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J2ME 3D 編程入門：JSR 184 (M3G) 第一個 3D 程序完整實現

編輯：J2ME

前言：手機也能跑 3D？JSR 184 讓它成為現實

Mobile 3D Graphics API (M3G, JSR 184) 為 CLDC 1.1 / MIDP 2.0 設備帶來了保留模式 3D 引擎：場景圖、動畫、照相機、光照、材質、骨骼動畫、M3G 文件格式。本文基於 WTK 2.2 Demo3D 範例，從零構建第一個旋轉 3D 場景，解析核心對象生命週期與渲染管線。

一、環境要求

CLDC 1.1 + MIDP 2.0 (必須支持 float)。
WTK 2.2+ 勾選 Mobile 3D Graphics (JSR 184) 可選包。
模型文件：swerve.m3g (WTK 安裝目錄 apps/Demo3D/res/com/superscape/m3g/wtksamples/retainedmode/content/)。

二、核心類架構

MIDlet (First3DMIDlet)
    └─ Canvas (First3DCanvas) implements Runnable
         ├─ World (場景根節點，從 .m3g 載入)
         ├─ Graphics3D (單例渲染引擎)
         ├─ Camera (視角、投影、視口)
         └─ Thread (渲染循環，驅動動畫時間)

三、完整代碼

1. First3DMIDlet.java

package first3d;

import javax.microedition.midlet.*;
import javax.microedition.lcdui.*;

public class First3DMIDlet extends MIDlet {
    private First3DCanvas canvas = new First3DCanvas();

    protected void startApp() {
        Display.getDisplay(this).setCurrent(canvas);
    }
    protected void pauseApp() {}
    protected void destroyApp(boolean u) {}
}

2. First3DCanvas.java

package first3d;

import javax.microedition.lcdui.*;
import javax.microedition.m3g.*;
import java.util.*;

public class First3DCanvas extends Canvas implements Runnable {
    private World world;
    private Graphics3D g3d = Graphics3D.getInstance();
    private Camera cam;
    private int vpX, vpY, vpW, vpH;
    private long startTime;
    private int validity;

    public First3DCanvas() {
        // 1. 啟動渲染線程
        new Thread(this).start();

        try {
            // 2. 載入 M3G 場景 (World 是頂層容器)
            Object[] objs = Loader.load("/swerve.m3g");
            world = (World) objs[0];

            // 3. 獲取場景中預定義的活動攝像機
            cam = world.getActiveCamera();

            // 4. 計算視口以保持投影長寬比
            vpX = 0; vpY = 0;
            vpW = getWidth(); vpH = getHeight();
            float[] params = new float[4];
            int projType = cam.getProjection(params); // params: [near, far, fovy/aspect, ...]
            if (projType != Camera.GENERIC) {
                float aspect = (float) vpW / vpH;
                if (aspect < params[1]) { // params[1] 為投影長寬比
                    float h = vpW / params[1];
                    vpH = (int) h;
                    vpY = (getHeight() - vpH) / 2;
                } else {
                    float w = vpH * params[1];
                    vpW = (int) w;
                    vpX = (getWidth() - vpW) / 2;
                }
            }
            startTime = System.currentTimeMillis();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace(); // 實際項目應顯示錯誤界面
        }
    }

    protected void paint(Graphics g) {
        // 1. 清背景
        g.setColor(0); g.fillRect(0, 0, getWidth(), getHeight());

        // 2. 綁定 Graphics3D 到 LCDUI Graphics
        g3d.bindTarget(g);

        // 3. 設置視口
        g3d.setViewport(vpX, vpY, vpW, vpH);

        // 4. 推進動畫時間 (毫秒)
        long elapsed = System.currentTimeMillis() - startTime;
        validity = world.animate((int) elapsed); // 更新骨骼/頂點動畫

        try {
            // 5. 渲染整個場景圖
            g3d.render(world);
        } finally {
            // 6. 釋放綁定，歸還 LCDUI Graphics 控制權
            g3d.releaseTarget();
        }
    }

    public void run() {
        while (true) {
            // 7. 請求重繪視口區域
            repaint(vpX, vpY, vpW, vpH);
            try { Thread.sleep(30); } catch (InterruptedException e) { break; } // ~33 FPS
        }
    }
}

四、關鍵流程圖解

Loader.load("/model.m3g")
    → World (場景圖根)
        ├─ Group/Node (層級結構)
        │   ├─ Mesh (幾何體: VertexBuffer + IndexBuffer + Appearance)
        │   ├─ Camera (投影/視口/視點)
        │   ├─ Light (方向/點/聚光)
        │   ├─ Background (純色/圖片/立方體貼圖)
        │   └─ AnimationController (時間驅動動畫軌跡)
        └─ 調用 world.animate(time) 更新所有控制器
Graphics3D.render(World)
    → 遍歷場景圖 → 視錐剔除 → 頂點變換 → 光照 → 光柵化 → 輸出到 LCDUI Graphics

五、 M3G 文件製作流程

建模工具：Blender / 3ds Max / Maya。
導出為 M3G 格式 (需插件/腳本，如 Blender M3G Exporter)。
放入項目 res/ 目錄，打包進 JAR。
代碼中 Loader.load("/model.m3g") 載入。

六、性能優化要點

策略	說明
視口裁剪	`g3d.setViewport` 限制繪製區域，避免全屏渲染浪費
層級細節 (LOD)	遠距離物體換低面數 Mesh，M3G 支持 `LOD` 節點
靜態場景預烘焙	光照貼圖、法線貼圖燒錄進紋理，運行時無動態光照計算
動畫時間步長	`world.animate(dt)` 傳入真實幀間隔，避免快慢機速度不一
釋放資源	`destroyApp()` 中 `world = null; System.gc();` 釋放頂點緩衝/紋理

七、常見問題

ClassNotFound: javax.microedition.m3g.World → WTK 項目屬性未勾選「Mobile 3D Graphics (JSR 184)」。
模型不顯示/全黑 → 攝像機位置/方向錯誤、未設置視口、模型縮放極大/極小、材質缺少光源。
幀率極低 → 面數過多(>1k 三角形/幀)、動態光照過多、未啟用視錐剔除、未使用 LOD。
真機運行崩潰 → 設備未實現 JSR 184、Heap 不足(需 >200KB)、M3G 文件版本不兼容(1.0 vs 1.1)。

八、總結

JSR 184 以保留模式場景圖抽象了 3D 渲染管線，「載入 → 綁定 → 設置視口 → 推進時間 → 渲染 → 釋放」六步構成標準幀循環。掌握 World/Camera/Graphics3D 三大核心對象交互，配合 M3G 文件製作管線，即可在功能機上呈現驚艷的 3D 體驗。