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Java-Grafik #

Ich habe mir erlaubt, die Seite in Überschriften einzuteilen und umzusortieren sowie einiges auf JavaJNI und OpenGL auszulagern. Dabei habe ich versucht, an jeden umsortierten Absatz den Autoren dranzuschreiben, damit klar bleibt, welches Know-How wo schon vorhanden ist. Ich habe einigen erklärenden Text dazugeschrieben, allerdings in dieser Version keine echte neue Information eingefügt. Nach wie vor ist das hier eine Sammlung von Einstiegsversuchen und noch keine echte Hilfe, also bitte fleissig weiterkommentieren! -- ThomasBayen

Anlass #

Beim LUG-Treffen im Limericks am 15.01.07 diskutierten einige LUG-Mitglieder noch zu später Stunde über Spiele-Engines und warum es keine bekannten freien Spiele-Projekte gibt.

Dabei kam zum Vorschein, daß mindestens zwei LUG-Mitglieder Visionen von eigenen grafikintensiven Spielen im Kopf haben. Dann kam der Gedanke auf, mal zu eruieren, inwiefern man z.B. in Java eine Grafik-Engine programmieren könnte, die man dann für verschiedene Projekte nutzen könnte.

Anwesend waren insbesondere ThomasBayen und KaiEhlers und zwei neue LUGer, JanReitz und PatrickFabeck.

Diese Seite hier soll eigentlich nur als Sammlung dienen, um Gedanken und Links zum Thema zusammenzutragen.

Grundlagen #

3D-Grafik ist normalerweise eine sehr rechenintensive Angelegenheit. Aus diesem Grunde unterstützen fast alle Grafikkarten besondere Beschleunigungen. Um auf diese zugreifen zu können, gibt es den plattform- und sprachübergreifenden Standard OpenGL. Hiervon gibt es - im Zuge der selbstverständlich fortschreitenden technischen Entwicklung auf diesem Gebiet - mehrere Versionen. Falls man eine Grafikkarte hat, die OpenGL nicht unterstützt (oder den "optimalen" Treiber nicht eingebunden hat), gibt es auch eine Software-Implementation namens "Mesa", die z.B. in XOrg eingebunden ist. Diese soll jedoch um einen Faktor von 20-200 langsamer sein! 3D-Grafik in Java ist also zuerstmal die Frage: Wie kann ich auf OpenGL zugreifen?

Welche Möglichkeiten gibt es #

Die Seite http://j3d.org/ ist eine sehr gute Einstiegsseite für verschiedene Java-3D-Projekte.

Alle Lösungen verwenden native Teile (sind also keine reinen Java-Libs). Dies ist ja auch logisch, weil wir ja direkt auf die API des X-Servers bzw. von Windows bzw. direkt auf die Hardware zugreifen wollen (zur Installation siehe JavaJNI) und dazu dann aus der Java-VM heraus müssen. --ThomasBayen

Gibt man in Google <OpenGL Java> ein findet man einige interessante Seiten. Z.B. im Wiki-NJH findet man einen Beitrag wie jogle zur Java-Bücherei hinzugefügt werden kann. Es gibt auch eine Artikel in PDF, der die Programmierung eines Springbrunnens in JAVA mit jogl beschreibt. Auch dort wird beschrieben wie die zwei jogl-Dateien in Java eingefügt werden müssen. --KaiEhlers--

Java3D #

Auf der Sun-Seite wird man auf Java3D verwiesen. Das ist eine 3D-API, die von Sun (mit-)entwickelt wurde. Man soll das Paket in sein JRE hineininstallieren (siehe JavaJNI). Java3d ist wohl eine ganz eigene API, also kein echtes OpenGL, greift aber natürlich intern immer auf OpenGL zurück. Inzwischen gibt es wohl alternativ noch einige direkte OpenGL-Implementationen. Irgendwo habe ich gelesen, daß Java3D von der Funktionalität etwas hinterherhinkt und deshalb wohl der OpenGL-Weg der bessere sei. Das würde auch das Know-How vereinfachen, weil es zu OpenGL genug Tutorials aus anderen Programmiersprachen gibt. Der Vorteil kann natürlich sein, daß die API evtl. höher abstrahiert, besser in Java integriert und evtl. höher entwickelt ist. Um das zu entscheiden, habe ich jedoch noch nicht genug Ahnung von beiden Methoden. Die Homepage von Java3D ist http://java3d.j3d.org/

JOGL (bisher "Empfehlung der Redaktion") #

Interessant sieht für mich auch Java OpenGL (JOGL) aus. Dieses Projekt wird auch von Sun unterstützt. Da eine einfaches Java3D-Beispiel bei mir nicht lief (siehe unten), habe ich es ausprobiert. Ein einfaches Beispiel mit einem einzelnen, bunten Dreieck ist mir gelungen. -- ThomasBayen

Die beste Implementation von OpenGL in JAVA dürfte das jogl-Projekt sein. --KaiEhlers--

Probleme mit OpenGL-Versionen #

Ich habe mir Java3D 1.5 installiert und ein Testprogramm aus dem Tutorial in Eclipse übersetzt. Beim Start meckert dieses nur, daß es GLX 1.3 braucht und ich nur 1.2 installiert habe. Kann das jemand erklären, der sich damit besser auskennt? Angeblich kann man mit "glxinfo" feststellen, welche Möglichkeiten ein X-Server hat. Kann mir da mal jemand mit einem aktuelleren System (insbes. X-Server) sagen, ob er da mehr als 1.2 angezeigt bekommt? Oder ist das von der Grafikkarte abhängig? Kann doch nicht angehen, daß unsere Anwendung hinterher auf manchen Grafikkarten einfach gar nicht läuft?!? Ich werde mal in Richtung JOGL weiterforschen; vielleicht bekomme ich dann raus, was der Unterschied zwischen 1.2 und 1.3 ist. -- ThomasBayen

In OpenGL 1.2 wurde z.B. das Multitexturing hinzugefügt, in 1.3 und 1.4 kamen dann noch Support für Vertex- und Fragmentprogramme sowie Support für Vertexbuffer-Objekte hinzu. -- StefanGaffga

NVidia 6600GT mit "nvidia" Treiber 

 # glxinfo |grep direct
 direct rendering: Yes

sollte "Yes" sagen, das heist das Hardwarebeschleunigung vorhanden ist. 

 # glxinfo |grep version
 server glx version string: 1.4
 client glx version string: 1.4
 GLX version: 1.3
 OpenGL version string: 2.1.0 NVIDIA 97.46

dabei ist wohl die letzte Zeile am interessantesten siehe: OpenGL

wer keine Hardwarebeschleunigung hat kann sich auf www.mesa3d.com (oder "emerge mesa" in gentoo) eine Software lösung holen. 

 Quote von www.mesa3d.com
 Mesa 6.x supports the OpenGL 1.5 specification.

-- JanReitz

Performance #

Ein rein in Java programmiertes 3D-Spiel dürfte keine befriedigende Performance liefern - das liegt nicht an dem interpretierten Java-Bytecode, sondern am Garbage-Collector den man nicht frei kontrollieren kann. Bereits nach einigen Sekunden Laufzeit beginnt dieser zu arbeiten und verursacht unangenehme Ruckler im Spielablauf. Eine Lösung hier wäre es möglicherweise in C/C++ über das JNI-Interface das Rendering und die Behandlung von Kollisionserkennung zu implementieren?! -- StefanGaffga

Laut Tuning Java GC oder auch deutscher Artikel zur Java 5-GC kann man die GC genau einstellen (kommt allerdings auf einen praktischen Test an). -- ThomasBayen
Anm. zum Java-GC: Ich habe mal mit dem Tao-Framework unter Mono rumprobiert, und hatte keine probleme mit abfallender Performance, vieleicht kann man die GC soweit unterdrücken das es erträglich ist. -- JanReitz

Nachdem ich mir einige der Beispiele aus der Linkliste unten (z.B. Jake2) auf meinem Laptop (1.4 GHz, freier ATI-Treiber) angesehen habe, ist für mich der Beweis erbracht, daß es geht. Bleibt die Frage, ob wir das auch schaffen... ;-) -- ThomasBayen

Ich kenn mich in Java garnicht aus, aber ich habe gesehn das keine Structs unterstützt werden, und deshalb wird wohl eine native Java lösung flachfallen müssen, da ich für eine halbwegs schoene Umgebung oder Modelle mehrere 10k Punkte brauche (und Objekte zuviel overhead haben) Hier sind einige Punkte aufgelistet die Java als "schlecht/bedingt tauglich" für 3D Programme zeigen http://bugs.sun.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=4820062 und auch eine mögliche Lösung hab ich dort gefunden, die ich aber nicht einschätzen kann: http://javolution.com/ -- JanReitz

Einstieg in die Programmierung #

Mein erster Schritt #

Ich habe JOGL in Eclipse installiert (wie auf JavaJNI beschrieben) und dann das JOGL Helloworld Tutorial abgearbeitet. Dabei ist mit aufgefallen, daß es offensichtlich eine Änderung in der API zur Erzeugung eines GLCanvas gibt. Statt der Factory 

  GLDrawableFactory fac = GLDrawableFactory.getFactory();
  GLCanvas canvas = fac.createGLCanvas(caps);

benutze ich folgende Zeile: 

  GLCanvas canvas = new GLCanvas(caps);

Ansonsten läuft das Beispiel, ist gut erklärt und erzeugt ein buntes Dreieck. Juhu! :-)

Eclipse-Besonderheiten #

Integration von JOGL in ein Eclipse-Projekt siehe JavaJNI.

