【導(dǎo)讀】引發(fā)基于該系統(tǒng)的軟件開發(fā)熱潮。本論文主要是討論與研究基于安卓智能手機(jī)操作系統(tǒng)桌。面3d特效的開發(fā)及其性能優(yōu)化，以期能對3D開發(fā)有更深入的理解，以便能提出3D開發(fā)方面的見解。在用戶轉(zhuǎn)屏?xí)r，模擬3D通過在同一屏幕上以固定的夾角、不同的視覺方向。繪制兩個(gè)相關(guān)的子視圖圖像，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)屏效果。②安卓開發(fā)者官網(wǎng).

　　

【正文】 大值清空整個(gè) Depth Buffer，這個(gè)最大值缺省為 ，為距離 攝像機(jī) 最遠(yuǎn)的裁剪的距離。最小值為 0，表示距離 攝像機(jī) 最近的裁剪面的距離。距離大小為相對值而非實(shí)際距離，這個(gè)值越大表示與 攝像機(jī) 之間的距離越大。因此將初值這設(shè)為 相當(dāng)于清空 Depth Buffer。 當(dāng) OpenGL 柵格化所繪制基本圖形，將計(jì)算該圖形與 攝像機(jī) 之間的距離， 并 保存在Depth Buffer 中。 然后比較所要繪制的圖形的距離和當(dāng)前 Depth Buffer 中的值，如果這個(gè)距離比Depth Buffer 中的值小，表示這個(gè)物體離 攝像機(jī) 較近， OpenGL 則使用這個(gè)距離更新 Depth Buffer。 否則，表示當(dāng)前要繪制的圖形在已繪制的部分物體后面，則無需繪制該圖形。 因此，在繪制地面時(shí)，由于地面距離攝像機(jī)更近，所以所有 Depth Buffer 值都被更新了，即鏡像不會(huì)被繪制 出來。 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 33頁 那么如何使鏡像能夠不被遮擋而被繪制出來呢？那就需要在繪制地面時(shí)，關(guān)閉深度檢測。但是，這仍然不可以實(shí)現(xiàn)所需效果。因?yàn)榧词龟P(guān)閉了深度檢測，由于圖像不透明，它仍然會(huì)去更新覆蓋所有 Depth Buffer，而且把較遠(yuǎn)的鏡像遮擋住。所以需要開啟 OpenGL ES的混合。 圖 開啟混合后的效果 那 混合是什么呢？混合就是把兩種顏色 以某種既定的方式混合 在一起 ，再顯示在屏幕上 。具體 來說 ，就是把某一像素位置原來的顏色和將要畫上去的顏色，通過某種方式 混合 ，從而實(shí)現(xiàn)特殊的效果。 如圖 是開啟混合后的效果。 但美中不足的是，雖然把鏡像繪制出來了，物體也沒有懸空的錯(cuò)覺，可是場景依然缺乏真實(shí)效果。原因是：鏡像被繪制得過于清晰細(xì)致，而現(xiàn)實(shí)生活中的倒影都是十分模糊的，并不像上圖那樣高度清晰。 那么如何解決鏡像過于清晰，缺乏真實(shí)的問題呢？ 首先，我們需要引入另外一幅地板紋理圖像，這幅地板圖像與原地板紋理圖像一模一樣，差別只在于這一地板紋理圖像的透明度為 30%，而原地板紋理圖像是不透明的（如圖、圖 ）。 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 34頁 圖 不透明地板紋理圖 圖 透明度為 30%地板紋理圖 其次，修改物體的繪制順序。先繪 制不透明地板，然后繪制鏡像，再繪制透明地板，最后繪制實(shí)際物體。 最終實(shí)現(xiàn)的效果如圖 。具體代碼如代碼 。 public void onDrawFrame(GL10 gl) { ?? 省略部分代碼 /** * 1,繪制反射面 :y=0；需關(guān)閉深度檢測，并打開混合模式 */ // 開啟混合 ()。 // 設(shè)置源混合因子與目標(biāo)混合因子 (, )。 (gl)。 // 繪制反射面 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 35頁 代碼 ()。 // 關(guān)閉混合 /*** 2,繪制鏡像體：需打開深度檢測 */ // 開啟深度檢測 ()。 (gl)。 // 繪制立方體鏡像 // 繪制旋轉(zhuǎn)體 ()。 // 開燈 initLight(gl)。 // 初始化燈光效果 initMaterialWhite(gl)。 // 初始化材質(zhì)為白色 (gl)。 // 繪制 ()。 // 關(guān)燈 // 關(guān)閉深度檢測 ()。 /*** 3,繪制半透明反射面：需關(guān)閉深度檢測（默認(rèn)），打開混合模式 */ // 開啟混合 ()。 (gl)。// 繪制半透明反射面，用來 繪制比較真實(shí)的效果 // 關(guān)閉混合 ()。 /*** 4,繪制實(shí)際物體：需打開深度檢測 */ ()。 // 啟用深度檢測，被遮擋的物體不會(huì)被繪制 // 繪制立方體 (gl)。 // 繪制旋轉(zhuǎn)體 ()。 // 開燈 initLight(gl)。 // 初始化燈光 效果 initMaterialWhite(gl)。 // 初始化材質(zhì)為白色 (gl)。 // 繪制 ()。 // 關(guān)燈 ()。 //關(guān)閉深度檢測，被遮擋的物體會(huì)被繪制 } 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 36頁 優(yōu)化方案 由于使用 OpenGL ES 來開發(fā) 3D程序十分耗費(fèi) cpu 計(jì)算資源以及內(nèi)存資源，特別像在手機(jī)這種硬件資源比較匱乏的設(shè)備上運(yùn)行，十分有必要對程序進(jìn)行優(yōu)化，以求達(dá)到使用資源的最小化以及高資源利用率。 在最終實(shí)現(xiàn)的效果圖上可以看到：場景中心有一個(gè)每個(gè)側(cè)面都 一樣的立方體。一般情況下，首先需要把立方體的每個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)都計(jì)算出來，然后在內(nèi)存中創(chuàng)建浮點(diǎn)型緩沖區(qū)，并放置立方體的坐標(biāo)，最后調(diào)用繪制方法把立方體繪制出來。但實(shí)際上，對于規(guī)則的物體，在實(shí)現(xiàn)上不必要計(jì)算出其每個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)。而是可以通過一個(gè)平面圖形的坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)變換來構(gòu)建，得到最終立體圖形。如本應(yīng)用程序中的立方體就可以通過矩形的平移以及旋轉(zhuǎn)變化得到。代碼 是具體代碼實(shí)現(xiàn)。 /*** 繪制物體 */ public void drawSelf(GL10 gl){ /*** 保存矩陣 */ ()。 ()。 //打開背面剪裁 //總繪制思想：通過把一個(gè)顏色矩形旋轉(zhuǎn)移位到立方體每個(gè)面的位置 //繪制立方體的每個(gè)面 //沿 y軸上升 SCALE個(gè)單位，使底面 y=0 (0, *, 0)。 //繪制前小面 ()。 (0, 0, *)。 (gl)。 ()。 //繪制后小面 ()。 (0, 0, *)。 (180, 0, 1, 0)。 (gl)。 ()。 //繪制上大面 ()。 (0,*,0)。 (90, 1, 0, 0)。 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 37頁 代碼 由于 3D場景進(jìn)入顯示階段后，仍需要不斷調(diào)用渲染器的 onDrawFrame(GL10)方法來不斷刷新重繪畫面。因此，應(yīng)該把更多初始化工作以及某些十分耗費(fèi)計(jì)算資源的處理放在場景初始化的階段進(jìn)行。本程序中，把對圖像紋理、物體初始化以及參數(shù)計(jì)算放在此階段處理。具體代碼如代碼 。 (gl)。 ()。 //繪制左大面 ()。 (*,0,0)。 (90, 1, 0, 0)。 (90, 0, 1, 0)。 (gl)。 ()。 //繪制右大面 ()。 (*,0,0)。 (90, 1, 0, 0)。 (90, 0, 1, 0)。 (gl)。 ()。 ()。 //關(guān)閉背面剪裁 /*** 恢復(fù)矩陣 */ ()。 } public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) { ?? 省略部分代碼 /*** 初始化場景元素 */ // 初始化紋理 floorTexId = initTexture(gl, bitmapFloor)。 alphaFloorTexId = initTexture(gl, bitmapAlphaFloor)。// 用來繪制比較真實(shí)的效果 // 創(chuàng)建半透明反射面 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 38頁 代碼 使用 OpenGL ES 開發(fā)的程序往往耗費(fèi)十分多的資源，而對資源的有效管理顯得十分有必要。在編程上，對資源的有效管 理更多地展現(xiàn)在是否存在內(nèi)存泄露的問題。本程序中，使用了各種圖像資源等。因此，在銷毀場景時(shí)，釋放持有的圖像資源。具體代碼如代碼 。 代碼 總結(jié) 使用模擬 3D主題樣式，應(yīng)用程序運(yùn)行得十分順暢；但使用 OpenGL ES 繪制的 3D效果，會(huì)導(dǎo)致手機(jī)出現(xiàn)卡機(jī)現(xiàn)象。經(jīng)分析，得出以下結(jié)論： 模擬 3D主題樣式只是對圖像進(jìn)行矩陣變換處理，計(jì)算量并不高，而且占用的內(nèi)存也很?。ㄏ喈?dāng)于記錄圖像以及矩陣數(shù)據(jù)所需內(nèi)存）。 使用 OpenGL ES 繪制 3D場景，由于屏幕本身是二維的，因此把三維場景映射到二維屏幕上，需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，因而加重了 cpu 的負(fù)載。 floor = new Floor(, , alphaFloorTexId)。// 用來 繪制比較真實(shí)的效果 // 創(chuàng)建普通不透明反射面 alphaFloor = new Floor(, , floorTexId)。 /** * 計(jì)算攝像機(jī)坐標(biāo)參數(shù) */ caculateCameraParams()。 } /** * 釋放資源 */ public void destroy() { /** * 釋放 bitmap資源 */ ()。 ()。 (getHolder())。 } 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 39頁 OpenGL 的 3D場景中，會(huì)有各種的光照、色彩渲染、紋理粘貼等效果，需要對屏幕上的每個(gè)像素進(jìn)行 RGBA 計(jì)算，這將占用非常多的內(nèi)存資源及 cpu計(jì)算資源。 在 OpenGL ES 的 3D 場景中，其繪制速度還與場景中元素的多少及每個(gè)元素的復(fù)雜性有關(guān)。如果場景元素越多，元素越復(fù)雜，則繪制速度越慢。 使用鏡像技術(shù)也會(huì)使繪制速度下降，因?yàn)樾枰趫鼍爸?，繪制鏡像和使用混合。 近幾年，無論是手機(jī)的硬件設(shè)備，還是 手機(jī)的軟件資源，都高速地發(fā)展。硬件上，不斷地更新?lián)Q代，計(jì)算能力不斷增強(qiáng)，幾乎可以與個(gè)人計(jì)算機(jī)媲美。軟件資源發(fā)展速更為迅速，尤其在 Google 推出開源的 Android 系統(tǒng)后，越來越多的軟件市場為用戶提供了更為豐富的軟件資源。 但盡管手機(jī)在硬件和軟件上得到了發(fā)展，其計(jì)算能力還十分有限，還有待進(jìn)一步提高。因此在選擇實(shí)現(xiàn)普通 3D 效果時(shí)，首選是模擬 3D 效果，因其占用較少的計(jì)算資源。但隨著用戶對體驗(yàn)提出越來越高的要求個(gè)，開發(fā)更加逼真的 3D效果將被得到推崇。因此，使用OpenGL ES 開發(fā) 3D 將是一個(gè)不可避免的趨勢， OpenGL ES 將得到更加廣泛地使用。但開發(fā)者必須意識(shí)到使用 OpenGL ES 開發(fā)應(yīng)用程序的固有缺點(diǎn)：十分占用計(jì)算資源及內(nèi)存。所以，對 OpenGL ES 應(yīng)用程序的優(yōu)化，怎么要求都不為過。 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 40頁 參考文獻(xiàn) [1]吳亞峰 蘇亞光， Android 3D 游戲開發(fā)技術(shù)詳解與典型案例 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020:P79– P268 [2]閻宏， JAVA 與模式 [M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2020:P209– P266 [3]Lauren Darcey[美 ] Shane Conder[美 ],Android 移動(dòng)開發(fā)一 本就夠 [M].北京：人民郵電出版社， 2020:P276– P298 [4]葉乃文 鄺勁筠等， JAVA 核心技術(shù)卷一：基礎(chǔ)知識(shí) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020：P143– P273 [5]陳昊鵬 王浩等， JAVA 核心技術(shù)卷二：高級特性 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020：P1– P147 [6]李軍 徐波等， OpenGL 編程指南 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020:P1– P308 [7]張琪 付飛等， OpenGL超級寶典（第 4版） [M].北京：人民郵電出版社， 2020:P1– P246 [8]陳昊鵬， JAVA 編程思想 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020:P76– P108 [9]尹松強(qiáng) 傅鸝 .java 反射機(jī)制探究 [J]， 2020 年 (第 7卷第 11 期 ):P85P85 [10] google 公司官網(wǎng) . [11] 安卓開發(fā)者官網(wǎng) . 基于 Android手機(jī)系統(tǒng)的 3D桌面主題開發(fā) 41頁 致 謝 本論文在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成，從課題選擇到具體撰寫和修改完善，無不凝聚了老師的心血和汗水。在四年的本 科課堂學(xué)習(xí)和課外科研項(xiàng)目中，也始終感受到老師的淳淳教導(dǎo)和耐心指導(dǎo)，讓我受益匪淺。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 同時(shí)要感謝項(xiàng)目開發(fā)時(shí)帶領(lǐng)我們的老師，是他們帶著我一步步走進(jìn)實(shí)戰(zhàn)編程的世界，提高了我的開發(fā)能力和思考能力。 不積跬步無以至千里，本論文能夠順利的完成，也歸功于各位指導(dǎo)老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在論文中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向計(jì)算機(jī)學(xué)院的全體老師表示由衷的感謝，感謝他們四年來的辛勤栽培。