3D形状（3D Shapes）

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2023-12-01

在前面的章节中，我们已经了解了如何在XY平面上绘制2D形状。除了这些2D形状，我们还可以使用JavaFX绘制其他几种3D形状。

3D形状

通常，3D形状是可以在XYZ平面上绘制的几何图形。这些包括Cylinder, Sphere和Box 。

上面提到的每个3D形状都由一个类表示，所有这些类都属于包javafx.scene.shape 。名为Shape3D的类是JavaFX中所有三维形状的基类。

创建3D形状

要创建三维形状，您需要 -

实例化所需3D形状的相应类。
设置3D形状的属性。
将3D形状对象添加到组中。

实例化各个类

要创建三维形状，首先需要实例化其各自的类。例如，如果要创建3D框，则需要实例化名为Box的类，如下所示 -

Box box = new Box();

设置形状的属性

实例化类之后，需要使用setter方法设置形状的属性。

例如，要绘制3D框，您需要传递其宽度，高度，深度。您可以使用各自的setter方法指定这些值，如下所示 -

//Setting the properties of the Box 
box.setWidth(200.0); 
box.setHeight(400.0);   
box.setDepth(200.0);

将形状对象添加到组

最后，您需要将形状的对象添加到组中，方法是将其作为构造函数的参数传递，如下所示。

//Creating a Group object  
Group root = new Group(box);

下表提供了JavaFX提供的各种3D形状的列表。

S.No	形状和描述
1	Box 长方体是具有length （深度）， width和height的三维形状。在JavaFX中，三维框由名为Box的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建Box节点。该类具有double数据类型的3个属性，即 - width - 框的宽度。 height - 盒子的高度。 depth - 盒子的深度。
2	Cylinder 圆柱体是闭合的固体，其具有通过弯曲表面连接的两个平行（大部分为圆形）的基部。它由两个参数描述，即其圆形底座的radius和圆柱体的height 。在JavaFX中，圆柱体由名为Cylinder的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建柱面节点。该类具有double数据类型的2个属性，即 - height - 气缸的高度。 radius - 圆柱的半径。
3	Sphere 球体被定义为与3D空间中的给定点相距距离r的点集。该距离r是球体的半径，给定点是球体的中心。在JavaFX中，球体由名为Sphere的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建一个球体节点。此类具有名为radius of double数据类型的属性。它代表球体的半径。

S.No

形状和描述

Box

长方体是具有length （深度）， width和height的三维形状。

在JavaFX中，三维框由名为Box的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。

通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建Box节点。

该类具有double数据类型的3个属性，即 -

width - 框的宽度。
height - 盒子的高度。
depth - 盒子的深度。

Cylinder

圆柱体是闭合的固体，其具有通过弯曲表面连接的两个平行（大部分为圆形）的基部。

它由两个参数描述，即其圆形底座的radius和圆柱体的height 。

在JavaFX中，圆柱体由名为Cylinder的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。

通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建柱面节点。该类具有double数据类型的2个属性，即 -

height - 气缸的高度。
radius - 圆柱的半径。

Sphere

球体被定义为与3D空间中的给定点相距距离r的点集。该距离r是球体的半径，给定点是球体的中心。

在JavaFX中，球体由名为Sphere的类表示。该类属于包javafx.scene.shape 。

通过实例化此类，您可以在JavaFX中创建一个球体节点。

此类具有名为radius of double数据类型的属性。它代表球体的半径。

3D对象的属性

对于所有3维对象，您可以设置各种属性，如剔除面，绘图模式，材质。

以下部分讨论3D对象的属性。

剔脸

通常，剔除是去除形状的不正确定向部分（在视图区域中不可见）。

Cull Face属性的类型为CullFace ，它表示3D形状的Cull Face。您可以使用方法setCullFace()设置形状的剔除面，如下所示 -

box.setCullFace(CullFace.NONE);

形状的笔划类型可以是 -

None - 不执行剔除（CullFace.NONE）。
Front - 所有正面饰面都被剔除。（CullFace.FRONT）。
Back - 所有面向后方的多边形都被剔除。（StrokeType.BACK）。

