Какой фреймворк использовать для вытягивания 3D-объекта из сплайна

Я ищу способ создания 3D-объектов путем вращения сплайна вокруг оси Y на Android. В результате должен получиться предмет, похожий на миску/стакан:

http://www.3d-resources.com/cinema_4d_tutorials/realistic_glass_tutorial.html

Форма формы должна быть динамической, пользователь должен иметь возможность настраивать радиус и контрольные точки сплайна в приложении.

В основном я ищу самый простой способ реализовать это. Может ли кто-нибудь указать мне в правильном направлении? (Структура, примерная реализация,...)

Есть ли известное название для этой техники моделирования? (в синема 4д это называется "токарный нурбс")

----- РЕДАКТИРОВАТЬ -----

Мой ввод представляет собой последовательность 2D-контрольных точек (путь Безье) и радиус между осью вращения и сплайном. Моим выводом должен быть 3D-рендеринг объекта в реальном времени, который создается путем вращения сплайна вокруг оси.


android java 3d spline
person stoefln    schedule 23.11.2014    source источник
comment
Этот вопрос очень широк. Каковы ваши входы? Каковы ваши ожидаемые результаты?   -  person Reticulated Spline    schedule 24.11.2014
comment
Итак, вам на самом деле нужны две разные функции: одна функция для выполнения вращения сплайна вокруг оси, а другая функция для рендеринга указанного объекта. Это очень широкое требование. Что вы сделали до сих пор?   -  person Reticulated Spline    schedule 24.11.2014
comment
@ReticulatedSpline, ты прав. Я пока мало что сделал. Я играл с Rachawali Framework github.com/MasDennis/Rajawali, но должен сказать, что я не очень опытен в программировании 3D. Поэтому и спрашиваю в общих чертах. Я тоже искал в сети, но не смог найти многообещающего подхода.   -  person stoefln    schedule 24.11.2014

Ответы (1)


arrow_upward
1
arrow_downward

Информация о кривой Бузье и о поворот поверхности.

Вы можете взять код с github.
Я написал его несколько лет назад, когда мне было довольно новый в Java, поэтому качество кода может быть немного плохим...

Вывод: введите здесь описание изображения

Основные классы:

Кривая Безье:

package kpi.ua.shapes;

import java.awt.Graphics2D;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class BezierCurve {

    private List<Point> allPoints;

    public BezierCurve(List<Point> allPoints) {
        this.allPoints = allPoints;
    }

    public Point getValue(double t) {
        Point result = new Point();
        int i = 0;
        Double x=new Double(0);
        Double y=new Double(0);
        for (Point p : allPoints) {
            x+=p.getX() * b(i, allPoints.size()-1, t);
            y+=p.getY() * b(i, allPoints.size()-1, t);
            i++;
        }
        result.setX(x);
        result.setY(y);
        return result;
    }

    private Double b(int i, int n, double t) {
        return fact(n)* Math.pow(t, i) * Math.pow(1 - t, n - i) / (fact(i) * fact(n - i));
    }

    private int fact(int num) {
        return (num == 0) ? 1 : num * fact(num - 1);
    }

    public void drawCarcass(Graphics2D gr) {
        Double[] x=new Double[allPoints.size()];
        Double[] y=new Double[allPoints.size()];
        int i=0;
        for(Point p:allPoints){
            x[i]=p.getX();
            y[i]=p.getY();
            i++;
        }
      //  gr.drawPolygon(x, y, i);
    }

    public List<Line> getCurve(){
        LinkedList<Line> curve=new LinkedList<Line>();
        Double t=0.0;
        Point prev = getValue(t);
        Point next; 
        while (t <= 1) {
            next =getValue(t);
            curve.add(new Line(prev,next));
           // gr.drawLine(prev.getX(), prev.getY(), next.getX(), next.getY());
            prev = next;
            t += 0.001;
        }
        next = getValue(t);
        curve.add(new Line(prev,next));
        return curve;
        //gr.drawLine(prev.getX(), prev.getY(), next.getX(), next.getY());   
    }
    public void drawCurve(Graphics2D gr){
//        Double t=0.0;
//        Point prev = getValue(t);
//        Point next; 
//        gr.setColor(Color.yellow);
//        gr.setStroke(new BasicStroke(2.5f));
//        while (t <= 1) {
//            next =getValue(t);          
//         //   gr.drawLine(prev.getX(), prev.getY(), next.getX(), next.getY());
//            prev = next;
//            t += 0.001;
//        }
//        next = getValue(t);
       // gr.drawLine(prev.getX(), prev.getY(), next.getX(), next.getY());        
    }


