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テクスチャーに使う画像は Appearance の setTexture で与える。 IndexedGeometryArray の中で行うことは
テクスチャーに使う画像の座標系は (s,t) で表され、画像の大きさにかかわらず、 0 から 1 までの値をとる。
下の例では、立方体の各面に画像を張り付けている。TexCoord2f[] t でテクスチャー画像上の点を 8個取り出して、setTextureCoordinateIndices() でそれを立方体の各頂点に対応させている。 立方体に張り付けるときに、大きさを自動的に変換していることに注意する。
import javax.media.j3d.*;
import javax.vecmath.*;
class DiceGeometry extends IndexedQuadArray{
double[] coord;
DiceGeometry(){
super(8,
IndexedLineArray.COORDINATES|
IndexedLineArray.TEXTURE_COORDINATE_2,
24);
coord = new double[3*8];
createGeometry();
setCoordinates(0,coord);
createTexture();
}
public void createGeometry(){
// 0
coord[0] = 0.5;
coord[1] = 0.5;
coord[2] = 0.5;
// 1
coord[3] = -0.5;
coord[4] = 0.5;
coord[5] = 0.5;
// 2
coord[6] = -0.5;
coord[7] = -0.5;
coord[8] = 0.5;
// 3
coord[9] = 0.5;
coord[10] = -0.5;
coord[11] = 0.5;
// 4
coord[12] = 0.5;
coord[13] = 0.5;
coord[14] = -0.5;
// 5
coord[15] = -0.5;
coord[16] = 0.5;
coord[17] = -0.5;
// 6
coord[18] = -0.5;
coord[19] = -0.5;
coord[20] = -0.5;
// 7
coord[21] = 0.5;
coord[22] = -0.5;
coord[23] = -0.5;
// index の設定
setCoordinateIndex(0,0);
setCoordinateIndex(1,1);
setCoordinateIndex(2,2);
setCoordinateIndex(3,3);
setCoordinateIndex(4,0);
setCoordinateIndex(5,4);
setCoordinateIndex(6,5);
setCoordinateIndex(7,1);
setCoordinateIndex(8,0);
setCoordinateIndex(9,3);
setCoordinateIndex(10,7);
setCoordinateIndex(11,4);
setCoordinateIndex(12,1);
setCoordinateIndex(13,5);
setCoordinateIndex(14,6);
setCoordinateIndex(15,2);
setCoordinateIndex(16,5);
setCoordinateIndex(17,4);
setCoordinateIndex(18,7);
setCoordinateIndex(19,6);
setCoordinateIndex(20,2);
setCoordinateIndex(21,6);
setCoordinateIndex(22,7);
setCoordinateIndex(23,3);
}
public void createTexture(){
TexCoord2f[] t = new TexCoord2f[8];
t[0] = new TexCoord2f(0.5f, 0.5f);
t[1] = new TexCoord2f(0f, 0.5f);
t[2] = new TexCoord2f(0f, 0f);
t[3] = new TexCoord2f(0.5f, 0f);
t[4] = new TexCoord2f(1.0f, 0.5f);
t[5] = new TexCoord2f(0.5f, 0.5f);
t[6] = new TexCoord2f(0.5f, 0f);
t[7] = new TexCoord2f(1.0f, 0f);
setTextureCoordinates(0, 0, t);
int ind[] = new int[]{0,3,2,1,
7,6,5,4,
1,2,3,0,
5,4,7,6,
2,3,0,1,
2,7,4,1};
setTextureCoordinateIndices(0, 0, ind);
}
}
Picking した物体の座標を得るには com.sun.j3d.utils.picking.behaviors.PickingCallback インターフェースを使うと良い。 PickRotateBehavior や PickTranslateBehavior には setupCallback() メソッドがあるので、それを使って、 結びつける。すると、Picking した TransformGroup の値が変化したときには setupCallback(PickingCallback callback) によって結びつけられた callback の transformChanged() メソッドが実行される。
ActionListner と使い方は似ているので、比較してみると分かりやすいかもしれない。| インターフェース名 | ActionListener | PickingCallback |
|---|---|---|
