（计算机软件与理论专业论文）基于brew的三维手机游戏开发研究.pdf

基于b r e w 的三维手机游戏开发研究 计算机软件与理论专业 研究生聂启阳指导教9 币王玲 摘要 伴随着手机用户的增加和手机性能的提高，手机游戏目前在国内外都取得了 巨大的成功，目前正向着网络化、3 d 化、大型化的方向发展。b r e w 是美国高通公 司推出的无线开发平台，是一种新的软件牙发技术。本文对在b r e w 平台下，采用 o r l e n g le s 的渲染引擎，整合游戏领域的各种关键技术，开发3 d 实时游戏做了深 入的研究，并最终实现了一个3 d 游戏。 本文首先对基于b r e w 的开发技术做了研究，分析了b r e w 应用程序架构的特 点、b r e w 的模块结构、b r e w 应用程序的开发过程。对设备模拟器、资源编辑器、 m i f 文件等重要概念作了详细阐述。 手机游戏开发是一项技术性强、涉及面广的大型软件工程。本文结合手机自 身的软、硬件特点，对游戏中的数学方法( 定点数、平方根算法、三角函数) ， 碰撞检测算法，粒子系统，基于o r ，e n g le s 的三维图形渲染技术这几项关键技术 做了深入研究，并最终给出了在手机游戏中的解决方案。 最后，本文结合前面的研究成果，设计和实现了一款3 d 实时游戏。测试结 果表明，该游戏在模拟器上的帧速在i 4 0 f p s 以上，场景渲染效果真实。证明了 设计方案的正确性。 关键词：b r e w ；o p e n g le s ；渲染；碰撞检测：粒子系统 a b s t r a c t w t ht h ei n c r e m e n to ft h em o b i l eu s e fa n dt h e i m p r o v e m e n to ft h e h a n d s e t sp e r f o r m a n c e ，g r e a ts u c c e s sh a v eb e e na c h i e v e di nb o t hh o m e a n do v e r s e a sm a r k e to nm o b i l ep h o n eg a m e a tp r e s e n tt h e r ei sat r e n dt h a t i tw i l lb en e t w o r k e d 、t h r e e d i m e n s i o n a la n d c o m p l i c a t e di n t h en e a r f u t u r e b r e wi saw i r e l e s ss o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r mt h a tp u b li s h e d b yq u a l c o n i mc o r p o r a t i o n i t san e ws o f t w a r ed o v e o p m e n tt e c h n o l o g y t h i sp a p e rm a k ead e e ps t u d yo fh o wt oi n t e g r a t em a n yk e yt e c h n o l o g yi n t o r e a l t i m e3 dm o b il ep h o n eg a m ed e s i g na n dr e a li z a ti o nt h a ta d o p ti n go r ) e n g l e sr e n d e re n g i n ea n du n d e rt h eb r e wp l a t f o r m f i n a 】l yw er e a l i z e da3 d m o b i l eg a m e i nt h i s p a p e r w ef i r s t m a k eas t u d y0 n b r e w ，i n c l u d i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c so fa p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，t h em o d u l es t r u c t u r ea n dt h e p r o c e s so fd e v e l o p m e n t w ea l s oe n u n c i a t em a n yi m p o r t a n tc o n c e p t ss u c h a sd e v i c es i m u l a t o r 、r e s o u r c ee d i f o ra n dt h e m i ff i l e t h em o b i j ep h o n eg a m ed e v e l o p m e n ti sah i g h j yt e c h n i c a 】s o f t w a r e e n g i n e e r i n gt h a tr a n g e do v e rm a n y s u b j e c t s a s s o c i a t e d w it ht h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h o n eh a r d w a r e ，w em a k ead e e ps t u d yo nm a t h e m a t i c a l m e t h o d ( f i x e dp o i n tm a t h 、s q u a r er o o t 、t r i g o n o m e t r i cf u n c t i o n ) 、c o l l i s i o n d e t e c t i o n 、p a r t i c l es y s t e m a n dt h er e n d e rt e c h n o l o g yb a s e do no p e n g l e s f i n a l l yw eg i v eas o l u t i o nf o rm o b i l ep h o n eg a m e s a tt h el a s to ft h ep a p e r ，w ed e s i g na n dr e a li z ea3 dr e a l t i m eg a m e a d o p t i n gt h ep r e v i o u sf r u i t t h et e s tr e s u l tp r o v e st h a tt h es p e e dr e a c h a sh i g ha s1 4 0 f p so nd e v i c es i m u l a t o r ，a n dt h er e n d e re f f e c ti sr e a l i s t i c t h e s er e s u l t ss t r o n 9 1 yp r o v et h ev a l i d i