Introduction to Java3D 1

Java 3D è una estensione standard di Java 2 jdk(development kit)E’ costituita da una gerarchia di classi utili nella creazionedi universi virtualiFornisce classi per

Creazione di immaginiVisualizzazione ed animazioneApplicazioni di grafica interattiva 3D

Java 3D –

Introduction to Java3D 2

Java 3DUn programma Java3D crea istanze di oggetti Java3D e li posiziona in uno scene graphLo scene graph è una struttura dati di oggetti 3D che specifica:

il contenuto di un universo virtualecome tale contenuto deve essere renderizzato

I programmi Java3D possono essere scritti sia come applicazioni sia come applet

Introduction to Java3D 3

NotazioneVisual object – si intende un oggetto nello scene graph (cubo, sfera..)Object – istanza di una classeContent – oggetti visuali in uno scene graph nel loro insieme, cioè contenuto visuale di una immagine

Introduction to Java3D 4

Java 3d - APIUn programma Java 3d è costruito da oggetti –istante di classi di Java 3DLa libreria Java 3D API è definita da oltre 100 classi presenti nel package javax.media.j3dQueste classi sono dette il core di Java3DOgni classe contiene moltissimi campi e metodiGeneralmente per creare un semplice universo virtuale può essere creato con poche classi

Introduction to Java3D 5

I package aggiuntiviOltre al core sono presenti altri package come:

Il package com.sun.j3d.utils comunemente chiamato le classi utility di Java3D

Il core contiene solo le classi di livello piùbassoLe classi utility sono “utili” aggiunte al core

Introduction to Java3D 6

Classi di utilityLe classi di utility si dividono in quattro categorie:

caricatori di contenuticlassi di aiuto alla costruzione di scene graphclassi geometricheclassi di utility varie

Nuove funzionalità (ad esempio le NURBs) potranno essere aggiunte alle classi di utility non al coreAlcune classi di utility potrebbero essere spostate nel core nelle versioni successive

Introduction to Java3D 7

Classi di utility 2L'utilizzo delle classi di utility riduce molto le linee di codice di un programma Java3D

In aggiunta al core ed alle utility un programma Java3D usa (quasi) sempre i package

java.awt e javax.vecmath

Il package javax.vecmath definisce le classi punto, vettore, matrice ed altri oggetti matematici

Introduction to Java3D 8

Un universo virtuale Java3D è creato tramite uno scene graph - grafo della scenaUno scene graph è creato usando istanze di classi Java3D per definire:

geometriasuoni e luciposizioni e orientamentiAspetti

di oggetti visuali o audioLa più comune relazione in uno SceneGraph è la relazione parent –child (come in VRML)

General 3D Modelling Concepts

Introduction to Java3D 9

Definizione di uno SceneGraph (1)SceneGraph è la struttura dati, utilizzata per memorizzare, organizzare e render l‘informazionedi una scena (oggetti, materiali, luci...)

Un grafo è una struttura dati composta da nodi ed archi:

I nodi in uno scene graph sono oggetti Java3DGli archi rappresentano due diversi tipi di relazione tra oggetti:

relazione parent –child relazione reference

Introduction to Java3D 10

RelazioneRelazione parent-child

Un nodo può avere più successori, ma un solo predecessoreI nodi in relazione parent-child costituiscono lo scene graph tree

Relazione referenceUna reference associa un node componentcon uno scene graph node

Introduction to Java3D 11

Definizione di uno SceneGraph (2)I nodi più importanti di uno scene graph sono: Virtual Universe, Locale, Groups, Leaf, NodeComponents

Introduction to Java3D 12

Simboli di uno Scene GraphArcs (object relationships)

VirtualUniverse

Locale - root

Group- scene graphtree

Leaf - scene graphtree

Node Component

Other objects

Parent-child link

Reference

Nodes and Node Components (objects)

Introduction to Java3D 13

Together a Locale and aVirtual Universe compose

a SceneGraph superstructure.

