Java 3D的动画展示(Part1-使用JMF)

在Java 3D场景中插入动画片段使3D内容更加有趣充实.一段动画可以在更令人信服的背景下展示，例如飘动的云，繁忙的城市街道，或者是从窗向外看的效果.动画可以在屏幕效果和游戏效果之间任意转换.

这篇文章被分为两个部分，描写我怎样实现一个Java 3D动画屏幕效果.在这个部分，我将说明我怎样利用JMF（Java Media Framework），特别是在JMF Performance Pack for Windows v.2.1.1e情况下.我的另外两个工具是J2SE 5.0和Java 3D 1.3.2.我将讨论另外的使用Quicktime for Java的动画屏幕版本.

图1是应用JMF Movie3D在不同时间截取的两幅截屏，右边截屏是从屏幕后看的效果.



图1. Movie3D应用截屏

此应用程序中重点：
。JMF和Java 3D的集成.屏幕以任意尺寸成倍增加在一个应用程序.由于屏幕是Java3D的Shape3D类的一个子类，因此它可以很容易的统一到各种Java 3D场景中.
。程序执行使用Model-View-Controller设计模式.屏幕是一个视频元素，由JMFMovieScreen类描述.动画是一个由JMFSnapper类控制的模型部分.一个Java 3D Behavior类，TimeBehavior，控制动画定时定期更新.所有JMF编码都存放在JMFSnapper类，可以很方便的测试各种变化.这篇文章的第二部分JMFSnapper由QuickTime for Java版本中的QTSnapper取代.
。Java 3D 的使用将会使动画的播放速度毫无困难的上升到25帧/秒.
。使用JMF出现问题的讨论.问题是我首选解决方案将不会工作-JMF有可能变为一个巨大的API，但在其内部仍有一些程序没有及时运行.

1. 我坐在山上

事实上，我正坐在一个冰冷的办公室.我真正的意思是说这篇文章建立在大量Java 3D和JMF背景知识之上.

我将不会细致地解释Java 3D的基础知识，因为它们都可以在O'Reilly文章Killer Game Programming in Java（以下简称KGPJ）中找到.例如，图1场景效果图是其第15章中的轻微改良Checkers3D的版本实例.我再生了这些编码以生成底版，蓝天和灯光.

假如你不想买这本书，没关系，所有篇章的初稿和所有编码都可以在此书的站点查阅.

在此文章中，我将会解释我用来从动画中抽取帧的JMF技术.我将不会讨论流媒体或者编码转换.

2. 应用简述

动画由JMFSnapper类加载播放，并且不断的循环播放直到被停止.

JMFMovieScreen生成动画屏幕，并在底版上控制Java 3D四边形.

图2显示这些类的应用（该场景图说明场景中Java 3D节点怎样连接在一起）


图2：Movie3D场景图

图2种的很多细节可以被忽略，此图KGPJ15章中的得Checkers3D实例有很多相似之处. 只有特殊动画的节点是新的.

由于节点关系，JMFMovieScreen和TimeBehavior对象以三角形表示.JMFSnapper对象不属于这张图，但由JMFMovieScreen调用.

每40毫秒，TimeBehavior对象调用JMFMovieScreen类中的nextFrame()方法.接下来调用JMFSnapper中的getFrame()方法获取动画中当前播放的帧，由JMFMovieScreen控制成像.

TimeBehavior是Java 3D的Behavior类的子类，它是Java 3D应用的计时器.它与KGPJ18章中的3D sprites实例中的TimeBehavior类十分相似.

观察应用过程的另一种方式就是察看它的UML类图表，图3给出。类中的公共方法被显示.



图3：Movie3D类图表

Movie3D的子类JFrame，WrapMovie3D是JPanel的一个子类.图2展示了WrapMovie3D如何构建场景图，和将其译成应用的JPanel.他使用CheckerFloor 和ColouredTiles类构建底版.

JMFMovieScreen创建动画屏幕，将其加入场景中，通过创建一个JMFSnapper对象开始动画.TimeBehavior每40毫秒调用JMFMovieScreen中的nextFrame()方法. nextFrame()调用JMFSnapper中的getFrame()得到当前帧.

这个例子中的所有编码，此文章的早期版本可以在KGPJ网点查询.

3. 准备动画

动画，它的屏幕和更新屏幕的TimeBehavior对象，都是由WrapMovie3D中的addMovieScreen()方法创立.

// globals
private BranchGroup sceneBG;
private JMFMovieScreen ms;  // the movie screen
private TimeBehavior timer; // to update screen


private void addMovieScreen(String fnm)
{
  // put the movie in fnm onto a movie screen
  ms = new JMFMovieScreen( 
          new Point3f(1.5f, 0, -1), 2.0f, fnm);
  sceneBG.addChild(ms);

  // set up the timer for animating the movie
  timer = new TimeBehavior(40, ms);  
    // update movie every 40ms (== 25 frames/sec)
  timer.setSchedulingBounds(bounds);
  sceneBG.addChild(timer);
}

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

构造器剩余两个需要说明的讨论点是它使用"by reference"和"Y-up"模式.这些模式降低了存储结构图像的内存大小，因为Java 3D避免将图像从应用空间拷贝到图形内存.

