前田稔の超初心者のプログラム入門

プログラムの作成

1. Sphere(球)で Material(マテリアル)の効果を確認します。
   メモ帳などでタイプして View_Sphere.java の名前で保存して下さい。
   

   //★ Java3D で Sphere(球)を描画する import java.awt.*; import javax.swing.*; import javax.media.j3d.*; import com.sun.j3d.utils.universe.*; import com.sun.j3d.utils.geometry.*; import javax.vecmath.*; public class View_Sphere extends JFrame { // main Method public static void main(String[] args) { new View_Sphere(); } // Constructor public View_Sphere() { // JFrame の初期化 super("View_Sphere test"); setSize(250,250); setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); // Java3D 関係の設定 GraphicsConfiguration config = SimpleUniverse.getPreferredConfiguration(); Canvas3D canvas = new Canvas3D(config); add(canvas); // SimpleUniverseを生成 SimpleUniverse universe = new SimpleUniverse(canvas); universe.getViewingPlatform().setNominalViewingTransform(); // Scene を生成 universe.addBranchGraph(CreateScene()); setVisible(true); } // Scene の生成 public BranchGroup CreateScene() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(),100.0); // Light の設定 DirectionalLight dlight = new DirectionalLight(true, new Color3f(1.0f,1.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f)); dlight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(dlight); // 環境光 AmbientLight alight = new AmbientLight(); alight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(alight); // 球を生成 //objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,createAppearance())); objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance())); return objRoot; } // Material の設定 public Appearance createAppearance() { Appearance app = new Appearance(); Material mat = new Material(); // デフォルト値 mat.setLightingEnable(true); // 照明が有効 mat.setAmbientColor(0.2f, 0.2f, 0.2f); // 環境光による色は 濃いグレー (AmbientLight を設定する) mat.setEmissiveColor(0.0f, 0.0f, 0.0f); // 発光による色は 黒(発光しない) mat.setDiffuseColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); // 拡散反射による色は 白 mat.setSpecularColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); // 鏡面反射による色は 白 mat.setShininess(64.0f); // 輝度は 64(中間値) app.setMaterial(mat); return app; } }

2. ソースプログラムをコンパイルして class オブジェクトを実行して下さい。
   Sphere(スフィア 球)が描画されたら完成です。
   

プログラムの説明

1. このプログラムは CreateScene() と createAppearance() メソッド以外は View_Cylinder.java と同じ要領です。
   基本的な説明は ３Ｄモデルを描画 を参照して下さい。
   
2. Sphere(スフィア 球)を生成する CreateScene() メソッドです。
   BranchGroup を生成して、ここに描画するシーンを設定します。
   DirectionalLight() で平行光源を設定します。
   new Sphere() で球を生成して BranchGroup に追加します。
   Sphere(0.7f,createAppearance() で生成するとポリゴンが荒く、ゴツゴツします。 (^_^;)
   そこで new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance() で生成しました。
   0.7 は球のサイズで 50 はポリゴンの数です。値が大きいほど滑らかになります。
   createAppearance() メソッドで、モデルに Material を設定します。
   

   // Scene の生成 public BranchGroup CreateScene() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(),100.0); // Light の設定 DirectionalLight dlight = new DirectionalLight(true, new Color3f(1.0f,1.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f)); dlight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(dlight); // 環境光 AmbientLight alight = new AmbientLight(); alight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(alight); // 球を生成 //objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,createAppearance())); objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance())); return objRoot; }

3. モデルに Material を設定する createAppearance() メソッドです。
   マテリアルはデフォルト(既定値)のままです。
   

   // Material の設定 public Appearance createAppearance() { Appearance app = new Appearance(); Material mat = new Material(); // デフォルト値 mat.setLightingEnable(true); // 照明が有効 mat.setAmbientColor(0.2f, 0.2f, 0.2f); // 環境光による色は 濃いグレー (AmbientLight を設定すること) mat.setEmissiveColor(0.0f, 0.0f, 0.0f); // 発光による色は 黒(発光しない) mat.setDiffuseColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); // 拡散反射による色は 白 mat.setSpecularColor(1.0f, 1.0f, 1.0f); // 鏡面反射による色は 白 mat.setShininess(64.0f); // 輝度は 64(中間値) app.setMaterial(mat); return app; }