A reference associates a NodeComponent object with a Scene

Graph Node .

Introduction to Java3D 14

Scene Graph pathUno scene graph è costituito da alberi aventi radice nel nodo LocaleVi è un unico cammino dal nodo Locale ad un nodo LeafOgni Scene graph tree path specifica completamente lo stato della foglia cioè:

Posizione OrientazioneDimensione

Introduction to Java3D 15

Scene Graph path 2Gli attributi visuali di ciascun oggetto visuale dipendono solo dal suo Scene Graph path

Il sistema di rendering di Java 3D esegue il render delle foglie nell’ordine che ritiene più efficiente

Introduction to Java3D 16

Gerarchia delle classi di Java 3D API

Introduction to Java3D 17

Important ClassesVirtual Universe and Locale Class

SceneGraph Object Classè la classe base per ogni oggetto che appare in uno Java3D scene Graph.Questa classe astratta contiene oggetti node and node component

Scene Graph Viewing Object Classesinclude 5 classi usate per gestire i parametri di viewing di uno scene graph(Canvas3D,Screen3D,View,PhysicalBody,PhysicalEnvironment)

Simple Universe utility classusata per creare un programma Java3D senza trattare con le Viewing object Classes

Introduction to Java3D 18

Classe NodeNode è la superclasse astratta delle classi Group e LeafDefinisce importanti metodi comuni alle sue sottoclassiLe sottoclassi di Node costruiscono uno scene graph

Introduction to Java3D 19

Scenegraph nodesVi sono 2 tipi di nodi:

- Group : il ruolo primario di un nodo Group è di essere parent di altri nodi- Group e Leaf

- Leaf : i nodi leaf specificano shape, sound, and behavior di un visual object.

Introduction to Java3D 20

Classe GroupGroup è la superclasse usata per specificare posizioni ed orientamenti degli oggetti nell'universo virtuale

Sottoclassi della classe Group sonoBranchGroupTransformGroup……

Nella rappresentazione grafica dello scene graph,i simboli di Group (cerchi) sono indicati con BG per BranchGroup e TG per TransformGroup

Introduction to Java3D 21

Group nodes subclasses

Switch

TransformGroup

SharedGroup

OrderedGroup

BranchGroup

Group

Primitive

Introduction to Java3D 22

Classe LeafLeaf è la superclasse usata per specificare:

forme e aspettisuonicomportamenti

Alcune sottoclassi sono: Shape3D, Light,Behavior e Sound

Un nodo Leaf non può avere successori, ma reference ad oggetti NodeComponent

Introduction to Java3D 23

Leaf nodes SubclassesBounding Leaf

Clip

Fog

Light

Link

Morph

Shape3D

Sound

Soundscape

Behavior

Viewplatfom

Background

Leaf

Introduction to Java3D 24

La classe Node Component class è usata per specificare una varietàdi proprietà di un nodo Shape3D, quali

GeometriaTextureTrasparenzaColore

Alcune classi sonoAppeareanceColoring Attributes DepthComponent GeometryImageComponent....

Un NodeComponent può essere collegato a più di un nodoShape3D

Node Component

Introduction to Java3D 25

EsempioUn oggetto Virtual Universe è collegato a uno o più oggetti Locale. All‘oggetto locale sono associati 2 BranchGroup

ContentBranch descrive il contenuto della scenaViewBranch descrive osservatore, piano immagine..

ContentBranchContentBranchgraph

ViewBranchgraph

Introduction to Java3D 26

Java3D API

Core Classes

javax.media.j3d packagelowest level classes required for Java3D programming

Utility Classes

com.sun.j3d.utils packageconvenient and powerful additions to the core

The API has core classes and utility classes

Introduction to Java3D 27

Passi per scrivere un programmaCreare gli oggetti Canvas3D e VirtualUniverseCreare un oggetto Locale e collegarlo al VirtualUniverseCostruire un view branch graph

Creare gli oggetti View, ViewPlatform, PhysicalBody e PhysicalEnvironmentCollegare ViewPlatform, PhysicalBody, PhysicalEnvironment e Canvas3D alla View

Costruire uno o più content branch graphCompilare tutti i branch graphCollegare tutti i branch graph al Locale

Introduction to Java3D 28

Simple recipe for writing a Java3D program

Using the SimpleUniverse class in Java 3D program reduces the time and effort neededto create the view branch Graph.