| 点火元と結びつけるメソッド | addActionLisnter() | setupCallback() |
| 動作を定義するメソッド | actionPerformed() | transformChanged() |
PickTranslateBehavior pickTrans
= new PickTranslateBehavior(scene,this,bounds);
pickTrans.setupCallback(new PickingCallback(){
Vector3d vect = new Vector3d(); // 座標を格納する
Transform3D t3d = new Transform3D();
public void transformChanged(int type,TransformGroup tg){
if(type == PickingCallback.TRANSLATE){
tg.getTransform(t3d);
t3d.get(vect);
// ここで座標の処理をする。
}
}
});
物体を選択してマウスで動かしたりするには、PickMouseBehavior のサブクラス を使う。
// ..... 途中から
Canvas3D canvas = new Canvas3D(SimpleUniverse.getPreferredConfiguration());
BranchGroup scene = new BranchGroup();
TransformGroup[] trBox = new TransformGroup[2];
for(int i=0;i<trBox.length;i++){
trBox[i] = new TransformGroup();
trBox[i].setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_READ);
trBox[i].setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
trBox[i].setCapability(TransformGroup.ENABLE_PICK_REPORTING);
trBox[i].addChild(new ColorCube(0.1f));
}
BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(), 100.0);
// 立方体を別々に動かすためのピッキング
pickRot = new PickRotateBehavior(scene,canvas,bounds);
scene.addChild(pickRot);
// ..... 以下略
物体を選択したときの動作を自分で定義するには、 com.sun.j3d.utils.picking.behaviors.PickMouseBehavior を自分で拡張する。 PickMouseBehavior は抽象クラスで、updateScene(int xpos,int ypos) メソッ ドが抽象メソッドであるから、これを拡張する。ここでは Picking した物体 の座標を表示するプログラムを取り上げてみる。
PickMouseBehavior には pickCanvas と言うフィールドがある。 このクラスの setShapeLocation(xpos,ypos) と pickClosest() メソッドを使ってマウスをクリックした点に一番近い物は何かを を調べることができる。pickClosest() は調査の結果を PickResult クラスで返 すので、実際に Node を取り出すには、PickResult クラスの getNode() メソッ ドを用いる。雛型は次の通り。
public void updateScene(int xpos,int ypos){
TransformGroup tg = null;
// マウスの座標を与える
pickCanvas.setShapeLocation(xpos,ypos);
// マウスの位置に一番近いノード
PickResult res = pickCanvas.pickClosest();
if(res != null){
// 何かが Picking されているときには
// その TransformGroup を取り出す
if(((tg = (TransformGroup)res.getNode(PickResult.TRANSFORM_GROUP)) != null) &&
(tg.getCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_READ)) &&
(tg.getCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE))){
// ここで tg についての処理を行う
}
}
}
Java3D 付属の Picking ではマウスで物体を選択することはできるが、 それを動かすときに、マウスカーソルに追従させることはできない。 それを可能にするための Behavior を書き直してみた。
もちろんx座標とy座標方向にしか動かすことはできない。 z座標方向は画面と垂直なので、マウスカーソルの位置で奥行を 変化させることはできないため。 また、Picking した物体がぶら下がっている TransformGroup を 動かしたときに標準の Picking では違った方向に動く仕様になっているが、 それも大域座標で計算しなおすような仕様に変更してある。 以下にソースを挙げる。使いかたは、PickingTranslateBehavior とほぼ同じ。 ただ、コンストラクタの引数の順番が異なる。
/**
* @author TOKUNAGA Ken-ichi
* @version Time-stamp: <03/02/28 03:17:20 tkenichi>
*
* 物体をピッキングして、それをマウスカーソルに追従させる。
*/
import com.sun.j3d.utils.picking.*;
import com.sun.j3d.utils.picking.behaviors.*;
import com.sun.j3d.utils.behaviors.mouse.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import java.util.*;
import javax.media.j3d.*;
import javax.vecmath.*;
public class MouseDragBehavior extends Behavior
implements MouseBehaviorCallback{
Vector3d currV3d = new Vector3d(),diffV3d = new Vector3d();
Point3d cursorP3d = new Point3d(),viewP3d = new Point3d();
Vector4d currV4d = new Vector4d();
private PickingCallback callback = null;
private PickCanvas pickCanvas;
private WakeupOr wakeupCondition;
private boolean picked = false;
// ピッキングした座標を格納する
private TransformGroup currGrp;
private Transform3D
currT3d = new Transform3D(), // ピッキングした座標
localT3d = new Transform3D(), // 局所座標
inverse = new Transform3D(), // 逆変換
plate2world = new Transform3D(); // imageplate から仮想空間への変換
public MouseDragBehavior(Canvas3D canvas,
BranchGroup root,
Bounds bounds){
currGrp = new TransformGroup();
currGrp.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE);
currGrp.setCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_READ);
currGrp.setCapability(TransformGroup.ALLOW_LOCAL_TO_VWORLD_READ);
// Behavior は Leaf だからその上の BranchGroup につける
root.addChild(currGrp);
pickCanvas = new PickCanvas(canvas, root);
pickCanvas.setMode(PickCanvas.BOUNDS);
setSchedulingBounds(bounds);
}
public void setMode(int pickMode) {
pickCanvas.setMode(pickMode);
}
public int getMode() {
return pickCanvas.getMode();
}
public void setTolerance(float tolerance) {
pickCanvas.setTolerance(tolerance);
}
public float getTolerance() {
return pickCanvas.getTolerance();
}
public void initialize() {
// マウスを押したとき、離したとき、ドラッグしたときに
// 起動する
WakeupCriterion[] conditions = new WakeupCriterion[3];
conditions[0] = new WakeupOnAWTEvent(MouseEvent.MOUSE_DRAGGED);
conditions[1] = new WakeupOnAWTEvent(MouseEvent.MOUSE_PRESSED);
conditions[2] = new WakeupOnAWTEvent(MouseEvent.MOUSE_RELEASED);
wakeupCondition = new WakeupOr(conditions);
wakeupOn(wakeupCondition);
}
public void processStimulus (Enumeration criteria) {
WakeupCriterion wakeup;
AWTEvent[] evt = null;
int xpos = 0, ypos = 0;
MouseEvent mevent;
// AWTEvent を取り出す
while(criteria.hasMoreElements()) {
wakeup = (WakeupCriterion)criteria.nextElement();
if (wakeup instanceof WakeupOnAWTEvent)
evt = ((WakeupOnAWTEvent)wakeup).getAWTEvent();
}
// MouseEvent の場合
if (evt[0] instanceof MouseEvent){
mevent = (MouseEvent) evt[0];
// マウスカーソルの2次元ピクセル座標
xpos = mevent.getPoint().x;
ypos = mevent.getPoint().y;
switch(mevent.getID()){
case MouseEvent.MOUSE_PRESSED:
// 押されたとき
System.out.println("mouse pressed");
// ピッキングする
if (!mevent.isAltDown() && mevent.isMetaDown()){
pickingTransformGroup(xpos,ypos);
}
break;
case MouseEvent.MOUSE_RELEASED:
// 離したとき
// ピッキングをやめる
picked = false;
break;
case MouseEvent.MOUSE_DRAGGED:
// ドラッグしたとき
// ピッキングされた TransformGroup を動かす
if (picked && !mevent.isAltDown() && mevent.isMetaDown()){
translate(xpos,ypos);
}
break;
default:
System.out.println("other event");
}
}
wakeupOn (wakeupCondition);
}
// ピッキングして TransformGroup を currGrp に格納する
private void pickingTransformGroup(int xpos,int ypos){
TransformGroup tg = null;
// PickCanvas をつかってピッキングしているノードを探す
pickCanvas.setShapeLocation(xpos, ypos);
// LineArray と Vertex の両方が重なっている場合も
// Vertex を取り出すために、pickAll() で全て取り出す
PickResult pr[] = pickCanvas.pickAll();
if(pr != null){
for(int i=0;i<pr.length;i++){
System.out.println(i + " = " + pr[i].getNode(PickResult.GROUP));
// ピッキングした結果が読み書き可能な TransformGroup を取り出す
if ((pr[i] != null) &&
((tg = (TransformGroup)pr[i].getNode(PickResult.TRANSFORM_GROUP))
!= null) &&
(tg.getCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_READ)) &&
(tg.getCapability(TransformGroup.ALLOW_TRANSFORM_WRITE))){
System.out.println("success to pick " + tg);
picked = true;
// ピッキングした結果の参照を currGrp にセットする
currGrp = tg;
// 物体が乗っている座標系とその逆変換を得る
currGrp.getLocalToVworld(localT3d);
System.out.println(localT3d);
inverse.invert(localT3d);
System.out.println(inverse);
// ImagePlate から仮想空間への変換行列を得る
pickCanvas.getCanvas().
getImagePlateToVworld(plate2world);
// 視点の位置を得る
pickCanvas.getCanvas().getCenterEyeInImagePlate(viewP3d);
plate2world.transform(viewP3d);
// マウスカーソルの位置に物体を合わせる
translate(xpos,ypos);
// freePickResult(pr);
}
}
}
}
private void translate(int xpos,int ypos){
// マウスカーソルのimageplate上の位置を得る
pickCanvas.getCanvas().
getPixelLocationInImagePlate(xpos,ypos,cursorP3d);
plate2world.transform(cursorP3d);
// ピッキングした物体の座標を通る
currGrp.getTransform(currT3d);
currT3d.get(currV3d);
currV4d.set(currV3d.x,
currV3d.y,
currV3d.z,
1);
localT3d.transform(currV4d);
currV3d.set(currV4d.x,
currV4d.y,
currV4d.z);
//System.out.println("cursor = " + cursorP3d);
//System.out.println("current = " + currV3d);
// 物体の座標をマウスカーソルの位置にあわせる
// view と垂直方向な平面上を移動する
currV3d.sub(viewP3d);
cursorP3d.sub(viewP3d);
double alpha =
(currV3d.x * viewP3d.x +
currV3d.y * viewP3d.y +
currV3d.z * viewP3d.z) /
(cursorP3d.x * viewP3d.x +
cursorP3d.y * viewP3d.y +
cursorP3d.z * viewP3d.z);
currV3d.scaleAdd(alpha,cursorP3d,viewP3d);
// 大域座標を局所座標に直す
currV4d.set(currV3d.x,
currV3d.y,
currV3d.z,
1);
inverse.transform(currV4d);
currV3d.set(currV4d.x,
currV4d.y,
currV4d.z);
currT3d.setTranslation(currV3d);
currGrp.setTransform(currT3d);
transformChanged(MouseBehaviorCallback.TRANSLATE,
currT3d);
}
public void setupCallback(PickingCallback callback){
this.callback = callback;
}
public void transformChanged(int type,Transform3D transform){
