Graphics 版 (精华区)
发信人: seaman (翩翩少年), 信区: Graphics
标 题: JAVA3D学习系列(13)--形体的组合及几何坐标变换
发信站: 哈工大紫丁香 (Tue Sep 28 19:15:07 1999), 转信
JAVA3D学习系列(13)---形体的组合及几何坐标变换
汕头大学机电系 张杰（jzhang@mailserv.stu.edu.cn）
****************书名 VRML2.0交互式三维图形编程******
JAVA3D学习系列中的例题将有非常多的VRML程序与之相比较，
介绍JAVA3D的顺序也和VRML2.0新书基本一致，
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*************书名 VRML2.0交互式三维图形编程******
VRML2.0（VRML97）中，有两个用来组合各形体的组节点：
Transform、Group，其中的Group节点完全可以用Transform
节点来代替。如何在JAVA3D中实现Transform所提供的几何变换
功能，是我们掌握JAVA3D应用编程的基础。下面我们对此给以
详细的介绍。
我们首先来看一下VRML97的Transform节点的定义：
Transform节点的定义是：
Transform {
eventIn MFNode addChildren
eventIn MFNode removeChildren
exposedField SFVec3f center 0 0 0
exposedField MFNode children []
exposedField SFRotation rotation 0 0 1 0
exposedField SFVec3f scale 1 1 1
exposedField SFRotation scaleOrientation 0 0 1 0
exposedField SFVec3f translation 0 0 0
field SFVec3f bboxCenter 0 0 0
field SFVec3f bboxSize -1 -1 -1
}
由定义我们可以看出，VRML程序中，我们可以通过设定
translation、rotation、scale来使形体产生平移、旋转、
比例变换。如VRML2.0交互式三维图形编程一书所给出的一个
生成一个小丑的程序Ex4_03.wrl，里面就对形体进行了平移、
旋转、比例变换。我们先给出Ex4_03.wrl程序（我们对
书中的程序进行了修改，使生成的小丑能够旋转），再给出
用JAVA3D编写出来的Ex4_03.java。
//Ex4_03.wrl
#VRML V2.0 utf8
DEF T Transform{
children[
Transform {
scale 1 1.2 1
children Shape {
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 1 1 0 }}
geometry Sphere{}}}
Transform{
translation .5 .4 .6
scale 1 1 2
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 0 0 1}}
geometry Sphere{radius .2}}}
Transform {
translation -.5 .4 .6
scale 1 1 2
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 0 0 1}}
geometry Sphere {radius .2}}}
Transform{
translation 0 1 0
scale 1.1 .4 1.1
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 1 0 0}}
geometry Cone{}}}
Transform{
translation 1 0 0
scale .2 .4 .2
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 0 1 1}}
geometry Sphere{}}}
Transform{
translation -1 0 0
scale .2 .4 .2
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 0 1 1}}
geometry Sphere{}}}
Transform{
translation 0 0 1
scale .2 .4 .2
rotation 1 0 0 -.5
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 1 0 0}}
geometry Sphere{}}}
Transform{
translation 0 -.5 .9
scale .4 .1 .3
children Shape{
appearance Appearance{material Material
{diffuseColor 1 1 1}}
geometry Sphere{}}}
]}
DEF TS TimeSensor{
cycleInterval 8
loop TRUE}
DEF OI OrientationInterpolator{
key [0 .25 .5 .75 1]
keyValue [0 1 0 0, 0 1 0 1.57, 0 1 0 3.14
0 1 0 4.71 0 1 0 6.28]}
ROUTE TS.fraction TO OI.fraction
ROUTE OI.value TO T.rotation
Background {skyColor 1 1 1}
//end of Ex4_03.wrl
------------------------------
//Ex4_03.java
import java.applet.Applet;
import java.awt.BorderLayout;
import com.sun.j3d.utils.applet.MainFrame;
import com.sun.j3d.utils.geometry.Cone;
import com.sun.j3d.utils.geometry.Sphere;
import com.sun.j3d.utils.geometry.Primitive;
import com.sun.j3d.utils.universe.*;
import javax.media.j3d.*;
import javax.vecmath.*;
