[翻译]Java游戏编程杀手：3D跳棋（第一部分）

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Java游戏编程杀手：3D跳棋游戏（第一部分）

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。

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。

Lighting the Scene

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。

The Scene's Background

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 );

Floating Spheres

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。

Coloring the Spheres

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。度量旋转.4.0)

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