使用Java3D实现三维图像

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　　Java3D用其自己定义的场景图和观察模式等技术构造了3D的上层结构，实现了在Java平台使用三维技术。本文在原理上着重介绍Java3D特有的两个重要概念：场景图（Scene Graph）、观察模式（View Model）。在接口使用上的介绍分为两部分：实例说明如何使用Java3D接口；说明如何将Java3D技术与Java原有的Web技术（JSP、Serverlet）相结合，在网页上实现三维显示。

<iframe align=right marginWidth=0 marginHeight=0 src="http://images.chinabyte.com/adjs/iframe-pip/y-software-pip.html" frameBorder=0 width=360 scrolling=no height=300></iframe>　　1. 关于Java3D

　　1.1 Java3D简介

　　Java3D API是Sun定义的用于实现3D显示的接口。3D技术是底层的显示技术，Java3D提供了基于Java的上层接口。Java3D把OpenGL和DirectX这些底层技术包装在Java接口中。这种全新的设计使3D技术变得不再繁琐并且可以加入到J2SE、J2EE的整套架构，这些特性保证了Java3D技术强大的扩展性。

　　Java3D建立在JAVA2（JAVA1.2)基础之上，JAVA语言的简单性使JAVA3D的推广有了可能。它实现了以下三维显示能够用到的功能：

　　生成简单或复杂的形体（也可以调用现有的三维形体）

　　使形体具有颜色、透明效果、贴图。

　　在三维环境中生成灯光、移动灯光。

　　具有行为的处理判断能力（键盘、鼠标、定时等）。

　　生成雾、背景、声音。

　　使形体变形、移动、生成三维动画。

　　编写非常复杂的应用程序，用于各种领域如VR（虚拟现实）。

　　J2SE在其标准开发包中并不提供Java3D的API，Java3D是一个独立的可选组件，可以单独下载。Java3D现在(截止到2003年5月）提供的正式版本是1.3.0，可以在 http://java.sun.com/products/java-media/3D/download.html 下载该开发工具包。

　　Java3D 1.3有7个不同的可下载版本：

Java3D for Windows（DirectX version）SDK for JDK（include Runtime）；
Java3D for Windows（OpenGL version）SDK for JDK（include Runtime）；
Java3D for Solaris/SPARC Runtime for JDK（include Runtime）；
Java3D for Windows（DirectX version）Runtime for JRE；
Java3D for Windows（OpenGL version）Runtime for JRE ；
Java3D for Solaris/SPARC SDK for JRE；
Java3D for Solaris Runtime 64 bit support；

　　其中前三个版本是开发包。第4、5、6个版本是Java3D运行期支持程序包。最后一个是支持Solaris 64 bit操作平台运行Java3D的程序包。前三个的开发包包含了各自对应的运行期支持包。Java语言本身具有跨平台特性，无论使用上述哪个版本的开发包，概念和实现代码都会保持完全一致。这里我们使用Java3D for Windows（OpenGL version）SDK for JDK（include Runtime）；版本作为我们讨论、实现Java3D的工具包。注意在安装此版本SDK前要保证下列环境：

　　Java 2 (Runtime or SDK) version 1.3.1 或更后的版本

　　OpenGL 1.1 或更后的版本，并且是Microsoft支持的显卡厂商

　　Windows NT 4.0 only: Service Pack 3 或更后的版本（Window2000、WindowXP）

　　1.2 Java3D与其他三维技术的比较

　　JAVA3D可应用在三维动画、三维游戏、机械CAD等多个领域。但作为三维显示实现技术，它并不是唯一选择而且是一个新面孔。在Java3D之前已经存在很多三维技术，这些三维技术在实现的技术、使用的语言以及适用的情况上各有不同，我们主要介绍与Java3D又密切关系的三种技术：OpenGL、DIRECT3D、VRML

　　OpenGL是业界最为流行也是支持最广泛的一个底层3D技术，几乎所有的显卡厂商都在底层实现了对OpenGL的支持和优化。OpenGL同时也定义了一系列接口用于编程实现三维应用程序，但是这些接口使用C（C++）语言实现并且很复杂。掌握针对OpenGL的编程技术需要花费大量时间精力。

　　DIRECT3D是Microsoft公司推出的三维图形编程API，它主要应用于三维游戏的编程。众多优秀的三维游戏都是由这个接口实现。与OpenGL一样，Direct3D的实现主要使用C++语言。

　　VRML2.0(VRML97)自1997年12月正式成为国际标准之后，在网络上得到了广泛的应用，这是一种比BASIC、JAVASCRIPT等还要简单的语言。脚本化的语句可以编写三维动画片、三维游戏、计算机三维辅助教学。它最大的优势在于可以嵌在网页中显示，但这种简单的语言功能较弱（如目前没有形体之间的碰撞检查功能），与JAVA语言等其它高级语言的连接较难掌握，因而逐渐被淹没在竞争激烈的网络三维技术中。

　　表1是Java3D与其它三维技术的比较图，可以从中直观的看出他们相互间的区别：

<table cellSpacing=0 width="100%" border=1> <tr> <td width="9%">技术</td> <td width="19%">实现层次</td> <td width="20%">开发技术（难度）</td> <td width="23%">扩展性</td> <td width="29%">最适合应用领域</td></tr> <tr> <td width="9%">Java3D</td> <td width="19%">中层（JVM）</td> <td width="20%">Java（较易）</td> <td width="23%">J2SE标准扩展（好）</td> <td width="29%">网上三维显示实现… </td></tr> <tr> <td width="9%">OpenGL</td> <td width="19%">底层（显卡）</td> <td width="20%">C\C++（难）</td> <td width="23%">各大厂商支持（较好）</td> <td width="29%">三维设计软件… </td></tr> <tr> <td width="9%">Direct3D</td> <td width="19%">底层（操作系统）</td> <td width="20%">C++（较难）</td> <td width="23%">Windows平台（差）</td> <td width="29%">三维游戏… </td></tr> <tr> <td width="9%">VRML</td> <td width="19%">上层（网页）</td> <td width="20%">标记语言（容易）</td> <td width="23%">安装插件支持（一般）</td> <td width="29%">网上虚拟现实… </td></tr></table>
表1：3D技术对招表