默认情况下，三维形状的剔除面是Back。

例子 (Example)

以下程序是演示球体的各种剔除面的示例。将此代码保存在名为SphereCullFace.java的文件中。

import javafx.application.Application; 
import javafx.scene.Group; 
import javafx.scene.Scene; 
import javafx.scene.shape.CullFace; 
import javafx.stage.Stage; 
import javafx.scene.shape.Sphere; 
public class SphereCullFace extends Application { 
   @Override 
   public void start(Stage stage) { 
      //Drawing Sphere1 
      Sphere sphere1 = new Sphere();
      //Setting the radius of the Sphere 
      sphere1.setRadius(50.0);   
      //Setting the position of the sphere 
      sphere1.setTranslateX(100); 
      sphere1.setTranslateY(150); 
      //setting the cull face of the sphere to front 
      sphere1.setCullFace(CullFace.FRONT); 
      //Drawing Sphere2 
      Sphere sphere2 = new Sphere(); 
      //Setting the radius of the Sphere 
      sphere2.setRadius(50.0);   
      //Setting the position of the sphere 
      sphere2.setTranslateX(300);  
      sphere2.setTranslateY(150); 
      //Setting the cull face of the sphere to back 
      sphere2.setCullFace(CullFace.BACK); 
      //Drawing Sphere3 
      Sphere sphere3 = new Sphere(); 
      //Setting the radius of the Sphere 
      sphere3.setRadius(50.0);   
      //Setting the position of the sphere 
      sphere3.setTranslateX(500); 
      sphere3.setTranslateY(150); 
      //Setting the cull face of the sphere to none 
      sphere2.setCullFace(CullFace.NONE);          
      //Creating a Group object  
      Group root = new Group(sphere1, sphere2, sphere3); 
      //Creating a scene object 
      Scene scene = new Scene(root, 600, 300);  
      //Setting title to the Stage
      stage.setTitle("Drawing a Sphere"); 
      //Adding scene to the stage 
      stage.setScene(scene); 
      //Displaying the contents of the stage 
      stage.show(); 
   } 
   public static void main(String args[]){ 
      launch(args); 
   } 
}

使用以下命令从命令提示符编译并执行保存的Java文件。

javac SphereCullFace.java 
java SphereCullFace

执行时，上述程序生成一个JavaFX窗口，显示三个球体，其剔除面值分别为FRONT, BACK和NONE ，如下所示 -

绘图模式

它的属性是DrawMode类型，它表示用于绘制当前3D形状的绘图模式。您可以使用方法setDrawMode（）选择绘制模式来绘制3D形状，如下所示 -

box.setDrawMode(DrawMode.FILL);

在JavaFX中，您可以选择两种绘制模式来绘制3D形状，它们是 -

Fill - 此模式绘制并填充2D形状（DrawMode.FILL）。
Line - 此模式使用线条绘制3D形状（DrawMode.LINE）。

默认情况下，3D维形状的绘制模式为填充。

例子 (Example)

