J2ME 3D 圖形技術 (JSR 184 / M3G) 核心概念與入門範例

M3G (Mobile 3D Graphics) 簡介

JSR 184 定義了行動裝置上的 3D 圖形 API (M3G)，為 J2ME 應用帶來 OpenGL 風格的 3D 能力。特點：

• 輕量級：完整實作 < 150 KB
• 可選包：基於 OpenGL ES 精簡，約 30 個類別
• 執行需求：CLDC 1.1 / CLDC 2.0 (需浮點運算)，相容 MIDP 1.0 & 2.0
• 支援裝置：Nokia 6230/6600/7650, Siemens S65/CX65, Sony Ericsson K700i/P900, Motorola T720 等
• 底層引擎：通常由 C 實作 (如 SuperScape Swerve 引擎)

兩大渲染模式

M3G 允許混合使用兩種模式。

核心類別架構

• Graphics3D：Singleton，3D 渲染目標綁定與繪製入口
• World：場景根節點，包含 Camera、Light、Background、3D 物體樹
• Camera：觀察者視角、投影矩陣 (透視/正交)
• Mesh、TriangleStripArray、IndexBuffer：幾何體資料 (頂點、法線、紋理座標)
• Appearance、Material、Texture2D：外觀屬性
• Loader：從 .m3g 檔案載入完整場景 (可用 3ds Max 等工具匯出)

最小可執行範例：旋轉金字塔

來源：Sony Ericsson 官方範例，可在 WTK 2.2 模擬器執行。

1. 取得 Graphics3D 實例

Graphics3D g3d = Graphics3D.getInstance();

2. Canvas 中渲染迴路

public class MyCanvas extends Canvas implements Runnable {
    private Graphics3D g3d = Graphics3D.getInstance();
    private World world;
    
    public void run() {
        Graphics g = getGraphics();
        while (true) {
            try {
                g3d.bindTarget(g);
                // 更新場景 (動畫)
                world.animate(System.currentTimeMillis() - startTime);
                // 渲染
                g3d.render(world);
            } finally {
                g3d.releaseTarget();
            }
            flushGraphics();
            Thread.sleep(30); // 約 33 FPS
        }
    }
    
    protected void paint(Graphics g) {
        // 若不使用獨立執行緒，可在這裡渲染
    }
}

3. 建立場景與攝影機

world = new World();
Camera cam = new Camera();
world.addChild(cam);

float w = getWidth();
float h = getHeight();
cam.setPerspective(60.0f, w/h, 0.1f, 50.0f); // fov, aspect, near, far
world.setActiveCamera(cam);

4. 程式化建立金字塔 Mesh

private Mesh createPyramid() {
    // 頂點座標 (x,y,z)
    short[] verts = {
        0,  10, 0,    // 頂點
       -10, -10, 10,  // 底面四角
        10, -10, 10,
        10, -10,-10,
       -10, -10,-10
    };
    // 三角形索引 (4 側面 + 2 底面三角形)
    byte[] indices = {
        0,1,2,  0,2,3,  0,3,4,  0,4,1,  // 四側面
        1,3,2,  1,4,3                    // 底面
    };
    
    VertexArray positions = new VertexArray(5, 3, 2); // 5點, 3維, short
    positions.set(0, 5, verts);
    
    TriangleStripArray strips = new TriangleStripArray(6, new int[]{3,3,3,3,3,3});
    strips.setIndices(0, indices, 18);
    
    Mesh mesh = new Mesh(positions, strips, null); // Appearance 稍後設定
    mesh.setTranslation(0, 0, -30); // 移入螢幕內
    return mesh;
}

5. 加入場景並啟動動畫

Mesh pyramid = createPyramid();
world.addChild(pyramid);

// 在執行緒中旋轉
public void run() {
    // ...
    pyramid.postRotate(3.0f, 0, 1, 0); // 繞 Y 軸旋轉 3 度
    // ...
}

從 .m3g 檔案載入場景 (生產建議)

try {
    Object[] objs = Loader.load("/scene.m3g"); // 從 JAR 內資源載入
    world = (World) objs[0]; // 第一個物件通常是 World
    // 取得場景中定義的 Camera
    Camera cam = world.getActiveCamera();
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

• 使用 3ds Max + M3G 匯出外掛建模，大幅降低程式碼複雜度
• 支援動畫軌跡、骨骼動畫、材質、貼圖完整保留

WTK 2.2 內建支援與測試

• WTK 2.2 已內建 M3G 實作，無需額外安裝
• 專案設定：API Selection → Mobile 3D Graphics (JSR 184)
• 參考範例：WTK2.2/apps/Demo3D

效能優化建議

• 減少 postRotate 等矩陣運算頻率，改用關鍵幀插值
• 合併 Mesh 減少 Draw Call
• 使用 TriangleStripArray 而非獨立三角形
• 貼圖尺寸採 2 的冪次方，啟用 Mipmap
• 針對低端裝置提供 LOD (Level of Detail) 版本

M3G 為 J2ME 帶來了前所未有的 3D 表現力，雖然智慧型手機時代已由 OpenGL ES 取代，但在功能機、嵌入式裝置維護專案中仍具參考價值。

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2. 下一篇文章： J2ME 3D 程式設計實戰：第一個 M3G 程式完整原始碼解析

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