Java 3D API 是一种用于构建三维图形应用程序的Java库，它允许程序员创建复杂的3D场景并进行交互式渲染。本教程主要介绍了如何使用Java 3D API进行编程，适用于东莞理工学院的学生学习。
在Java 3D中，一个场景是由一系列的Java 3D类实例组成的图形结构，称为场景图。场景图是描述3D对象及其相互关系的数据结构，它由节点（Nodes）和弧线（Arcs）组成。节点代表了如几何体、声音、光照等元素，而弧线则定义了这些元素之间的关系。
1. **场景图的结构**：
- **节点（Nodes）**：节点可以是组节点（Group Nodes）或叶子节点（Leaf Nodes）。组节点可以有多个子节点但仅有一个父节点，常用于组织和管理其他节点。叶子节点只能有一个父节点，它们通常表示实际的3D对象，如几何形状。
- **引用弧线（Reference Arcs）**：除了父子关系，还有一种引用关系，它将NodeComponent对象与场景图节点关联起来。NodeComponent定义了渲染视觉对象的几何特性和外观属性。
2. **场景图的特性**：
- **树形结构**：Java 3D场景图采用树状结构，其中有一个称为根节点的顶级节点，所有其他节点都从根节点向下扩展。树结构不允许循环连接，确保了从根节点到任何叶子节点都只有一条路径。
- **路径（Scene Graph Paths）**：从场景图的根到特定叶子节点的路径称为该叶子节点的场景图路径。每个节点在场景图中都有唯一的路径，且所有对象的视觉属性都与特定的场景图路径相关联。
3. **渲染与效率**：
- **渲染顺序**：Java 3D的渲染器自动处理节点的渲染顺序，按照最有效的方式进行，程序员无需手动控制这一过程。
4. **设计与文档**：
- **场景图可视化**：使用标准图形符号可以绘制场景图，有助于设计和文档化Java 3D程序。图1.1展示了这种表示方法。
- **合法性**：非法场景图（如图1.3所示）违反了有向无环图（DAG）的规则，例如一个叶子节点不能有两个父节点。这种情况下，Java 3D运行时系统会抛出错误。
5. **错误与修正**：
- **修复非法场景图**：图1.4演示了如何修复图1.3的问题，确保每个Shape3D对象仅有一个父节点，从而形成合法的场景图。
了解并掌握Java 3D API的场景图构建和管理是进行三维编程的关键。通过正确构造场景图，程序员可以创建动态、交互式的3D环境，并有效地控制图形渲染和性能。在设计过程中，场景图的可视化不仅有利于设计思路的表达，也是程序文档的重要组成部分。因此，深入理解场景图的概念和构造是Java 3D编程的基础。
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