Eclipse scheint ein kleines Problem mit der GL-Klasse zu haben. Diese enthält lt. Doku wohl über tausend Methoden, was dazu führt, das der "Content Assist", wenn er automatisch aufgeht, mehrere Minuten brauchen kann. Am Anfang hielt ich das für einen Absturz... Wer das gleiche Problem hat, kann in den Preferences unter "Content Assist" die Einstellung "Enable Auto Activation" abstellen. Man kann den Assistenten dann immer noch mit "Strg-Leertaste" aktivieren, wobei er dann auch das Problem nicht mehr hat (man kann ihn also für GL dann auch benutzen).

Siehe auch SpielProjekte von StefanGaffga

Beispiel #

Aus obigen Überlegungen ist inzwischen ein Projekt geworden, das seit letztem Montag sogar einen Namen hat: JEmpire! Es gibt eine eigene Wiki-Seite JEmpire und eine Website unter http://jempire.javaproject.de , die alles enthält, was man so braucht, um einzusteigen. Insbesondere gibt es dort eine JavaWebStart-Demo. Ich bitte alle geneigten Leser, das auszuprobieren und (Miss-)Erfolge auf JEmpire zu melden, da das mein erstes Webstart-Programm ist. :-)

Java Advanced Imaging Framework (JAI) #

Für die Bearbeitung normaler Grafikdateien (als 2D-Grafiken) gibt es auch eine relativ neue API. Diese ist in Java6 noch nicht offiziell enthalten, dürfte in Java7 aber fällig sein. Die Vorteile liegen im Bereich Bildbearbeitung, wo viele interessante Funktionen vorhanden sind sowie darin, daß durch die Art und Weise der Schnittstelle immer nur die benötigten Bereiche eines Bildes umgerechnet werden können. Das lohnt sich bei grossen Grafiken, wenig Speicher, langsamem Netzwerk, etc. Darüberhinaus bietet JAI auch Plugins für das bereits vorhandene ImageIO für weitere Dateiformate wie TIFF und JPEG2000.

Leider ist die Doku etwas verstreut und ausgerechnet die Links von der Sun-Seite gehen ins leere. Daher möchte ich dazu hier einige interessante Links präsentieren.

Einlesen von PDFs #

Für ein Projekt möchte ich PDF-Dokumente einlesen und dann in eine Grafik umwandeln (um sie als Thumbnail anzuzeigen). Dazu brauche ich einen PDF-Renderer. Im Gegensatz zum Erzeugen von PDF (das man am besten mit iText macht, scheint das rendern gar nicht so einfach zu sein. Ich habe mir verschiedene Bibliotheken angesehen und möchte das Ergebnis ghier für die Nachwelt festhalten:

  • pdf-renderer ist eine freie Bibliothek, die von Sun-Mitarbeitern entwickelt wurde. Sie liefert meiner früheren Erfahrung nach sehr gute Ergebnisse. Leider wirft sie jedoch neuerdings(?!?) in einer (von OpenOffice erzeugten) Beispieldatei einen unerklärlichen Fehler: java.lang.NumberFormatException: For input string: "/CharStrings"
  • ICEpdf ist ein kommerzielles Produkt, das unter einer Open Source Lizenz veröffentlicht wurde. Unter http://www.icepdf.org/demos.html kann man einen Viewer als Webstart testen (hätte ich das mal direkt getan!). Leider hat es größte Probleme mit einigen Fonts und mit Umlauten, was dazu führt, daß Teile des Dokuments einfach gar nicht angezeigt werden. Das Ergebnis sieht eher lustig als professionell aus. :-(
  • pdfbox habe ich noch nicht getestet. Es soll auch Rendern können, spricht aber auf der Webseite von "Beta Quality".
  • JPedal ist ein kommerzielles Produkt, von dem es eine vereinfachte Version als Open Source gibt. Die Ergebnisse gefallen mir sehr gut (sieht aus wie das Original, was ja keine Selbstverständlichkeit zu sein scheint) und ich habe auch keine Exceptions erlebt. Gefühlt ist diese Bibliothek etwas langsamer als pdf-renderer oder ICEpdf, aber damit kann ich gut leben.
--ThomasBayen

Tags:  Java, Swing

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