Java 3D

Todo programa Java 3D est, al menos, parcialmente ensamblado por objetos del rbol de clases Java 3D. Esta coleccin de objetos describe un universo virtual, que va a ser renderizado. El API define unas 100 clases presentadas en el paquete javax.media.j3d

Hay cientos de campos y mtodos en las clases del API Java 3D. Sin embargo, un sencillo universo virtual que incluya animacin puede construirse con unas pocas clases. Este captulo describe un conjunto mnimo de objetos y sus interacciones para renderizar un universo virtual.

Esta pgina incluye el desarrollo de un sencillo pero completo programa Java 3D, llamado HelloJava3Dd.java, que muestra un cubo giratorio. El programa de ejemplo se desarrolla de forma incremental, y se presenta en varias versiones, para demostrar cada parte del proceso de programacin Java 3D.

Adems del paquete corazn de Java 3D, se usan otros paquetes para escribir programas Java 3D. Uno de estos paques es com.sun.j3d.utils el que normalmente se referiere como clases de utilidades de Java 3D. El paquete de las clases corazn incluye slo las clases de menor nivel necesarias en la programacin Java 3D.

Las clases de utilidades son adiciones convenientes y poderosas al corazn. Estas clases se dividen en cuatro categoras: cargadores de contenidos, ayudas a la construccin del escenario grfico, clases de geometra y utilidades de conveniencia.

Al utilizar las clases de utilidades se reduce significativamente el nmero de lneas de cdigo en un programa Java 3D. Adems de las clases de los paquetes corazn y de utilidades de Java 3D, todo programa 3D usa clases de los paquetes java.awt y javax.vecmath. El paquete java.awt define el "Abstract Windowing Toolkit" (AWT). Las clases AWT crean una ventana para mostrar el renderizado. El paquete javax.vecmath define clases de vectores matemticos para puntos, vectores, matrices y otros objetos matemticos.

En el resto del texto, el trmino objeto visual se utilizar para referirnos a un "objeto del escenario grfico" (por ejemplo, un cubo o una esfera). El trmino objeto slo se usar para referirse a un ejemplar de una clase. El trmino contenido se usar para referirnos a objetos visuales en un escenario grfico como un todo.

.Construir un Escenario Grfico

Un universo virtual Java 3D se crea desde un escenario grfico. Un escenario grfico se crea usando ejemplares de clases Java 3D. El escenario grfico est ensamblado desde objetos que definen la geometra, los sonidos, las luces, la localizacin, la orientacin y la apariencia de los objetos visuales y sonoros.

Una definicin comn de un escenario grfico es una estructura de datos compuesta de nodos y arcos. Un nodo es un elemento dato y un arco es una relacin entre elementos datos. Los nodos en un escenario grfico son los ejemplares de las clases Java 3D. Los arcos representan dos tipos de relaciones entre ejemplares Java 3D.

La relacin ms comn es padre-hijo. Un nodo Group puede tener cualquier nmero de hijos, pero slo un padre. Un nodo hoja slo puede tener un padre y no puede tener hijos. La otra relacin es una referencia. Una referencia asocia un objeto NodeComponent con un nodo del escenario grfico. Los objetos NodeComponent definen la geometra y los atributos de apariencia usados para renderizar los objetos visuales.

Un escenario grfico Java 3D est construido de objetos nodos con relaciones padre-hijo formando una estructura de rbol. En una estructura de rbol, un nodo es el raz. Se peude acceder a otros nodos siguiendo los arcos desde el raz. Los nodos de un rbol no forman bucles. Un escenario grfico est formado desde los rboles con races en los objetos Locale. Los NodeComponents y las referencias a arcos no forman parte del escenario grfico.

Slo existe un camino desde la raz de un rbol a cada una de las hojas; por lo tanto, slo hay un camino desde la raz hasta el escenario grfico de cada nodo hoja. El camino desde la raz de un escenario grfico hasta una hoja especificada es el camino al escenario grfico del nodo hoja. Como un camino de un escenario grfico trata exactamente con un sola hoja, hay un camino de escenario grfico para cada hoja en el escenario.

Todo camino de escenario grfico en un escenario grfico Java 3D especifica completamente la informacin de estado de su hoja. Esta informacin incluye, la localizacin, la orientacin y el tamao del objeto visual. Consecuentemente, los atributos visuales de cada objeto visual dependen slo de su camino de escenario grfico. El renderizador Java 3D se aprovecha de este echo y renderiza las hojas en el orden que l determina ms eficiente. El programador Java 3D normalmente no tiene control sobre el orden de renderizado de los objetos.

Las representaciones grficas de un escenario grfico pueden servir como herramienta de diseo y/o documentacin para los programas Java 3D. Los escenarios grficos se dibujan usando smbolos grficos estndards como se ve en la Figura 1-1. Los programas Java 3D podran tener ms objetos que los que hay en su escenerio grfico.

Para disear un universo virtual Java 3D se dibuja un escenario grfico usando un conjunto de smbolos estndard. Despus de completar el diseo, este escenerio grfico es la especificacin para el programa. Despus de completar el programa, el mismo escenario grfico es una representacin concisa del programa (asumiendo que se sigui la especificacin).

Figura 1-1. Smbolos que Representan Objetos en un Escenario Grfico

Cada uno de los smbolos mostrados al lado izquierdo de la Figura 1.1 representa un slo objeto cuando se usa en un escenario grfico. Los dos primeros smbolos representan objetos de clases especficas: VirtualUniverse y Locale. Lo siguientes tres smbolos de la izquierda representan objetos de las clases Group, Leaf, y NodeComponent. Estos tres smbolos normalmente tienen anotaciones para indicar la subclase del objeto especfico. El ltimo smbolo se usa para representar otras clases de objetos.

El smbolo de la flecha slida representa una relacin padre-hijo entre dos objetos. La flecha punteada es una referencia a otro objeto. Los objetos referenciados pueden ser compartidos entre diferentes ramas de una escenario grfico. En la Figura 1-2, podemos ver un sencillo escenario grfico:

Figura 1-2. Primer Ejemplo de Escenario Grfico

Es posible crear un escenario grfico ilegal. Podemos ver uno en la Figura 1-3. Este escenario es ilegal porque viola las propiedades de un DAG. El problema son los dos objetos TransformGroup que tienen al mismo objeto Shape3D como hijo. Recuerda que una hoja slo puede tener un padre. En otras palabras, slo puede haber un camino desde el objeto Locale hasta la hoja (o un camino desde la hoja hasta el objeto Loale).

Podramos pensar que la estructura mostrada en la figura 1-3 define tres objetos visuales en un universo virtual. Pero el escenario grfico define dos objetos visuales que re-usan el objeto visual (Shape3D) del lado derecho de la figura. Conceptualmente, cada objeto TransformGroup que apadrina al ejemplar compartido de Shape3D podra situar una imagen en el objeto visual en diferentes localizaciones. Sin embargo, es un escenario grfico ilegal porque el arco padre-hijo no forma un rbol. En este ejemplo, el resultado es que el objeto Shape3D tiene ms de un padre.

Las explicaciones del rbol y de las estructuras DAG son correctas. Sin embargo, el sistema de ejecucin Java 3D reporta el error en trminos de la relacin hijo-padre. Un resultado de la limitacin de la estructura de rbol es que cada objeto Shape3D est limitado a un slo padre. Para el ejemplo de la Figura 1-3, se lanzar una excepcin 'multiple parent' en el momento de la ejecucin. La Figura 1-4, con un padre para cada objeto Shape3D, muestra una posible solucin para este escenario grfico.

