Java 3D与计算机三维动态图形网络编程设计

第1章绪论

1.1计算机图形学

1.1.1多边形图形学

1.1.2多属性体图形学

1.2计算机图形学应用

1.2.1计算机辅助设计与制造

（CAD/CAM）

1.2.2地形地貌与自然资源图

1.2.3虚拟现实技术

1.2.4科学计算可视化

1.2.5计算机三维动漫设计

1.2.6计算机三维网络游戏开发

1.2.7三维设计常用的软件系统

1.3计算机图形学中的重要概念

1.3.1计算机三维模型表示

1.3.2线架模型

1.3.3Brep边界面模型

1.3.4翼边数据结构与半边数据结构

1.3.5Solid实体与CSG构造实体几何

1.3.6Brep边界面模型与多边形图形学

1.3.7VOXEL体素模型

1.3.8DEXEL深度元素模型

1.3.9VOXEL体素模型与多属性体

图形学

1.3.10八叉树表示法

1.4逆向工程

1.5STL三角网格数据文件

1.6快速原型系统

1.7总结20第2章Java 3D基本概念

2.1Java 3D的包及其功能

2.2Java 3D的重要概念222.2.1Java 3D高分辨率大尺度坐标系

2.2.2虚拟空间

2.2.3场所

2.2.4VirtualUniverse类、Locale类与

HiResCoord类之间的关系

2.2.5默认情况下Java 3D坐标系

2.2.6Java 3D场景图

2.2.7Java 3D的3种可视化模式

2.2.8SimpleUniverse类

2.2.9Java 3D的三维空间范围定义

Bounds类

2.2.10所有场景图节点的默认坐标系

和原点

2.2.11激活与预编译的概念

(Live and Compiled)

2.2.12Java 3D的SharedGroup类共享子

图功能

2.2.13Java 3D的CloneTree方法克隆子

图功能

2.2.14Java 3D的View类观察模型

2.2.15在虚拟世界中的ViewPlatform

观察平台

2.2.16产生一个View观察

2.2.17Java 3D观察模型概述

2.2.18虚拟世界坐标系与ViewPlatform

观察平台坐标系

2.2.19共存坐标系统

2.2.20一个最小的环境

2.2.21Java 3D最常用的显示设备

2.2.22行为与插值器

(Behaviors and Znterpolators)

