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T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Processo de Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Java3D Prof. Régis Albuquerque.

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1 T ÓPICOS DE I NFORMÁTICA A VANÇADA II Processo de Desenvolvimento de Ambientes Virtuais Java3D Prof. Régis Albuquerque

2 C RIAÇÃO DE A MBIENTES V IRTUAIS Para criar um mundo virtual interativo, é necessário modelar um ambiente composto por múltiplos objetos e habilitá-los com características virtuais. A maioria dos sistemas de construção de mundos virtuais compartilha alguns conceitos básicos e permitem aos desenvolvedores criar simulações bastante realistas. 2

3 JAVA3D 3 Java 3D é uma API 2D e 3D para a linguagem Java baseada em grafos de cena. Foi construída tendo como base o OpenGL. o Java 3D tem a preocupação de possibilitar a utilização de conceitos da POO, como o Polimorfismo, para a criação da aplicações em ambientes tridimensionais. O grafo de cena é estruturado como uma árvore contendo vários elementos que ditam o modo como a cena será construída e exibida, além de comportamentos que poderão ser observados ao longo do tempo (como animações, respostas a interação do usuário, colisões, etc).

4 JAVA3D - INTRODUÇÃO JAVA: Linguagem de programação Orientada a objetos Independente de arquitetura (multiplataforma) Portável Robusta Segura Interpretada Etc... 4

5 JAVA3D - INTRODUÇÃO JAVA Compilada e interpretada O compilador transforma o programa em bytecodes (instruções de máquina compreendidas pela Java Virtual Machine) O interpretador transforma os bytecodes em linguagem de máquina 5

6 6

7 7

8 JAVA3D - INTRODUÇÃO Plataforma Ambiente onde um programa é executado, incluindo software e hardware Como plataforma, Java possui dois componentes JVM (Java Virtual Machine - interpretador Java - runtime Java) API (Java Application Programming Interface) 8

9 JAVA3D - INTRODUÇÃO Java Media Framework API Suporta tecnologias gráficas e multimídia Áudio Vídeo 2D Animação 3D Um dos componentes da API Java Standard Extension é Java 3D 9

10 JAVA3D - INTRODUÇÃO O que é a API Java 3D? Hierarquia de classes Java Interface para o desenvolvimento de sistemas gráficos tridimensionais Construtores de alto nível Criação e manipulação de objetos geométricos, especificados em um universo virtual Grande flexibilidade para criar universos virtuais Representação de cenas: grafo de cena Detalhes de rendering gerenciados automaticamente 10

11 JAVA3D - INTRODUÇÃO Programa Java 3D Cria objetos Java 3D e posiciona-os em um grafo de cena Grafo de cena Combinação de objetos 3D em uma estrutura de árvore Especifica o conteúdo do universo virtual e como este é visualizado 11

12 JAVA3D - INTRODUÇÃO Programas Java 3D podem ser escritos como Aplicação Applet Suporte para Java 3D nos navegadores está disponível através de um plugin que pode ser obtido no site da Sun (java.sun.com) Ou ambas Classe MainFrame 12

13 JAVA3D - HISTÓRICO Idéia Construir uma API que fosse independente de plataforma Prima de VRML Alguns componentes familiares Muitos componentes novos

14 JAVA3D - HISTÓRICO Especificação da API Java 3D Intel, Silicon Graphics, Apple e Sun Microsystems Sun colocou a sua implementação para download Java 3D Baseada em OpenGL e Direct3D (depende da plataforma na qual o programa é executado) 14

15 JAVA3D – APLICAÇÕES Exemplos de aplicações onde Java 3D é usado Desenvolvimento de jogos Comércio eletrônico Visualização 3D dos produtos Loja virtual Representação 3D Interação Visualização de dados Elaboração de interfaces 15

16 JAVA3D – GRAFO DE CENA Uma aplicação Java 3D é projetada a partir de um grafo de cena Grafo de cena: Possibilita a criação de um universo virtual Simples de construir Não é necessário ter experiência em programação 3D Contém obejtos gráficos Geometria, luz, som, entre outros 16

17 JAVA3D – E XEMPLO DE UM GRAFO DE CENA 17

18 GRAFO DE CENA - DENIFIÇÃO Consiste em objetos 3D (nodes) organizados em uma estrutura do tipo árvore, composta de: Nodos (ou vértices): instâncias das classes Java 3D Arcos (ou arestas): relacionamento entre as instâncias. Relacionamentos: Pai-Filho Nodo do tipo grupo (pode ter um ou mais filhos, mas apenas um pai) Nodo do tipo folha (não pode ter filhos e tem apenas um pai) Referência Associa um objeto com o grafo de cena 18

