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编者按:我们今天所要摘录的是给所有java玩家的,尤其是3D爱好者,我们知道你关心这。这两部分的第一部分是从《Java游戏编程杀手》第十五章摘出,作者Andrew Davison描述了怎样在一个3D跳棋程序中用Java建立一个场景。下周,Andrew将说明怎样为这个3D跳棋程序建立一个浮动的球体。
版权声明:任何获得Matrix授权的网站,转载时请务必保留以下作者信息和链接 作者:launze 原文:http://www.onjava.com/pub/a/onjava/excerpt/kgp_in_java_chap15/index.html 译文:http://www.matrix.org.cn/resource/article/44/44216_Java+Killer+Game.html 关键字:Java;Killer;Game
这章用一个Java 3D例子来描述一个3D跳棋。这个例子建立了一个场景,包括:由一个暗绿色和兰色格相交平铺的,并带有标签的X轴和Z轴形成的平面;一个兰色背景;一个可以在两个不同方向浮动的球体。用户可以通过鼠标来浏览(拉近放远)场景。 左边的截图15-1显示最初视图,右边的图是用户视图移动一些之后的效果。
Figure 15-1. Initial view, and later
3D跳棋阐述了Java 3D编程中一些常用的方法和一些小窍门。例如,3D场景使用Canvas3D类来实现显示(这个类和Swing组件结合使用)。所有的Java 3D程序需要一个场景图,3D跳棋说明了如何增加基本图形,灯光,背景。这些场景图形成了文件的可视形式,记录这些场景信息的文本版本通过Daniel Selman的Java3dTree包很容易就能实现。(在这节的最后我会详细介绍)
地板和球体使用了Java3D的QuadArray, Text2D, and Sphere几何类:地板是由QuadArray的一系列四边形组成,标签是用Text2D对象沿着地板上的主轴形成。用户通过一个观察点查看这个3D世界,你将看到如何初始放置观察点、在使用Java3D的OrbitBehavior 类时候如何移动观察点。
3D跳棋类图
图15-2的类图说明了3D跳棋程序的public和private数据项和方法。
Figure 15-2. Class diagrams for Checkers3D
Checkers3D 是程序的顶层JFrame . WrapCheckers3D 是场景图拥有的 JPanel ,作为一个Canvas3D 对象,他是可视的. CheckerFloor 建立地板的子图(例如方格,轴), with所有同颜色的方格用单独的ColoredTiles 对象表示。
提示:例子的原代码在Checkers3D/目录(可能是原书附带光盘)
Java 3D和Swing 的结合
就向Swing文本和按纽,Checkers3D 是GUI控制位置的的一个 JFrame ,把他放在必要的地方。在这个例子中,他建立一个WrapCheckers3D (一个 JPanel) 实例,并把他放在 BorderLayout 中间。
c.setLayout( new BorderLayout( ) ); WrapCheckers3D w3d = new WrapCheckers3D( ); // panel for 3D canvas c.add(w3d, BorderLayout.CENTER);
场景中的Canvas3D 视图建立在WrapCheckers3D 类里。
public WrapCheckers3D( ) { setLayout( new BorderLayout( ) ); // other initialization code
GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse.getPreferredConfiguration( ); Canvas3D canvas3D = new Canvas3D(config); add("Center", canvas3D);
// other initialization code}
虽然 Canvas3D 是一个重量级的GUI 元素(一个系统产生窗口的轻量层),还是有一些必须注意的。重量级的组件没那么容易与Swing控件组合(Swing是一个轻量组件),这些控件主要由Java产生。如果 Canvas3D 对象内嵌到一个 JPanel问题就可以消除,并且建立出来的panel可以安全地和Swing程序的其他部分结合。 提示: 这是在j3d.org的一个关于结合 Canvas3D 和Swing的详细讨论:(http://www.j3d.org/tutorials/quick_fix/swing.html).