以下程序是演示3D盒子的各种绘制模式的示例。将此代码保存在名为BoxDrawMode.java的文件中。

import javafx.application.Application; 
import javafx.scene.Group; 
import javafx.scene.PerspectiveCamera; 
import javafx.scene.Scene;  
import javafx.scene.shape.Box; 
import javafx.scene.shape.DrawMode; 
import javafx.stage.Stage; 
public class BoxDrawMode extends Application { 
   @Override 
   public void start(Stage stage) { 
      //Drawing a Box 
      Box box1 = new Box(); 
      //Setting the properties of the Box 
      box1.setWidth(100.0); 
      box1.setHeight(100.0);   
      box1.setDepth(100.0); 
      //Setting the position of the box 
      box1.setTranslateX(200); 
      box1.setTranslateY(150); 
      box1.setTranslateZ(0);
      //Setting the drawing mode of the box 
      box1.setDrawMode(DrawMode.LINE); 
      //Drawing a Box 
      Box box2 = new Box(); 
      //Setting the properties of the Box 
      box2.setWidth(100.0); 
      box2.setHeight(100.0);   
      box2.setDepth(100.0); 
      //Setting the position of the box 
      box2.setTranslateX(450); //450 
      box2.setTranslateY(150);//150 
      box2.setTranslateZ(300); 
      //Setting the drawing mode of the box 
      box2.setDrawMode(DrawMode.FILL);     
      //Creating a Group object   
      Group root = new Group(box1, box2); 
      //Creating a scene object 
      Scene scene = new Scene(root, 600, 300); 
      //Setting camera 
      PerspectiveCamera camera = new PerspectiveCamera(false); 
      camera.setTranslateX(0); 
      camera.setTranslateY(0); 
      camera.setTranslateZ(0); 
      scene.setCamera(camera);  
      //Setting title to the Stage 
      stage.setTitle("Drawing a Box"); 
      //Adding scene to the stage 
      stage.setScene(scene);
      //Displaying the contents of the stage 
      stage.show(); 
   }      
   public static void main(String args[]){ 
      launch(args); 
   } 
}

使用以下命令从命令提示符编译并执行保存的java文件。

javac BoxDrawMode.java 
java BoxDrawMode

执行时，上述程序生成一个JavaFX窗口，分别显示两个框，绘图模式值分别为LINE和FILL，如下所示 -

Material

剔除Face属性属于Material类型，它用于选择3D形状材质的表面。您可以使用setCullFace()方法设置3D形状的材质，如下所示 -

cylinder.setMaterial(material);

如上所述，此方法需要传递Material类型的对象。包javafx.scene.paint的PhongMaterial类是此类的子类，它提供了7个表示Phong着色材质的属性。您可以使用这些属性的setter方法将所有这些类型的材质应用于3D形状的表面。

以下是JavaFX中可用的材料类型 -

bumpMap - 表示存储为RGB图像的法线贴图。
diffuseMap - 这表示漫反射贴图。
selfIlluminationMap - 这表示此PhongMaterial的自发光地图。
specularMap - 这表示此PhongMaterial的高光贴图。
diffuseColor - 这表示此PhongMaterial的漫反射颜色。
specularColor - 这表示此PhongMaterial的镜面反射颜色。
specularPower - 这代表了这个PhongMaterial的镜面反射力。

默认情况下，三维形状的材质是PhongMaterial，具有浅灰色的漫反射颜色。

例子 (Example)