4. DiffuseColor を次の値に設定して試してみて下さい。
   

   mat.setDiffuseColor(0.0f, 0.0f, 0.8f);

5. DiffuseColor に加えて、AmbientColor を次の値に設定して下さい。
   

   mat.setAmbientColor(0.2f, 0.0f, 0.0f);

6. 上記の変更に加えて、次の値を修正して下さい。
   

   mat.setSpecularColor(0.0f, 1.0f, 0.0f); mat.setShininess(12.0f);

7. 現在 Light は白色に設定していますが、Light でモデルの色を設定することも出来ます。
   

   new DirectionalLight(true, new Color3f(1.0f,1.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f));

   赤色の Light で正面から照らします。
   

   new DirectionalLight(true, new Color3f(1.0f,0.0f,0.0f), new Vector3f(0.0f, 0.0f, -1.0f));

   Light の座標や Light を複数個設定することで、モデルの様子が違って見えます。
   Light やマテリアルの設定を色々変えて試してみて下さい。
   

スポットライト

1. モデルの色を Light の光で設定してみましょう。
   また、平行光源(DirectionalLight)にプラスして、スポットライト(SpotLight)で照らします。
   
2. CreateScene() と createAppearance() を次のように修正して下さい。
   平行光源の色を青(Color3f(0.0f,0.0f,1.0f)) に設定します。
   Material の DiffuseColor は省略したので、白(1.0f, 1.0f, 1.0f) になっています。
   Sphere(球)はライトの色が反映して青で描画されます。
   

   public BranchGroup CreateScene() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); // Light の設定 BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(),100.0); DirectionalLight dlight = new DirectionalLight(true, new Color3f(0.0f,0.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f)); dlight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(dlight); // 環境光 AmbientLight alight = new AmbientLight(); alight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(alight); objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance())); return objRoot; } // Material の設定 public Appearance createAppearance() { Appearance app = new Appearance(); Material mat = new Material(); mat.setAmbientColor(0.2f, 0.2f, 0.2f); mat.setShininess(100.0f); app.setMaterial(mat); return app; }

3. スポットライトで照らしてみましょう。
   環境光の後に追加して下さい。
   光源の色は黄色(Color3f(1.0f, 1.0f, 0.0f)) に設定しています。
   パラメータを変えて試してみて下さい。
   

   // スポットライト SpotLight light = new SpotLight( new Color3f(1.0f, 1.0f, 0.0f), // 光源の色 new Point3f(0.5f, 0.0f, 0.8f), // 光源の位置 new Point3f(1.0f, 0.0f, 0.0f), // 光の減衰係数 new Vector3f(-0.5f, -0.5f, -0.7f), // 光の方向ベクトル (float)(Math.PI / 2.0), // スポットライトの角度 0.0f ); // スポットライトの収束度 light.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(light);

点光源

1. 電球のような点光源(黄色)を設定します。
   CreateScene() 以外は前回と同じです。
   平行光源(青色)と、環境光は前回と同じです。
   PointLight で点光源を設定します。
   平行光源の反対側から黄色の点光源で照らしています。
   

   // Scene の生成 public BranchGroup CreateScene() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); // Light の設定 BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(),100.0); DirectionalLight dlight = new DirectionalLight(true, new Color3f(0.0f,0.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f)); dlight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(dlight); // 環境光 AmbientLight alight = new AmbientLight(); alight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(alight); // 点光源 PointLight light = new PointLight( new Color3f(1.0f, 1.0f, 0.0f), // 光源の色 new Point3f(0.5f, 0.5f, 0.8f), // 光源の位置 new Point3f(0.7f, 0.0f, 0.0f) ); // 光の減衰定数、係数 light.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(light); objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance())); return objRoot; }