Figura 1-3. Un Escenario Grfico Ilegal

Un programa Java 3D que define un escenario grfico ilegal podra compilarse, pero no se renderiza. Cuando se ejecuta un programa Java 3D que define un escenario grfico ilegal, el sistema Java 3D detecta el problema y lanza una excepcin. El programa podra estr ejecutandose y consecuentemente deberamos pararlo. Sin embargo, no se renderizar ninguna imagen.

Figura 1-4. Posible solucin al escenario grfico ilegal de la Figura 1-3

Cada escenario grfico tiene un slo VirtualUniverse. Este objeto tiene una lista de objetos Locale. Un objeto Locale proporciona una referencia a un punto en el universo virtual. Podemos pensar en los objetos Locale como marcas de tierra que determinan la localizacin de los objetos visuales en el universo virtual.

Es tcnicamente posible para un programa Java 3D tener ms de un objeto VirtualUniverse, y as definir ms de un universo virtual. Sin embargo, no hay ninguna forma de comunicacin entre los universos virtuales. Adems, un objeto de un escenario grfico no puede existir en ms de un universo virtual. Es altamente recomendable usar uno y slo un ejemplar de VirtualUniverse en cada programa Java 3D.

Mientras que un objeto VirtualUniverse podra referenciar muchos objetos Locale, la mayora de los programas Java 3D tiene un slo objeto Locale. Cada objetoLocale puede servir de raz para varios sub-grficos del escenario grfico. Por ejemplo, si nos referimos a la Figura 1-2 podremos observar las dos ramas sub-grficas que salen desde el objeto Locale.

Un objeto BranchGroup es la raz de un sub-grfico, o rama grfica. Hay dos categorias de escenarios sub-grficos: la rama de vista grfica y la rama de contenido grfico. La rama de contenido grfico especifica el contenido del universo virtual - geometra, apariencia, comportamiento, localizacin, sonidos y luces. La rama de vista grfica especifica los parmetros de visualizacin, como la posicin de visualizacin y la direccin. Juntas, las dos ramas especifican la mayora del trabajo que el renderizador tiene que hacer.

.rbol de Clases de Alto Nivel del API Java 3D

En la Figura 1-5 podemos ver los tres primeros niveles del rbol de clases del API Java 3D. En esta parte del rbol aparecen las clases VirtualUniverse, Locale, Group, y Leaf.

SceneGraphObject es la superclase de casi todas las clases corazn y de utilidad de Java 3D. Tiene dos subclases: Node y NodeComponent. Las subclases de Node proporcionan la mayora de los objetos de un escenario grfico. Un objeto Node es un objeto nodo Group o un objeto nodo Leaf.

Clase Node
La clase Node es una superclase abstracta de las clases Group y Leaf. Esta clase define algunos de los mtodos importantes de sus subclases. Las subclases de Node componen escenarios grficos.

Clase Group
La clase Group es la superclase usada en especificacin de localizacin y orientacin de objetos visuales en el universo virtual. Dos de las subclases de Group son: BranchGroup y TransformGroup. En la representacin grfica de un escenario grfico, los simbolos de Group (crculos) normalmente se anotan con BG para BranchGroups, TG para TransformGroups, etc. La Figura 1-2 muestra algunos ejemplos de esto.

Clase Leaf
La clase Leaf es la superclase usada para especificar la forma, el sonido y comportamiento de los objetos visuales en el universo virtual. Algunas de las subclases de Leaf son: Shape3D, Light, Behavior, y Sound. Estos objetos podran no tener hijos pero podran referenciar a NodeComponents.

Clase NodeComponent
La clase NodeComponent es la superclase usada para especificar la geometra, la apariencia, la textura y las propiedades de material de un nodo Shape3D (Leaf). Los NodeComponents no forman parte del escenario grfico, pero son referenciados por l. un NodeComponent podra ser referenciado por ms de un objeto Shape3D.

Figura 1-5. Introducin al rbol de Clases de API Java 3D

.Receta para Escribir Programas Java 3D

Las subclases de SceneGraphObject son los ladrillos que se ensamblan en los escenarios grficos. La lnea bsica de desarrollo de un programa Java 3D consiste en siete pasos (a los que la especificacin del API Java 3D se referiere como un Receta) presentados a continuacin. Esta receta puede usarse para ensamblar muchos tiles programas Java 3D.

  1. Crear un Objeto Canvas3D
  2. Crear un objeto VirtualUniverse
  3. Crear un objeto Locale, adjuntarlo al objeto VirtualUniverse
  4. Construir la rama de vista grfica
    • Crear un objeto View
    • Crear un objeto ViewPlatform
    • Crear un objeto PhysicalBody
    • Crear un objeto PhysicalEnvironment
    • Adjuntar los objetos ViewPlatform, PhysicalBody, PhysicalEnvironment, y Canvas3D al objeto View
  5. Construir la(s) rama(s) grfica(s) de contenido
  6. Compilar la(s) rama(s) grfica(s)
  7. Insertar los subgrficos dentro del objeto Locale

Esta receta ignora algunos detalles pero ilustra el concepto fundamental para toda la programacin Java 3D: crear la rama grfica del escenario grfico es la programacin principal. En vez de ampliar esta receta, la siguiente seccin explica una forma sencilla de construir un escenario grfico muy similar con menos programacin.

.Una Sencilla Receta para Escribir Programas Java 3D

Los programas Java 3D escritos usando la receta bsica tienen ramas de vista grfica con idntica estructura. La regularidad de la estructura de las ramas de vista grfica tambien se encuentra en la clase de utilidad SimpleUniverse. Los ejemplares de esta clase realizan los pasos 2, 3 y 4 de la receta bsica. Usando la clase SimpleUniverse en programacin Java 3D se reduce significativamente el tiempo y el esfuerzo necesario para crear las ramas de vista grfica. Consecuentemente, el programador tiene ms tiempo para concentrarse en el contenido. Esto de lo que se trada el escribir programas Java 3D.

La clase SimpleUniverse es un buen punto de inicio en la programacin Java 3D, porque permite al programador ignorar las ramas de vista grfica. Sin embargo, usar SimpleUniverse no permite tener varias vistas de un universo virtual.

La clase SimpleUniverse se usa en todos los ejemplos de programacin de este tutorial.

La clase SimpleUniverse

El constructor de SimpleUniverse crea un escenario grfico que incluye un objeto VirtualUniverse y Locale, y una rama de vista grfica completa. Esta rama grfica creada usa un ejemplar de las clases de conveniencia ViewingPlatform y Viewer en lugar de las clases corazn usadas para crear una rama de vista grfica. Observa que SimpleUniverse slo usa indirectamente los objetos View y ViewPlatform del corazn Java 3D. Los objetos SimpleUniverse suministran la funcionalidad de todos los objetos que hay dentro del recuadro azul de la Figura 1-7.

El paquete com.sun.j3d.utils.universe contiene SimpleUniverse, ViewingPlatform, y clases Viewer de conveniencia.

Figura 1-7. La clase SimpleUniverse proporciona un universo virtual mnimo, indicado por la lnea punteada azul

Al usar los objetos SimpleUniverse la receta bsica se simplifica:

  1. Crear un objeto Canvas3D
  2. Crear un objeto SimpleUniverse que referencia al objeto Canvas3D anterior
    • Personalizar el objeto SimpleUniverse
  3. Construir la rama de contenido
  4. Compilar la rama de contenido grfico
  5. Insertar la rama de contenido grfico dentro del objeto Locale de SimpleUniverse

Constructores de SimpleUniverse

Paquete: com.sun.j3d.utils.universe

Esta clase configura un entorno de usuario mnimo para obtener rpida y fcilmente un programa Java 3D y ejecutarlo.

