Java 3D 立方體渲染實戰：面填充、隱藏面消除與滑鼠旋轉互動完整代碼

使用 Java AWT/Swing 實現一個可滑鼠拖曳旋轉的 3D 立方體，包含面填充著色、背面剔除（隱藏面消除）、透視投影與即時重繪。代碼結構清晰，適合學習 3D 圖形學基礎與 Java 形繪製機制。

核心類別結構

• Gr3d1m：基礎框架視窗，處理滑鼠事件、座標變換、線框繪製
• Gr3d4a：繼承基礎類，覆寫繪製方法實現面填充與背面剔除
• Cube：資料類，定義立方體 6 個面的 3D 頂點座標（此處省略，假設已定義）

關鍵演算法：3D 旋轉投影

// 旋轉角度轉弧度
final double RAD = Math.PI / 180.0;
double a = angX * RAD, b = angY * RAD;
double sinA = Math.sin(a), sinB = Math.sin(b);
double cosA = Math.cos(a), cosB = Math.cos(b);
// 每個頂點旋轉變換
for (int i = 0; i < len; i++) {
    double x1 = x[i] * cosB + z[i] * sinB;
    double z0 = -x[i] * sinB + z[i] * cosB;
    double y1 = y[i] * cosA - z0 * sinA;
    // 投影至 2D 螢幕座標
    xx[i] = xp + (int) Math.rint(x1);
    yy[i] = yp - (int) Math.rint(y1);
    // 保留旋轉後 3D 座標供背面剔除使用
    xw[i] = x1; yw[i] = y1;
}

背面剔除：向量外積判斷

// 計算面法線向量 Z 分量（投影平面為 XY）
// 頂點順序需符合右手定則（逆時針為正面）
double Hvec(double[] x, double[] y) {
    // 三角形面外積公式簡化：x0(y1-y2) + x1(y2-y0) + x2(y0-y1)
    return x[0]*(y[1]-y[2]) + x[1]*(y[2]-y[0]) + x[2]*(y[0]-y[1]);
}
// 繪製前檢查
if (Hvec(xw, yw) > 0) { // 法線指向觀察者（正面）
    g.setColor(color);
    g.fillPolygon(xx, yy, len); // 填充多邊形
}

滑鼠互動控制

// 實作 MouseListener, MouseMotionListener
public void mousePressed(MouseEvent e) { doX = e.getX(); doY = e.getY(); }
public void mouseDragged(MouseEvent e) {
    angX += e.getY() - doY; // 垂直拖曳 → X 軸旋轉
    angY += e.getX() - doX; // 水平拖曳 → Y 軸旋轉
    doX = e.getX(); doY = e.getY();
    repaint(); // 觸發重繪
}
// 其餘事件方法留空...

完整繪製流程

public void paint(Graphics g) {
    delDeaw(g); // 擦除背景
    for (int i = 0; i < data.x.length; i++) {
        drawPG(g, data.x[i], data.y[i], data.z[i], 150, 150, Col[i]);
    }
    // 顯示當前旋轉角度
    g.setColor(Color.YELLOW);
    g.drawString("X=" + angX%360 + " Y=" + angY%360, 10, getSize().height-30);
}
private void delDeaw(Graphics g) {
    Insets insets = getInsets();
    g.setColor(new Color(128,128,255)); // 背景色
    g.fillRect(insets.left, insets.top, 350, 350);
}

執行方式

javac Gr3d1m.java Gr3d4a.java Cube.java
java Gr3d4a

滑鼠拖曳視窗即可旋轉立方體，角度即時顯示於左下角。

擴展建議

1. 加入 Z 軸旋轉（滑鼠滾輪或鍵盤控制）
2. 實現光照模型（漫反射/鏡面反射）計算面亮度
3. 支援載入 OBJ/STL 3D 模型檔案
4. 移植至 JavaFX 3D 或 LWJGL/OpenGL 獲得硬體加速