Proseminar Computergrafik: Retained Mode: Open Inventor, VRML ...

Der vorangegangene Teil der Arbeit zeigt bereits, welche Unterschiede die einzelnen Grafiksysteme
bei der Verwaltung und Manipulation von 3D-Szenen haben. Die Open GL hat dagegen keine vergleichbare
Struktur wie den Szenegraphen, sondern bietet in erster Linie den Immediate Mode, der
keine einschränkenden Datentypen und Verwaltungsstrukturen verlangt. Das hat zur Folge, dass der
Programmcode selbst bei einfachen dreidimensionalen Strukturen sehr komplex werden kann. Es
können in Open GL sehr viele variable Datenstrukturen verwendet werden, und der Entwickler hat
volle Kontrolle über das Rendering. Jedoch hat diese Flexibilität ihren Preis in Form eines hohen Programmieraufwands
und der Voraussetzung umfangreichen Wissens über Open GL auf der Seite des
Entwicklers. Die Hersteller haben Open GL gerade unter einer solchen Zielsetzung entwickelt und
Open GL als erweiterbare Grundlage für andere 3D-Grafiksysteme geplant. Open Inventor, VRML und
Java3D verwenden Open GL als Renderingmaschine. Sie ermöglichen durch eine abstraktere
Umgebung die einfache Erstellung und Manipulation von 3D-Szenen. Basierend auf der Szenegraphstruktur
kann der Entwickler schneller und einfacher eine virtuelle Welt erschaffen und greift dabei auf
eine fertige Ereignisbehandlung oder vorgegebene geometrische Objekte zurück.
Im Modell, das vom Retained Mode vorausgesetzt wird, liegen wesentliche Unterschiede der drei Grafiksysteme.
Diese beginnen mit der Auswertung des Szenegraphen, die Open Inventor von links oben
beginnend nach rechts unten durchführt. Der Zustand, der dabei mitgeführt wird, ändert sich von
Knoten zu Knoten. Diese Abhängigkeit der Nachfolgerknoten von ihrem Vorgänger ist in VRML nur
teilweise übernommen worden. Da die Traversierung in einem VRML-Szenegraphen nicht strikt
vorgeschrieben ist, sind die Abhängigkeiten zwischen den Knoten nicht so stark wie in Open Inventor.
In VRML werden Eigenschaften für ein Objekt gekapselt, d.h. einer geometrischen Struktur werden
ihre Eigenschaften in den Kinderknoten zugeordnet, während in Open Inventor eine Eigenschaft durch
den Vorgänger bestimmt wird. Der Java3D-Renderer kann dagegen den Szenegraphen in beliebiger
Reihenfolge durchlaufen oder ihn auch parallel verarbeiten, was erst die Eigenschaften einer
objektorientierten Programmiersprache ermöglichen.
In VRML und Open Inventor ist es Knoten erlaubt, mehrere Elternteile zu besitzen, wodurch die
Wiederverwendung von Knoten oder ganzen Teilbäumen erleichtert wird. Die einzige Einschränkung
besteht darin, dass kein Zyklus im Szenegraphen auftreten darf. Java3D benötigt für die Mehrfachreferenzierung
einen speziellen Linkknoten.
Eine Struktur, wie sie der Retained Mode voraussetzt, ist unerlässlich bei der Erstellung von Animationen.
Der Szenegraph kann das Rendern einer Animationsszene effizienter gestalten. Außerdem
wird durch die Anordnung der Knoten im Graphen die Lage der 3D-Objekte zueinander beschrieben.
Somit werden Kollisionserkennung und die Zuordnung von Ereignissen an bestimmte Objekte möglich.
Für gewöhnlich nehmen Animationen viel Rechenzeit in Anspruch. Mit steigender Zahl von Animationen
steigt auch die Gefahr, dass sie nicht mehr flüssig dargestellt werden können. Da sich der
Betrachter jedoch an einem bestimmten Punkt in der Szene befindet, stellt sich die Frage, welche Animation
wirklich berechnet werden muss, und wie detailgetreu weit entfernte Objekte sein müssen.
Somit ist entscheidend, wo sich der Betrachter befindet und welche Orientierung er hat. Java3D bietet
das Behavior-Konzept an, welches es ermöglicht, je nach Betrachterposition oder Orientierung
bestimmte Bereiche in Ruhezustand zu versetzen. Dies verschafft dem Anwender eine einfach
anzuwendende Möglichkeit, die Zahl der Animationen, die tatsächlich berechnet werden, zu
minimieren. VRML bietet dem Entwickler zwei spezielle Knoten an, um nicht benötigte Bereiche und
Animationen abzuschalten. Der Sensor ProximitySensor sendet Ereignisse, wenn der Betrachter
einen bestimmten Bereich betritt, ein weiterer Sensor sendet Ereignisse aus, wenn ein quaderförmiger
Bereich in das Sichtfeld kommt (VisbilitySensor). Verbunden mit einem Interpolator kann das Ereignis
das Ab- und Anschalten einer Animation auslösen. Damit ermöglicht die Szenegraphstruktur die
Bereitstellung einer einfach anzuwendenden und effektiven Steuerung von Animation.
Durch die Abgrenzung von 3D-Darstellern, die in der Struktur des Szenegraphen vorgenommen wird,
ist die Selektion von Objekten im Retained Mode recht einfach umzusetzen. Wie bereits beschrieben
haben alle drei Grafiksysteme mehr oder weniger abstrakte Lösungen für dieses Problem.
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