Esta clase de utilidad crea todos los objetos necesarios para la rama de vista grfica. Especificamente crea los objetos Locale, VirtualUniverse, ViewingPlatform, y Viewer (todos con sus valores por defecto). Los objetos tiene las relaciones apropiadas para formar la rama de vista grfica.

SimpleUniverse proporciona toda la funcionalidad necesaria para muchas aplicaciones Java 3D bsicas. Viewer y ViewingPlatform son clases de conveniencia. estas clases usan las clases View y ViewPlatform del corazn Java.

SimpleUniverse()

Construye un sencillo universo virtual.

SimpleUniverse(Canvas3D canvas3D)

Construye un sencillo universo virtual con una referencia al objeto Canvas3D nombrado.

El objeto SimpleUniverse crea una rama de vista grfica completa para un universo virtual. Esta rama incluye un plato de imagen. Un plato de imagen es el rectngulo conceptual donde se proyecta el contenido para formar la imagen renderizada. El objeto Canvas3D, que proporciona una imagen en una ventana de nuestra pantalla, puede ser el plato de imagen.

La Figura 1-9 muestra la relacin entre el plato de imagen, la posicin del ojo, y el universo virtual. La posicin del ojo est detrs del plato de imagen. Los objetos visuales delante del plato de imagen son renderizados en el plato de imagen. El renderizado puede ser como una proyeccin de los objetos visuales sobre el plato de imagen. Esta idea se ilustra con los cuatro proyectores de la imagen (lneas punteadas).

Figura 1-9. Dibujo Conceptual de un Plato de Imagen y la Posicin del Ojo en un Universo Virtual

Por defecto, el plato de imagen est centrado en el origen de SimpleUniverse. La orientacin por defecto es mirando hacia abajo el eje Z. Desde esta posicin, el eje X es una lnea horizontal que atraviesa el plato de imagen con los valores positivos hacia la derecha. El eje Y es una lnea vertical que atraviesa el centro del plato de imagen, con los valores positivos arriba. Consecuentemente, el punto (0,0,0) es el centro del plato de imagen.

Los tpicos programas Java 3D mueven la vista haca atrs (z positivo) para hacer que los objetos se acerquen, al origen dentro de la vista. La clase SimpleUniverse tiene un miembro que es un objeto de la clase ViewingPlatform. Esta clase tiene un mtodo setNominalViewingTransform que selecciona la posicin del ojo para que est centrado en (0, 0, 2.41) buscando en direccin z negativa hacia el origen.

El Mtodo ViewingPlatform setNominalViewingTransform()

Paquete: com.sun.j3d.utils.universe

La clase ViewingPlatform se usa para configurar la rama de vista grfica de un escenario grfico Java 3D en un objeto SimpleUniverse. Este mtodo normalmente se usa en conjuncin con el mtodo getViewingPlatform de la clase SimpleUniverse.

void setNominalViewingTransform()

Selecciona la distancia nominal de la vista a una distancia de aproximadamente 2,42 metros en la vista de transformacin de un SimpleUniverse. Desde esta distancia y con el campo de vista por defecto, los objetos con 2 metros de altura o de anchura generalmente entran en el plato de imagen.

Despus de crear los objetos Canvas3D y SimpleUniverse, el siguiente paso es la creaccin de la rama de contenido grfico. La regularidad de estructura encontrada en la rama de vista grfica no existe para la rama de contenido grfico. La rama de contenido varia de un programa a otro haciendo imposible obtener los detalles de su construccin en una receta. Esto tambin significa que no hay una clase de "contenido sencillo" para ningn universo que podamos querer ensamblar.

Despus de crear la rama de contenido grfico, se inserta dentro del universeo usando el mtodo addBranchGraph de SimpleUniverse. Este mtodo toma un ejemplar de BranchGroup como nico argumento. Este BranchGroup se aade como hijo del objeto Locale creado por SimpleUniverse.

Lista Parcial de Mtodos de SimpleUniverse

Paquete: com.sun.j3d.utils.universe void addBranchGraph(BranchGroup bg)

Se usa para aadir Nodos al objeto Locale del escenario grfico creado por el SimpleUniverse. Se usa para aadir una rama de contenido grfico al universo virtual.

ViewingPlatform getViewingPlatform()

Se usa para recuperar el objeto ViewingPlatform del SimpleUniverse ejemplarizado. Este mtodo se usa con el mtodo setNominalViewingTransform() de ViewingPlatform para ajustar la localizacin de la posicin de vista.

.Alguna Terminologa Java 3D

Insertar una rama grfica dentro de un Locale la hace viva, y consecuentemente, cada uno de los objetos de esa rama grfica tambin estn vivos. Hay algunas consecuencias cuando un objeto se convierte en vivo. Los objetos vivos estan sujetos s renderizacin. Los parmetros de los objetos vivos no pueden ser modificados a menos que la capacidad correspondiente haya sido seleccionada especificamente antes de que el objeto est vivo.

Los objetos BranchGroup pueden ser compilados. Compilar un BranchGroup lo convierte a l y a todos sus ancestros en una forma ms eficiente para el renderizado. Compilar los objetos BranchGroup est recomendado como el ltimo paso antes de hacerlo vivir. Es mejor compilar solo los objetos BranchGroup insertados dentro de objetos Locale

Mtodo BranchGroup compile()

void compile()

compila la fuente BranchGroup asociada con este objeto creado y cacheando un escenario grfico compilado.

Los conceptos de compilado y vivo se implementan en la clase SceneGraphObject. Abajo podemos ver los dos mtodos de la clase SceneGraphObject que se relacionan con estos conceptos.

Lista Parcial de Mtodos de SceneGraphObject

SceneGraphObject es la superclase usada para crear un escenario grfico incluyendo Group, Leaf, y NodeComponent. SceneGraphObject proporciona varios mtodos y campos comunes para sus subclases:

boolean isCompiled()
Devuelve una bandera indicando si el nodo forma parte de un escenario grfico que ha sido compilado.
boolean isLive()

Devuelve una bandera que indica si el nodo forma parte de un escenario grfico vivo.

Observa que no hay un paso "Empezar a renderizar" en ninguna de las recetas anteriores. El renderizador Java 3D empieza a funcionar en un bucle infinito cuando una rama grfica que contiene un ejemplar de View se vuelve vivo en un universo virtual. Una vez arrancado, el renderizador Java 3D realiza las operaciones mostradas en el siguiente listado:

while(true) {
	Procesos de entrada
	If (peticin de salida) break
		Realiza comportamientos
		Atraviesa el escenario grfico
		y renderiza los objetos visuales
}
Limpieza y salida

Las secciones anteriores explicaban la construccin de un sencillo universo virtual sin una rama de contenido grfico. La creaccin de esta rama es el objetivo de las siguientes secciones.

.Ejemplo de la Receta Sencilla: HelloJava3Da

El programa Java 3D tpico empieza definiendo una nueva clase que extiende la clase Applet. El ejemplo HelloJava3Da.java es una clase definida para extender la clase Applet. Los programas Java 3D podran escribirse como aplicaciones, pero usar Applets nos ofrece una forma ms sencilla de producir una aplicacin con ventanas.