public class Ex4_03 extends Applet{
public BranchGroup createSceneGraph() {
BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
Transform3D t3d = new Transform3D();
t3d.setScale(0.3);
TransformGroup objScale = new TransformGroup();
objScale.setTransform(t3d);
Transform3D temp = new Transform3D();
TransformGroup obj = new TransformGroup();
obj.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
obj.setTransform(temp);
objScale.addChild(obj);
Alpha rotationAlpha = new Alpha(-1, Alpha.INCREASING_ENABLE,
0, 0,
4000, 0, 0,
0, 0, 0);
RotationInterpolator rotator =
new RotationInterpolator(rotationAlpha, obj, temp,
0.0f, (float) Math.PI*2.0f);
BoundingSphere bounds =
new BoundingSphere(new Point3d(0.0,0.0,0.0), 100.0);
rotator.setSchedulingBounds(bounds);
obj.addChild(rotator);
objRoot.addChild(objScale);
Color3f light1Color = new Color3f(1.0f, 1.0f, 0.9f);
Vector3f light1Direction = new Vector3f(4.0f, -7.0f, -12.0f);
DirectionalLight light1
= new DirectionalLight(light1Color, light1Direction);
light1.setInfluencingBounds(bounds);
objRoot.addChild(light1);
Appearance app_red = new Appearance();
Material material1 = new Material();
material1.setDiffuseColor(new Color3f(1.0f,0.0f,0.0f));
app_red.setMaterial(material1);
Appearance app_yellow = new Appearance();
Material material2 = new Material();
material2.setDiffuseColor(new Color3f(1.0f,1.0f,0.0f));
app_yellow.setMaterial(material2);
Appearance app_blue = new Appearance();
Material material3 = new Material();
material3.setDiffuseColor(new Color3f(0.0f,0.0f,1.0f));
app_blue.setMaterial(material3);
Appearance app_cyan = new Appearance();
Material material4 = new Material();
material4.setDiffuseColor(new Color3f(0.0f,1.0f,1.0f));
app_cyan.setMaterial(material4);
Appearance app_white = new Appearance();
Material material5 = new Material();
material5.setDiffuseColor(new Color3f(1.0f,1.0f,1.0f));
app_white.setMaterial(material5);
Cone c = new Cone(1.0f,2.0f,1,app_red);
Primitive s_1 = (Primitive) new Sphere(1.0f,app_yellow);
Primitive s_2 = (Primitive) new Sphere(.2f ,app_blue);
Primitive s_2b = (Primitive) new Sphere(.2f ,app_blue);
Primitive s_3 = (Primitive) new Sphere(1.0f,app_cyan);
Primitive s_3b = (Primitive) new Sphere(1.0f,app_cyan);
Primitive s_4 = (Primitive) new Sphere(1.0f,app_red);
Primitive s_5 = (Primitive) new Sphere(1.0f,app_white);
Transform3D t1 = new Transform3D();
t1.setScale(new Vector3d(1,1.2,1));
TransformGroup objTrans1 = new TransformGroup(t1);
objTrans1.addChild(s_1);
Transform3D t2 = new Transform3D();
t2.setScale(new Vector3d(1,1,2));
t2.setTranslation(new Vector3f(0.5f, 0.4f, 0.6f));
TransformGroup objTrans2 = new TransformGroup(t2);
objTrans2.addChild(s_2);
Transform3D t3 = new Transform3D();
t3.setScale(new Vector3d(1,1,2));
t3.setTranslation(new Vector3f(-0.5f, 0.4f, 0.6f));
TransformGroup objTrans3 = new TransformGroup(t3);
objTrans3.addChild(s_2b);
Transform3D t4 = new Transform3D();
