Primeiros passos com a Java 3D

A Java 3D é uma biblioteca que possibilita escrever aplicações com gráficos tridimensionais, fornecendo as ferramentas para criar e manipular geometria 3D, e também para visualizar os elementos desta geometria, baseada em grafos de cena, ou seja, os elementos da cena tridimensional são organizados em uma estrutura de dados chamada de grafo de cena.

Esta API é baseada em ideias existentes em outras APIs de baixo nível, como a Direct3D, OpenGL, QuickDraw3D e também nos elementos de alto nível utilizados em diversos sistemas gráficos. A estrutura do grafo de cena possibilita aplicar os conceitos de programação orientada a objetos nas aplicações, diferentemente da JOGL (Java OpenGL), que apenas expõe os métodos da OpenGL para as aplicações Java por meio de chamadas às funções nativas desta API.

O grafo de cena é uma estrutura em árvore que contém os elementos que descrevem a maneira como a cena será construída e exibida. Estes elementos podem ser características geométricas dos objetos, comportamentos (como animações) e resposta a colisões entre elementos da cena e também a comandos do usuário.

Além das funcionalidades que permitem a manipulação e visualização de ambientes tridimensionais, a biblioteca também suporta uma grande quantidade de periféricos, tais como headsets (óculos ou capacetes para realidade virtual), CAVE (salas que simulam ambientes completos para uma experiência de imersão total), telas múltiplas e visão estereoscópica (tecnologias utilizadas para dar sensação de profundidade, como nos cinemas 3D).

Neste artigo uma introdução é feita a respeito da organização lógica dos dados utilizados na Java 3D, e como utilizar estes conceitos na criação de imagens a partir de primitivas gráficas 3D simples como cubos e esferas.

Também são descritos os passos necessários para a criação de elementos de iluminação e como eles funcionam em um grafo de cena para gerar uma imagem.

Instalação e compatibilidade

A versão atual da Java 3D é a 1.5.1, disponível para download no site da Oracle. É preciso se certificar que a biblioteca seja compatível com o ambiente Java instalado, ou seja, se estiver utilizando a JVM 32 bits, instale a Java 3D para 32 bits, se estiver utilizando a JVM 64 bits, instale a versão de 64 bits; caso contrário, a biblioteca não funcionará, e a aplicação não conseguirá exibir os gráficos.

Para poder desenvolver aplicações utilizando a Java 3D são necessários dois conjuntos de bibliotecas: a biblioteca nativa para o sistema, como a DLL para o Windows; e os pacotes Java contendo as classes da API a serem utilizadas no desenvolvimento da aplicação.

A distribuição da Java 3D consiste de um arquivo correspondente à biblioteca nativa, com o qual são acessados os recursos de hardware específicos de cada máquina, e três arquivos que correspondem aos pacotes de classes da API, nos quais estão as definições das classes que são utilizadas nas aplicações Java para criar os gráficos desejados.

Estão disponíveis dois tipos de arquivos com a distribuição da Java 3D: um arquivo compactado e um arquivo executável. A versão executável coloca os arquivos no diretório correspondente à instalação do Java. Já na versão do arquivo compactado isto deve ser realizado pelo usuário.

Em ambos os casos é necessário realizar a configuração das variáveis de ambiente manualmente, ou seja, é preciso incluir na variável de ambiente CLASSPATH da Java Virtual Machine, o caminho para o diretório /Java3D/1.5.2/lib/ext, e na variável PATH do sistema operacional, o caminho para o diretório /Java3D/1.5.2/bin da sua instalação (estes caminhos levam em consideração a instalação padrão nos sistemas operacionais Windows).

Com a Java 3D instalada e configurada, é possível iniciar o desenvolvimento de aplicações ou applets que façam uso das ferramentas dessa biblioteca, mas antes de iniciar o desenvolvimento, é preciso entender a estrutura e os conceitos embutidos na biblioteca para que seja possível aproveitar todo o potencial dos recursos disponíveis na Java 3D.

Com este objetivo, nas próximas seções deste artigo será apresentada uma visão geral da biblioteca e dos conceitos empregados no desenvolvimento da mesma, juntamente com as explicações de alguns exemplos, nos quais serão apresentadas as características do sistema de coordenadas, como desenhar formas geométricas básicas e incluir iluminação ...