La clase principal de un programa Java 3D normalmente define un mtodo para construir la rama de contenido grfico. En el ejemplo HelloJava3Da dicho mtodo est definido como createSceneGraph(). Los pasos de la receta sencilla se implementan en el constructor de la clase HelloJava3Da. El paso 1, crear un objeto Canvas3D, se completa en la lnea 4. El paso 2, crear un objeto SimpleUniverse, se hace en la lnea 11. El paso 2a, personalizar el objeto SimpleUniverse, se realiza en la lnea 15. El paso 3, construir la rama de contenido, se realiza en la llamada al mtodo createSceneGraph(). El paso 4, compilar la rama de contenido grfico, se hace en la lnea 8. Finalmente el paso 5, insertar la rama de contenido grfico en el objeto Locale del SimpleUniverse, se completa en la lnea 16:

Fragmento de cdigo 1-1. La clase HelloJava3D
1. public class HelloJava3Da extends Applet {
2.     public HelloJava3Da() {
3.        setLayout(new BorderLayout());
4.        Canvas3D canvas3D = new Canvas3D(null);
5.        add("Center", canvas3D);
6.
7.        BranchGroup scene = createSceneGraph();
8.        scene.compile();
9.
10.      // SimpleUniverse is a Convenience Utility class
11.      SimpleUniverse simpleU = new SimpleUniverse(canvas3D);
12.
13.      // This moves the ViewPlatform back a bit so the
14.      // objects in the scene can be viewed.
15.      simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
16.
17.      simpleU.addBranchGraph(scene);
18.    } // end of HelloJava3Da (constructor)

El paso 3 de esta sencilla receta es crear la rama de contenido grfico. Esta rama se crea en el Fragmento de cdigo 1-2. Probablemente sea la rama de contenido grfico ms sencilla posible. Contiene un objeto grfico esttico, un ColorCube. ste est localizado en el origen del sistema de coordenadas del universo virtual. Con la localizacin y orientacin dadas de la direccin de la vista del cubo, el cubo aparece como un rectngulo cuando es renderizado. La imagen que mostrar este programa la podemos ver en la Figura 1-12:

Fragmento de cdigo 1-2. Mtodo createSceneGraph de la clase HelloJava3D
1.     public BranchGroup createSceneGraph() {
2.        // Create the root of the branch graph
3.       BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
4.
5.       // Create a simple shape leaf node, add it to the scene graph.
6.       // ColorCube is a Convenience Utility class
7.       objRoot.addChild(new ColorCube(0.4));
8.
9.       return objRoot;
10.     } // end of createSceneGraph method of HelloJava3Da
11. } // end of class HelloJava3Da

La clase HelloJava3Da est derivada de Applet pero el programa puede ejecutarse como una aplicacin con el uso de la clase MainFrame. La clase Applet se usa como clase base para hacer ms fcil la escritura de un programa Java 3D que se ejecuta en una ventana. MainFrame proporciona un marco AWT (ventana) para un applet permitiendo que el applet se ejecute como una aplicacin. El tamao de la ventana de la aplicacin resultante se especifica en la construccin de la clase MainFrame. El Fragmento de Cdigo 1-3 muestra el uso de la clase MainFrame en HelloJava3Da.java.

Lista Parcial de Constructores de MainFrame

paquete: com.sun.j3d.utils.applet

MainFrame crea un applet en una aplicacin. Una clase derivada de Applet podra tener un mtodo main() que llame al constructor MainFrame. MainFrame extiende java.awt.Frame e implementa java.lang.Runnable, java.applet.AppletStub, y java.applet.AppletContext. La clase MainFrame es Copyright 1996-1998 de Jef Poskanzer email: [email protected] en http://www.acme.com/java/.

MainFrame(java.applet.Applet applet, int width, int height)

Crea un objeto MainFrame que ejecuta un applet como una aplicacin.

Parmetros:

  • applet - el constructor de una clase derivada de Applet. MainFrame proporciona un marco AWT para este applet.
  • width - la anchura de la ventana en pixels
  • height - la altura de la ventana en pixels
Fragmento de cdigo 1-3. Mtodo Main() de HelloJava3Da Invoca a MainFrame
1.     // The following allows this to be run as an application
2.     // as well as an applet
3.
4.     public static void main(String[] args) {
5.     Frame frame = new MainFrame(new HelloJava3Da(), 256, 256);
6.     } // end of main (method of HelloJava3Da)

Los tres fragmentos de cdigo anteriores (1-1, 1-2, y 1-3) forman un programa Java 3D completo cuando se usan las sentencias import adecuadas. Aqu podemos ver las sentencias import necesarias para compilar la clase HelloJava3Da. Las clases ms comunmente usadas en Java 3D se encuentran en los paquetes javax.media.j3d, o javax.vecmath. En este ejemplo, slo la clase de utilidad ColorCube se encuentra en el paquete com.sun.j3d.utils.geometry. Consecuentemente, la mayora de los programas Java 3D tienen las sentencias import mostradas en el Fragmento de Cdigo 1-4 con la excepcin de ColorCube.

Fragmento de cdigo 1-4. Sentencias Import para HelloJava3Da
1. import java.applet.Applet;
2. import java.awt.BorderLayout;
3. import java.awt.Frame;
4. import java.awt.event.*;
5. import com.sun.j3d.utils.applet.MainFrame;
6. import com.sun.j3d.utils.universe.*;
7. import com.sun.j3d.utils.geometry.ColorCube;
8. import javax.media.j3d.*;
9. import javax.vecmath.*;

En el programa de ejemplo HelloJava3Da.java, slo se sito un objeto grfico en una nica localizacin. En la figura 1-11 podemos ver el escenario grfico resultante:

Figura 1-11 Escenario Grfico del ejemplo HelloJava3Da

Compilamos el programa con el comando javac HelloJava3Da.java. Y lo ejecutamos con el comando: java HelloJava3Da. La imagen producida por el programa HelloJava3Da se puede ver en la Figura 1-12.

Figura 1-12 Imagen Producida por HelloJava3Da

Como no se explica cada lnea de cdigo del ejemplo HelloJava3Da, las ideas bsicas de ensamblar un programa Java 3D deberan estar claras habiendo ledo el ejemplo. La siguiente seccin presenta cada una de las clases usadas en el programa.

.Clases Java 3D Usadas en HelloJava3Da

Para aadir un poco de entendimiento del API Java 3D y el ejemplo HelloJava3Da aqu presentamos una sinopsis de las clases del API Java 3D usadas en HelloJava3Da.

Clase BranchGroup

Los objetos de este tipo se usan para formar escenarios grficos. Los ejemplares de BranchGroup son la raz de los sub-grficos. Los objetos BranchGroup son los nicos que pueden ser hijos de los objetos Locale. Los objetos BranchGroup pueden tener varios hijos. Los hijos de un objeto BranchGroup pueden ser otros objetos Group o Leaf.

Constructor por defecto de BranchGroup

BranchGroup()

Los ejemplares de BranchGroup sirven como raz para las ramas del escenario grfico; los objetos BranchGroup son los nicos objetos que pueden insertarse en un conjunto de objetos Locale.

Clase Canvas3D

La clase Canvas3D deriva de la clase Canvas del AWT. Al menos un objeto Canvas3D debe ser referenciado en la rama de vista grfica del escenario grfico.

Constructor de Canvas3D

Canvas3D(GraphicsConfiguration graphicsconfiguration)

Construye e inicializa un nuevo objeto Canvas3D que el Java 3D puede renderizar dando un objeto GraphicsConfiguration vlido. Es una extensin de la clase Canvas del AWT.

Clase Transform3D

Los objetos Transform3D representan transformaciones de geometras 3D como una traslacin o una rotacin. Estos objetos normalmente slo se usan en la creaccin de un objeto TransformGroup. Primero, se construye el objeto Transform3D, posiblemente desde una combinacin de objetos Transform3D. Luego se construye el objeto TransformGroup usando el objeto Transform3D.