}

Сложный:

package kpi.ua.shapes;

public class Complex extends Point {

    private Double re;
    private Double im;

    public Complex(Double im, Double re) {
        this.im = im;
        this.re = re;
        Double r = Math.sqrt(im * im + re * re);
        Double fi = Math.atan(im / re);
        this.x=r * Math.cos(fi);
        this.y=r * Math.sin(fi);
    }

    public Double getRe() {
        return re;
    }

    public void setRe(Double re) {
        this.re = re;
    }

    public Double getIm() {
        return im;
    }

    public void setIm(Double im) {
        this.im = im;
    }

}

Конус:

package kpi.ua.shapes;

public class Cone {
    private Double a;
    private Double b;
    private Double c;
    private Double fi;

    public Cone() {
        super();
    }
    public Cone(Double a, Double b, Double c) {
        super();
        this.a = a;
        this.b = b;
        this.c = c;
    }
    public Double getA() {
        return a;
    }
    public void setA(Double a) {
        this.a = a;
    }
    public Double getB() {
        return b;
    }
    public void setB(Double b) {
        this.b = b;
    }
    public Double getC() {
        return c;
    }
    public void setC(Double c) {
        this.c = c;
    }
    public Double getFi() {
        return fi;
    }
    public void setFi(Double fi) {
        this.fi = fi;
    }
    public Point3D getPoint(Double fi,Double r){
        Double x=this.a*r*Math.cos(fi);
        Double y=this.b*r*Math.sin(fi);
        Double z=this.c*r;
        return new Point3D(x, y, z);
    }
}

Поверхность конуса:

package kpi.ua.shapes;

import java.awt.Graphics2D;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

import kpi.ua.util.ControlUtil;
import kpi.ua.util.GraphicUtil;

public class ConeSurface {
    private List<Point3D> conePoints;
    public List<Point3D> getConePoints() {
        return conePoints;
    }
    public void setConePoints(List<Point3D> conePoints) {
        this.conePoints = conePoints;
    }

    public void calcConePoints(){
        Cone cone = new Cone(ControlUtil.CONE_PARAMETR_A, ControlUtil.CONE_PARAMETR_B, ControlUtil.CONE_PARAMETR_C);
        Double r = ControlUtil.CONE_START_RADIOUS;
        conePoints=new LinkedList<Point3D>();
        while (r >= 0) {
            for (double fi = 0; fi < 2 * Math.PI; fi += ControlUtil.STEP_BY_FI) {
                conePoints.add(cone.getPoint(fi, r));
                conePoints.add(cone.getPoint(fi+ControlUtil.STEP_BY_FI, r));
                if(r!=0){
                    conePoints.add(cone.getPoint(fi, r-1));
                }
            }
            r--;
        }
    }
    public void drawCone(Graphics2D gr){
        if(conePoints==null)
            calcConePoints();
        GraphicUtil.drawTriangulation(gr, conePoints);
    }
}

Линия:

package kpi.ua.shapes;


public class Line {
    private Point from;
    private Point to;
    public Line(Point from, Point to) {
        super();
        this.from = from;
        this.to = to;
    }
    public Point getFrom() {
        return from;
    }
    public void setFrom(Point from) {
        this.from = from;
    }
    public Point getTo() {
        return to;
    }
    public void setTo(Point to) {
        this.to = to;
    }
}