半透明

1. Sphere(球)に半透明の設定して描画します。
   CreateScene() では平行光源の色を白にして、背景を青色に設定しました。
   半透明が設定されているので、青色の背景に溶け込んで描画されます。
   

   // Scene の生成 public BranchGroup CreateScene() { BranchGroup objRoot = new BranchGroup(); // Light の設定 BoundingSphere bounds = new BoundingSphere(new Point3d(),100.0); DirectionalLight dlight = new DirectionalLight(true, new Color3f(1.0f,1.0f,1.0f), new Vector3f(0.3f,-0.3f,-0.3f)); dlight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(dlight); // 環境光 AmbientLight alight = new AmbientLight(); alight.setInfluencingBounds(bounds); objRoot.addChild(alight); // 背景色の設定 Color3f bgColor = new Color3f(0.05f, 0.05f, 0.5f); Background bgNode = new Background(bgColor); bgNode.setApplicationBounds(bounds); objRoot.addChild(bgNode); objRoot.addChild(new Sphere(0.7f,Sphere.GENERATE_NORMALS,50,createAppearance())); return objRoot; }

2. 半透明を設定する createAppearance() メソッドです。
   Material は既定値をそのまま使っています。
   光源の色も白色なので、本来なら Sphere(球)は白で描画されます。
   TransparencyAttributes で透明度を設定します。
   0.0f が透明度ゼロ(不透明)で、1.0f で見えなくなります。
   

   // Appearance の設定 public Appearance createAppearance() { Appearance app = new Appearance(); // Material の設定 Material mat = new Material(); app.setMaterial(mat); // 透明度の設定 TransparencyAttributes tattr = new TransparencyAttributes(TransparencyAttributes.BLENDED, 0.7f); app.setTransparencyAttributes(tattr); return app; }

マテリアル／光源

1. マテリアルとは、ポリゴンの色を決める属性となるもので、反射特性、放射特性、反射係数、半透明特性などのことを言います。
   
   • ディフューズ属性(diffuse)
     一次反射色のことで、光源によって影響される色で、光源からの入射角が垂直に近いほど効果が強くなる色の属性。
     
   • アンビエント属性(ambient)
     環境光色のことで、光源によって影響される色であるが、光源からの向きや距離に関わらず一定の効果が反映される色の属性。
     
   • エミッション属性(emissive property)
     自己発色属性、素材のライトに依存しない色属性を示すマテリアル属性、発光または発色。
     
   • スペキュラ属性(specular property)
     ライトからの入射光の角度と視点への反射光の角度の両方に依存したマテリアル属性。
     
   • 強度(power)
     マテリアルのスペキュラ属性で、スペキュラ ハイライトの鮮明度を決める値。
     この値が 5 のときは金属的な外観になり、値がもっと高くなるとよりプラスチック的な外観になる。
     
   • アルファ チャネル(alpha channel)
     アルファ値によって定義される、画像の半透明特性(アルファ・ トランスペアランシー)。
     不透明度を定義するアルファ値は、ピクセル単位にほかの色成分と共に与えられるか (ARGB などの場合)、独立したアルファ サーフェス内でピクセル単位に与えられるか、またはサーフェス全体に固定の値で与えられる。
2. モデルを立体的に見せるには、物体にマテリアル(表面属性)を設定して光源で照らします。
   
   • 平行光源
     太陽光のように一定の方向から照らす光源です。
     
   • 点光源
     電球のように、光源が置かれた座標から周囲を照らす光源です。
     
   • スポットライト
     舞台を照らすスポットライトのような光源です。
     
   • 環境光
     光が直接当たらない部分の明るさです。
     

超初心者のプログラム入門(Java2)