Einige weitere Fähigkeiten und Anwendungsbeispiele

Transkript

1 Java3D Eine Einführung Was ist Java3D Ansicht (Viewing Model) Sichtbare Objekte Animationen und Interaktionen Einfaches Beispielprogram Einige weitere Fähigkeiten und Anwendungsbeispiele Was ist Java3D? Weitentwickeltes Renderingsystem für 3D-Grafik und Sound Geometrische Objekte stehen in einem virtuellen Universum Der Renderingprozess wird vom System übernommen Automatische Geschwindigkeitsoptimierung Einfache Handhabung (über 100 Klassen!)

2 API enthält über 100 Kernklassen (javax.media.j3d) Grundfunktionen low level Utility classes (com.sun.j3d.utils) Content loaders Scene graph construction Geometry classes Convenience utilities Was wird sonst noch benötigt für ein Java3D-Programm? Abstract Windowing Toolkit (java.awt) Liefert Fenster zur Darstellung GUI Erstellung Javax.vecmath Vektoren Punkte Matrizen weitere mathematische Objekte

3 Koordinatensystem in Java3D Rechtssystem Winkel in Radian [0-2π] Distanzen in Meter Theater - Bühne Überblick der Java3D Klassenhierarchie Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Handlung (Lage- und Formveränderungen)

4 Aufbau eines Java3D Programms (Scene Graph) View branch graph SimpleUniverse() Content branch graph Theater - Bühne Überblick der Java3D Klassenhierarchie Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Handlung (Lage- und Formveränderungen)

5 Ansicht (Viewing Model) Theaterbühne (ermöglicht einen bewegenden Beobachter) Unabhängig von Geometrie Traditionelle Kamerabasierte Ansichten oder mehr: z.b: 2 Kameras für Stereoprojektionen einfaches Wechseln der Sichtart SimpleUniverse() häufig ausreichend!!! Theater - Bühne Überblick der Java3D Klassenhierarchie Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Handlung (Lage- und Formveränderungen)

6 Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Klassendiagramm: Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Leaf: (Shape, Behavior, Sound) Keine Kinder referenziert beliebige NodeComponents Node: genau 1 Parent definiert Methoden für Unterklassen NodeComponent: (Geometry, Apperance, Texture, Material) gehört nicht zum SceneGraph wird referenziert Group: (BranchGroup, TransformGroup, etc.) definiert Position und Orientierung BG Shape3D App Geo

7 Erstellen eines sichtbaren Objekts Theaterbühne SimpleUniverse() Shape3D Material Texture Attributes (Point, Line, Polygon, Color, Transperency) Erstellen von Geometrie (Shape3D - Geometry) Das Erstellen von Geometrie mittels Programmierung ist sehr Aufwendig und Fehleranfällig Java3D und das Internet bieten verschiedene loader an: Lightwave3D Alias.obj VRML 3DStudioMax etc. Das schreiben einer eigenen loader Klasse wird unterstützt

8 Geometry Object Speichert Koordinaten, Farbe, Normalvektoren etc. für jede Vertex (Koordinate) Beispiel mit 3 verschiedenen sichtbaren Objekten VirtualUniverse Locale BranchGroup Shape3D TransformGroup

9 Überblick der Java3D Klassenhierarchie Theater - Bühne Schauspieler und Kulissen (Sichtbare Objekte) Handlung (Lage- und Formveränderungen) Benutzergesteuerte Interaktionen - Animationen

10 Benutzerinteraktionen - Animationen Kollisionen Morphing Beispiel eines komplexeren Content branch graph

11 Einfaches Beispielprogramm Der Beginn jedes Java3D-Programms (viele imports) import java.applet.applet; import java.awt.borderlayout; import java.awt.event.*; import java.awt.graphicsconfiguration; import com.sun.j3d.utils.applet.mainframe; import com.sun.j3d.utils.geometry.colorcube; import com.sun.j3d.utils.universe.*; import javax.media.j3d.*; import javax.vecmath.*; public class HelloUniverse extends Applet { private SimpleUniverse u = null; public HelloUniverse() {} public BranchGroup createscenegraph() { BranchGroup objroot = new BranchGroup();... objroot.compile(); return objroot; } public void init() {... } public void destroy() { u.removealllocales(); } public static void main(string[] args) {new MainFrame(new HelloUniverse(), 256, 256);}}

12 Beispiel einer Startmethode public void init() { setlayout(new BorderLayout()); GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse.getPreferredConfiguration(); Canvas3D c = new Canvas3D(config); add("center", c); u = new SimpleUniverse(c); u.getviewingplatform().setnominalviewingtransform(); } BranchGroup scene = createscenegraph(); u.addbranchgraph(scene); Content Branch erstellen (was soll dargestellt werden) public BranchGroup createscenegraph() { BranchGroup objroot = new BranchGroup(); TransformGroup objtrans = new TransformGroup(); objtrans.setcapability(transformgroup.allow_transform_write); objroot.addchild(objtrans); objtrans.addchild(new ColorCube(0.4)); Shape3D erstellen Transform3D yaxis = new Transform3D(); Transformationsmatrix Alpha rotationalpha = new Alpha(-1, 4000); Zeitverhalten } RotationInterpolator rotator = new RotationInterpolator(rotationAlpha, objtrans, yaxis, 0.0f, (float) Math.PI*2.0f); BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(0.0,0.0,0.0), 100.0); rotator.setschedulingbounds(bounds); Animation nur aktiv falls innerhalb der bounds objroot.addchild(rotator); objroot.compile(); Optimierung rotator objtrans return objroot; Shape 3D

13 Was Java3D sonst noch kann eine Auswahl Texturen Animationen Morphing Licht Sound Java3D ist kein Raytracer: Kein Schattenwurf Keine Mehrfachreflexionen Java3D vs. Raytracer OpenGL - Rendering (Java3D, etc) Echtzeit Raytracer (PovRay, etc) Echtes WARTEN!

14 The Kärkevagge Field Campaign Site 50 m DEM rendered with POVRAY Mathias Müller, 2001 Calculation of the 1025 m a.s.l. flow for the Kärkevagge Valley Rendered with POVRAY Mathias Müller, 2001

15 Einige Anwendungsbereiche Datenvisualisierung 3D - Webpage Entwicklungen, User Interfaces Ausbildung (z.b: Flugsimulatoren) Computerspiele Simulationen und Animationen Professionelle Geschäftsgraphiken Beispiel Datenvisualisierung (OpenGL)

16 Landnutzungsklassen Visualisierung mit OpenGL Windfeld Visualisierung (OpenGL)

17 Anaglyphen Echte 3D Bilder (OpenGL) Fazit Wirkliche Echtzeit 3D Visualisierungen auch auf billiger Hardware Grosse Vielfalt an Möglichkeiten und laufende Weiterentwicklung Fehlerfreies Rendering! Einarbeitungsbedürftig, aber aller Anfang ist schwer! Utility Classes erleichtern Arbeit sehr ACHTUNG: DirectX-Version liefert stark hardwareabhängige Resultate OpenGL-Version verwenden, obwohl je nach Hardware langsamer Utility Classes ändern Syntax und Semantik! Extrem Speicherintensiv

18 Referenzen Download Java3D: Tutorial und Beispiele Einen sehr guten Überblick liefert das erste Kapitel! Informationen und Beispiele: The Java Community Site Beispiele Online Skript Java Programming Resources Gezielte eingeschränkte Suche in Google Barrilleaux, J. (2001): 3D User Interfaces with Java 3D. Manning. Greenwich.

19 Klassendiagramm zum Ausdrucken: