Java 3D

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Java 3D
DESS TNI 2000-2001 Université MONTPELLIER II
Xavier ANDREANI
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Plan

• Introduction
• Objets pour la 3D
• Scène 3D
• Univers virtuel
• Transformations
• Méchanisme interne
• Affichage
• Compilation
• Animations

• Interactions
• Structure dun objet 3D
• Apparence
• Textures
• Lumières
• Material
• Géométrie
• Créer ses propres objets
• Retour sur les lumières
• Conclusion
• Bibliographie

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Introduction

• Java 3D est destiné à laffichage 3D sous java.
• Conçu dans le but de faciliter la
  programmation.Très bon modèle de hiérarchie
  objet générique pour représenter un univers 3D.
• Justifié par la portabilité de javaJava 3D est
  disponible sous Windows, Solaris, SPARC, Linux,
  HP-UX, SGI Irix.

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Objets Pour La 3D

• Univers virtuelVirtualUniverse
• Scène 3D à afficherBranchGroup
• Oeil de lobservateurViewPlatForm
• Ecran sur lequel est projeté la scènecanvas3d
• Les autres objets

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Scène 3D

• Représentée sous la forme dun arbre (graphe)
  dobjets.
• Les feuilles de larbre sont les objets à
  afficher.
• Les autres noeuds définissent des regroupements
  dobjets (pour y appliquer des transformations...)
  .
• Le groupe englobant (BranchGroup pour la racine)
  est à passer en référence à lunivers virtuel.

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Univers Virtuel

• Définit la partie view du graphe de la scène
• Loeil de lobservateurViewPlatform
• Lécran de projectioncanvas3d

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Transformations

• Tous les objets du graphe scénique sont crées à
  lorigine du repère (0,0,0), doù lutilité des
  transformations pour les positionner.
• On associe à chaque noeud TransformGroup, une
  transformation transform3d.
• Les transformations élémentaires disponibles
  sont
• Rotations.
• Rotation selon laxe X.
• Rotation selon laxe Y.
• Rotation selon laxe Z.
• Translation.
• Retaillage (zoom).
• Autres transformations obtenues par composition
  par la méthode mul de Transform3d.Attention à
  lordre du produit!!!
• Pour 1 objet, équivalence entre une
  transformation appliqué à cet objet, et une
  transformation appliqué à lobjet ViewPlatform
  (déplacement de lobservateur dans le monde).

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Affichage

• Laffichage effectue un parcours de graphe, de
  bas en haut, des feuilles vers la racine.
• Chaque branche de larbre détermine entièrement
  les propriétés de sa feuille. Pour chaque
  feuille, Java 3D parcours donc les parents
  jusquà la racine.

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Compilation

• Possibilité daccélérer laffichage grâce à la
  méthode compile de BranchGroup.
• Cest une transformation du graphe scénique en
  une structure interne rapidement manipulable.
• Les propriétés des noeuds doivent donc être
  précisées avant la compilation accessible en
  lecture, écriture (animation...)...
• La compilation peut effectuer des optimisations
  (non documentées) dans le graphe scénique
  (composition de plusieurs transformations,
  regroupement dobjets qui subissent la même
  transformation, ...).

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Animations

• Il sagit dappliquer en boucle une
  transformation, une fois laffichage effectué.
• Pour celà, il suffit dajouter à lobjet
  TransformGroup en question un enfant Interpolator
  qui contient
• Une fonction de rotation au cours du temps alpha
  (nombre de répétitions de la transformation ou -1
  si infini, et intervalle de temps entre 2
  transformations).
• Le comportement à appliquer périodiquement.
• Une zone dinfluence BoundingSphere, en dehors de
  laquelle lanimation ne sera plus effectuée.
• Les Interpolator correspondant aux 3
  transformations élémentaires sont fournis
  (RotationInterpolator, PositionPathInterpolator,
  ScaleInterpolator).
• Attention ne pas oublier avant la compilation de
  donner le droit en écriture au noeud de la
  transformation!!!

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Interactions

• Il sagit de provoquer un effet de bord
  (modification) sur graphe scénique, en fonction
  dun événement (clavier, souris...).
• Lobjet qui sert à ça est Behavior, toujours à
  ajouter comme enfant du TransformGroup associé,
  et contient
• Les événements à détecter (définis dans
  initialize par des wakeupOn(AWTEvent)).
• Laction à effectuer.
• Une zone dinfluence BoundingSphere à lintérieur
  de laquelle est récupéré lévénement.
• Attention rappellez initialize pour
  réenregistrer les événements à détecter après
  lexécution de laction.

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Structure Dun Objet 3D

• Un objet 3D (Shape3d) se compose de 2 parties
  distinctes
• Son apparence qui précise comment il doit être
  affichéAppearance
• Sa géométrie qui détaille sa formeGeometry

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Apparence

• Pour rendre nos objets visibles, il faut leur
  associer une Appearence qui définit plusieurs
  choses
• La couleur de lobjet
• La texture de lobjet (la couleur est ignorée)
• Sa transparence (couche alpha, cf TP Photoshop)
• Le type de rendu (plein, filaire...)
• Le comportement de lobjet quand il est éclairé
  (la couleur ci-dessus est alors ignorée)

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Textures

• Il sagit dhabiller un objet en lui appliquant
  une image sur chacune de ces faces.
• Pour cela, sur chaque face il faut définir un
  repère (qui par défaut sera le repère unitaire).

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Lumières

• Il existe différents types de lumières pour
  éclairer vos objets
• Lumières ambiantes éclairant indifféremment toute
  la scène (éclairage global ne donnant pas deffet
  de volume)AmbiantLight
• Lumière directionnelle selon un vecteur
  (éclairage calculé en fonction des normales aux
  surfaces, une surface orthogonale à ce vecteur
  sera uniforméménet éclairée)DirectionalLight
• Lumière ponctuelle, émettant à partir dune
  source (vecteurs directionnels concentriques)Poin
  tLight
• La même, réduite à un cône démissionSpotLight
• Les lumières ont une couleur, que lon choisit
  blanche pour reproduire la lumière naturelle
  (celle du soleil) ou la lumière dune lampe

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Material

• Afin quun objet soit sensible aux rayons
  lumineux, il faut fournir à son Appearance, un
  objet Material qui décrit
• La couleur renvoyée par lobjet lorsquil est
  éclairé par une lumière ambiante
  blancheambiantColor
• La couleur émise par lobjet (utile pour une
  lampe, noir sinon)emissiveColor
• La teinte de lobjet éclairé (proche de notre
  définition  naturelle  de la couleur dun
  objet)diffuseColor
• La couleur des tâches de lumières (brillance sur
  un métal par exemple cest le reflet de la
  source lumineuse)specularColor
• La brillance de lobjetshininess

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Géométrie

• Les primitives de Java3D sont toutes définies à
  partir de triangles 2D rassemblés pour former un
  volume.
• En effet, le calcul 3D au niveau dun processeur
  se fait sur des triangles. Il ny a donc pas au
  préalable à décomposer lobjet en triangles.
• Plus généralement, la géométrie dun objet 3D, se
  compose dobjets points, lignes, triangles,
  quadrilatères, et constructions géométriques
  utiles LineStripArray, TriangleStripArray,
  TriangleFanArray

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Créer Ses Propres Objets

• Comme expliqué précédemment, il sagit donc
  dassembler des objets 2D représentant les faces
  de notre objet 3D.
• Le principe de placage des textures sur ces
  nouvelles formes reste strictement le même.

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Retour sur les lumières

• Les calculs pour léclairage dun objet se font
  par rapport aux vecteurs normaux des faces, et
  aux vecteurs incidents des rayons lumineux.
• Pour les primitives de Java3D, il suffisait de
  préciser un paramètre pour que les normales
  soient calculées.
• Ici, il va falloir définir chacun de ces
  vecteurs. (un pour chaque sommet de chaque face)

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Conclusion

• Grâce à son modèle objet, Java3D permet de
  développer rapidement et efficacement, la plupart
  des fonctionnalités étant automatisées.
• Niveau rapidité, le Java 1.3 qui est sorti a
  corrigé la lenteur du Java 1.2 sous Linux (la
  version Windows était beaucoup plus rapide), et
  en ajoutant à ça lutilisation des optimisations
  pour DirectX et OpenGL, Java3d est crédible.
• La grande généricité du modèle objet de Java3D
  lui permet dajouter tous types dobjets à notre
  monde, comme par exemple des sons 3D. Je nai
  trouvé aucune doc, à part les classes abstraites
  dans lapi.
• Ce document avait pour but de vous introduire les
  bases de lutilisation de Java3D dans les
  domaines les plus importants, maintenant cest à
  vous de  continuer laventure 

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Bibliographie

• En français
• Mon site web Java3d http//charon/xandrean/java3d
  (intranet Université Montpellier 2 / LIRMM
  uniquement, non maintenu à jour)
  http//xandrean.free.fr/java3d
• Le tutoriel de lAPI Java 3D, traduction en
  français (incomplet 3 chapitres sur 7)
  http//www.latelier-virtuel.com/2armel/tutj3d/
• jCosmos http//www.jcosmos.claranet.fr/
• En anglais
• Java 3D API tutorial http//developer.java.sun.com
  /developer/onlineTraining/java3d/
• Java 3D API documentation http//java.sun.com/prod
  ucts/java-media/3D/forDevelopers/J3D_1_2_API/j3dap
  i/index.html
• Java 3D API Specification http//java.sun.com/prod
  ucts/java-media/3D/forDevelopers/J3D_1_2_API/j3dgu
  ide/index.html
• The java 3D Community http//www.j3D.org