Constructor por Defecto de Transform3D

Un objeto de transformacin generalizado se representa internamente como una matriz de 4x4 doubles de punto flotante. La representacin matemtica es la mejor forma. Un objeto Transform3D no se usa en un escenario grfico. Se usa para especificar la transformacin de un objeto TransformGroup.

Transform3D()

Construye un objeto Transform3D que representa la matriz de identidad (no la transformacin).

Un objeto Transform3D puede representar una traslacin, una rotacin, un escalado, o una combinacin de stas. Cuando se especifica una rotacin, el ngulo se expresa en radianes. Una rotacin completa es 2 PI radianes. Una forma de especificar ngulos es usar la constante Math.PI. Otra forma es especificar los valores directamente. Algunas aproximaciones son: 45 es 0.785, 90 es 1.57, y 180 es 3.14.

Lista Parcial de Mtodos de Transform3D

Los objetos Transform3D representan transformaciones geomtricas como una rotacin, traslacin y escalado. Transform3D es una de las pocas clases que no se usan directamente en un escenario grfico. Las transformaciones representadas por objetos Transform3D se usan para crear objetos TransformGroup que si se usan en escenarios grficos.

void rotX(double angle)

Selecciona el valor de esta transformacin a una rotacin en contra del sentido del reloj sobre el eje-x. El ngulo se especifica en radianes.

void rotY(double angle)

Selecciona el valor de esta transformacin a una rotacin en contra del sentido del reloj sobre el eje-y. El ngulo se especifica en radianes.

void rotZ(double angle)

Selecciona el valor de esta transformacin a una rotacin en contra del sentido del reloj sobre el eje-z. El ngulo se especifica en radianes.

void set(Vector3f translate)

Selecciona el valor transacional de esta matriz al valor del parmetro Vector3f, y selecciona los otros componentes de la matriz como si sta transformacin fuera una matriz idntica.

Clase TransformGroup

Como una subclase de la clase Group, los ejemplares de TransformGroup se usan en la creaccin de escenarios grficos y tienen una coleccin de objetos nodos como hijos. Los objetos TransformGroup contienen transformaciones geomtricas como traslaciones y rotaciones. La transformacin normalmente se crea en un objeto Transform3D, que no es un objeto del escenario grfico.

Constructores de TransformGroup

Los objetos TransformGroup son contenedores de transformaciones en el escenario grfico.

TransformGroup()

Construye e inicializa un TransformGroup usando una identidad de transformacin.

TransformGroup(Transform3D t1)

Construye e inicializa un TransformGroup desde un objeto Transform3D pasado:

Parmetros:

  • t1 - el objeto transform3D

La transformacin contenida en un objeto Transform3D se copia a un objeto TransformGroup o cuando se crea el TransformGroup, o usando el mtodo setTransform().

Mtodo setTransform() de TransformGroup

void setTransform(Transform3D t1)

Selecciona el componente de transformacin de este TransformGroup al valor de la transformacin pasada.

Parmetros:

  • t1 - la transformacin a copiar.

Clase Vector3f

Vector3f es una clase matemtica que se encuentra en el paquete javax.vecmath para especificar un vector usando tres valores de punto flotante. Los objetos Vector se usan frecuentemente para especificar traslaciones de geometras. Los objetos Vector3f no se usan directamente en la construccin de un escenario grfico. Se usan para especificar la traslaciones, superficies normales, u otras cosas.

Constructores de Vector3f

Un vector de 3 elementos que es representado por puntos flotantes de precisin sencilla para las coordenadas x, y, y z.

Vector3f()

Construye e inicializa un Vector3f a (0,0,0).

Vector3f(float x, float y, float z)

Construye e inicializa un Vector3f desde las coordenadas x, y, z especificadas.

Clase ColorCube

ColorCube es una clase de utilidad que se encuentra en el paquete com.sun.j3d.utils.geometry que define la geometra y colores de un cubo centrado en el origen y con diferentes colores en cada cara. El objeto ColorCube es un cubo que tiene 2 mtros de arista. Si un cubo sin rotar se sita en el origen (como en HelloJava3Da), se ver la cara roja desde la localizacin de visin nominal. Los otros colores son azul, magenta, amarillo, verde y cian.

Constructores de ColorCube

Paquete: com.sun.j3d.utils.geometry

Un ColorCube es un objeto visual, un cubo con un color diferente en cada cara. ColorCube extiende la clase Shape3D; por lo tanto, es un nodo hoja. ColorCube es fcil de usar cuando se pone junto a un universo virtual.

ColorCube()

Construye un cubo de color del tamao por defecto. Por defecto, una esquina est situada a 1 metro de cada uno de los ejes desde el origen, resultando un cubo que est centrado en el origen y tiene 2 metros de alto, de ancho y de profundo.

ColorCube(double scale)

Construye un cubo de color escalado por el valor especificado. El tamao por defecto es 2 metros de lado. El ColorCube resultante tiene esquinas en (scale, scale, scale) y (-scale, -scale, -scale).

.Rotar el Cubo

Una simple rotacin del cubo puede hacer que se vea ms de una de sus caras. El primer paso es crear la transformacin deseada usando un objeto Transform3D.

El Fragmento de Cdigo 1-5 incorpora un objeto TransformGroup en el escenario grfico para rotar el cubo sobre el eje x. Primero se crea la transformacin de rotacin usando el objeto rotate de Transform3D. Este objeto se crea en la lnea 6. La rotacin se especifica usando el mtodo rotX() de la lnea 8. Entonces se crea el objeto TransformGroup en la lnea 10 para contener la transformacin de rotacin.

Dos parmetros especifican la rotacin: el eje de revolucin, y el ngulo de rotacin. El eje se elige seleccionando el mtodo apropiado. El ngulo de rotacin es el valor que se le pasa como argumento. Como el ngulo de rotacin se especifica en radianes, el valor PI/4 es 1/8 de una rotacin completa, o 45 grados.

Despus de crear el objeto Transform3D, rotate, se usa en la creaccin del objeto TransformGroup objRotate (lnea 10). El objeto Transform3D se usa en el escenario grfico. Entonces el objeto objRotate hace que ColorCube sea su hijo (lnea 11). A su vez, el objeto objRoot hace a objRotate como su hijo (lnea 12).

Fragmento de cdigo 1-5. Una Rotacin en la Rama de Contenido Grfico
1. public BranchGroup createSceneGraph() {
2.     // Create the root of the branch graph
3.     BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
4.
5.     // rotate object has composite transformation matrix
6.     Transform3D rotate = new Transform3D();
7.
8.     rotate.rotX(Math.PI/4.0d);
9.
10.   TransformGroup objRotate = new TransformGroup(rotate);
11.   objRotate.addChild(new ColorCube(0.4));
12.   objRoot.addChild(objRotate);
13.   return objRoot;
14. } // end of createSceneGraph method

La rama de contenido grfico ahora incluye un objeto TransformGroup en el camino del escenario grfico hacia el objeto ColorCube.Cada uno de los caminos del escenario grfico es necesario. El objeto BranchGroup es el nico que puede ser hijo de un Locale. El objeto TransformGroup es el nico que puede cambiar la localizacin, la orientacin, o el tamao de un objeto visual. En este caso el objeto TransformGroup cambia la orientacin. Por supuesto, el objeto ColorCube es necesario para suministrar el objeto visual.

Aqu podemos ver la imagen producida por el Fragmento de Cdigo 1-5.

Figura 1-13 Imagen creada con el Fragmento de Cdigo 1-5

.Ejemplo de Combinacin de Transformaciones: HelloJava3Db

Frecuentemente un objeto visual se traslada y se rota, o se rota sobre dos ejes. En cualquier caso, se especifican dos transformaciones diferentes para un slo objeto visual. Las dos transformaciones pueden combinarse en una matriz de transformaciones y contenerse en un slo objeto TransformGroup. Podemos ver un ejemplo en el Fragmento de Cdigo 1-6.