相比前几章,这里没有update/draw循环。因为Java 3D自身有机制来监视场景和最初视图的变化。下面以伪代码给出算法:
while(true) { process user input; //用户输入 if (exit request) break; perform behaviors; if (scene graph has changed) //场景改变 traverse scene graph and render; //移动场景视图 }
其中的behaviors是一些影响其他部分图象的代码,比如移动的图形或改变灯光。他们用来监视图象,传递给程序中非3D部分详情。 详细代码比例子中的伪代码更加复杂,Java 3D用多线程来并发移动和图形描述。因此,对这个过程有一个概括了解会对本章其他部分的理解有帮助。
场景图形建立
场景图形用 WrapCheckers3D的构造函数建立。
public WrapCheckers3D( ) { // initialization code
GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse.getPreferredConfiguration( ); Canvas3D canvas3D = new Canvas3D(config); add("Center", canvas3D); canvas3D.setFocusable(true); // give focus to the canvas canvas3D.requestFocus( );
su = new SimpleUniverse(canvas3D);
createSceneGraph( ); initUserPosition( ); // set user's viewpoint orbitControls(canvas3D); // controls for moving the viewpoint
su.addBranchGraph( sceneBG ); }
Canvas3D 对象用从getPreferredConfiguration( );获得的配置来初始化。这个方法能取得硬件的图形信息。一些老的Java 3D程序没有初始化一个GraphicsConfiguration 对象,而是用null作为 Canvas3D 的构造函数的参数,这种编程可不太好。 canvas3D 被设置成焦点,以便键盘能传递动作给场景图形。这些动作的触发通常是按键的按压和弹起,但是他们也能由定时器、帧的改变和由Java 3D内部产生的事件触发。 Checkers3D就不需要设置焦点,因为他没有任何动作。因为在所有的其他程序中我们都会考虑到线条,所以我没有给出线条的描绘代码。
su SimpleUniverse 对象建立了标准子视图、场景图形的VirtualUniverse 和Locale 节点。 createSceneGraph( ) 设置了灯光,天空的背景,地板,还有浮动球体。initUserPosition( ) 和 orbitControls( ) 处理用户视角问题。最后把配置好的 BranchGroup 加入到方法:
private void createSceneGraph( ) { sceneBG = new BranchGroup( ); bounds = new BoundingSphere(new Point3d(0,0,0), BOUNDSIZE);
lightScene( ); // add the lights addBackground( ); // add the sky sceneBG.addChild( new CheckerFloor( ).getBG( ) ); // add floor
floatingSphere( ); // add the floating sphere
sceneBG.compile( ); // fix the scene } // end of createSceneGraph( )
使用不同的方法来增加子图到 sceneBG以建立需要的子视图。一旦图形被绘制完毕后,并允许Java3D来优化他,sceneBG 便只被编译一次。优化包括重排图形、重新组合编译节点。例如一连串的包含不同转换的TransformGroup 节点会被编译成一个独立节点。另一个可能的优化是把具有相同显示属性的图形编成组,以便能更快地描绘。
bounds是一个 BoundingSphere 类的全局实例,他用来指定环境节点对灯光、背景和OrbitBehavior 对象的影响。跳跃的球体被放在场景的中心,被赋 BOUNDSIZE 单位半径,并影响场景中所有事件。
最后的 WrapCheckers3D( ) 所显示的场景图象在图15-3中。 "Floor Branch" 节点是我发明出来掩藏一些细节,稍后将会涉及。图15-3所缺少的是场景图形的分支部分。
场景灯光
通过 lightScene( ).把一个环境灯光、两个有向灯光加入到场景中。环境灯光能到达场景中的每个角落,并且强度相同。
Color3f white = new Color3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); // Set up the ambient light AmbientLight ambientLightNode = new AmbientLight(white); ambientLightNode.setInfluencingBounds(bounds); sceneBG.addChild(ambientLightNode);
代码设置了灯光的颜色,环境灯光以bounds配置建立,并加入到场景中。类 Color3f( ) 的构造函数设置RGB颜色为0.0f到1.0f(1.0f是全色)。
有向灯光模拟的一个从原处照射来的一束灯光,并从特定方向碰上物体表面。有向灯光和环境灯光的区别是有向灯光必须是方向向量。