if(callback != null){
callback.transformChanged(type,currGrp);
}
}
}
Behavior を Thread のように使ってアニメーションをするには
class TimerBehavior extends Behavior{
WakeupOnElapsedTime won;
public TimerBehavior(long sleep){
won = new WakeupOnElapsedTime(sleep);
}
public void initialize(){
wakeupOn(won);
}
// Thread.run() に相当
public void processStimulus(java.util.Enumeration criteria){
// ここで 3D の更新を行う
wakeupOn(won);
}
}
ボタンによって Behavior を On/Off するには postId() メソッドを用いて、 次のようにする。
class TimerBehavior extends Behavior{
private WakeupCriterion awtWakeon,timeWakeon;
boolean flag; // true のときは timeWakeon を待つ
public TimerBehavior(long time){
timeWakeon = new WakeupOnElapsedTime(time);
awtWakeon = new WakeupOnBehaviorPost(this,
MouseEvent.MOUSE_CLICKED);
}
public void initialize() {
wakeupOn(awtWakeon);
flag = false;
}
public void processStimulus(java.util.Enumeration criteria) {
if(flag){
// ここでアニメーションの処理をする
wakeupOn(timeWakeon);
}else{
wakeupOn(awtWakeon);
}
}
}
public void stopBehavior(){
behavior.flag = false;
}
public void startBehavior(){
behavior.flag = true;
behavior.postId(MouseEvent.MOUSE_CLICKED);
}
Transform3D ではその状態を、4行4列の行列、3行3列の行列、3次元のベクトル、 4元数で設定することができます。それぞれの間の関係をまず調べてみます。 4行4列の行列が一番情報量が多いので、おそらく4行4列の行列で表現すれば いいはず。set() メソッドがその他の形式から4行4列の行列への写像を与えてい ると考える。
s -> [s 0 0 0]
[0 s 0 0]
[0 0 s 0]
[0 0 0 1]
[x0] -> [1 0 0 x0]
[x1] [0 1 0 x1]
[x2] [0 0 1 x2]
[0 0 0 1 ]
s,[x0] -> [s 0 0 x0]
[x1] [0 s 0 x1]
[x2] [0 0 s x2]
[0 0 0 1 ]
[x0],s -> [s 0 0 s*x0]
[x1] [0 s 0 s*x1]
[x2] [0 0 s s*x2]
[0 0 0 1 ]
[m00 m01 m02] -> [m00 m01 m02 0]
[m10 m11 m12] [m10 m11 m12 0]
[m20 m21 m22] [m20 m21 m22 0]
[0 0 0 1]
(x,y,z,w) = w + xi + yj + zk = qである。4元数 q の随伴表現で、4元数の虚成分 (Sp(1)のリー環)に作用したものと考える。すなわち 4元数 q が3次元ベクトル v = (v1,v2,v3) に対して
q(v) = q v q-1で作用する。この作用は q に対して一意ではないことに注意する。 これが set(Quat4d q) に他ならない。
[x] -> [(x*x-y*y-z*z+w*w)/r 2*(x*y-w*z)/r 2*(x*z+y*w)/r 0] [y] [2*(x*y+w*z)/r (-x*x+y*y-z*z+w*w)/r 2*(y*z-x*w)/r 0] [z] [2*(x*z-y*w)/r 2*(y*z+x*w)/r (-x*x-y*y+z*z+w*w)/r 0] [w] [0 0 0 1]ただし r = x*x + y*y + z*z + w*w となる。
Behavior とは抽象クラスで、initialize() と processStimulus() メソッド を実装して用いる。これも Java3D の Node を継承しているので、 木構造に addChild() して使う。
initialize() は初期化をする。 processStimulus() は wakeupOn(WakeupCriterion criteria) によって 設定された起動条件 criteria が満たされたときに呼ばれるメソッド。 普通 initialize() のなかで wakeupOn() を呼び出し、最初の起動条件を 設定する。接待条件を満たすたびに processStimulus() を実行したいときは processStimulus() の中で再度 wakeupOn() を呼び出す。 criteria で記述された条件や processStimulus() で記述された動作によって アニメーションやマウスやキーボードなどのユーザインターフェースを 実現することができる。 実は PickMouseBehavior や Interpolator も Behavior の継承クラス。WakeupCriterion に指定時間の経過後に起動する WakeupOnElapsedTime もしくは Frame が描き終わったときに起動する WakeupOnElapsedFrame を使うとよい。