En el programa HelloJava3Db.java se combinan dos rotaciones. Crear estas dos rotaciones simultneas requiere combinar dos objetos Transform3D de rotacin. El ejemplo rota el cubo sobre los ejes x e y. Se crean dos objetos Transform3D, uno por cada rotacin (lneas 6 y 7). Las rotaciones individuales se especifican para los dos objetos TransformGroup (lneas 9 y 10). Luego las rotaciones se combinan mediante la multiplicacin de los objetos Transform3D (lnea 11). La combinacin de las dos transformaciones se carga en el objeto TransformGroup (lnea 12).

Fragmento de cdigo 1-6. Dos Transformaciones de Rotacin en HelloJava3Db
1. public BranchGroup createSceneGraph() {
2.     // Create the root of the branch graph
3.     BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
4.
5.     // rotate object has composite transformation matrix
6.     Transform3D rotate = new Transform3D();
7.     Transform3D tempRotate = new Transform3D();
8.
9.     rotate.rotX(Math.PI/4.0d);
10.   tempRotate.rotY(Math.PI/5.0d);
11.   rotate.mul(tempRotate);
12.   TransformGroup objRotate = new TransformGroup(rotate);
13.
14.   objRotate.addChild(new ColorCube(0.4));
15.   objRoot.addChild(objRotate);
16.   return objRoot;

Tanto el Fragmento de Cdigo 1-5 como el Fragmento de cdigo 1-6 podran reemplazar al Fragmento de Cdigo 1-2. El Fragmento de cdigo 1-6 se usa en HelloJava3Db.java. Aqu puedes encontrar el ejemplo completo: HelloJava3Db.java

En la Figura 1.-14 podemos ver el escenario grfico creado en HelloJava3Db.java. La rama de vista grfica es la misma producida en HelloJava3Da, que est construida por un SimpleUniverse y representada por una gran estrella. La rama de contenido grfico ahora incluye un TransformGroup en el camino del escenario grfico hacia el objeto ColorCube.

Figura 1-14 Escenario Grfico del Ejemplo HelloJava3Db

La imagen de la figura 1-15 muestra el ColorCube girado del HelloJava3Db.

Figura 1-15 Imagen del ColorCube rotada por el programa HelloJava3D

.Capacidades y Rendimiento

El escenario grfico construido por un programa Java 3D podra usarse directamente para renderizar. Sin embargo, la representacin no es muy eficiente. La flexibilidad construida dentro de cada objeto escenario grfico (que no se van a discutir en este tutorial) crean un representacin sub-optima del universo virtual. Para mejorar el rendimiento de la renderizacin se usa una representacin ms eficiente del universo virtual.

Java 3D tiene una representacin interna para una universo virtual y los mtodos para hacer la conversin. Hay dos formas para hacer que el sistema Java 3D haga la conversin de la representacin interna. Una forma es compilar todas las ramas grficas. La otra forma es insertar una rama grfica en un universo virtual para darle vida.

.Compilar Contenidos

El objeto BranchGroup tiene un mtodo compilador. Llamando a este mtodo se convierte la rama grfica completa que hay debajo del BranchGroup a la representacin interna de Java 3D de la rama grfica. Adems de la conversin, la representacin interna podra optimizarse de una o varias maneras.

Las posibles optimizaciones no se especifican en el API Java 3D. Sin embargo, se puede ganar en eficiencia de varias formas. Una de las posibles optimizaciones es combinar TransformGroups con caminos de escenario grfico. Por ejemplo, si un escenario grfico tiene dos objetos TransformGroup en una relacion padre-hijo pueden ser representados por un objeto TransformGroup. Otra posibilidad es combinar objetos Shape3D que tienen una relacin esttica fsica. Estos tipos de optimizaciones se hacen posibles cuando las capacidades no se configuran.

La Figura 1-16 presenta una representacin conceptual de la conversin a una representacin ms eficiente. El escenario grfico del lado izquierdo es compilado y transformado en la representacin interna mostrada en el lado derecho. La figura slo representa el concepto de representacin interna, no como Java 3D realmente lo hace.

Figura 1-16 Ejemplo Conceptual del Resultado de Compilar una Escenario Grfico

.Capacidades

Una vez que una rama grfica empieza a vivir o es compilada el sistema de renderizado Java 3D la convierte a una representacin interna ms eficiente. El efecto ms importante de esta conversin es la mejora del rendimiento de renderizado.

Pero tambin tiene otros efectos, uno de ellos es fijar el valor de transformaciones y otros objetos en el escenario grfico. A menos que especificamente lo proporcionemos en el programa, este no tendr la capacidad de cambiar los valores de los objetos del escenario grfico una vez que estn vivos.

Hay casos en que un programa necesita la capacidad de cambiar estos valores despus de que estn vivos. Por ejemplo, cambiar el valor de un objeto TransformGroup crea animaciones. Para que esto suceda, la transforamcin debe poder cambiar despus de estar viva. La lista de parmetros a los que se puede acceder, y de que forma, se llama capacidades del objeto.

Cada SceneGraphObject tiene un conjunto de bits de capacidad. Los valores de estos bits determinan que capacidades existen para el objeto despus de compilarlo o de darle vida. El conjunto de capacidades vara con la clase.

Lista Parcial de Mtodos de SceneGraphObject

SceneGraphObject es la superclase de casi cualquier clase usada para crear un escenario grfico, incluyendo Group, Leaf, y NodeComponent.

void clearCapability(int bit)

Borra el bit de capacidad especificado.

boolean getCapability(int bit)

Recupera el bit de capcidad especificado.

void setCapability(int bit)

Configura el bit de capacidad especificado.

Como ejemplo, para poder leer el valor de la transformacin representada por un objeto TransformGroup, esta capacidad debe activarse antes de compilarlo o darle vida. De forma similar, para poder cambiar el valor de la transformacin en un objeto TransformGroup, su capacidad de escribir transformacin debe configurarse antes de compilarlo o darle vida. Intentar hacer un cambio en un objeto vivo o compilado para el que la propiedad adecuada no se ha configurado resultar en una excepcin.

En la siguiente seccin, las animaciones se crean usando una transformacin de rotacin que vara con el tiempo. Para que esto sea posible, el objeto TransformGroup debe tener su capacidad ALLOW_TRANSFORM_WRITE activada antes de que sea compilado o se le de vida.

Lista Parial de Capcidades de TransformGroup

Las dos capacidades listadas aqu son las nicas definidas por TransformGroup. ste hereda varias capacidades de sus clases ancestros: Group y Node. La configuracin de capacidades se puede seleccionar, eliminar o recuperar usando los mtodos definidos en SceneGraphObject.

ALLOW_TRANSFORM_READ

Especifa que el nodo TransformGroup permite acceder a la informacin de transformacin de su objeto.

ALLOW_TRANSFORM_WRITE

Especifica que el nodo TransformGroup permite escribir la informacin de transformacin de su objeto.

Las capacidades tambin controlan el acceso a otros aspectos de un objeto TransformGroup. Los objetos TransformGroup heredan configuracin de capacidades de sus clases ancestros: Group y Node. En el siguiente bloque de referencia podemos ver algunas de esas capacidades.

Lista Parcial de Capacidades de Group

TransformGroup hereda varios bits de capacidades de sus clases ancestros.

ALLOW_CHILDREN_EXTEND

Permite que se puedan aadir hijos al nodo Group despus de que est compilado o vivo.

ALLOW_CHILDREN_READ

Permite que se puedan leer las referencias a los hijos del nodo Group despus de que est compilado o vivo.

ALLOW_CHILDREN_WRITE

Permite que se puedan escribir las referencias a los hijos del nodo Group despus de que est compilado o vivo.

.Aadir Comportamiento de Animacin

En Java 3D, Behavior es una clase para especificar animaciones o interacciones con objetos visuales. El comportamiento puede cambiar virtualmente cualquier atributo de un objeto visual. Un programador puede usar varios comportamientos predefinidos o especificar un comportamiento personalizado. Una vez que se ha especificado un comportamiento para un objeto visual, el sistema Java 3D actualiza automticamente la posicin, la orientacin, el color, u otros atributos del objeto visual.

La distincin entre animacin e interaccin es si el comportamiento es activado en respuesta al paso del tiempo o en respuesta a actividades del usuario, respectivamente.

Cada objeto visual del universo virtual puede tener sus propio comportamiento predefinido. De echo, un objeto visual puede tener varios comportamientos. Para especificar un comportamiento para un objeto visual, el programador crea objetos que especifiquen el comportamiento, aade el objeto visual al escenario grfico y hace las referencias apropiadas entre los objetos del escenario grfico y los objetos Behavior.

En un universo virtual con muchos comportamientos, se necesita una significante potencia de clculo para calcular los comportamientos. Como tanto el renderizador como el comportamiento usan el mismo procesador, es posible que la potencia de clculo que necesita el comportamiento degrade el rendimiento del renderizado.

Java 3D permite al programador manejar este problema especificando un lmite espacial para que el comportamiento tenga lugar. Este lmite se llama regin programada. Un comportamiento no est activo a menos que el volumen de activacin de ViewPlatform intereseccione con una regin progamada del Behavior. En otras palabras, si nadie en el bosque ve el rbol caer, ste no cae. La caracterstica de regin programada hace ms eficiente a Java 3D en el manejo de universos virtuales con muchos comportamientos.

Un Interpolator es uno de las muchas clases de comportamientos predefinidos en el paquete corazn de Java 3D. Basado en una funcin de tiempo, el objeto Interpolator manipula los parmetros de un objeto del escenario grfico. Por ejemplo, para el RotationInterpolator, manipula la rotacin especificada por un TransformGroup para afectar la rotacin de los objetos visuales que son ancestros de TransformGroup.

La siguiente lista enumera los pasos envueltos para especificar una animacin con un objeto interpolator. Los cinco pasos forman una receta para crear un comportamiento de animacin con interpolacin:

  1. Crear un TransformGroup fuente.
    Selecciona la capacidad ALLOW_TRANSFORM_WRITE.
  2. Crear un objeto Alpha (funcin de tiempo en Java 3D)
    Especifica los parmetros de tiempo para el alpha
  3. Crear el objeto interpolator.
    Tiene referencias con los objetos Alpha y TransformGroup.
    Personalizar los parmetros del comportamiento.
  4. Especificar la regin programada.
    Configura la regin programada para el comportamiento.
  5. Hacer el comportamiento como hijo del TransformGroup

.Especificar un Comportamiento de Animacin

Una accin de comportamiento puede ser cambiar la localizacin (PositionInterpolator), la orientacin (RotationInterpolator), el tamao (ScaleInterpolator), el color (ColorInterpolator), o la transpariencia (TransparencyInterpolator) de un objeto visual. Como se mencion antes, los Interpolators son clases de comportamiento predefinidas. Todos los comportamientos mencionados son posibles sin usar un interpolator; sin embargo, los interpolators hacen mucho ms sencilla la craccin de comportamientos. Las clases Interpolators existen para proporcionar otras acciones, incluyendo combinaciones de estas acciones.

Clase RotationInterpolator

Esta clase se usa para especificar un comportamiento de rotacin de un objeto visual o de un grupo de objetos visuales. Un objeto RotationIterpolator cambia un objeto TransformGroup a una rotacin especififca en repuesta a un valor de un objeto Alpha. Como el valor de este objeto cambia cada vez, la rotacin tambin cambia. Un objeto RotationInterpolator es flexible en la especificacin del eje de rotacin, el ngulo de inicio y el ngulo final.

Para rotaciones constantes sencillas, el objeto RotationInterpolator tiene el siguiente constructor que puede usarse para eso:

Lista Parcial de Constructores de RotationInterpolator

Esta clase define un comportamiento que modifica el componente rotacional de su TransformGroup fuente linearizando la interpoalizacin entre un par de ngulos especificados (usando el valor generado por el objeto Alpha especificado). El ngulo interpolado se usa para generar una transformacin de rotacin.

RotationInterpolator(Alpha alpha, TransformGroup target)

Este constructor usa valores por defecto de algunos parmetros del interpolador para construir una rotacin completa sobre el eje y, usando el TransformGroup especificado.

Parmetros:

  • alpha - la funcin de variacin de tiempo para referencia.
  • target - el objeto TransformGroup a modificar.

El objeto TransformGroup de un interpolador debe tener la capacidad de escritura activada.

.Funciones de Variacin de Tiempo: Mapear un Comportamiento en el Tiempo

Mapear una accin en el tiempo se hace usando un objeto Alpha. La especificacin de este objeto puede ser compleja.

Clase Alpha

Los objetos de la clase Alpha se usan para crear una funcin que vara en el tiempo. La clase Alpha produce un valor entre cero y uno, inclusives. El valor que produce depende de la hora y de los parmetros del objeto Alpha. Los objetos Alpha se usan comunmente con un comportamiento Interpolator para proporcionar animaciones de objetos visuales.

Alpha tiene diez parmetos, haciendo la programacin tremendamente flexible. Sin entrar en detalles de cada parmetros, saber que un ejemplar de Alpha puede combinarse fcilmente con un comportamiento para proporcionar rotaciones sencillas, movimientos de pndulo, y eventos de una vez, como la apertura de puertas o el lanzamiento de cohetes.

Constructor de Alpha

La clase Alpha proporciona objetos para convertir la hora en un valor alpha (un valor entre 0 y 1). El objeto Alpha es efectivamente una funcin de tiempo que genera valores alpha entre cero y uno. La funcin "f(t)" y las caractersticas del objeto Alpha estn determinadas por parmetros definidos por el usuario:

Alpha()

Bucle continuo con un periodo de un segundo.

Alpha(int loopCount, long increasingAlphaDuration)

Este constructor toma slo loopCount e increasingAlphaDuration como parmetros y asigna los valores por derecto a todos los dems parmetros, resultando un objeto Alpha que produce valores desde cero a uno crecientes. Esto se repite el nmero de veces especificado por loopCount. Si loopCount es -1, el objeto alpha se repite indefinidamente. El tiempo que tarde en ir desde cero hasta uno est especificando en el segundo parmetro usando una escala de milisegundos.

Parmetros:

  • loopCount - nmero de veces que se ejecuta este objeto alpha; un valor de -1 especifica un bucle indefinido..
  • increasingAlphaDuration - tiempo en milisegundos que tarda el objeto alpha en ir de cero a uno.

.Regin Progamada

Como se mencion anteriormente, cada comportamiento tiene unos lmites programados. Estos lmites se configuran usando el mtodo setSchedulingBounds de la clase Behavior.

Hay varias formas de especificar una regin programada, la ms sencilla es crear un objeto BoundingSphere. Otras opciones incluyen BoundingBox y BoundingPolytope.

Mtodo setSchedulingBounds de Behavior

void setSchedulingBounds(Bounds region)

Selecciona la regin programada del Behavior a unos lmites especificados.

