第八章:场景图

概念

jMonkeyEngine3是一个基于场景图的3D游戏引擎,因此有必要对场景图的概念进行一些说明。jME3的场景图通过Spatial、Geometry、Node这3个类来实现,它们之间的关系如下图:

SceneGraph

场景图(Scene Graph)是一种数据结构,用于管理游戏场景中的物体,场景中的每个物体都被称为Spatial。

Spatial表示3D空间中的一个物体,它在空间中有三种线性变换:位移(Translation)、旋转(Rotation)、缩放(Scale)。Spatial是Geometry和Node的父类。

Geometry在前面的章节中已经介绍过了,它存储了物体的网格和材质,代表游戏中的可视物体。

Node是一个空间中的节点,每个节点(Node)中可以包含多个Spatial,每个Spatial只能有一个父节点(Node)。Node之间通过父子关系形成树形结构。

为了让你能够更容易理解这些概念,我从画了一幅画,用来做类比:一个气球就是一个Geometry,多个气球被一个小朋友牵在手里,小朋友的手心就是一个Node。

小孩牵着气球

实例:HelloNode

下面我们创建2个球体,然后把它们添加到一个Node中。源代码

package net.jmecn;

import com.jme3.app.SimpleApplication;
import com.jme3.light.AmbientLight;
import com.jme3.light.DirectionalLight;
import com.jme3.material.Material;
import com.jme3.math.ColorRGBA;
import com.jme3.math.Vector3f;
import com.jme3.scene.Geometry;
import com.jme3.scene.Mesh;
import com.jme3.scene.Node;
import com.jme3.scene.shape.Sphere;

/**
 * 场景图、节点
 * @author yanmaoyuan
 *
 */
public class HelloNode extends SimpleApplication {

    @Override
    public void simpleInitApp() {
        // 球体网格
        Mesh mesh = new Sphere(16, 24, 1);

        // 创建2个球体
        Geometry geomA = new Geometry("红色气球", mesh);
        geomA.setMaterial(newLightingMaterial(ColorRGBA.Red));

        Geometry geomB = new Geometry("青色气球", mesh);
        geomB.setMaterial(newLightingMaterial(ColorRGBA.Cyan));

        // 将两个球体添加到一个Node节点中
        Node node = new Node("原点");
        node.attachChild(geomA);
        node.attachChild(geomB);

        // 设置两个球体的相对位置
        geomA.setLocalTranslation(-1, 3, 0);
        geomB.setLocalTranslation(1.5f, 2, 0);

        // 将这个节点添加到场景图中
        rootNode.attachChild(node);

        // 添加光源
        addLight();
    }

    /**
     * 创建一个感光材质
     * @param color
     * @return
     */
    private Material newLightingMaterial(ColorRGBA color) {
        // 创建材质
        Material mat = new Material(assetManager, "Common/MatDefs/Light/Lighting.j3md");

        mat.setColor("Diffuse", color);
        mat.setColor("Ambient", color);
        mat.setColor("Specular", ColorRGBA.White);
        mat.setFloat("Shininess", 24);
        mat.setBoolean("UseMaterialColors", true);

        return mat;
    }

    /**
     * 添加光源
     */
    private void addLight() {
        // 定向光
        DirectionalLight sun = new DirectionalLight();
        sun.setDirection(new Vector3f(-1, -2, -3));

        // 环境光
        AmbientLight ambient = new AmbientLight();

        // 调整光照亮度
        ColorRGBA lightColor = new ColorRGBA();
        sun.setColor(lightColor.mult(0.8f));
        ambient.setColor(lightColor.mult(0.2f));

        // #3 将模型和光源添加到场景图中
        rootNode.addLight(sun);
        rootNode.addLight(ambient);
    }

    public static void main(String[] args) {
        HelloNode app = new HelloNode();
        app.start();
    }

}

运行效果如下:

HelloNode

Node

这份代码与前几章教程中的代码大同小异,最大区别在于第34~36行。Geometry不再是直接添加到rootNode中,而是添加到了另一个Node对象中。

    // 将两个球体添加到一个Node节点中
    Node node = new Node("原点");
    node.attachChild(geomA);
    node.attachChild(geomB);

为了让这两个球体能在屏幕上显示,这个node对象必须被添加到场景图的根节点rootNode中。

    // 将这个节点添加到场景图中
    rootNode.attachChild(node);

这里有几个需要注意的地方:

  • SimpleApplication中的场景图rootNode其实就是一个Node对象。
  • rootNode是场景中所有物体的父节点。
  • 如果想要在摄像机中看到一个3D模型,就要把它添加到rootNode中,无论直接还是间接。

除此之外,还有一点更重要:对父节点做任何操作,都会影响所有的子节点。下面我们在HelleNode这个例子中增加一点特别的代码,用以证明这个结论。

(1)首先,定义一个Spatial类型的引用,用于指向场景中的某个物体。

(2)然后,重写主循环simpleUpdate方法,使用spatial对象的rotate方法让这个物体绕Y轴以每秒180°的速度旋转。

(3)最后,在simpleInitApp方法的末尾,把node对象的引用赋予这个spatial对象。

private Spatial spatial;

@Override
public void simpleUpdate(float tpf) {
    if (spatial != null) {
        // 绕Y轴旋转
        spatial.rotate(0, 3.1415926f * tpf, 0);
    }
}

@Override
public void simpleInitApp() {
    // ...

    this.spatial = node;
}

运行程序,将会看到红蓝2个小球正在绕Y轴旋转。

simpleInitApp中,还可以通过scale方法来同时缩放两个球体的大小。比如我们让它们变成原来的1/2大小。

@Override
public void simpleInitApp() {
    // 前略..
    node.scale(0.5f);
}

Scaled Node

遍历场景图

jME3提供了2中方式来遍历场景图:

  • 广度优先遍历
    • public void breadthFirstTraversal(SceneGraphVisitor visitor)
  • 深度优先遍历
    • public abstract void depthFirstTraversal(SceneGraphVisitor visitor)

SceneGraphVisitor是一个接口(查看源代码),无论你是用任何一种方式来遍历场景图,都需要实现这个接口。

package com.jme3.scene;
public interface SceneGraphVisitor {
    public void visit(Spatial spatial);
}

例如,编写一个方法,用于遍历场景图,将场景中所有Geometry的渲染状态都改变为线框模式。

private void toggleWireframe(final boolean flag) {
    // 深度优先遍历
    rootNode.depthFirstTraversal(new SceneGraphVisitor() {
        @Override
        public void visit(Spatial spatial) {
            if (spatial instanceof Geometry) {
                Geometry geom = (Geometry)spatial;

                Material mat = geom.getMaterial();
                if (mat != null) {
                    mat.getAdditionalRenderState().setWireframe(flag);
                }
            }
        }
    });
}