2.3总结45第3章Java 3D基本图形功能

3.1Java 3D的场景式管理

3.2SimpleUniverse类及其方法

3.3ViewingPlatform类及其方法

3.4Java 3D包、类的结构关系

3.5Java 3D的基本图形功能类

3.6Shape3D类

3.7Appearance类

3.8BranchGroup类

3.9TransformGroup类

3.10GeometryArray类

3.11点PointArray类

3.11.1PointArray类

3.11.2PointAttributes类

3.11.3像素

3.11.4直线DDA算法

3.11.5红、绿、蓝三原色合成

3.11.6IndexedPointArray类

3.12线LineArray类

3.12.1LineArray类

3.12.2LineAttributes类

3.12.3IndexedLineArray类

3.12.4LineStripArray类

3.13多边形属性类PolygonAttributes类

3.14多边形面及其法向量

3.14.1多边形的法向量计算

3.14.2多边形可视化的填充算法

3.15三角面TriangleArray类

3.16三角带TriangleStripArray类

3.17三角扇TriangleFanArray类

3.18IndexedTriangleArray类

3.19四边面QuadArray类

3.20IndexedQuadArray类

3.21颜色属性ColoringAttributes类

3.22材质Material类

3.23透明属性TransparencyAttributes类

3.24光源Light类

3.25点光源PointLight类

3.26平行光源DirectionalLight类

3.27环境光源AmbientLight类

3.28Java语言多维数组与计算机几何

数据定义

3.28.1线性数据点与二维数组表示

3.28.2平面型数据点与三维

数组表示

3.28.3空间层状立体数据点与四维

数组表示

3.29Java语言多维数组与Java 3D一维数组

之间的转换

3.30体与面的三角网格与四边网格表示

3.30.1四边网格曲面表示

3.30.2三角网格曲面表示

3.30.3混合多边形网格表示

3.31Tuple3f类

3.32Vector3f类

3.33三角网格与四边网格混合使用实例

3.34GeometryInfo类

3.35Stripifier类

3.36Triangulator类

3.37Java 3D的实体字体

3.37.1Font3D类

3.37.2FontExtrusion类

3.37.3Text3D类

3.38总结148第4章复杂曲线、曲面设计

4.1Bezier曲线、曲面设计

4.1.1Bezier曲线

4.1.2三次Bezier曲线的矩阵表示

4.1.3二次Bezier曲线的矩阵表示

4.1.4一次Bezier曲线的矩阵表示

4.1.5三次Bezier曲线切线计算

4.1.6Bezier曲线的De Casteljau算法

4.1.7三次Bezier曲面的矩阵表示

4.1.8二次Bezier曲面的矩阵表示

4.1.9Bezier曲线、曲面拼接的连续性

4.1.10Bezier曲面法向量计算

4.1.11Bezier曲面的性质

4.2B样条曲线、曲面设计

4.2.1B样条基函数及其递推公式

4.2.2三次B样条基函数直接

计算公式

4.2.3二次B样条基函数直接

计算公式

4.2.4参数u节点值的分布对B样条基

函数的影响

4.2.5B样条曲线设计

4.2.6均匀参数节点的B样条曲线

矩阵表示

4.2.7内部重节点对B样条曲线

的影响

4.2.8B样条曲面定义

4.2.9双三次、双二次均匀参数节点B样

条曲面的矩阵表示

4.2.10双三次均匀参数节点B样条曲面

的拼接

4.3NURBS曲线、曲面设计

4.3.1NURBS曲线的定义

4.3.2NURBS曲线的齐次坐标表示

4.3.3NURBS曲线的矩阵表示

4.3.4NURBS曲线的u参数化算法

4.3.5NURBS曲面的定义

4.3.6NURBS曲面的矩阵块表示

4.4NURBS体造型与可视化

4.4.1NURBS体方程

4.4.2NURBS体的u、v、w参数空间

4.4.3NURBS体的体素模型表示与

可视化

4.5总结204第5章Java 3D的坐标变换与基本形体

5.1图形坐标变换

5.1.1二维空间图形坐标变换

5.1.2三维空间图形坐标变换

5.1.3刚性变换与仿射变换

5.1.4错切变换

5.1.5三维空间图形的组合坐标变换

5.2Java 3D的坐标变换

5.2.1AxisAngle4f类、AxisAngle4d类

5.2.2Transform3D类与AxisAngle4f类、

AxisAngle4d类相关的方法

5.2.3Quat4d类、Quat4f类

5.2.4Matrix3d类、Matrix3f类

5.2.5Transform3D类

5.2.6Transform3D类最常用的方法

5.3TransformGroup类及其与Transform3D类

之间的关系

5.4两矩阵的乘积与编程

5.5世界坐标系、观察坐标系与Java 3D

显示器坐标系

5.6透视投影、平行投影及其计算

5.6.1透视投影计算

5.6.2平行投影计算

5.7隐藏线、隐藏面消除算法

5.7.1隐藏线消除

5.7.2法向量与隐藏面消除

5.7.3Z Buffer隐藏面消除算法

5.7.4区域排序消隐算法

5.7.5扫描线消隐算法

5.7.6光线跟踪消隐算法

5.8三维几何形体的最小包围盒与最小包

围球

5.8.1最小包围矩形、最小包围圆

5.8.2最小包围盒、最小包围球

5.9线、面、体几何元素间的求交

5.10包含判定算法

5.10.1点与直线段的包含判定

5.10.2点与圆锥曲线段的包含判定

5.10.3点与参数曲线的包含判定

5.10.4点与平面多边形区域的包含

判定

5.10.5同一平面内点与多边形的包含

判定

5.10.6点与二次曲面、参数曲面的包含

判定

5.10.7点与三维形体的包含判定

5.10.8重叠判定算法

5.11光源的类型

5.12局部光照明计算模型

5.13Gouraud算法和Phong算法