Линия 3D:

package kpi.ua.shapes;

public class Line3D {
    private Point3D from;
    private Point3D to;

    public Line3D() {
        super();
    }

    public Line3D(Point3D from, Point3D to) {
        super();
        this.from = from;
        this.to = to;
    }

    public Point3D getFrom() {
        return from;
    }

    public void setFrom(Point3D from) {
        this.from = from;
    }

    public Point3D getTo() {
        return to;
    }

    public void setTo(Point3D to) {
        this.to = to;
    }

    public Line get2DVision() {
        return new Line(from.get2DVision(), to.get2DVision());
    }
}

Точка:

package kpi.ua.shapes;

public class Point {

    protected Double x;
    protected Double y;

    public Point() {
    }

    public Point(Double x, Double y) {
        this.x = x;
        this.y = y;
    }

    public Double getX() {
        return x;
    }

    public void setX(Double x) {
        this.x = x;
    }

    public Double getY() {
        return y;
    }

    public void setY(Double y) {
        this.y = y;
    }
}

Точка3D:

package kpi.ua.shapes;

public class Point3D extends Point {
    private Double z;

    public Point3D(Double x, Double y, Double z) {
        super(x, y);
        this.z = z;
    }

    public Double getZ() {
        return z;
    }

    public void setZ(Double z) {
        this.z = z;
    }

    /**Èçîìåòðèÿ
     * @return
     */
    public Point get2DVision() {
        Double cx=(1.0/Math.sqrt(6))*(Math.sqrt(3)*this.x-Math.sqrt(3)*this.z);
        Double cy=(1.0/Math.sqrt(6))*(Math.sqrt(2)*this.x-Math.sqrt(2)*this.y+Math.sqrt(2)*this.z);
        return new Point(cx, cy);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Point3D [z=" + z + ", x=" + x + ", y=" + y + "]";
    }


}

SurfaceBasedOnBuzierCurve:

package kpi.ua.shapes;

import java.awt.Graphics2D;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

import kpi.ua.util.ControlUtil;
import kpi.ua.util.GraphicUtil;

public class SurfaceBasedOnBuzierCurve {
    private final static Double DEFAULT_STEP_BY_T = 0.05;
    private final static Double DEFAULT_Q = 1.0;
    private final static Double DEFAULT_STEP_BY_FI = 0.15;
    private BezierCurve movingCurve;
    private List<Point3D> buzierPoints;

    public SurfaceBasedOnBuzierCurve() {
        refreshBuzierCurve();
    }

    public List<Point3D> getBuzierPoints() {
        return buzierPoints;
    }

    public void setConePoints(List<Point3D> buzierPoints) {
        this.buzierPoints = buzierPoints;
    }

    public void calcBuzierPoints() {
        this.buzierPoints = new LinkedList<Point3D>();
        Double q = DEFAULT_Q;
        Point movingPoint;
        for(double fi=0.0;fi<Math.PI*2;fi+=DEFAULT_STEP_BY_FI){
            for(double t=0.0;t<=1.0;t+=DEFAULT_STEP_BY_T){
                movingPoint=this.movingCurve.getValue(t);
                Point3D firstPoint =getSurfacePoint(movingPoint, movingPoint, q, fi);
                if(t+DEFAULT_STEP_BY_T<=1){
                    movingPoint=this.movingCurve.getValue(t+DEFAULT_STEP_BY_T);
                    Point3D secondPoint =getSurfacePoint(movingPoint, movingPoint, q, fi);
                    Point3D thirdPoint=getSurfacePoint(movingPoint, movingPoint, q, fi+DEFAULT_STEP_BY_FI);
                    buzierPoints.add(firstPoint);
                    buzierPoints.add(thirdPoint);
                    buzierPoints.add(secondPoint);

                }               
            }
        }
    }

    /**
     * Gets 3DPoint on surface via roating line
     * 
     * @param from
     * @param to
     * @param q
     * @param fi
     * @return
     */
    public Point3D getSurfacePoint(Point from, Point to, Double q, Double fi) {
        Double x = from.getX() + (to.getX() - from.getX()) * q;
        Double y = (from.getY() + (to.getY() - from.getY()) * q) * Math.cos(fi);
        Double z = (from.getY() + (to.getY() - from.getY()) * q) * Math.sin(fi);
        return new Point3D(x, y, z);
    }

    public void drawBuzierSurface(Graphics2D gr) {
        if (buzierPoints == null)
            calcBuzierPoints();
        GraphicUtil.drawTriangulation(gr, buzierPoints);
    }
    public void refreshBuzierCurve(){
        LinkedList<Point> allPoints = new LinkedList<>();
        allPoints.add(new Point(ControlUtil.BUZIER_FIRST_X, ControlUtil.BUZIER_FIRST_Y));
        allPoints.add(new Point(ControlUtil.BUZIER_SECOND_X, ControlUtil.BUZIER_SECOND_Y));
        allPoints.add(new Point(ControlUtil.BUZIER_THIRD_X, ControlUtil.BUZIER_THIRD_Y));
        allPoints.add(new Point(ControlUtil.BUZIER_FOURTH_X, ControlUtil.BUZIER_FOURTH_X));
        allPoints.add(new Point(ControlUtil.BUZIER_FIFTH_X, ControlUtil.BUZIER_FIFTH_X));
        this.movingCurve = new BezierCurve(allPoints);
    }
}

ControlUtil:

package kpi.ua.util;

import kpi.ua.shapes.Point;
import kpi.ua.shapes.Point3D;

public class ControlUtil {
    public static Double scaleX=1.0;
    public static Double scaleY=1.0;
    public static Double scaleZ=1.0;
    public static long serialVersionUID = 45L;
    public static Double AXIS_LENGTH = 200.0;
    public static Point CENTER_AXISES = new Point(300.0, 200.0);
    public static Point3D AXIS_X;
    public static Point3D AXIS_Y;
    public static Point3D AXIS_Z;
    public static Double CONE_PARAMETR_A=4.0;
    public static Double CONE_PARAMETR_B=6.0;
    public static Double CONE_PARAMETR_C=5.0;
    public static Double CONE_START_RADIOUS=25.0;
    public static Double STEP_BY_FI=0.2;
    public static Boolean isDrawCone=false;


//  allPoints.add(new Point(30.0, 10.0));
//  allPoints.add(new Point(300.0, 210.0));
//  allPoints.add(new Point(100.0, 200.0));
//  allPoints.add(new Complex((double) 55.0, (double) 251.0));
//  allPoints.add(new Complex((double) 155.0, (double) 300.0)); 

    public static Double BUZIER_FIRST_X=30.0;
    public static Double BUZIER_FIRST_Y=10.0;

    public static Double BUZIER_SECOND_X=-150.0;
    public static Double BUZIER_SECOND_Y=110.0;

    public static Double BUZIER_THIRD_X=100.0;
    public static Double BUZIER_THIRD_Y=200.0;

    public static Double BUZIER_FOURTH_X=55.0;
    public static Double BUZIER_FOURTH_Y=251.0;

    public static Double BUZIER_FIFTH_X=155.0;
    public static Double BUZIER_FIFTH_Y=300.0;


    static{
        AXIS_X=new Point3D(AXIS_LENGTH, 0.0 ,0.0);
        AXIS_Y=new Point3D(0.0,AXIS_LENGTH, 0.0);
        AXIS_Z=new Point3D(0.0, 0.0, AXIS_LENGTH);
    }
}

Графическое использование:

package kpi.ua.util;

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.Polygon;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

import kpi.ua.shapes.Line;
import kpi.ua.shapes.Line3D;
import kpi.ua.shapes.Point3D;

