利用Java 3D技術播放動畫之JMF技術

2019-11-18 15:40:51

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供稿：網友

java 3D場景中動畫片段的播放為更豐富更生動的3D內容帶來了進一步發展的機會。動畫可以顯示更逼真的背景，例如運動的云彩，繁忙的城市街道，或者窗外的場景等等。動畫可以使得幫助信息更生動，也可以用于游戲設計中的場景過渡。

　　本文共分為兩部分，描述了我是怎樣實現一個Java 3D動畫屏幕的。本部分將解釋怎樣利用Java媒體框架（JMF）開發本程序的，非凡對JMF性能包Windows版本2.1.1e進行了具體的描述。我所用的另外一些工具包括J2SE 5.0和Java 3D 1.3.2。在第二部分中，我將討論利用Quicktime for Java技術實現該動畫程序的的另外一個版本。

　　圖1展示了JMF Movie3D應用程序中的兩幅屏幕快照，它們是在不同的時刻拍攝的：其中右邊的那幅是屏幕從后面看上去的視圖。

利用Java 3D技術播放動畫之JMF技術（圖一）

圖 1.Movie3D應用程序中的兩幅視圖
　　該應用程序主要包括：

　　·JMF與Java 3D的整合。一個應用程序中可以有多個任意大小的屏幕。既然一個屏幕是Java 3D的Shape3D類的子集，那么它可以被輕易地整合進不同的場景中。

　　·程序的執行過程采用了"模型-視圖-控制器"設計模式。其中，屏幕是視圖元素，由JMFMovieScreen類描述。動畫是模型部分，由JMFSnapper類所治理。一個Java 3D Behavior類TimeBehavior是控制器，由它來控制動畫的周期性更新。所有的JMF代碼都位于JMFSnapper類中，這使得測試任何變化都更為輕易些。在這篇文章的第二部分中，實際上是用了一個稱為QTSnapper的QuickTime for Java版本代替了JMFSnapper。

　　·充分利用了Java 3D性能技巧來加速著色過程；結果，動畫可以以每秒25幀的速度播放而無任何困難。

　　·最后討論一下我采用JMF開發時碰到的問題，由于這些問題，我更喜歡的解決方案不能正常工作-JMF的確具有成為一個偉大API的潛力，但在這一偉大的背后還有許多低劣的編碼部分有待進一步改進。

　　1. 我坐在一座高山上

　　實際上，我根本沒有坐在什么高山上，而是坐在沒有自動調溫器的嚴寒的辦公室的一把椅子上。我真正想說的是，這篇文章基于大量的Java 3D和JMF的背景知識。

　　在本文中，我將解釋我用來從影片中提取動畫幀的JMF技術，而不去討論諸如流媒體，捕捉或者代碼轉換等技術。

　　2. 程序實現中的兩幅輪廓圖

　　動畫由JMFSnapper類負責裝載和播放，且動畫播放循環進行，直到發命令讓其停止。

　　動畫屏幕由JMFMovieScreen創建，它負責治理一個放在跳棋盤地板上的Java 3D四邊形。

　　想直觀觀察一下這些類嗎？請看下圖中的應用程序場景圖（該場景圖展示了在一個場景中的Java 3D結點是怎樣被鏈接到一起的）。

利用Java 3D技術播放動畫之JMF技術（圖二）

圖 2. Movie3D場景圖
　　圖2的許多細節被忽略掉了，但是這幅圖與KGPJ中第15章的示例Checkers3D有著驚人的相似。只有動畫相關的結點是新東西。
由于JMFMovieScreen和TimeBehavior對象都是場景圖中的結點，所以它們都以三角形方式顯示。JMFSnapper對象不是圖中的一部分，但是被JMFMovieScreen所調用。

　　每隔40毫秒，TimeBehavior對象調用一次JMFMovieScreen的nextFrame()方法，而nextFrame()又依次調用JMFSnapper的getFrame()方法來檢索正播放動畫中的當前幀，該幀然后被放置到由JMFMovieScreen治理的四邊形上。

　　TimeBehavior是Java 3D的Behavior類的子類化，是一個定時器的Java 3D實現方式。它與KGPJ中第18章的3D精靈示例中的TimeBehavior類很相似。

　　洞察該應用程序實現的另一方法是看一下圖3中描述的UML類圖，其中僅顯示了類的公共方法。

利用Java 3D技術播放動畫之JMF技術（圖三）

圖 3. Movie3D類圖
　　Movie3D子類化了Jframe，而WrapMovie3D是Jpanel的子類化結果。WrapMovie3D創建了圖2中的場景圖，并在應用程序的JPanel上對其進行著色。它使用CheckerFloor類和ColouredTiles類來構造出跳棋盤地板效果。

　　JMFMovieScreen完成動畫屏幕的創建，并把它添加到場景中去，然后通過創建一個JMFSnapper對象來啟動動畫的播放。TimeBehavior每40毫秒調用JMFMovieScreen中的nextFrame()方法一次，而nextFrame()又調用JMFSnapper中的getFrame()方法來檢索當前幀。

　　所有該示例的代碼以及本文的一個早期版本，都能在KGPJ website處找到。

　　3.觀看動畫播放

　　動畫，動畫屏幕以及用來更新屏幕的TimeBehavior對象都是由WrapMovie3D中的addMovieScreen()方法建立起來的：

//全局變量
PRivate BranchGroup sceneBG;
private JMFMovieScreen ms; //動畫屏幕
private TimeBehavior timer; //更新屏幕 
private void addMovieScreen(String fnm)
{
　//把fnm形式的動畫投放到動畫屏幕上
　ms = new JMFMovieScreen(new Point3f(1.5f, 0, -1), 2.0f, fnm);
　sceneBG.addChild(ms);

　//為animating動畫建立計時器對象
　timer = new TimeBehavior(40, ms);
　//更新動畫每40ms一次(25幀/秒)
　timer.setSchedulingBounds(bounds);
　sceneBG.addChild(timer);
}

　　這里的兩個Java 3D方法addChild()調用把JMFMovieScreen結點和TimeBehavior結點鏈接到場景圖中。setSchedulingBounds()方法用于激活TimeBehavior結點(也就是說，使該結點開始計時)。

　　4.生成動畫屏幕

　　JMFMovieScreen是Java 3D的Shape3D類的子類化，所以一定要為其指定一個幾何外形和外觀。

　　幾何外形是一個四邊形，每邊與動畫的圖像尺寸成比例，但是用該四邊形寬度與高度中的較大值用作類JMFMovieScreen的構造器的參數。該四邊形是豎直的，朝向正Z軸方向，可被放于地板的任意位置。

　　該四邊形是兩面的，這樣動畫可以從屏幕的前后兩個方向觀看。紋理是使用雙線性插補算法進行平滑處理，所以當從近處觀看動畫時，像素化現象大大減弱。

　　這里的大部分功能是從KGPJ一書第24章的第一人稱射擊程例中的ImageCSSeries類中復制過來的。ImageCsSeries類用于在一個四邊形上顯示一系列的GIF圖像。為節省篇幅，我僅描述一下JMFMovieScreen區別于ImageCsSeries的幾個特點。

　　實現圖像的高效著色

　　從動畫中提取的幀被轉換成紋理后放于四邊形之上；其實現方式分為兩步：第一，給定的BufferedImage被傳遞給一個Java 3D ImageComponent2D對象，然后又傳遞給一個Java 3D Texture2D。

　　四邊形的紋理更新是很迅速的：每秒可更新25幀，紋理需要變化25次。因此，實現高效地紋理化是十分重要的。這有可能通過把某些特定的格式指定給BufferedImage和ImageComponent2D對象來實現。

　　ImageComponent2D對象由JMFMovieScreen所使用，其聲明如下：

ImageComponent2D ic = new ImageComponent2D(
　ImageComponent2D.FORMAT_RGB,
　FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, true, true);

　　構造器中的最后兩個參數指出，它使用的是"by reference"和"Y-up"方式。由于Java 3D會避免把圖像從應用程序空間復制到圖像內存中去，所以這里指出的方式將減少存儲紋理圖像的內存需求。

　　在Windows操作系統環境下，Java 3D用OpenGL作基本的著色引擎，ImageComponent2D格式應該是ImageComponent2D.FORMAT_RGB（如上所述），BufferedImage格式應該是BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR。在JMFSnapper中BufferedImage格式是固定的。

　　要想對此和其它性能技巧有更多的了解，可以參見j3d.org。 把紋理鏈接到四邊形上

　　把紋理圖像平鋪到一個四邊形上的常用方法是，把紋理的左下角鏈接到四邊形的左下角，并以反時針方向指定其它鏈接。這種方法顯示在圖4中。

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