在Windows OS环境下，使用OpenGL作为Java 3D优先图像引擎，ImageComponent2D格式应是ImageComponent2D.FORMAT_RGB，BufferedImage格式应是BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR.BufferedImage格式在JMFSnapper中确定.

此项技术的更多细节可以在jsd.org中查询.

将纹理加进区域

通常在一个区域中确定一幅图像的方法是将图像的坐下角连接到区域的左下角，然后逆时针连接剩余的几个角.图4说明这种方法.


图4.图像与区域之间的标准连接

图像坐标区间在X Y轴的0 1之间，Y轴正方向.例如，图像左下点坐标为（0，0），右上点为（1，1）.

当"Y-up"模式使用，图像坐标Y轴翻转，负方向.意味着（0，0）代表图像左上点，（1，1）指向右下.

当"Y-up"模式建立，图像坐标必须分配给区域中不同点以便获得图像的相同定位.图5显示了最新配置.



图5."Y-up"模式使用时，图像与区域之间的连接

连接区域点与图像定位的JMFMovieScreen编码是

TexCoord2f q = new TexCoord2f();

q.set(0.0f, 0.0f);    
plane.setTextureCoordinate(0, 3, q);  
  // (0,0) tex coord --> top left quad point (p3)

q.set(1.0f, 0.0f);   
plane.setTextureCoordinate(0, 2, q);  
       // (1,0) --> top right (p2)

q.set(1.0f, 1.0f);    
plane.setTextureCoordinate(0, 1, q);  
       // (1,1) --> bottom right (p1)

q.set(0.0f, 1.0f);   
plane.setTextureCoordinate(0, 0, q);  
      // (0,1) --> bottom left (p0)

// globals
private Texture2D texture;   // used by the quad
private ImageComponent2D ic;

private JMFSnapper snapper;    
                    // to take snaps of the movie
private boolean isStopped = false;  
                    // is the movie stopped?


public void nextFrame()
{ if (isStopped)   // movie has been stopped
    return;
 
  BufferedImage im = snapper.getFrame();  
                          // get current frame
  if (im != null) {
    ic.set(im); //assign frame to ImageComponent2D
    texture.setImage(0,ic);  
                   // make it the shape's texture
  }
  else
    System.out.println("Null BufferedImage");
}

// create a movie player, in a 'realized' state
URL url = new URL("file:" + movieFnm);
Player p = Manager.createRealizedPlayer(url);

// create a frame positioner
FramePositioningControl fpc = 
   (FramePositioningControl) 
    p.getControl("javax.media.control.
                   FramePositioningControl");

// create a frame grabber
FrameGrabbingControl fg = 
    (FrameGrabbingControl) 
    p.getControl("javax.media.control.
                  FrameGrabbingControl");

// request that the player changes to a 'prefetched' state
p.prefetch();

// wait until the player is in that state...

// move to a particular frame, e.g. frame 100
fpc.seek(100);

 // take a snap of the current frame
Buffer buf = fg.grabFrame();    

// get its video format details
VideoFormat vf = (VideoFormat) buf.getFormat();

// initialize BufferToImage with video format
BufferToImage bufferToImage = 
                      new BufferToImage(vf);

// convert the buffer to an image
Image im = bufferToImage.createImage(buf);

// specify the format of desired BufferedImage
BufferedImage formatImg = 
          new BufferedImage(
                  FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, 
                  BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR);

// convert the image to a BufferedImage
Graphics g = formatImg.getGraphics();
g.drawImage(im, 0, 0, 
                FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, null);
g.dispose();

// globals
private FrameGrabbingControl fg; // frame grabber
private BufferToImage bufferToImage = null;
private int width, height;    // frame dimensions


private boolean hasBufferToImage()
{
  Buffer buf = fg.grabFrame();   // take a snap
  if (buf == null) {
    System.out.println("No grabbed frame");
    return false;
  }
    
  // there is a buffer, but check if it's empty
  VideoFormat vf = (VideoFormat) buf.getFormat();
  if (vf == null) {
    System.out.println("No video format");
    return false;
  }

  System.out.println("Video format: " + vf);
  // extract the image's dimensions
  width = vf.getSize().width;     
  height = vf.getSize().height;

  // initialize bufferToImage with video format
  bufferToImage = new BufferToImage(vf);
  return true;
}

// global
private BufferedImage formatImg;  // frame image

synchronized public BufferedImage getFrame()
{
  // grab the current frame as a buffer object
  Buffer buf = fg.grabFrame();
  if (buf == null) {
    System.out.println("No grabbed buffer");
    return null;
  }
    
  // convert buffer to image
  Image im = bufferToImage.createImage(buf);
  if (im == null) {
    System.out.println("No grabbed image");
    return null;
  }

  // convert the image to a BufferedImage
  Graphics g = formatImg.getGraphics();
  g.drawImage(im, 0, 0, 
                FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, null); 

  // Overlay current time on top of the image
  g.setColor(Color.RED);
  g.setFont(new Font("Helvetica",Font.BOLD,12));
  g.drawString(timeNow(), 5, 14);

  g.dispose();
 
  return formatImg;
}  // end of getFrame()

formatImg = new BufferedImage(
              FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, 
              BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR);