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利用Java 3D技术播放动画之JMF技术

作者：闵涛文章来源：闵涛的学习笔记点击数：759 更新时间：2009/4/22 23:29:38

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　　Java 3D场景中动画片段的播放为更丰富更生动的3D内容带来了进一步发展的机会。动画可以显示更逼真的背景，例如运动的云彩，繁忙的城市街道，或者窗外的场景等等。动画可以使得帮助信息更生动，也可以用于游戏设计中的场景过渡。

　　本文共分为两部分，描述了我是怎样实现一个Java 3D动画屏幕的。本部分将解释怎样利用Java媒体框架（JMF）开发本程序的，特别对JMF性能包Windows版本2.1.1e进行了具体的描述。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，我将讨论利用Quicktime for Java技术实现该动画程序的的另外一个版本。

　　图1展示了JMF Movie3D应用程序中的两幅屏幕快照，它们是在不同的时刻拍摄的：其中右边的那幅是屏幕从后面看上去的视图。

图 1.Movie3D应用程序中的两幅视图
　　该应用程序主要包括：

　　·JMF与Java 3D的整合。一个应用程序中可以有多个任意大小的屏幕。既然一个屏幕是Java 3D的Shape3D类的子集，那么它可以被轻易地整合进不同的场景中。

　　·程序的执行过程采用了"模型-视图-控制器"设计模式。其中，屏幕是视图元素，由JMFMovieScreen类描述。动画是模型部分，由JMFSnapper类所管理。一个Java 3D Behavior类TimeBehavior是控制器，由它来控制动画的周期性更新。所有的JMF代码都位于JMFSnapper类中，这使得测试任何变化都更为容易些。在这篇文章的第二部分中，实际上是用了一个称为QTSnapper的QuickTime for Java版本代替了JMFSnapper。

　　·充分利用了Java 3D性能技巧来加速着色过程；结果，动画可以以每秒25帧的速度播放而无任何困难。

　　·最后讨论一下我采用JMF开发时遇到的问题，由于这些问题，我更喜欢的解决方案不能正常工作-JMF的确具有成为一个伟大API的潜力，但在这一伟大的背后还有许多低劣的编码部分有待进一步改进。

　　1. 我坐在一座高山上

　　实际上，我根本没有坐在什么高山上，而是坐在没有自动调温器的寒冷的办公室的一把椅子上。我真正想说的是，这篇文章基于大量的Java 3D和JMF的背景知识。

　　在本文中，我将解释我用来从影片中提取动画帧的JMF技术，而不去讨论诸如流媒体，捕获或者代码转换等技术。

　　2. 程序实现中的两幅轮廓图

　　动画由JMFSnapper类负责装载和播放，且动画播放循环进行，直到发命令让其停止。

　　动画屏幕由JMFMovieScreen创建，它负责管理一个放在跳棋盘地板上的Java 3D四边形。

　　想直观观察一下这些类吗？请看下图中的应用程序场景图（该场景图展示了在一个场景中的Java 3D结点是怎样被链接到一起的）。

图 2. Movie3D场景图
　　图2的许多细节被忽略掉了，但是这幅图与KGPJ中第15章的示例Checkers3D有着惊人的相似。只有动画相关的结点是新东西。
由于JMFMovieScreen和TimeBehavior对象都是场景图中的结点，所以它们都以三角形方式显示。JMFSnapper对象不是图中的一部分，但是被JMFMovieScreen所调用。

　　每隔40毫秒，TimeBehavior对象调用一次JMFMovieScreen的nextFrame()方法，而nextFrame()又依次调用JMFSnapper的getFrame()方法来检索正播放动画中的当前帧，该帧然后被放置到由JMFMovieScreen管理的四边形上。

　　TimeBehavior是Java 3D的Behavior类的子类化，是一个定时器的Java 3D实现方式。它与KGPJ中第18章的3D精灵示例中的TimeBehavior类很相似。

　　洞察该应用程序实现的另一方法是看一下图3中描述的UML类图，其中仅显示了类的公共方法。

图 3. Movie3D类图
　　Movie3D子类化了Jframe，而WrapMovie3D是Jpanel的子类化结果。WrapMovie3D创建了图2中的场景图，并在应用程序的JPanel上对其进行着色。它使用CheckerFloor类和ColouredTiles类来构造出跳棋盘地板效果。

　　JMFMovieScreen完成动画屏幕的创建，并把它添加到场景中去，然后通过创建一个JMFSnapper对象来启动动画的播放。TimeBehavior每40毫秒调用JMFMovieScreen中的nextFrame()方法一次，而nextFrame()又调用JMFSnapper中的getFrame()方法来检索当前帧。

　　所有该示例的代码以及本文的一个早期版本，都能在KGPJ website处找到。

　　3.观看动画播放

　　动画，动画屏幕以及用来更新屏幕的TimeBehavior对象都是由WrapMovie3D中的addMovieScreen()方法建立起来的：

//全局变量
private BranchGroup sceneBG;
private JMFMovieScreen ms; //动画屏幕
private TimeBehavior timer; //更新屏幕
private void addMovieScreen(String fnm)
{
　//把fnm形式的动画投放到动画屏幕上
　ms = new JMFMovieScreen(new Point3f(1.5f, 0, -1), 2.0f, fnm);
　sceneBG.addChild(ms);

　//为animating动画建立计时器对象
　timer = new TimeBehavior(40, ms);
　//更新动画每40ms一次(25帧/秒)
　timer.setSchedulingBounds(bounds);
　sceneBG.addChild(timer);
}
　　这里的两个Java 3D方法addChild()调用把JMFMovieScreen结点和TimeBehavior结点链接到场景图中。setSchedulingBounds()方法用于激活TimeBehavior结点(也就是说，使该结点开始计时)。

　　4.生成动画屏幕

　　JMFMovieScreen是Java 3D的Shape3D类的子类化，所以一定要为其指定一个几何形状和外观。

　　几何形状是一个四边形，每边与动画的图像尺寸成比例，但是用该四边形宽度与高度中的较大值用作类JMFMovieScreen的构造器的参数。该四边形是竖直的，朝向正Z轴方向，可被放于地板的任意位置。

　　该四边形是两面的，这样动画可以从屏幕的前后两个方向观看。纹理是使用双线性插补算法进行平滑处理，所以当从近处观看动画时，像素化现象大大减弱。

　　这里的大部分功能是从KGPJ一书第24章的第一人称射击程例中的ImageCsSeries类中复制过来的。ImageCsSeries类用于在一个四边形上显示一系列的GIF图像。为节省篇幅，我仅描述一下JMFMovieScreen区别于ImageCsSeries的几个特点。

　　实现图像的高效着色

　　从动画中提取的帧被转换成纹理后放于四边形之上；其实现方式分为两步：第一，给定的BufferedImage被传递给一个Java 3D ImageComponent2D对象，然后又传递给一个Java 3D Texture2D。

　　四边形的纹理更新是很迅速的：每秒可更新25帧，纹理需要变化25次。因此，实现高效地纹理化是十分重要的。这有可能通过把某些特定的格式指定给BufferedImage和ImageComponent2D对象来实现。

　　ImageComponent2D对象由JMFMovieScreen所使用，其声明如下：

ImageComponent2D ic = new ImageComponent2D(
　ImageComponent2D.FORMAT_RGB,
　FORMAT_SIZE, FORMAT_SIZE, true, true);
　　构造器中的最后两个参数指出，它使用的是"by reference"和"Y-up"方式。由于Java 3D会避免把图像从应用程序空间复制到图像内存中去，所以这里指出的方式将减少存储纹理图像的内存需求。

　　在Windows操作系统环境下，Java 3D用OpenGL作基本的着色引擎，ImageComponent2D格式应该是ImageComponent2D.FORMAT_RGB（如上所述），BufferedImage格式应该是BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR。在JMFSnapper中BufferedImage格式是固定的。

　　要想对此和其它性能技巧有更多的了解，可以参见j3d.org。

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