Java OpenGL

Java OpenGL (JSR-231)

Скриншот, демонстрирующий преломление в реальном времени с использованием JOGL на Mac OS X
Тип	библиотека
Разработчик	JogAmp Community
Написана на	Java
Операционная система	кроссплатформенный
Последняя версия	1.1.1 (22 мая 2008 года)
Тестовая версия	2.0-rc9 (20 июня 2012 года)
Лицензия	BSD
Сайт	http://jogamp.org (англ.)

Java OpenGL (JOGL) — библиотека, представляющая собой прямую привязку функций OpenGL к языку программирования Java. Является эталонной реализацией спецификации JSR-231 (Java Bindings to OpenGL). Отмечена независимым сообществом opengl.org (см. Programming Language Bindings to OpenGL). Изначально библиотека разрабатывалась Кеннетом Бредли Расселом и Кристофером Джоном Клайном, а позже группой Game Technology Group компании Sun Microsystems. В настоящее время является независимым открытым проектом.

JOGL предоставляет программисту доступ ко всем возможностям API OpenGL спецификации 2.0 и ко всем расширениям OpenGL от ведущих производителей^[1]. JOGL предоставляет доступ и к двум основным дополнениям OpenGL — ко вспомогательной библиотеке OpenGL (GLU) и к инструментарию разработчика на OpenGL (GLUT) (за исключением возможностей GLUT, связанных с оконной системой, так как Java имеет свою кроссплатформенную высокоуровневую оконную систему AWT и Swing).

Также библиотека JOGL содержит несколько дополнительных классов, не описанных в спецификации JSR-231, служащих для удобства обработки данных для команд OpenGL и связанных с особенностями языка Java (такими как файловый ввод-вывод данных OpenGL, подготовка текстур, подготовка массивов данных для OpenGL).

Решение

JOGL реализует доступ к низкоуровневому API библиотеки OpenGL, написанной на языке Си, посредством интерфейса JNI. Для корректной работы JOGL предполагается, что программное и аппаратное окружение поддерживает OpenGL.

JOGL отличается от других OpenGL оболочек тем, что, по сути, просто предоставляет программисту возможность работать с API OpenGL посредством обращения к командам OpenGL через вызовы соответствующих методов с привычными Java-разработчику типами аргументов, размещённых в нескольких классах, вместо инкапсулирования функциональных возможностей OpenGL в какую-либо объектно-ориентированную парадигму. Действительно, большинство внутреннего кода JOGL сгенерировано автоматически по заголовочным файлам языка Си специальной утилитой Gluegen, специально написанной, чтобы облегчить создание JOGL.

Такое решение имеет свои преимущества и недостатки. Особенности архитектуры OpenGL, представляющего собой, с одной стороны, дискретный автомат, а с другой — процедурный API, не соответствует подходу к программированию на Java. Однако прямое отображение OpenGL API на множество методов Java заметно упрощает перенос уже написанного на Си OpenGL-кода на Java. Малый уровень абстракции JOGL даёт возможность построения довольно эффективных с точки зрения скорости выполнения программ, но вместе с тем усложняет процесс программирования по сравнению с более высокого уровня абстракции и по-настоящему объектно-ориентированными библиотеками-оболочками над OpenGL для Java (например такими, как Java3D). Также, поскольку существенная доля внутреннего кода сгенерирована автоматически, любые изменения в OpenGL (такие как развитие библиотеки или появление новых расширений) могут быть оперативно добавлены в JOGL его разработчиками.

Состояние разработки и стандартизация

По уверениям разработчиков, на 2007 год JOGL поддерживает полный доступ ко всем возможностям спецификации OpenGL 2.0.

Последний стабильный релиз JOGL версии 1.1.0 есть реализация спецификации (англ. reference implementation) JSR-231 (Java Bindings for OpenGL).

Предстоящий релиз 1.1.1 должен будет обеспечить работу с надстройкой GLU NURBS, (рисование кривых линий и поверхностей через стандартный GLU API).

Спецификация JSR-231: сопряжение Java с API OpenGL

Спецификация JSR-231: сопряжение Java с API OpenGL (англ. Java(TM) binding to the OpenGL(R) API), — определяет модель привязки собственной реализации библиотеки OpenGL (реализации под конкретную операционную систему) к языку программирования Java.

Спецификация JSR-231 определяет два пакета:

• javax.media.opengl — реализует спецификацию ядра OpenGL 2.0 с поддержкой доступных на момент написания JSR-231 расширений OpenGL
• javax.media.opengl.glu — реализует спецификацию стандартного дополнения GLU 1.3 за исключением GLU NURBS

(В JOGL оба пакета размещены в библиотеке в jar-файле jogl.jar)

Взаимодействие Java 2D и OpenGL

Начиная с Java Standard Edition версии 1.6, Java 2D API и OpenGL могут взаимодействовать посредством JOGL:

• наложение компонентов Swing на поверхность OpenGL
• осуществление вывода средствами OpenGL на поверхности элементов Java 2D (см. пример создания кнопки с иконкой, визуализированной средствами OpenGL (англ.))
• использование 3D графики везде, где могут использоваться графические компоненты Swing
• осуществление вывода средствами Java 2D на поверхности OpenGL

Пример построения тетраэдра

3D Tetrahedron Example

Программа показывает пример простейшей отрисовки тетраэдра с использованием JOGL.