Parmetros:

  • region - Los lmites que contienen la regin programada del Behavior.

Clase BoundingSphere

Especificar un lmite esfrico se consigue especificando un punto central y un rdio para la esfera. El uso normal de este tipo de lmites es usar el centro a (0, 0, 0). Entonces el radio se selecciona lo suficientemente grande como para contener el objeto visual, incluyendo todas las posibles localizaciones del objeto.

Lista Parcial de Constructores de BoundingSphere

Esta clase define una regin de lmites esfrica que est definida por un punto central y un rdio.

BoundingSphere()

Este constructor crea una lmite esfrico centrado en el origen (0, 0, 0) con un radio de 1.

BoundingSphere(Point3d center, double radius)

Construye e inicializa un BoundingSphere usando el punto central y el rdio especificados.

.Ejemplo de Comportamiento: HelloJava3Dc

El Fragmento de Cdigo 1-7 muestra un ejemplo completo del uso de las clases interpoladoras para crear una animacin. La animacin creada con este cdigo es una rotacin contina con un tiempo de rotacin total de 4 segundos.

El paso 1 de la receta es crear el objeto TransformGroup para modificarlo durante la ejecucin. El objeto TransformGroup fuente de un interpolador debe tener activada la capacidad de escritura. El objeto TransformGroup llamado objSpin se crea en la lnea 7. La capacidad de escritiura de objSpin se selecciona en la lnea 8.

El paso 2 es crear un objeto alpha para dirigir la interpolacin. Los dos parmetros especificados en la lnea 16 del fragmento de cdigo son el nmero de interacciones del bucle y el tiempo de un ciclo. El valor de "-1" especifica un bucle contnuo. El tiempo se especifica en milisegundos por lo que el valor de 4000 significa 4 segundos. Por lo tanto, el comportamiento es rotar cada cuatro segundos.

El paso 3 de la receta es crear el objeto interpolator. El objeto RotationInterpolator se crea en las lneas 21 y 22. El interpolador debe tener referencias a la transformacin fuente y al objeto alpha. Esto se consigue en el constructor. En este ejemplo se usa el comportamiento por defecto del RotationInterpolator para hacer una rotacin completa sobre el eje y.

El paso 4 es especificar una regin programada. Se usa un objeto BoundingSphere con sus valores por defecto. El objeto BoundingSphere se crea en la lena 25. La esfera se configura como los lmites del comportamiento en la lnea 26.

El paso final, el 5, hace del comportamiento un hijo del TransformGroup. Esto se consigue en la lnea 27.

Fragmento de cdigo 1-7. Mtodo createSceneGraph con Comportamiento RotationInterpolator
1. public BranchGroup createSceneGraph() {
2.     // Create the root of the branch graph
3.     BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
4.
5.     // Create the transform group node and initialize it to the
6.     // identity. Add it to the root of the subgraph.
7.     TransformGroup objSpin = new TransformGroup();
8.     objSpin.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
9.     objRoot.addChild(objSpin);
10.
11.   // Create a simple shape leaf node, add it to the scene graph.
12.   // ColorCube is a Convenience Utility class
13.   objSpin.addChild(new ColorCube(0.4));
14.
15.   // create time varying function to drive the animation
16.   Alpha rotationAlpha = new Alpha(-1, 4000);
17.
18.   // Create a new Behavior object that performs the desired
19.   // operation on the specified transform object and add it into
20.   // the scene graph.
21.   RotationInterpolator rotator =
22.      new RotationInterpolator(rotationAlpha, objSpin);
23.
24.   // a bounding sphere specifies a region a behavior is active
25.   BoundingSphere bounds = new BoundingSphere();
26.   rotator.setSchedulingBounds(bounds);
27.   objSpin.addChild(rotator);
28.
29.   return objRoot;
30. } // end of createSceneGraph method

Este fragmento de cdigo se usa con otros fragmentos anteriores para crear el programa de ejemplo HelloJava3Dc.java. Al ejecutar la aplicacin veremos como se renderiza el ColorCube con un comportamiento de rotacin cada cuatro segundos.

El programa HelloJava3Dc crea el escenario grfico de la Figura 1-18. El objeto rotation es tanto hijo del TransformGroup como una referencia a l. Aunque esta relacin parece violar la restricciones de bucles dentro del escenaio grfico, no lo hace. Recuerda que los arcos de referencia (flecha punteada) no son parte del escenario grfico. La lnea punteada desde el Behavior hacia el TransformGroup es esta referencia.

Figura 1-18 Escenario Grfico del Ejemplo HelloJava3Dc

La imagen de la Figura 1-19 muestra un marco de la ejecucin del programa HelloJava3Dc.

Figura 1-19 Una imagen del ColorCube en Movimiento.

.Ejemplo de Combinacin de Transformation y Behavior: HelloJava3Dd

Por supuesto, podemos combinar comportamientos con las transformaciones de rotacin de los ejemplos anteriores. HelloJava3Dd.java hace esto. En la rama de contenido grfico, hay objetos llamados objRotate y objSpin, que distinguen entre la rotacin esttica y el comportamiento de rotacin (bucle continuo) del objeto cube respectivamente. El escenario resultante de este fragmento de cdigo podemos verlo en la figura 1.20.

Fragmento de cdigo 1-8. Rama de Contenido Grfico para un ColorCube giratorio
1. public BranchGroup createSceneGraph() {
2.     // Create the root of the branch graph
3.     BranchGroup objRoot = new BranchGroup();
4.
5.     // rotate object has composite transformation matrix
6.     Transform3D rotate = new Transform3D();
7.     Transform3D tempRotate = new Transform3D();
8.
9.     rotate.rotX(Math.PI/4.0d);
10.   tempRotate.rotY(Math.PI/5.0d);
11.   rotate.mul(tempRotate);
12.
13.   TransformGroup objRotate = new TransformGroup(rotate);
14.
15.   // Create the transform group node and initialize it to the
16.   // identity. Enable the TRANSFORM_WRITE capability so that
17.   // our behavior code can modify it at runtime. Add it to the
18.   // root of the subgraph.
19.   TransformGroup objSpin = new TransformGroup();
20.   objSpin.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
21.
22.   objRoot.addChild(objRotate);
23.   objRotate.addChild(objSpin);
24.
25.   // Create a simple shape leaf node, add it to the scene graph.
26.   // ColorCube is a Convenience Utility class
27.   objSpin.addChild(new ColorCube(0.4));
28.
29.   // Create a new Behavior object that performs the desired
30.   // operation on the specified transform object and add it into
31.   // the scene graph.
32.   Transform3D yAxis = new Transform3D();
33.   Alpha rotationAlpha = new Alpha(-1, 4000);
34.
35.   RotationInterpolator rotator =
36.       new RotationInterpolator(rotationAlpha, objSpin, yAxis,
37.       0.0f, (float) Math.PI*2.0f);
38.
39.   // a bounding sphere specifies a region a behavior is active
40.   // create a sphere centered at the origin with radius of 1
41.   BoundingSphere bounds = new BoundingSphere();
42.   rotator.setSchedulingBounds(bounds);
43.   objSpin.addChild(rotator);
44.
45.   return objRoot;
46. } // end of createSceneGraph method of HelloJava3Dd
Figura 1-20 Escenario Grfico del Ejemplo HelloJava3Dd

La imagen de la Figura 1-21 muestra un marco del ColorCube en movimiento del programa HelloJava3Dd.

Figura 1-21 Imagen del ColorCube en movimiento

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HAY 1 COMENTARIOS
  • Anónimo dijo:

    Seria bueno poder descargar este fabuloso tutorial

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