Einführung in Java3D
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Einführung in Java3D SS05 Ashraf Abu Baker [email protected] Varrentrappstr. 40-42 60486 Frankfurt am Main Raum 218 Java 3D ist eine high level Interaktive 3D Graphik-API (Application Programming Interface) für die Erstellung von 3D-Applikationen und -Applets in Java -Visualisieren von wissenschaftlichen Daten - Entwicklung medizinischer Anwendungen - Technische Modelierung - Animationen Installation der Java3D-Umgebung - JDK Java Development Kit http://java.sun.com/j2se/ - Java3D SDK OpenGL-SDK java3d-1_3_1-windows-i586-opengl-sdk.exe oder DirectX-SDK java3d-1_3_1-windows-i586-directx-sdk.exe http://java.sun.com/products/java-media/3D/download.html - Bei der Installation: das JDK-Verzeichnis als Zielverzeichnis angeben - Für weitere Installationshinweise siehe http://java.sun.com/products/java-media/3D/java3d-install.html - Dokumentation J3D-Doc: http://java.sun.com/products/java-media/3D/download.html J3D-Sun-Tutorial: http://java.sun.com/products/java-media/3D/collateral/ Java 3D API Spezifikation http://java.sun.com/products/java-media/ 3D/forDevelopers/J3D_1_3_API/j3dguide/index.html Weitere Tutorials: http://www.sdsc.edu/~nadeau/Courses/Siggraph99/ http://www.willamette.edu/~gorr/classes/cs445/lectures/ Java_Overview http://www.micg.et.fh-stralsund.de/Java3D/java3D.htm Literatur: Java3D Programming von Daniel Selman - Ein Java3D-Programm besteht aus einer Menge von Objekten der Java3D-Klassen BranchGroup, TransformationsGroup, Shape3D, Geometry, Apperance, Light, Behavior, Texture,Fog, Sound……. - Die Gesamtheit aller Objekte eines Programms beschreibt eine virtuelle Welt (Virtual Universe) - Eine Virtuelle Welt wird als ein sog. Szenegraph dargestellt - In der Regel besteht eine virtuelle Welt aus einem einzigen Szenegraphen, kann jedoch aus mehreren bestehen - Jeder Knote entspricht genau einer Instanz einer Java3D-Klasse - Ein Szenegraph weist eine Baumstruktur und besteht aus 2 Arten von Knoten (Szenegraphobjekte) - 2 Arten von Knotentypen: LeafNodes : Blätter des Baumes Beispiele: Shape3D, Light, Background, Sound, Behavior, etc. GroupeNodes: inneren Knoten des Baumes Beispiele: BranchGroup, TransfromGroup, Primitive, etc. - Eine dritte Art von Knoten, die im Szenegraphen dargestellt werden, jedoch nicht zum ihm gehören sind: NodeComponents: legen die Struktur (Geometrie) und das Erscheinungsbild (Appearance) der visuellen Objekte des Szenegraphen fest Beispiele : Geometry, Appearance, Attributes, Texture, Material - GroupeNodes und LeafNodes stehen in einer Vater-KindBeziehung (parent child relationship) zueinander - NodeComponents werden von den anderen Szenegraphknoten referenziert und stehen somit in einer Referenzbeziehung zu denen - Aufteilung eines Szenegraphen in: Content Branch Graphs und View Branch Graph - Szenegraph besteht aus einem oder mehrere Content Branch Graphs, einem View Branch Graph und einem Locale-Objekt - Ein Locale-Objekt bildet die Wurzel des Szenengraphen und fungiert als Referenzpunkt für die Objekte in der virtuellen Welt und wird mit einem virtuellen Koordinatensystem assoziiert -Der content branch graph spezifiziert die Geomentry, das Erscheinungsbild, die Lichtquellen, das Verhalten, die Position der visuellen Objekte in der virtuellen Welt -Der view branch graph spezifiziert die Kameraparameter (Position, Orientierung,…etc) Rezept für die Erstellung von Java3DProgrammen 1. Erzeuge ein Canvas3D-Objekt 2. Erstelle ein VirtualUniverse-Objekt 3. Erzeuge ein Locale-Objekt 4. Erstelle einen View Branch Graph, der das Canvas3d referenziert 5. Erstelle einen oder mehrere Content Graphs 6. Kompiliere den Content Branch Graph 7. Füge den Content Graphs und den View Graph in die Locale ein - Die Schritte 2-4 können auf einmal erledigt werden, wenn man ein Objekt der Klasse SimpleUniverse instanziiert - Ein Objekt der Klasse SimpleUniverse enthält ein VirtualUniverse, Locale-Objekt und View Brach Graph Erstes Beispiel HelloJava3D1 import javax.swing.JApplet; import javax.swing.JFrame; //Java3D Core Package import javax.media.j3d.BranchGroup; import javax.media.j3d.Canvas3D; import javax.vecmath.*; //Java3D Utility Package import com.sun.j3d.utils.universe.SimpleUniverse; import com.sun.j3d.utils.geometry.ColorCube; public class HelloJava3D1 extends JApplet { public HelloJava3D1() { //1. Create a canvas3d object Canvas3D canvas3D= new Canvas3D(SimpleUniverse.getPreferredConfiguration()); getContentPane().add(canvas3D); //2. Create SimpleUniverse object which references the canvas3d object SimpleUniverse simpleU = new SimpleUniverse(canvas3D); // This will move the ViewPlatform back a bit so that the // camera is positioned at point (0,0,2.41) simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform(); // 3. Create Content Graph BranchGroup contentGraph = createContentGraph(); // 4.Compile the content graph contentGraph.compile(); // 5. Insert the content graph into the Locale of the SimpleUniverse and make it live simpleU.addBranchGraph(contentGraph); } // end of HelloJava3D1 (constructor) public BranchGroup createContentGraph() { // Create the root