第八章：场景图

by 冰点

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：

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。

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：

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。

在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);
}

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);
                }
            }
        }
    });
}