public class GraphicUtil{
    public static void drawAxis(Graphics2D gr){
        gr.setColor(Color.RED);
        drawLine(gr,new Line3D(new Point3D(0.0,0.0,0.0),ControlUtil.AXIS_X));
        gr.setColor(Color.WHITE);
        gr.drawString("x", ControlUtil.CENTER_AXISES.getX().intValue()+ControlUtil.AXIS_X.get2DVision().getX().intValue()+5,
                ControlUtil.CENTER_AXISES.getY().intValue()-ControlUtil.AXIS_X.get2DVision().getY().intValue());
        gr.setColor(Color.RED);
        drawLine(gr,new Line3D(new Point3D(0.0,0.0,0.0),ControlUtil.AXIS_Y));
        gr.setColor(Color.WHITE);
        gr.drawString("y", ControlUtil.CENTER_AXISES.getX().intValue()+ControlUtil.AXIS_Y.get2DVision().getX().intValue()+5,
                ControlUtil.CENTER_AXISES.getY().intValue()-ControlUtil.AXIS_Y.get2DVision().getY().intValue());
        gr.setColor(Color.RED);     
        drawLine(gr,new Line3D(new Point3D(0.0,0.0,0.0),ControlUtil.AXIS_Z));
        gr.setColor(Color.WHITE);
        gr.drawString("z", ControlUtil.CENTER_AXISES.getX().intValue()+ControlUtil.AXIS_Z.get2DVision().getX().intValue()+5,
                ControlUtil.CENTER_AXISES.getY().intValue()-ControlUtil.AXIS_Z.get2DVision().getY().intValue());
    }
    public static void moveAroundZ(Double fi,List<Point3D> shape){
        Double x;
        Double y;
        if(shape!=null){
            for(Point3D point:shape){
                x=point.getX()*Math.cos(fi)+point.getY()*Math.sin(fi);
                y=point.getX()*Math.sin(fi)-point.getY()*Math.cos(fi);
                point.setX(x);
                point.setY(y);
            }
        }
    }
    public static void moveAroundX(Double fi,List<Point3D> shape){
        Double y;
        Double z;
        if(shape!=null){
            for(Point3D point:shape){
                y=-point.getY()*Math.cos(fi)-point.getZ()*Math.sin(fi);
                z=-point.getY()*Math.sin(fi)+point.getZ()*Math.cos(fi);
                point.setY(y);
                point.setZ(z);
            }
        }
    }
    public static void moveAroundY(Double fi,List<Point3D> shape){
        Double x;
        Double z;       
        if(shape!=null){
            for(Point3D point:shape){
                x=point.getX()*Math.cos(fi)+point.getZ()*Math.sin(fi);
                z=-point.getX()*Math.sin(fi)+point.getZ()*Math.cos(fi);
                point.setX(x);
                point.setZ(z);
            }
        }
    }
    public static void drawLine(Graphics2D gr,Line3D line3D){
        line3D.getFrom().setX(ControlUtil.scaleX*line3D.getFrom().getX());
        line3D.getFrom().setY(ControlUtil.scaleY*line3D.getFrom().getY());
        line3D.getFrom().setZ(ControlUtil.scaleZ*line3D.getFrom().getZ());
        line3D.getTo().setX(ControlUtil.scaleX*line3D.getTo().getX());
        line3D.getTo().setY(ControlUtil.scaleY*line3D.getTo().getY());
        line3D.getTo().setZ(ControlUtil.scaleZ*line3D.getTo().getZ());
        Line line=line3D.get2DVision();
        gr.drawLine((int)Math.round(ControlUtil.CENTER_AXISES.getX()+line.getFrom().getX()), (int)Math.round(ControlUtil.CENTER_AXISES.getY()-line.getFrom().getY()), (int)Math.round(ControlUtil.CENTER_AXISES.getX()+line.getTo().getX()),(int) Math.round(ControlUtil.CENTER_AXISES.getY()-line.getTo().getY()));
    }

    public static void drawTriangulation(Graphics2D gr,List<Point3D> shape){
        if(shape==null)
            return;
        Iterator<Point3D> iter=shape.iterator();
        Point3D from=null;
        Point3D to=null;
        while(iter.hasNext()){
            from=iter.next();
            if(iter.hasNext()){
                to=iter.next();
                GraphicUtil.drawLine(gr, new Line3D(from,to));
                if(iter.hasNext()){
                    from=iter.next();
                    GraphicUtil.drawLine(gr, new Line3D(from,to));                  
                }
            }
        }       
    }
}
person Maksym    schedule 01.12.2014