of the content branch graph BranchGroup root = new BranchGroup(); // add visual objects root.addChild(new Pyramid()); //root.addChild(new ColorCube(0.2)); return root; } // end of CreateSceneGraph method of HelloJava3D1 // The following allows this to be run as an application // as well as an applet public static void main(String[] args) { JFrame frame = new JFrame(); frame.getContentPane().add(new HelloJava3D1()); frame.setSize(400,400); frame.setTitle("HelloJava3D1"); frame.show(); } // end of main (method of HelloJava3D1) } // end of class HelloJava3D1 //2. Create SimpleUniverse object which references the canvas3d object SimpleUniverse simpleU = new SimpleUniverse(canvas3D); // This will move the ViewPlatform back a bit so that the camera is positioned at point (0,0,2.41) simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform(); - Das SimpleUniverse-Objekt besteht aus : dreidimensionaler virtuellen Universe (Locale) Image Plage der Dimension 2x2 und Mittelpunkt (0,0,0) und einer Kamera, die im Punkt (0,0,2.41) positioniert ist 2. Beispiel - Das Einfügen eines ColorCube-Objekts root.addChild(new Pyramid()); root.addChild(new ColorCubes(.2)); 3D-Transformationen - Transform3D ist eine Klasse, die eine Transformationsmatrix speichert (Rotation, Translation, Scaling, Scharing oder eine Kompination von Transformationen) - Wichtigsten Methoden: void rotX(double angle) void rotY(double angle) void rotZ(double angle) void set(Vector3f translate) Beispiel 2 - Verschiebung der Pyramide um 0,5 Einheiten in die positive x-Richtung - Verschiebung des ColorCubes um 0,5 Einheiten in die negative x-Richtung - Nur eine Änderung des Content-Graphs erforderlich public BranchGroup createContentGraph() { // Create the root of the content branch graph BranchGroup root = new BranchGroup(); // create a transformation matrix to translate the pyramid Transform3D translatePyramid=new Transform3D(); // a translation of .5 unit towards the positive x-axis translatePyramid.set(new Vector3f(0.5f,0,0)); // create a transformation matrix to translate the cube Transform3D translateCube=new Transform3D(); // a translation of .5 unit towards the negative x-axis translateCube.set(new Vector3f(-0.5f,0,0)); // create a transform group for the pyramid which refrences the translation matrix translatePyramid TransformGroup tgPyramid=new TransformGroup(translatePyramid); // create a transform group for the cube which refrences the translation matrix translateCube TransformGroup tgCube=new TransformGroup(translateCube); root.addChild(tgPyramid); tgPyramid.addChild(new Pyramid()); root.addChild(tgCube); tgCube.addChild(new ColorCube(0.2)); return root; Der Szenegraph nach den Tranlationen 3. Beispiel Verschiebung, Rotation des ColorCubes und Verschiebung der Pyramide public BranchGroup createContentGraph() { // Create the root of the content branch graph BranchGroup root = new BranchGroup(); // create a transformation matrix to rotate and translate the pyramid Transform3D rotateTranslatePyramid=new Transform3D(); // a translation of .5 unit towards the positive x-Axis rotateTranslatePyramid.set(new Vector3f(0.5f,0,0)); Transform3D rotatePyramidXY=new Transform3D(); // a rotation of 90/60 degrees clockweise around the y/X-Axis rotatePyramidY.rotY(Math.PI/2); rotatePyramidY.rotX(Math.PI/3); // set the rotations together rotateTranslatePyramid.mul(rotatePyramidXY); // create a transformation matrix to rotate and translate the cube Transform3D rotateTranslateCube=new Transform3D(); // Axis // // a roation of 45 degrees counter clockwise around the xrotateTranslateCube.rotX(Math.PI/4); Transform3D rotateCubeY=new Transform3D(); a rotation 36 degrees clockweise around the y-Axis rotateCubeY.rotY(-Math.PI/5); set the rotations together rotateTranslateCube.mul(rotateCubeY); // a translation of .5 unit toward the negative x-Axis rotateTranslateCube.setTranslation(new Vector3f(-0.5f,0,0)); // create a transform group for the pyramid which refrences the translation matrix translatePyramid TransformGroup tgPyramid=new TransformGroup(translatePyramid); // create a transform group for the cube which refrences the translation matrix translateCube TransformGroup tgCube=new TransformGroup(rotateTranslateCube); root.addChild(tgPyramid); tgPyramid.addChild(new Pyramid()); root.addChild(tgCube); tgCube.addChild(new ColorCube(0.2)); return root; } // end of CreateSceneGraph method of HelloJava3D3 Neupositionierung der Kamera in einer Szene public HelloJava3D3() { // 1. Create a canvas3d object Canvas3D canvas3D = new Canvas3D(SimpleUniverse.getPreferredConfiguration()); getContentPane().add(canvas3D); // 2. Create SimpleUniverse object which references the canvas3d object SimpleUniverse simpleU = new SimpleUniverse(canvas3D); // This will move the ViewPlatform back a bit so that the // // camera is positioned at point (0,0,2.41) simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform(); // the following lines moves the camera 5 units towards positive z-axis the Transform3D vT = new Transform3D(); vT.setTranslation(new Vector3f(0,0,5)); simpleU.getViewingPlatform().getViewPlatformTransform().setTrans form(vT);