The basic outline of Java 3D program development consists of seven steps :

1- Create a Canvas3D object2- Create a VirtualUniverse object3- Create a Locale object, attaching it to the VirtualUniverse object .4- Construct a View object5- Construct content branch graph6- Compile branch graph7- Insert subgraphs into the Locale.

The steps 1,2,3,4,and 7 create a Simple Universe( code for creating a SimpleUniverse: SimpleUniverse ( ) )

Introduction to Java3D 29

HelloJava3D Classpublic class HelloJava3Da extends Applet {

public HelloJava3Da() {setLayout(new BorderLayout());GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse .getPreferredConfiguraton( );

Canvas3D canvas3D = new Canvas3D (config) ;add("Center“, canvas3D);BranchGroup scene = createSceneGraph();scene.compile();

// SimpleUniverse is a convenience Uility class SimpleUniverse SimpleU = new SimpleUniverse (canvas 3D) ;

// This move the ViewPlatform back a bit so the // objects in the scene can be viewed .SimpleU.getViewingPatform().setNominalViewingTransform();simpleU.addBranchGraph (scene);

} // end of HelloJava 3Da (constuctor)

1- Create a canvas3D

2- Create a Simpleuni

verse

3- CustomizeSimpleuniverse

4- CompileContentBranch

Graph

5- InsertContentBranchGraph

into the Locale

Introduction to Java3D 30

SimpleUniverseSimpleUniverse è un oggetto che crea uno scene graph contenente un oggetto VirtualUniverse, un oggetto Locale ed un completo viewbranch graph

Il view branch graph creato da un SimpleUniverse usa oggetti ViewingPlatform e Viewer al posto delle classi core utilizzate per creare il view branch graph

Il package com.sun.j3d.utils.universe contiene le classi di utilitySimpleUniverseViewingPlatformViewer

Introduction to Java3D 31

SimpleUniverse

Introduction to Java3D 32

SimpleUniverse constructors

Introduction to Java3D 33

Passi per scrivere un programmaCreare un oggetto Canvas3DCreare un oggetto SimpleUniverse e collegarlo all’oggetto Canvas3DPersonalizzare l'oggetto SimpleUniverseCostruire uno o più content branch graphCompilare tutti i content branch graphCollegare tutti i content branch graph al Locale del SimpleUniverse

Introduction to Java3D 34

Piano immagineIl SimpleUniverse crea un view branch graph completo contenente anche un image plate cioè

la finestra 2D su cui l'universo virtuale viene proiettato e renderizzato

Un oggetto Canvas3D può essere pensato come un image plate

Il piano immagineè centrato nell'origine dell'universocon l’asse z uscente dallo schermo,l’asse x orizzontale con i valori positivi a destral’asse y verticale con i valori positivi in alto

Introduction to Java3D 35

Piano immagine

Introduction to Java3D 36

HelloJava3Dpackage it.unict.dmi.cg.HelloJava3D;

import java.awt.*;import com.sun.j3d.utils.universe.*;import com.sun.j3d.utils.geometry.*;import javax.media.j3d.*;import javax.swing.*;

// Visualizza un cubo immobilepublic class HelloJava3D_a1 extends JFrame{public HelloJava3D_a1(){//Recupera le configurazioni grafiche del computerGraphicsConfiguration config=SimpleUniverse.getPreferredConfiguration();

//Crea un oggetto Canvas3D e lo aggiunge al frameCanvas3D canvas3D=new Canvas3D(config);this.getContentPane().add(canvas3D,BorderLayout.CENTER);

Introduction to Java3D 37

HelloJava3D//Crea la scena

BranchGroup scene=createSceneGraph();