5.13.1平面光照明模型（Flat Shading）

5.13.2Gouraud算法

5.13.3Phong算法

5.14Whitted整体光照明模型

5.14.1Whitted整体光照明模型

5.14.2光线追踪算法（Raytracing）

5.15Java 3D定义的基本形体

5.15.1长方体Box类

5.15.2圆柱体Cylinder类

5.15.3圆锥体Cone类

5.15.4球体Sphere类

5.15.5彩色立方体ColorCube 类

5.16Switch 类

5.17OrderedGroup类

5.18SharedGroup类

5.19Link类

5.20图形剪裁

5.20.1三维剪裁空间

5.20.2二维平面剪裁区间

5.21总结271第6章Java 3D动态图形技术与变形

6.1插值器行为

6.2Alpha类

6.3将时间匹配成Alpha

6.4Alpha加速

6.5Behavior类

6.6WakeupCondition类

6.6.1WakeupAnd类

6.6.2WakeupOr类

6.6.3WakeupAndOfOrs类

6.6.4WakeupOrOfAnds类

6.6.5WakeupCriterion类

6.6.6WakeupOnElapsedTime类

6.6.7WakeupOnElapsedFrames类

6.6.8WakeupOnActivation类

6.6.9WakeupOnDeactivation类

6.6.10WakeupOnAWTEvent类

6.6.11WakeupOnTransformChange类

6.6.12WakeupOnBehaviorPost类

6.6.13WakeupOnViewPlatformEntry类

6.6.14WakeupOnViewPlatformExit类

6.6.15WakeupOnCollisionEntry类

6.6.16WakeupOnCollisionExit类

6.6.17WakeupOnCollisionMovement类

6.6.18WakeupOnSensorEntry类

6.6.19WakeupOnSensorExit类

6.7Interpolator类

6.7.1ColorInterpolator类

6.7.2TransparencyInterpolator类

6.7.3SwitchValueInterpolator类

6.7.4TransformInterpolator类

6.7.5RotationInterpolator类

6.7.6PositionInterpolator类

6.7.7ScaleInterpolator类

6.7.8KBSplinePathInterpolator类

6.7.9KBRotPosScaleSplinePath

Interpolator类

6.7.10TCBSplinePathInterpolator类

6.7.11RotPosScaleTCBSplinePath

Interpolator类

6.7.12TCBKeyFrame类

6.7.13PathInterpolator类

6.7.14PositionPathInterpolator类

6.7.15RotationPathInterpolator类

6.7.16RotPosPathInterpolator类

6.7.17RotPosScalePathInterpolator类

6.8LOD类

6.9Billboard类

6.10Morph类

6.11KeyNavigatorBehavior类

6.12MouseBehavior类

6.12.1MouseBehaviorCallback接口

6.12.2MouseRotate类

6.12.3MouseTranslate类

6.12.4MouseWheelZoom类

6.12.5MouseZoom类

6.13PickMouseBehavior类

6.13.1PickingCallback接口

6.13.2PickTool类

6.13.3PickRotateBehavior类

6.13.4PickTranslateBehavior类

6.13.5PickZoomBehavior类

6.14ViewPlatformBehavior类

6.14.1ViewPlatformAWTBehavior类

6.14.2WandViewBehavior类

6.15总结433第7章Java 3D的纹理与纹理映射

7.1纹理与纹理映射原理

7.1.1纹理映射

7.1.2几何体表面的凸凹纹理

7.2Java 3D的纹理映射

7.3TextureLoader类

7.4TextureAttributes类

7.5Texture类

7.6Texture2D类

7.7Texture3D类

7.8TextureCubeMap类

7.9TextureUnitState类

7.10TexCoordGeneration类

7.11TexCoord2f类

7.12TexCoord3f类

7.13TexCoord4f类

7.14ImageComponent类

7.15ImageComponent2D类

7.16ImageComponent3D类

7.17基本形体纹理映射

7.18不共面的四点形成的四边形的纹理映射

7.19双三次Bezier曲面的纹理映射

7.20自动纹理坐标生成类TexCoordGeneration

的应用

7.21纹理立方体匹配类TextureCubeMap类

......

本书以多边形图形学（Polygon Graphics）与多属性体图形学（Volume Graphics）概念为基础，介绍了Java 3D主要功能，包括Java 3D虚拟空间与场景式管理，Java 3D点、线、三角网格、四边网格绘制，Java 3D坐标变换、几何体变形与动态图形及交互技术，Java 3D纹理映射，Java 3D声音功能，Java 3D外部图形文件导入等，给出了Java、Java 3D编程实例。本书还介绍了计算机图形学的重要概念与算法，Bezier、B样条与NURBS曲线、曲面设计与拼接技术，给出了Java、Java 3D编程实例，介绍了DEXEL模型与VOXEL体素模型，以及将Brep边界面模型转换为DEXEL模型与VOXEL体素模型的算法及应用。本书适合作为高等院校计算机图形学课程的教材，也可作为研究生与科研工作者的参考书。