以下是在圆筒上显示各种材料的示例。将此代码保存在名为CylinderMaterials.java的文件中。

import javafx.application.Application; 
import javafx.scene.Group; 
import javafx.scene.PerspectiveCamera; 
import javafx.scene.Scene; 
import javafx.scene.image.Image; 
import javafx.scene.paint.Color; 
import javafx.scene.paint.PhongMaterial; 
import javafx.scene.shape.Cylinder; 
import javafx.stage.Stage;
public class CylinderMaterials extends Application {  
   @Override 
   public void start(Stage stage) { 
      //Drawing Cylinder1 
      Cylinder cylinder1 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder1.setHeight(130.0f); 
      cylinder1.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder1.setTranslateX(100); 
      cylinder1.setTranslateY(75); 
      //Preparing the phong material of type bump map  
      PhongMaterial material1 = new PhongMaterial();  
      material1.setBumpMap(new Image
         ("https://www.xnip.cn/images/tplogo.gif"));   
      //Setting the bump map material to Cylinder1 
      cylinder1.setMaterial(material1);    
      //Drawing Cylinder2 
      Cylinder cylinder2 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder2.setHeight(130.0f); 
      cylinder2.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder2.setTranslateX(200); 
      cylinder2.setTranslateY(75); 
      //Preparing the phong material of type diffuse map 
      PhongMaterial material2 = new PhongMaterial();
      material2.setDiffuseMap(new Image
         ("https://www.xnip.cn/images/tp-logo.gif")); 
      //Setting the diffuse map material to Cylinder2 
      cylinder2.setMaterial(material2);         
      //Drawing Cylinder3 
      Cylinder cylinder3 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder3.setHeight(130.0f); 
      cylinder3.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder3.setTranslateX(300); 
      cylinder3.setTranslateY(75); 
      //Preparing the phong material of type Self Illumination Map 
      PhongMaterial material3 = new PhongMaterial();  
      material3.setSelfIlluminationMap(new Image
         ("https://www.xnip.cn/images/tp-logo.gif"));  
      //Setting the Self Illumination Map material to Cylinder3 
      cylinder3.setMaterial(material3);  
      //Drawing Cylinder4 
      Cylinder cylinder4 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder4.setHeight(130.0f); 
      cylinder4.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder4.setTranslateX(400); 
      cylinder4.setTranslateY(75); 
      //Preparing the phong material of type Specular Map  
      PhongMaterial material4 = new PhongMaterial();  
      material4.setSpecularMap(new Image
         ("https://www.xnip.cn/images/tp-logo.gif")); 
      //Setting the Specular Map material to Cylinder4 
      cylinder4.setMaterial(material4);  
      //Drawing Cylinder5 
      Cylinder cylinder5 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder5.setHeight(130.0f); 
      cylinder5.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder5.setTranslateX(100); 
      cylinder5.setTranslateY(300); 
      //Preparing the phong material of type diffuse color 
      PhongMaterial material5 = new PhongMaterial();  
      material5.setDiffuseColor(Color.BLANCHEDALMOND); 
      //Setting the diffuse color material to Cylinder5 
      cylinder5.setMaterial(material5);   
      //Drawing Cylinder6  
      Cylinder cylinder6 = new Cylinder();         
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder6.setHeight(130.0f); 
      cylinder6.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder6.setTranslateX(200); 
      cylinder6.setTranslateY(300); 
      //Preparing the phong material of type specular color 
      PhongMaterial material6 = new PhongMaterial();  
      //setting the specular color map to the material 
      material6.setSpecularColor(Color.BLANCHEDALMOND); 
      //Setting the specular color material to Cylinder6 
      cylinder6.setMaterial(material6);    
      //Drawing Cylinder7 
      Cylinder cylinder7 = new Cylinder();
      //Setting the properties of the Cylinder 
      cylinder7.setHeight(130.0f); 
      cylinder7.setRadius(30.0f);   
      //Setting the position of the Cylinder 
      cylinder7.setTranslateX(300); 
      cylinder7.setTranslateY(300); 
      //Preparing the phong material of type Specular Power 
      PhongMaterial material7 = new PhongMaterial();  
      material7.setSpecularPower(0.1); 
      //Setting the Specular Power material to the Cylinder 
      cylinder7.setMaterial(material7);         
      //Creating a Group object  
      Group root = new Group(cylinder1 ,cylinder2, cylinder3, 
      cylinder4, cylinder5, cylinder6, cylinder7); 
      //Creating a scene object 
      Scene scene = new Scene(root, 600, 400); 
      //Setting camera 
      PerspectiveCamera camera = new PerspectiveCamera(false); 
      camera.setTranslateX(0); 
      camera.setTranslateY(0); 
      camera.setTranslateZ(-10); 
      scene.setCamera(camera); 
      //Setting title to the Stage 
      stage.setTitle("Drawing a cylinder"); 
      //Adding scene to the stage 
      stage.setScene(scene); 
      //Displaying the contents of the stage 
      stage.show(); 
   }      
   public static void main(String args[]){ 
      launch(args); 
   } 
}

使用以下命令从命令提示符编译并执行保存的java文件。

Javac CylinderMaterials.java 
java CylinderMaterials

执行时，上面的程序生成一个JavaFX窗口，分别显示7个圆柱体，包括材质，凹凸贴图，漫反射贴图，自发光贴图，镜面贴图，漫反射颜色，镜面反射颜色，（BLANCHEDALMOND）镜面反射功率，如下面的屏幕截图所示 -