t4.setScale(new Vector3d(1.1,0.4,1.1));
t4.setTranslation(new Vector3f(0.0f, 1.0f, 0.0f));
TransformGroup objTrans4 = new TransformGroup(t4);
objTrans4.addChild(c);
Transform3D t5 = new Transform3D();
t5.setScale(new Vector3d(0.2, 0.4, 0.2));
t5.setTranslation(new Vector3f(1.0f, 0.0f, 0.0f));
TransformGroup objTrans5 = new TransformGroup(t5);
objTrans5.addChild(s_3);
Transform3D t6 = new Transform3D();
t6.setScale(new Vector3d(0.2, 0.4, 0.2));
t6.setTranslation(new Vector3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f));
TransformGroup objTrans6 = new TransformGroup(t6);
objTrans6.addChild(s_3b);
Transform3D t7 = new Transform3D();
t7.setScale(new Vector3d(0.2, 0.4, 0.2));
t7.setTranslation(new Vector3f(0.0f, 0.0f, 1.0f));
TransformGroup objTrans7 = new TransformGroup(t7);
objTrans7.addChild(s_4);
Transform3D t8 = new Transform3D();
t8.setScale(new Vector3d(0.4, 0.1, 0.3));
t8.setTranslation(new Vector3f(0.0f, -0.5f, 0.9f));
TransformGroup objTrans8 = new TransformGroup(t8);
objTrans8.addChild(s_5);
Color3f bgColor = new Color3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);
Background bg = new Background(bgColor);
bg.setApplicationBounds(bounds);
objRoot.addChild(bg);
obj.addChild(objTrans1);
obj.addChild(objTrans2);
obj.addChild(objTrans3);
obj.addChild(objTrans4);
obj.addChild(objTrans5);
obj.addChild(objTrans6);
obj.addChild(objTrans7);
obj.addChild(objTrans8);
objRoot.compile();
return objRoot;
}
public Ex4_03() {
setLayout(new BorderLayout());
Canvas3D c = new Canvas3D(null);
add("Center", c);
BranchGroup scene = createSceneGraph();
SimpleUniverse u = new SimpleUniverse(c);
u.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
u.addBranchGraph(scene);
}
public static void main(String[] args) {
new MainFrame(new Ex4_03(), 640, 480);
}
}
//end of Ex4_03.java
我们来仔细研究JAVA3D所提供的形体几何变换功能。
前面我们主要介绍形体生成的方法，其中，编写自己的形体
用到的是Shape3D对象，VRML97与之对应的是Shape节点。
同样，JAVA3D对应于VRML97的Transform节点的对象是Transform3D。
VRML97编程中，形体的平移可以通过Transform节点的
translation字段来设置；JAVA3D编程时，形体的平移可以通过
Transform3D的setTranslation方法完成。
VRML97编程中，形体的旋转可以通过Transform节点的
rotation字段来设置；JAVA3D编程时，形体的旋转可以通过
Transform3D的setRotation方法完成。
VRML97编程中，形体的比例变化可以通过Transform节点的
scale字段来设置；JAVA3D编程时，形体的比例变化可以通过
Transform3D的setScale方法完成，其中，当扩弧里只有一个双
精度数时，setScale对所有的方向均采用同一个比例，而当里面
有三个双精度数时，setScale对不同的方向可以采用不同的比例，
双精度数后面不加符号，而单精度浮点数后面要加一个f。
我们来看一下程序的主要内容：
程序一开始就定义了一个BranchGroup，后面所有的生成的内容
如形体、形体的变换、背景、灯光都放入其中。
为了使我们生成的图形有合适的大小，我们定义了一个
TransformGroup对象objScale，通过一个t3d使其按比例缩小，这
相当于我们将视野往后移动。
为了使我们生成的小丑能够旋转，我们定义一个TransformGroup
类型的obj，这相当于定义了一个小丑所在的局部坐标系，设定此
坐标系可以旋转，选转方式由一个Transform3D类型的temp来确定，
定义obj为objScale的一个子节点。
通过定义rotationAlpha、rotator地定义使得obj能够产生旋转。
它们的作用类似于VRML的时间传感器及方向内插器。
接下来我们在空间中定义了一个定向光、各种材质、形体，并
将灯光、具有一定材质的形体放入objRoot、obj之中，最后我们
还定义了一个背景光。
通过这个程序的编写，我们掌握了JAVA3D生成复杂形体的最基本
概念，即如何进行形体的几何坐标变换。掌握了形体几何坐标变换
方法，我们就具有了编写JAVA3D复杂应用程序的能力。
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