19 GRAFO DE CENA EXEMPLO CONCRETO (P ROJETO DE UM ESCRITÓRIO ) 19

20 PRIMEIRO PROGRAMA JAVA3D Passos para a criação do grafo de cena Criar um objeto GraphicsConfiguration Criar um objeto Canvas3D Construir e compilar pelo menos um subgrafo de conteúdo Criar um objeto SimpleUniverse, que referencie o objeto Canvas3D criado e automaticamente cria os objetos VirtualUniverse e Locale,e contrói o subgrafo de visualização Inserir o sub-grafo de conteúdo no universo virtual 20

21 O LÁ U NIVERSO – B ILIOTECAS import java.applet.Applet; import java.awt.BorderLayout; import java.awt.GraphicsConfiguration; import com.sun.j3d.utils.applet.MainFrame; import com.sun.j3d.utils.geometry.ColorCube; import com.sun.j3d.utils.universe.*; import javax.media.j3d.*; import javax.vecmath.*; 21

22 O LA U NIVERSO – C ORPO DA C LASSE public class OlaUniverso extends Applet { public BranchGroup criaGrafoCena() {... } public OlaUniverso() {... } public static void main(String[] args) { new MainFrame(new OlaUniverso(), 256,256); } 22

23 O LA U NIVERSO – CRIA G RAFO C ENA () public BranchGroup criaGrafoCena() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); Transform3D rotateY = new Transform3D(); rotateY.rotY(.6); TransformGroup objTrans = new TransformGroup(rotateY); objRoot.addChild(objTrans); objTrans.addChild( new ColorCube(0.4)); objRoot.compile(); return objRoot; } 23

24 O LA U NIVERSO – O LA U NIVERSO () public OlaUniverso() { setLayout( new BorderLayout()); GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse. getPreferredConfiguration(); Canvas3D c = new Canvas3D(config); add("Center", c); SimpleUniverse u = new SimpleUniverse(c); BranchGroup scene = criaGrafoCena(); u.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform(); u.addBranchGraph(scene); } 24

25 E XECUÇÃO - O LA U NIVERSO 25

26 SIMPLEUNIVERSE Uma das classes mais importantes é a SimpleUniverse; É responsável pela configuração de um ambiente mínimo para executar um programa Java 3D; Fornece as funcionalidades necessárias para a maioria das aplicações. Quando uma instância de SimpleUniverse é criada automaticamente são criados todos os objetos necessários para o sub-grafo de visualização, tais como Locale, ViewingPlatform e Viewer. 26

27 GRAPHICSCONFIGURATION GraphicsConfiguration é uma classe que faz parte do pacote awt É responsável pela descrição das características do dispositivo gráfico (impressora ou monitor). Sua estrutura varia de plataforma para plataforma fornecendo, por exemplo, a resolução do dispositivo. 27

28 CANVAS3D A classe Canvas3D fornece o canvas ou seja, uma área de desenho, onde é realizada a visualização 3D. 28

29 BRANCHGROUP A classe BranchGroup serve como ponteiro para a raiz de um sub-grafo de cena; Instâncias desta classe são os únicos objetos que podem ser inseridos em Locale. Um sub-grafo de cena que tem um BranchGroup como raiz pode ser considerado como uma compile unit. Pode ser compilado, inserido em um universo virtual (associando-o com Locale) e desassociado deste universo em tempo de execução. 29

30 T RANSFORM 3D E T RANSFORM G ROUP As transformações geométricas de escala, rotação e translação, são especificadas através de uma instância de Transform3D Uma instância de Transform3D representa uma matriz 4x4 de números reais (float). Objetos da classe TransformGroup, por sua vez, especificam uma transformação, através de um objeto Transform3D, que será aplicada a todos os seus filhos. Ao serem aplicadas as transformações, deve-se considerar que os efeitos num grafo de cena são cumulativos. 30

31 B OUNDING S PHERE A classe BoundingSphere define uma região (ou volume) limitada por uma esfera que é especificada a partir de um ponto central e um raio. A esfera é associada com o limite para o objeto RotatorInterpolator, que é usado para fazer a animação do cubo. 31

32 E XERCÍCIO Criação de Grafo de Cena do Ambiente Virtual Idealizado. 32


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