摄像头的输入控制渲染过的观察图。Java3D的观察模式通过完全分离虚拟和现实世界来实现这种多功能性。这种模式区分了以下两种情况:
1.一个应用程序通过控制观察平台的位置和方向在虚拟宇宙中对一个观察台对象(ViewPlatform)定位、定向和设定比例尺;
2.渲染器使用已知位置和方向计算出要使用的观察对象,对终端用户物理环境的描述确定用户在物理环境中的位置和方向。
为什么使用一个新的模式,由于在底层的编程接口中可以找到基于照相机的观察模式,开发者通过它可以控制所有渲染图的参数。它可以应付处理常规的应用程序,但是处理有更广阔的适应性的系统的时候就显得力不从心,这些系统包括:把整个世界作为一个单元装入和显示的观察器或浏览器、可供终端用户观察、操纵、显示、甚至与虚拟世界交互的系统。
基于照相机的观察模式仿效在虚拟世界中放置一个照相机而不是一个人。开发者必须持续重新配置一个照相机来模拟"在虚拟世界中有一个人"。Java3D观察模式直接和跟踪摄像头结合。在有摄像头的情况下,用户会有好像他们是真实的存在在那个虚拟世界的错觉,而开发者可以不做任何附加的工作就可以为用户带来这种效果。在没有摄像头并且只是用来表现一个单一的标准显示的情况下,Java3D观察模式表现得更像传统的基于照相机的观察模式,只是加上了能够产生立体透视图的功能。在一个需要由物理环境规定一些观察参数的系统中,让应用程序来控制所有的观察参数并不合理。例子就是:一个带有摄像头的显示设备可以用其光系统直接决定应用程序中的观察领域。不同的设备有不同的光系统,程序开发者硬绑定这样的参数或允许终端用户改变这样的参数都是不合理的。另外一个例子是:一个可以由用户当前的头部位置自动计算出观察参数的系统。只有一个对世界的说明和一条预先定义的轨迹可能不会严密的定义一个终端对象的观察。对于有摄像头设备用户,他们可能会期待在沿着一条固定的路线前进的时候能够看到他们左右两旁的物体。就好像在一个游乐场中,游客乘坐观光车按照固定的路线参观游乐场,但是在这过程中,游客可以持续转动他们的头。
由于依靠终端用户的具体物理环境,观察的各个参数,尤其是观察和投影的基体变化很大。影响观察和投影基体的因素包括显示设备的物理尺寸,显示设备的安装方法(在用户的桌面或用户的头顶上),计算机是否知道用户的头在三维空间的位置,头顶装置真实的观察领域,显示设备上每平方英寸的像素数,还有其他类似的参数。Java3D建立的观察模式完全可以满足上述所有的需求。
2.3.2Java3D中用来定义观察的对象
Java3D通过几个对象来发布它的观察模式。特别是View对象和与它相关的组件对象:PhysicalBody对象、PhysicalEnvironment对象、Canvas3D对象、Screen3D对象。图3描述了View对象的中心角色和组件对象的辅助角色。
观察有关的对象都在图3中,它们起的作用如下:
ViewPlatform(观察平台):一个view用一个叶子结点来在场景图为自己定位。观察平台的起始结点指定了它的位置、方向和在虚拟世界中的比例尺。
View(观察):主要的观察对象包含了很多观察的状态。
Canvas3D:抽象窗口工具箱中画布对象的3D版本。它描绘了一个可以让Java3D在上面画图像的窗口。它包括了一个对Screen3D对象的引用和描述一个Canvas3D要用到的尺寸、形状和位置信息。
Screen3D:一个包含描述显示荧屏物理属性信息的对象。Java3D把显示荧屏信息分别放在单独的对象中,这样做可以防止在每一个Canvas3D对象中不同的显示屏幕信息共享一个屏幕。
PhysicalBody:一个包含刻度信息的对象,它描述了用户的物理身体。
PhysicalEnvironment:一个包含刻度信息的对象,它描述了物理世界。主要的信息描述了环境的六自由度硬件。
图3:View和它的组件对象以及它们的相互联系