Класс JavaRenderer — использует GLAutoDrawable для отрисовки 3D-сцены.

 import javax.media.opengl.GL;
 import javax.media.opengl.GLEventListener;
 import javax.media.opengl.GLAutoDrawable;
 import javax.media.opengl.glu.GLU;
 import java.awt.event.KeyEvent;
 import java.awt.event.KeyListener;
 
 public class JavaRenderer 
 implements GLEventListener, KeyListener {
    private float rotateT = 0.0f;
    private static final GLU glu = new GLU();
 
    public void display(GLAutoDrawable gLDrawable) {
        final GL gl = gLDrawable.getGL();
        gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        gl.glClear(GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
        gl.glLoadIdentity();
        gl.glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f);
 
        gl.glRotatef(rotateT, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
        gl.glRotatef(rotateT, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
        gl.glRotatef(rotateT, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        gl.glRotatef(rotateT, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
 
        gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 
        // Front
        gl.glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); 
        gl.glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
 
        // Right Side Facing Front
        gl.glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, -1.0f, -1.0f);
 
        // Left Side Facing Front
        gl.glColor3f(0.0f, 1.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, -1.0f, -1.0f);
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); 
        gl.glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
 
        // Bottom
        gl.glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f); 
        gl.glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
        gl.glColor3f(0.1f, 0.1f, 0.1f); 
        gl.glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
        gl.glColor3f(0.2f, 0.2f, 0.2f); 
        gl.glVertex3f(0.0f, -1.0f, -1.0f);
 
        gl.glEnd();
 
        rotateT += 0.2f;
    }
 
    public void displayChanged(GLAutoDrawable gLDrawable, 
      boolean modeChanged, boolean deviceChanged) {
    }
 
    public void init(GLAutoDrawable gLDrawable) {
        final GL gl = gLDrawable.getGL();
        gl.glShadeModel(GL.GL_SMOOTH);
        gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);
        gl.glClearDepth(1.0f);
        gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
        gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
        gl.glHint(GL.GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, 
        GL.GL_NICEST);
        gLDrawable.addKeyListener(this);
    }
 
    public void reshape(GLAutoDrawable gLDrawable, int x, 
    int y, int width, int height) {
        final GL gl = gLDrawable.getGL();
        if(height <= 0) {
            height = 1;
        }
        final float h = (float)width / (float)height;
        gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
        gl.glLoadIdentity();
        glu.gluPerspective(50.0f, h, 1.0, 1000.0);
        gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
        gl.glLoadIdentity();
    }
 
    public void keyPressed(KeyEvent e) {
        if(e.getKeyCode() == KeyEvent.VK_ESCAPE) {
            JavaDia.bQuit = true;
            JavaDia.displayT = null;
            System.exit(0);
        }
    }
 
    public void keyReleased(KeyEvent e) {
    }
 
    public void keyTyped(KeyEvent e) {
    }
 }

JavaDia класс—Основной класс отвечающий за вызов выполнение JavaRenderer. Код рисует 3D-сцену в GLCanvas'е.

 import javax.media.opengl.GLCanvas;
 import java.awt.Frame;
 import java.awt.event.WindowAdapter;
 import java.awt.event.WindowEvent;
 
 public class JavaDia implements Runnable {
     private static Thread displayT = new Thread(new JavaDia());
     private static boolean bQuit = false;
 
     public static void main(String[] args) {
         displayT.start();
     }
 
     public void run() {
         Frame frame = new Frame("Jogl 3D Shape/Rotation");
         GLCanvas canvas = new GLCanvas();
         canvas.addGLEventListener(new JavaRenderer());
         frame.add(canvas);
         frame.setSize(640, 480);
         frame.setUndecorated(true);
         int size = frame.getExtendedState();
         size |= Frame.MAXIMIZED_BOTH;
         frame.setExtendedState(size);
 
         frame.addWindowListener(new WindowAdapter() {
             public void windowClosing(WindowEvent e) {
                 bQuit = true;
             }
         });
         frame.setVisible(true);
 //      frame.show();
         canvas.requestFocus();
         while( !bQuit ) {
             canvas.display();
         }
     }
 }

Инсталляция, подключение и использование

Поставка JOGL включает следующие части:

• API документацию в формате javadoc
• Несколько поставок исполняемого кода библиотеки под различные платформы. Каждая поставка содержит:
  • две бинарные java библиотеки (gluegen-rt.jar и jogl.jar), которые программист должен подключить к исполняемому java-коду. Файлы размещены в подкаталоге lib
  • дополнительные нативные модули — runtime-окружение для исполнения кода библиотек JOGL. Файлы размещены в подкаталоге lib
  • краткое руководство пользователя (файл Userguide.html (англ.)), историю изменений версий JOGL (файл CHANGELOG.txt (англ.)), информацию об авторских правах (файл COPYRIGHT.txt (англ.)), лицензионную информацию (файл LICENSE-JOGL-[сигнатура версии].txt (англ.)), краткие инструкции (файл README.txt (англ.)). Файлы размещены в корневом каталоге библиотеки
• исходные тексты java-библиотек JOGL
• общую поставку, содержащую весь бинарный java-код JOGL и все варианты нативного runtime-окружения, предназначенную для приложений архитектуры Java Web Start и java-апплетов
• бинарный java-код примеров
• исходный java-код примеров

Каждая часть библиотеки JOGL поставляется разработчиком в отдельном zip архиве. В имени zip-архива отражено название части, информация о версии JOGL, а также информация о программно-аппаратной платформе, если часть, содержит нативные компоненты.

Примечания

1. ↑ По информации независимого сообщества opengl.org, см. Programming Language Bindings to OpenGL

См. также

• Lightweight Java Game Library (LWJGL) — комплексное решение на основе OpenGL и OpenAL для разработчиков интерактивных мультимедиаприложений, использующих Java
• OpenGL
• Java3D

Ссылки

• JSR-231 "Java Bindings for OpenGL" (англ.) — спецификация JSR-231
• Использование OpenGL в Java-приложении — начальные шаги в использовании JOGL