov do formátu VRML. Má to však i svoje nedostatky napr. export i takých malých častí, ktoré nie je možné visieť vo VR. Často treba tiet vygenerované zdrojové kódy ručne prepracovať a modifikovať. Takýmto spôsobom je však možné vymodelovať iba statické objekty a na rozpohybovanie týchto objektov je nutné použiť niektorý z horeuvedených nástrojov. 9.6.6.1 3D Studio MAX 3D Studio MAX je jedným z najvýznamnejších programov pre modelovanie 3D scén pre platformu Wintel (operačný systém Windows s procesorom Intel), avšak nie je priamo vytvorený pre modelovanie VRML svetov. Systém 3D Studia je otvorený a je možné ho za pomoci prídavných modulov jednoduchým spôsobom rozširovať. Aby sme mohli exportovať vymodelované scény a prezentovať vo formáte VRML je potrebné mať nainštalovaný prídavný modul VRML97, ktorý je pri verzii 3 priamo importovaný v samotnom programe. Modul umožňuje vytvárať niektoré špeciálne uzly a celú scénu exportovať do formátu VRML97. Napriek tomu, že 3D Studio nie je priamo určené pre tvorbu VRML, je export a podpora rôznych aj zložitejších uzlov veľmi kvalitná. Pri exporte z 3D Studia MAX sa niektoré uzly prevádzajú z formátu 3ds do formátu VRML, veľkú časť z týchto uzlov je možné pri exportovaní ovplyvňovať pomocou nastavenia ich parametrov. 9.6.6.2 Pro/Engineer Pro/Engineer, od firmy Parametric Technology Corporation, je najotvorenejší systém na trhu, ktorý podporuje všetky štandardné normalizované formáty pre výmenu dát: IGES, VDA, STEP, DXF, IDF... Okrem toho sú k dispozícii priame prepojenia do iných systémov: DWG výkresy, CATIA, CADDS... Konečné modely sú publikovateľné na internete pomocou formátu VRML. Pre všetky tieto podporované formáty však treba k vlastnému programu Pro/Engineer nainštalovať prídavné moduly pre ich export. Pre export do formátu VRML je potrebné mať nainštalovaný jeden z nasledovných prídavných modulov: Pro/Interface for VRML (len po verziu 17) Pro/WEB Publish (od verzie 18) Pro/Fly-Through 29

9.7 VRML prehliadače Prehliadač virtuálnych svetov musí minimálne zvládnuť chôdzu a štúdium objektov. Časom sa však ukázalo, že pre pohyb vo virtuálnych scénach je to nedostačujúce. Preto autori postupne pridávali ďalšie funkcie a nakoniec sú k dispozícii nasledovné funkcie: chôdza walk (go) úkroky pan otáčanie tilt (turn) štúdium objektov study približovanie k objektom goto (seek) Medzi najznámejšie a najpoužívanejšie prehliadače patrí CosmoPlayer a Microsoft VRML 2.0 Viewer, avšak tieto dva programy nie sú jedinými prehliadačmi pre viruálnu realitu. Tvorbou prehliadačov nielen pre štandard VRML sa zaoberá viacero firiem, medzi ktorými najväčšiu úlohu hrajú: Blaxxun, OpenWorlds a ParallelGraphics. 9.7.1 Cosmo Player Tento program bol vytvorený firmou SGI a je určený pre internetový prehliadač Netscape Navigator. Pracuje však aj pod Internet Explorerom. Je pokračovateľom verzie 1.0, ktorá bola vôbec prvým prehliadačom pre VR. Plne podporuje štandard VRML97, ale dokáže zobrazovať aj VRML1.0, tiež dokáže premietnuť aj komprimované súbory s príponou gzip. Pri zobrazovaní má veľmi výrazné farby a veľmi vierohodne vykresľuje priehľadné objekty. Používateľské prostredie sa skladá z dvoch častí: pohľad na scénu a vodorovný panel s ovládacími prvkami pre navigáciu (pohyb) vo virtuálnom svete. Nedostatky programu: vo Win 95 je možné používať len anglické fonty niektoré grafické karty nesprávne zobrazujú niekoľko svetiel na povrchu telesa pri niektorých svetlách (PointLight, SpotLight) ignorujú parameter radius a svietia cez celú scénu niektoré 8 bitové grafické karty pracujú nepresne Požiadavky na systém: Win 95/NT 4.0 (pre Win NT potrebné service pack 3) 30

Pentium 90 MHz 16 (32) MB RAM internet Explorer 4.0, alebo Netscape 3.x www.cosmosoftware.com 9.7.2 Microsoft VRML 2.0 Viewer Program je určený pre prácu s internetovým prehliadačom Internet Explorer. Je možné ho nainštalovať priamo pri inštalácii systému Windows, alebo neskôr doinštalovať. Program podporuje prehliadanie aj komprimovaných súborov s príponou gzip. Microsoft Vrml 2.0 Viewer nie veľmi dokonale vykresľuje použité farby a priehľadné objekty sú vykresľované pomocou bodiek čím objekt síce nadobúda priehľadnosť ale nie je to adekvátne zobrazenie aké môžeme vnímať v skutočnosti. Ďalšou nedokonalosťou programu je nepresvedčivé zatmievanie neosvetlených častí pri použití svetla na prilbe používateľa (HeadLight). Používateľské prostredie sa skladá z troch častí: zvislý panel s ovládacími prvkami pre pohyb po scéne (Walk, Pan...), vodorovný panel s tlačidlami pre korekciu pohľadu (Restore, Zoom...) a pohľad na scénu. Nedostatky programu: zasielanie správ do geometrických objektov nepracuje správne vodorovne zarovnaný text v uzle Text sa zobrazuje len veľkosťou 1 niekedy sa stane, že sa správne neprekreslí ponuka po stlačení pravého tlačidla myši nedokonalé zobrazovanie tmavých častí pri použití HeadLight Požiadavky na systém: Win 95/NT 4.0 Pentium 100 MHz 16 (20) MB RAM internet Explorer 3.x www.microsoft.com 31

9.7.3 Cortona Prehliadač virtuálnych svetov od firmy ParallelGraphics môže pracovať pod rôznymi internetovými prehliadačmi. Jeho vlastnosti sú veľmi podobné prehliadaču Cosmo Player, ale prostredie vychádza z prehliadača Microsoft VRML 2.0 Viewer. Program má veľmi jednoduché ovládanie pomocou myši. Jeho veľkou výhodou je veľmi dobré vykresľovanie farieb, kvalitné zobrazovanie neosvetlených častí pri použití HeadLight a rýchle prekresľovanie objektov. Pri prekrývaných objektoch a rýchlom pohybe je však prekresľovanie nepresné a často sa spodný objekt zobrazí pred vrchný, pri pomalšom pohybe sa tento nedostatok stráca. Pracovné prostredie prehliadača je rozdelené do troch častí: zvislí panel s ovládacími prvkami pre pohyb po scéne (WALK, FLY, STUDY, PAN...), vodorovný panel s prvkami pre pohľady, a pohľad na scénu. Nedostatky programu: neprehliada virtuálne svety s príponou gzip pri rýchlej chôdzi nekvalitné prekresľovanie prekrývajúcich sa objektov Požiadavky na systém: Win 95/98/2000/ME/NT 4.0/XP Pentium 90 MHz 16 (32) MB RAM min. Internet Explorer 4.0 alebo Netscape Navigator 4.0 www.parallelgraphics.com 32