Vector3f light1Direction = new Vector3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); // left, down, backwards DirectionalLight light1 = new DirectionalLight(white, light1Direction); light1.setInfluencingBounds(bounds); sceneBG.addChild(light1);
 Figure 15-3. Partial scene graph for Checkers3D
方向是介于(0,0,0)和(-1,-1,-1)的向量。灯光可以想象成是很多从不同方向,不同来源的平行灯光汇聚而成。 点光和场光是Java 3D灯光的另外一种形式。点光放置在空间中,并向所有方向发射。场光以特定方向朝点光聚焦。
场景的背景
场景的背景可以指定为特定的背景(如下所示),一个静态图像或这是一个带形体的几何材质。
Background back = new Background( ); back.setApplicationBounds( bounds ); back.setColor(0.17f, 0.65f, 0.92f); // sky color sceneBG.addChild( back );
浮动的球体
Sphere 是来自Java 3D的 com.sun.j3d.utils.geometry 包的一个工具类,是Primitive 类的一个子类,Primitive 类为带有 Shape3D 孩子节点的一个 Group 节点。他的几何特性存储在Java 3D的 TriangleStripArray,这种类把球体看成一组可连接的三角形体。我没必要校准他的几何特性,但是他的现实和位置要改变。
Appearance 节点是一个包含很多信息的容器,包含颜色、线条、点、多边形、描绘、透明度和材质特性。 ColouringAttributes 确定形体的颜色,而且不受场景灯光影响。如果一个形体需要颜色和灯光的交互作用,就要用到 Material 组件。灯光要影响形体的颜色必须满足三种情况: • 形体的几何特性必须是标准的。 • 形体的 Appearance 节点必须拥有 Material 组件。 • Material 必须用 setLightingEnable( )打开他的光照允许。
用工具类 Sphere 能自动制作成标准形体,所以第一种情况容易满足。
形体颜色 Java 3D Material 组件控制当一个形体被不同种类的灯光照射后的颜色。
Material mat = new Material(ambientColor, emissiveColor, diffuseColor, specularColor, shininess);
环境颜色参数指定当形体被环境灯光照射后的颜色:他给对象统一的颜色。放射性颜色贡献形体生成的颜色。这个参数经常被设置成黑色(相当于关闭)。当照射的时候,发散颜色就是对象的颜色,他的强度取决于光波照射到形体的角度。 提示:发散灯光和环境灯光通常被设置成相同,这与真实世界中的对象被照射时候的颜色一样。
镜子颜色参数的强度与从形体的光亮区域反射出的多少有关。他由控制reflective highlight尺寸的发光参数组合成。 提示:镜子颜色通常设置成白色,符合真实世界中大部分对象产生的颜色。
Checkers3D类中,有两个不同方向的光,他们在球体顶部建立了两个不同的光路(如图15-1)。地板在他们的颜色未在形体的几何特性中设置前,是没有被照射到的。
floatingSphere( ) 中处理形体现实的代码如下:
Color3f black = new Color3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); Color3f blue = new Color3f(0.3f, 0.3f, 0.8f); Color3f specular = new Color3f(0.9f, 0.9f, 0.9f); // near white
Material blueMat= new Material(blue, black, blue, specular, 25.0f); blueMat.setLightingEnable(true);
Appearance blueApp = new Appearance( ); blueApp.setMaterial(blueMat);
布置形体 形体放置一般是在TransformGroup 下放置图形节点。(参见图15-3 sphere Group)。一个 TransformGroup 用来放置、旋转和度量旗下节点。他由Java 3D Transform3D 对象定义其格式。
Transform3D t3d = new Transform3D( ); t3d.set( new Vector3f(0,4,0)); // place at (0,4,0) TransformGroup tg = new TransformGroup(t3d); tg.addChild(new Sphere(2.0f, blueApp)); // set the sphere's radius and appearance // and its normals by default sceneBG.addChild(tg);
set( ) 方法将形体的中心放置在(0.4.0),重置先前的旋转和度量。在重置其他格式的时候,set( ) 能用来改变度量和角度。方法setTranslation( ), setScale( )和setRotation( ) 只能对已给格式起作用。
与其他3D画图程序包不同的是,Java 3D中的Y轴是垂直方向,而水平面由xoz决定,如图15-4。 球体的位置被设置为(0,4,0),在XOZ面中心上方4个单位。
 图15-4,Java 3D中的坐标系
完,请等待Part 2...
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