Desenvolvimento 3D em Java - Java Magazine 84

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Para o estudo dos recursos da API Java 3D relacionados ao carregamento de modelos tridimensionais e a configuraç�o da apar�ncia de objetos, e como guia para empreg�-la na criaç�o de animaç�es e jogos 3D em Java.

O tema � relevante tanto para desenvolvedores que desejam ampliar e tornar mais interessantes os cen�rios de interaç�o de suas aplicaç�es, quanto para aqueles que desejam desenvolver animaç�es e jogos com interfaces gr�ficas tridimensionais.

Em aplicaç�es que fazem uso de recursos tridimensionais, � muitas vezes desej�vel que os objetos apresentem apar�ncia semelhante a aquela apresentada na realidade. Neste artigo, ser�o abordados recursos e classes da API Java 3D que permitem o carregamento de modelos tridimensionais, a definiç�o de fontes de luz e a configuraç�o da apar�ncia de objetos.

Neste artigo, ser�o estudados recursos relacionados ao carregamento de modelos tridimensionais e a apar�ncia de geometrias, bem como ser� iniciado o desenvolvimento de um jogo.

Carregamento de Modelos Tridimensionais

O primeiro artigo apresentou duas formas de definiç�o de objetos geom�tricos: atrav�s do uso de classes utilit�rias, que definem primitivas geom�tricas � cilindro, esfera, cubo, entre outras �, e a partir da definiç�o de v�rtices e pol�gonos.

A definiç�o de objetos complexos atrav�s de qualquer uma destas duas formas pode ser dif�cil e trabalhosa. Por esse motivo, o uso de ferramentas de modelagem 3D, como o 3ds Max ou o Blender, � de grande valor para a produç�o de modelos complexos.

Em Java 3D, modelos tridimensionais podem ser utilizados atrav�s de carregadores (loaders), classes respons�veis por importar objetos criados em ferramentas de modelagem para o universo virtual, tais como Wavefront (.obj), 3ds Max (.3ds) e VRML (.vrml).

Para permitir que, com o surgimento de novos tipos de arquivos de modelos, possam ser criados carregadores apropriados, a API define interfaces (pacote com.sun.j3d.loaders) que especificam o comportamento comum a carregadores. Este pacote define duas interfaces: Loader e Scene.

A interface Loader especifica os m�todos respons�veis pela leitura, an�lise e criaç�o do grafo de conte�do associado ao objeto tridimensional, enquanto a interface Scene armazena os dados lidos pelo loader. Para facilitar a criaç�o de carregadores, � fornecida, neste pacote, uma classe abstrata que implementa alguns m�todos da interface Loader.

A seguir, ser� apresentado um exemplo de carregamento de arquivos Wavefront (.obj) atrav�s da classe ObjectFile, que � distribu�da no pacote com.sun.j3d.loaders.objectfile.

O m�todo load(), especificado pela interface Loader e implementado por esta classe, � sobrecarregado e possui tr�s vers�es. Caso seja utilizada a vers�o que recebe como par�metro um Reader e a leitura seja feita a partir de um arquivo localizado em uma pasta diferente daquela onde se encontra a classe, o arquivo .mtl � de apar�ncia do objeto Wavefront, que acompanha o .obj � n�o ser� encontrado.

Isto ocorre porque, no c�digo-fonte da classe ObjectFile, existem atributos que armazenam a pasta base onde est�o os arquivos .obj e .mtl. Entretanto, esse atributo s� � definido para os construtores que recebem URL ou String, n�o para o construtor que recebe um Reader. Assim sendo, no uso deste �ltimo, deve-se chamar o m�todo setBasePath() para definir a pasta onde se encontra o arquivo .mtl e suas texturas.

O c�digo apresentado na Listagem 1 carrega e exibe um modelo do sat�lite TDRS da NASA, copiado de http://www.nasa.gov/multimedia/3d_resources/models.html. O arquivo copiado est� no formato .3ds e foi convertido para .obj, atrav�s do Blender, para que o carregador do Wavefront pudesse ser utilizado.

package quadrans.java3d;

// imports�

public class CarregarModelo1 {
 public static void main(String[] args) {
   SimpleUniverse universo = new SimpleUniverse(); // Cria um universo virtual.
   // Cria um subgrafo de conte�do.
   BranchGroup subgrafoConteudo = new BranchGroup(); 
  try { // Carrega o sat�lite e o adiciona ao universo.
    ObjectFile carregador = new ObjectFile(ObjectFile.RESIZE);
    carregador.setBasePath("c://Modelo3D");
    Scene cena = carregador.load(new FileReader("c://Modelo3D//TDRS.obj"));
    subgrafoConteudo.addChild(cena.getSceneGroup());
    universo.addBranchGraph(subgrafoConteudo);
  } catch(Exception erro) { erro.printStackTrace(); }        

  // Define o comportamento do observador.
  OrbitBehavior comportamentoOrbita = new OrbitBehavior(universo.getCanvas(), 
  OrbitBehavior.REVERSE_ALL);
    comportamentoOrbita.setSchedulingBounds(new BoundingSphere());
    universo.getViewingPlatform().setViewPlatformBehavior(comportamentoOrbita);
    universo.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
  }
}

Listagem 1. C�digo que carrega um modelo 3D de sat�lite e o exibe

As linhas de c�digo em negrito s�o respons�veis por carregar o modelo e o adicionar ao universo virtual. Al�m dessas linhas, � adicionado um comportamento de �rbita para que o usu�rio possa utilizar o mouse para a navegaç�o no universo, conforme estudado no primeiro artigo. A Figura 1 exibe o resultado da execuç�o desse c�digo.

Figura 1. Sat�lite exibido como resultado da execuç�o do c�digo da Listagem 1

Os dados carregados por um loader podem conter tanto n�s com objetos Shape3D, quanto comportamentos. Para acess�-los, pode-se utilizar o nome dos n�s presentes na cena. A classe Scene possui um m�todo chamado getNamedObjects(), que retorna uma lista de todos os nomes de objetos presentes na cena e os objetos associados no grafo de cena.

Para ilustrar o uso desse m�todo, a Listagem 2 apresenta um segundo exemplo de carregamento de modelo, um carro, cuja roda � recuperada e rotacionada, criando a ideia de movimento (Figura 2). Para este exemplo, foi necess�rio definir fontes de luz, uma vez que o modelo n�o possui texturas e, sem elas, n�o seria poss�vel visualiz�-lo. Mais adiante, neste artigo, conceitos e t�cnicas sobre iluminaç�o ser�o abordados.


package quadrans.java3d;

// imports...

public class CarregarModelo2 {
 public static void main(String[] args) {
   SimpleUniverse universo = new SimpleUniverse(); // Cria um universo virtual.        
   // Cria um subgrafo de conte�do.
   BranchGroup subgrafoConteudo = new BranchGroup();
  // Define uma regi�o de influ�ncia que ser� utilizada por recursos de iluminaç�o.
  BoundingSphere regiao = new BoundingSphere(new Point3d(0, 0, 0), 100);

  // Carrega o sat�lite e o adiciona ao universo.
  try {
    ObjectFile carregador = new ObjectFile(ObjectFile.RESIZE);
    carregador.setBasePath("c://Modelo3D");
    Scene cena = carregador.load(new FileReader("c://Modelo3D//Nissan.obj"));
    BranchGroup grupoCena = cena.getSceneGroup();

    // Recupera uma refer�ncia para o Shape3D que representa a roda do carro.
    String nomeRoda = "entity124";
    grupoCena.removeChild(((Shape3D)cena.getNamedObjects().get(nomeRoda)));
    // Cria um grupo de transformaç�o para rotacion�-la.
    TransformGroup grupoTransformacao = new TransformGroup();
    grupoTransformacao.addChild(((Shape3D)cena.getNamedObjects().get(nomeRoda)));
    grupoTransformacao.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
    subgrafoConteudo.addChild(grupoTransformacao);
    // Recupera os dois limites da roda para descobrir
    // seu centro e, consequentemente, o eixo de rotaç�o.
    BoundingBox fronteiras = (BoundingBox) 
    ((Shape3D)cena.getNamedObjects().get(nomeRoda)).getBounds();
      Point3d superior = new Point3d();
      fronteiras.getUpper(superior);
      Point3d inferior = new Point3d();
      fronteiras.getLower(inferior);
      // Define o eixo de rotaç�o
      Transform3D eixoRotacao = new Transform3D();
      eixoRotacao.rotZ(Math.toRadians(-90));
      eixoRotacao.setTranslation(new Vector3d(0, 
      inferior.getY()+(superior.getY()-inferior.getY())/2, 
      inferior.getZ()+(superior.getZ()-inferior.getZ())/2));

      // Cria um interpolador para rotacionar a roda.
      RotationInterpolator interpoladorRotacao = new 
      RotationInterpolator(new Alpha(-1, 3000), grupoTransformacao);
      interpoladorRotacao.setSchedulingBounds(regiao);
      interpoladorRotacao.setTransformAxis(eixoRotacao);
      subgrafoConteudo.addChild(interpoladorRotacao);

      subgrafoConteudo.addChild(grupoCena);
    } catch(Exception erro) { erro.printStackTrace(); }

    // Define duas fontes de iluminaç�o no universo virtual.       
    AmbientLight luzAmbiente = new AmbientLight(new Color3f(0.25f, 0.25f, 0.25f));
    luzAmbiente.setInfluencingBounds(regiao);
    subgrafoConteudo.addChild(luzAmbiente);
    DirectionalLight luzDirecional1 = 
    new DirectionalLight(new Color3f(.8f, .8f, .8f), new Vector3f(-1f, 1f, -1f));
  luzDirecional1.setInfluencingBounds(regiao);
  subgrafoConteudo.addChild(luzDirecional1);

  universo.addBranchGraph(subgrafoConteudo);
  // Define o comportamento do observador.
  OrbitBehavior comportamentoOrbita = new OrbitBehavior(universo.getCanvas(),
  OrbitBehavior.REVERSE_ALL);
    comportamentoOrbita.setSchedulingBounds(new BoundingSphere());
    universo.getViewingPlatform().setViewPlatformBehavior(comportamentoOrbita);
    universo.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform();
  }
}"

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