Java3D实现三维显示

Java3D 实现三维显示

级别： 初级

钟家豪 (judson78@yahoo.com.cn),

陈漠 (Maggie_c2008@hotmail.com),

2003 年 6 月 20 日

Java3D 用其自己定义的场景图和观察模式等技术构造了 3D 的上层结构，实现了在 Java 平台使用三维技术。本文在原理上着重介绍 Java3D 特有的两个重

要概念：场景图（Scene Graph）、观察模式（View Model）。在接口使用上的介绍分为两部分：实例说明如何使用 Java3D 接口；说明如何将 Java3D

技术与 Java 原有的 Web 技术（JSP、Serverlet）相结合，在网页上实现三维显示。

 生成简单或复杂的形体（也可以调用现有的三维形体）

 使形体具有颜色、透明效果、贴图。

 在三维环境中生成灯光、移动灯光。

 具有行为的处理判断能力（键盘、鼠标、定时等）。

 生成雾、背景、声音。

 使形体变形、移动、生成三维动画。

 编写非常复杂的应用程序，用于各种领域如 VR（虚拟现实）。

J2SE 在其标准开发包中并不提供 Java3D 的 API，Java3D 是一个独立的可选组件，可以单独下载。Java3D 现在(截止到 2003 年 5 月）提供的正式版本是

1.3.0，可以在 http://java.sun.com/products/java-media/3D/download.html 下载该开发工具包。

Java3D 1.3 有 7 个不同的可下载版本：

Java3D for Solaris Runtime 64 bit support；

其中前三个版本是开发包。第 4、5、6 个版本是 Java3D 运行期支持程序包。最后一个是支持 Solaris 64 bit 操作平台运行 Java3D 的程序包。前三个的开

发包包含了各自对应的运行期支持包。Java 语言本身具有跨平台特性，无论使用上述哪个版本的开发包，概念和实现代码都会保持完全一致。这里我们使用

Java3D for Windows（OpenGL version）SDK for JDK（include Runtime）；版本作为我们讨论、实现 Java3D 的工具包。注意在安装此版本 SDK 前

要保证下列环境：

Java 2 (Runtime or SDK) version 1.3.1 或更后的版本

OpenGL 1.1 或更后的版本，并且是 Microsoft 支持的显卡厂商

Windows NT 4.0 only: Service Pack 3 或更后的版本（Window2000、WindowXP）

1.2 Java3D 与其他三维技术的比较

JAVA3D 可应用在三维动画、三维游戏、机械 CAD 等多个领域。但作为三维显示实现技术，它并不是唯一选择而且是一个新面孔。在 Java3D 之前已经存

系列接口用于编程实现三维应用程序，但是这些接口使用 C（C++）语言实现并且很复杂。掌握针对 OpenGL 的编程技术需要花费大量时间精力。

DIRECT3D 是 Microsoft 公司推出的三维图形编程 API，它主要应用于三维游戏的编程。众多优秀的三维游戏都是由这个接口实现。与 OpenGL 一

样，Direct3D 的实现主要使用 C++语言。

VRML2.0(VRML97)自 1997 年 12 月正式成为国际标准之后，在网络上得到了广泛的应用，这是一种比 BASIC、JAVASCRIPT 等还要简单的语言。脚本化

的语句可以编写三维动画片、三维游戏、计算机三维辅助教学。它最大的优势在于可以嵌在网页中显示，但这种简单的语言功能较弱（如目前没有形体之间

的碰撞检查功能），与 JAVA 语言等其它高级语言的连接较难掌握，因而逐渐被淹没在竞争激烈的网络三维技术中。

表 1 是 Java3D 与其它三维技术的比较图，可以从中直观的看出他们相互间的区别：

表 1：3D 技术对招表

技术 实现层次 开发技术（难度） 扩展性

最适

合应

用领

域

中层（JVM） Java（较易） J2SE 标准扩展（好）

网上

显示

设计

软件

…

底层（操作系统） C++（较难） Windows 平台（差）

三维

游戏

…

上层（网页） 标记语言（容易） 安装插件支持（一般）

网上

毫无关系。如果想让三维图像正常显示，必须在这两点上遵循 Java3D 场景图的规定。观察图 1，Java3D 场景图的树结构由各种各样的对象组成：

在图中出现的这些对象都实现了 Java3D 中有重要的意义的类，从逻辑上我们将它们分为三类：

 节点（Node）：Local Object、Branch Group Nodes、Behavior Node、Shape3D Node…

 叶子节点（Leaf）：Appearance、Geomery..

图 1：在应用中的 Java3D 场景图

场景图中线和线的交汇点称为节点（Node），这些节点都是 Java3D 类的实例（Instance of Class），节点之间的线表示各个实例之间的关系。

 Virtual Universe 是根节点，每一个场景图的 Virtual Universe 是唯一的。

 在 Virtual Universe 下面是 Locale 节点，每个程序可以有一个或多个 Locale，但同时只能有一个 Locale 处于显示状态，就好象一个三维世

 每一个 Locale 可以拥有多个 BranchGroup 节点。所有三维形体的其位置信息（Transform Group Nodes）都建立在 BranchGroup 节点

 TransformGroup Node 用来设定 Shape3D 在 Virtual Universe 中的位置。

 Spape3D Node 是三维图形节点，这个节点的实体放映在最后的显示画面中，就是三维世界中的每个形体。包括正方体、球体以及任何形状

 位于场景图最下层的是两个叶子节点：三维体的外观（Appearance）和几何信息（Geometry），这两个节点定义了一个三维体的显示效

虚拟宇宙是各自独立的个体，原因是在任何时候一个结点对象都不能在超过一个的虚拟宇宙中存在。同样的，在一个虚拟宇宙中的结点对象也不能在其他的

虚拟宇宙中可见或者与其他的对象结合。

对于一个 Java3D 应用程序，必须定义一个虚拟宇宙才可以在这个"宇宙"中显示三维图像。