这些对象一起描述观察的几何体胜于明白的提供观察或投影基体。Java3D的表现工具用这个信息来构造适合的观察和投影基体。这些观察对象的几何中心为产生一个观察提供了更大的弹性,这种弹性需要支持可以选择的显示配置。
ViewPlatform:在虚拟世界中的位置一个ViewPlatform结点定义了一个坐标系统。这样,在虚拟世界中就有了一个有原点或参考点的参考系。观察平台是一个附加在观察对象的点并且作为决定描绘工具观察的基础。图4表示了一个场景图的一部分,它包括一个观察平台结点。直接在观察平台之上的结点决定了它在虚拟世界中的位置和方向。应用程序和行为通过修改直接在观察平台之上任何与TransformGroup结点结合的Tramsform3D对象可以在虚拟世界中任意移动ViewPlatform。一个简单的应用程序可能直接在一个观察平台上定义一个TransformGroup结点。一个虚拟宇宙可能有很多不同的观察平台,但是一个特定的View对象只能附加于一个单一的观察平台之上。这样,每个画在Canvas3D上的图画都是从一个单一的观察平台开始。
图4:包含观察平台的一部分场景图
2.3.3在三维世界中建立、移动观察点
应用程序通过修改观察平台的上级TransformGroup在虚拟世界中航行。修改一个观察平台的位置和方向的应用程序的例子包括:浏览器、提供航行控制的阅读器、做建筑预设计的程序、甚至是搜寻和毁坏游戏。
控制观察平台对象能产生很有趣和有用的结果。我可以定义一个简单的场景图,这个程序的目的是在窗口的正中画了一个对象并且绕自己的中心转动。不管在中心的对象,而让ViewPlatform在虚拟世界中绕圈。如果形体结点包括一个地球模型,这个程序可能产生一个类似于绕地球的远航员观察对象。如果在这个世界中加入更多的对象,这个场景图允许经由行为结点来浏览整个虚拟世界。
图5:一个由观察控制的简单场景图
应用程序和动作通过TransformGroup的可访问方法操纵它。这些方法允许应用程序得到和设置组结点的Transform3D对象。Transform3D结点有setTransform和getTransform两个方法。
形体移动的实现向来都是三维实现的难点和复杂之处,传统三维技术的实现多是注重模拟三维物体的真实移动。而Java3D除了提供传统的方案,还可以在一个存在的三维世界中移动一个观察点,借助观察点的移动模拟物体的移动。如同物理所学的切割磁力线发电,转子和静子本来就是一对可以互逆的对象,结果都是把动能转化为电能。例2的代码显示了在VirtualUniverse中建立Viewer、ViewPlatForm、和如何通过绑定OrbitBehavior实现移动ViewPlatform。
2.3.4Java3D的网络基础
将Java3D与Java平台技术的结合。Java3D可以很容易的与Java平台的其他技术相结合,如Applet、JSP、Serverlet、JDBC、EJB等。100%的纯Java实现是Java3D可以与如此多的Java平台技术结合的根本原因:
1.同是Java平台保证Java3D可以在Applet中实现;
2.Applet使Java3D可以轻易的在网页中显示;
3.JSP、Serverlet技术保证将动态网页技术用于Java3D显示;
4.Serverlet本身就是J2EE平台的核心技术,这使得Java3D可以搭建于J2EE平台。更可以使用所有J2EE的其他技术:JDBC、EJB、JMS...
第三章实现JAVA3D结构体系的方法
§3.1总体设计
设计思想是:以JAVA3D为平台,使用JBuilder编译器,生成一个三维小场景,实现简单实体建模,物体运动,场景移动,各种灯光,雾等场景变换操作以及更换背景图片增加背景音乐等三维体系的基本功能。
§3.2基本形体的生成
和VRML不同,JAVA3D没有基本形体类,因而在程序中无法直接生成大量应用的基本形体,如BOX、
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