Java 3D 遊戲開發實戰：打造浮動球體與場景圖架構

前言

在 Java 3D 圖形程式開發系列的第一篇中，我們已探討如何建立基本形狀、光源與背景。本文將深入實作 Checkers3D 程式的核心場景——浮動球體，並完整解析從地板建構、觀察者定位到場景圖視覺化的完整流程。

一、 棋盤地板的建構

地板由交錯的藍綠磁磚與座標軸標籤組成，場景圖結構如圖 5 所示。透過 CheckerFloor 類別封裝建構邏輯，只需一行程式碼即可加入場景：

sceneBG.addChild(new CheckerFloor().getBG()); // 添加地板

磁磚座標與顏色分配

CheckerFloor 建構子使用雙重迴圈初始化兩個 ArrayList：blueCoords 儲存藍色磁磚座標，greenCoords 儲存綠色磁磚座標。座標與顏色一併傳遞給 ColouredTiles 物件（繼承自 Shape3D），直接加入地板分支圖：

floorBG.addChild(new ColouredTiles(blueCoords, blue));
floorBG.addChild(new ColouredTiles(greenCoords, green));

原點處的紅色標記方格同樣以四個 Point3f 定義頂點（逆時針順序），並稍微抬高（Y=0.01）以避免與磁磚重疊產生 Z-fighting。

二、 著色磁磚類別深度解析

ColouredTiles 繼承 Shape3D，使用 QuadArray 描述一系列四邊形幾何體。建構子指定頂點格式為座標與顏色：

plane = new QuadArray(coords.size(), GeometryArray.COORDINATES | GeometryArray.COLOR_3);

createGeometry() 方法將 ArrayList 轉為陣列並設定幾何資料：

Point3f[] points = new Point3f[numPoints];
coords.toArray(points);
plane.setCoordinates(0, points);
Color3f[] cols = new Color3f[numPoints];
for (int i = 0; i < numPoints; i++) cols[i] = col;
plane.setColors(0, cols);

關鍵點：四邊形頂點必須按逆時針順序排列，確保前面朝向 Y 軸正方向，才能正確接受光照與背面剔除。因不包含法線資訊，故直接在幾何體設定固定顏色（setColors），不受光源影響。

外觀設定：雙面顯示

透過 PolygonAttributes 關閉背面剔除（CULL_NONE），使磁磚雙面可見：

Appearance app = new Appearance();
PolygonAttributes pa = new PolygonAttributes();
pa.setCullFace(PolygonAttributes.CULL_NONE);
app.setPolygonAttributes(pa);
setAppearance(app);

三、 座標軸標籤生成

使用 Java 3D 內建 Text2D 工具類建立 2D 文字貼圖，預設隱藏背面。標籤位置由 TransformGroup 控制：

TransformGroup tg = new TransformGroup();
Transform3D t3d = new Transform3D();
t3d.setTranslation(vertex); // 標籤位置
tg.setTransform(t3d);
tg.addChild(message);
floorBG.addChild(tg);

建議：避免在 Text2D 建構子使用過大字體大小，改以 TransformGroup 縮放調整。

四、 觀察者位置與視圖分支圖

視圖分支圖（圖 7）由 SimpleUniverse 自動建構。觀察者位置透過 ViewingPlatform 的 TransformGroup 設定：

ViewingPlatform vp = su.getViewingPlatform();
TransformGroup steerTG = vp.getViewPlatformTransform();
Transform3D t3d = new Transform3D();
steerTG.getTransform(t3d);
t3d.lookAt(USERPOSN, new Point3d(0,0,0), new Vector3d(0,1,0));
t3d.invert();
steerTG.setTransform(t3d);

lookAt() 參數依序為：觀察者位置 USERPOSN (0,5,20)、注視點原點、向上向量 Y 軸。因座標系相對關係，必須呼叫 invert() 反轉變換矩陣。

五、 觀察者移動控制

採用 OrbitBehavior 實現滑鼠/鍵盤導航：

OrbitBehavior orbit = new OrbitBehavior(canvas3D, OrbitBehavior.REVERSE_ALL);
orbit.setSchedulingBounds(bounds);
vp.setViewPlatformBehavior(orbit);

REVERSE_ALL 使觀察點移動方向與滑鼠一致。註：FPS 類遊戲需更精確控制，後續將自行實作行為類別。

六、 場景圖視覺化除錯

使用 Dan Selman 的 Java3dTree 套件（j3dtree.jar）生成文字模式場景圖樹狀圖（圖 9）。整合步驟：

1. 匯入套件並宣告 Java3dTree j3dTree
2. 建構子中建立實例：j3dTree = new Java3dTree();
3. 場景圖建構完成後調整節點權限：j3dTree.recursiveApplyCapability(sceneBG);
4. 編譯前呼叫，編譯後更新樹狀圖：j3dTree.updateNodes(su);

注意：僅對內容分支圖調整權限，視圖分支圖會產生警告但不影響功能。編譯執行時需將 j3dtree.jar 加入 classpath。