//Crea il SimpleUniverseSimpleUniverse simpleU=new SimpleUniverse(canvas3D);

//Questo comando serve per spostare leggermente indietro il sistema di riferimento// il metodo setNominalViewingTransform posiziona il punto di vista in (0,0,2.41)

simpleU.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();

//Compila la scena (subito prima di renderla viva)scene.compile();

//Aggiunge la scena all'universosimpleU.addBranchGraph(scene);

}

Introduction to Java3D 38

HelloJava3D//Crea la scenaprivate BranchGroup createSceneGraph(){

//Crea la radice del branch graphBranchGroup objRoot=new BranchGroup();

//Aggiunge alla radice un cubo coloratoobjRoot.addChild(new ColorCube(0.4));return objRoot;

}public static void main(String[] args){

HelloJava3D_a1 hello=new HelloJava3D_a1();hello.setTitle("Hello Java3D!");hello.setSize(300,300);hello.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);hello.show(); } }

Introduction to Java3D 39

Terminologia„Become live“ :Un Branch Graph diventa live appena è collegato ad un oggettoLocale. Ciascun oggetto di un Branch Graph live è soggetto ad essere renderizzato

Compiling La compilazione di un BranchGroup converte un oggetto ed i suoi successori in una forma più efficiente per il rendering

Introduction to Java3D 40

PerformanceLa rappresentazione di uno scene graph costruito da Java3D non è molto efficienteLa flessibilità nel realizzare universi virtuali offerta dallo scene graph viene pagata in termini di prestazioniPer tale motivo Java3D utilizzata internamente una rappresentazione più efficiente per migliorare le prestazioni di rendering

Introduction to Java3D 41

PerformanceInvocando il metodo compile() per un oggettoBranchGroup, si ottiene che tale oggetto sia convertito in una rappresentazione interna più efficiente

Introduction to Java3D 42

CapabilityLa conversione in una rappresentazione interna ha degli “effetti collaterali”Un effetto è quello di bloccare i valori delle trasformazioni affini ed altri oggetti dello scene graphSe non specificato prima, il programma non avrà più modo (capability) di cambiare i valori di tali oggetti

Introduction to Java3D 43

CapabilityCi sono casi in cui un programma ha la necessitàdi cambiare tali valori anche dopo che gli oggetti siano diventati vivi

Per esempio, è possibile creare animazioni cambiando i valori di un TransformGroup

L’oggetto TransformGroup deve essere in grado di cambiare anche dopo essere diventato vivo

Introduction to Java3D 44

CapabilityCapability: caratterista di un oggetto che può essere modificata Un oggetto può avere un insieme di capabilityImpostando o azzerando una capability si decide se una particolare caratteristica può essere modificata dopo che l'oggetto èdiventato vivo

Introduction to Java3D 45

La classe TransformGroup Class è necessaria perrappresentare la trasformazione di un oggettoTransfom3D

Operazioni base:- Traslazione : muovere un oggetto da una posizione adun‘altra

- Rotazione : un oggetto può essere ruotato attorno ad una combinazione di assi X,Y,Z contemporaneamente

- Scaling: un oggetto può variare la sua dimensione

Trasformazioni in Java3D

Introduction to Java3D 46

Key Java3D features Java 3D scene graphs sono considerevolmente più difficili degli scene graph di VRML, per la complessità di un linguaggio di programmazione come JavaMa Java3D sceneGraph offre eccellenti caratteristiche quali: - Rendering control- Scalable Performance- Behaviors- Generic Input Devices- Geometry Compresion- Versatile View Model- Camera-based View Model

Introduction to Java3D 47

ReferencesGetting starting with Java3D API (Dennis J Bouvier) „ The Java3D Tutorial of Sun“Java websitehttp://java.sun.com/products/javamedia/3Dhttp://www.sun.com/desktop/java3d

http://java.sun.com/javase/technologies/desktop/

http://wiki.java.net/bin/view/Javadesktop/Java3D