t yo ft h es c h e m e k e y w o r d s ：b r e w ：o d e n g le s ：r e n d e r ：c 0 1 l i s i o nd e t e c t i o n ；p a r t i c l e s y s t e m 四j l l l j 币范大学学位论文独创性及使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人程导师玉猃 指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定； 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，、即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索；2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位 论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览 论文作者签名：理翩i o6 年旷其烀 第一章绪论 1 研究背景 目前p c 游戏在国内取得了巨大成功，创造了一个个财富神话，从当前的 发展趋势来看，p c 游戏的成功也必将移植到手机平台上，根据信息产业部的统 计，目前国内手机用户就已超过4 亿l f ，按照8 l o 高端手机用户比例计算 的话，那么，我国市场将有4 0 0 0 万愿意使用高端产品和手机游戏服务的高级 用户。假设这4 0 0 0 万用户每人每月只下载一个游戏，每下载一个游戏收费5 元，那么一个月的市场就有2 亿元，一年就有近2 4 亿元。专家预测，预计至 2 0 0 9 年，移动游戏市场产生的总收益将达到1 8 5 亿美元，虽然手机游戏目前存 在着一定的硬件制约，但是在硬件技术飞速发展的时间里，今天的问题也许在 明天就不是问题。目前已经有厂商已经生产出每秒1 0 0 万p o l y g o n ( 构成三维影 像的基本单位) 的绘图加速芯片，已有手机内存高达1 2 8 1 ，芯片商达4 0 0 m ，已 经超过了8 0 年代p c 电脑的性能。特别是3 g 的出现，带来了高达每秒3 8 4 k 的 移动带宽。因此，我们可以大胆预测，在不久的将来，手机上的3 d 游戏必将 像现在p c 上的3 口游戏一样流行。 由于手机游戏产业蕴藏着巨大的商机，近两年来，不管是移动运营商，还 是终端厂商或s p ，产业链上每个环节都希望在手机游戏这一新的市场中找到自 身的位置，同时大量的资本也开始涌入这个行业【2 j 。中国移动通信和中国联通 分别推出了“百宝箱”和“神奇宝典”，支持手机游戏无线下载。新浪、网易、 搜狐也都推出了游戏服务专区，专业的游戏服务商不断涌现。硬件上，未来的 手机游戏平台因为a t i 和n v i d i a 两大p c 显示芯片厂商专业级水准的加入而 更为热闹。在a t i 推出手机和p d a 手机3 d 多媒体芯片( 包含专用的媒体处理 器m e d i a p r o c e s s o r 及3 d 加速器3 d a c c e l e r a t o r ) 后，老对头n v i d a 也毫不示 弱，公布了他们的3 d 多媒体芯片，并且应用于三菱和神达m i t a c 的智能手机 上。这些芯片在植入手机后能够有效的提升图形显示性能，使手机在进行多媒 体演示和游戏时更够有出色显示效果。 1 2 国内外研究现状 手机游戏的发展，伴随着手机的性能的不断提高，也经历了几次变革1 2 1 。 早期的手机不支持游戏下载和安装功能，因此游戏在出厂前就固化在芯片 中了，像n o k i a 的贪吃蛇就是一个最著名的例子。这些游戏通常逻辑简单，游 戏界面也极为单调，而且用户也不能自己安装新的游戏，因此它们逐渐变得不 太流行了。 接下来由于短消息服务侣m s ) 的出现而出现了基于短务游戏的玩法通常是 发送一条信息到某个号码，这个号码对应游戏供应商的服务信息的游戏。短消 息服器，服务器接收这条消息，执行一些操作然后返回一条带有结果的消息到 游戏者的手机中。短消息服务不是一个特别好的用于实现移动游戏的技术，因 为它依靠用户输入文字，因此本质上它是一个命令行环境。而且它还很昂贵， 即使和服务器只交换1 0 次信息也要花费1 块钱或者更多的钱。虽然多媒体消 息服务fm m s ) 技术的推出使得基于消息的游戏更加具有吸引力，但是仍然不是 一种重要的游戏环境。 差不多1 9 9 9 年以后出厂的每台手机都有一个无线应用协议( w a p ) 浏览器。 w a p 本质上是一个静态浏览载体，非常像一个简化的w e b ，是为移动电话小型 特征和低带宽而专门优化的。要玩w a p 游戏的话，可以进入游戏供应商的u r l ( 通常通过移动运营商门户网站的一个链接) ，下载并浏览一个或多个页面， 选择一个菜单或者输入文字，提交数据到服务器，然后浏览更多的页面。 w a p ( 1 x ) 版本使用独特的标记语言w m l ，允许用户下载多个页面，即卡片组。 新版本的w a p ( 2 x ) 使用x h t m l 的一个子集，一次传递个页面并且允许更好的 控制显示格式。两种版本的w a p 都提供一个比s m s 更友好的界面，而且更加便 宜，只要根据使用时间付费而不是根据信息数。但是它是一个静态的浏览载体： 手机本身几乎不需要做任何处理过程，并且所有游戏必须通过网络，所有的操 作都是在远程服务器上执行的。手机将继续带有w h p 浏览器，而且开发者可能 发现w a p 有利于传送比游戏应用程序提供的更详细的帮助信息或者规则，因为 大部分的游戏仍然受有限的内存制约。因而，w a p 没能达到高使用率的目标( 在 欧洲和北美洲，只有6 的手机使用w a p ) ，而且移动运营商和游戏开发者正在 远离w a p 技术。 2 手机游戏领域因为美国s u n 公司的j 2 m e ( j a v a2m i c r oe d i t i o n ) 和高通的 b r e w ( b i n a r yr u n tj f i l ee n v i r o n m e n tf o rw i r e e s s ) 技术相继进入该领域丽更 加精彩，它们为移动互联引入了一种新的模型，即允许手机从互联网上下载各 种应用程序，并在手机创造可执行环境，离线运行这些程序。由于定义了可执 行程序下载的标准，并在手机上龟u 立了可执行环境和程序开发语言，由此，在 移动通信业第一次为软件开发商创造了巨大的商业机会，手机用户在得到丰富 应用体验的同时，也大大提高了运营商的网络流量。 目前手机游戏业务呈现出加速发展的势头，成为继短信业务之后一个新的 数据业务增长点。而网络化、3 d 化、大型化也成为手机游戏未来的一个发展趋 势。对3 d 手机游戏的研发，国外起步较早，从2 0 0 5 年开始，c r a m e l o i t 、d i g i t a l c h o c o l a t e 、f a t h a m m e r 等手机游戏公司都已经或即将推出3 d 游戏，各手机终 端商也纷纷推出支持3 d 的手机以及相应的开发工具包。而在国内，无论在学 术上还是商业上，对3 d 手机游戏的探讨才刚刚起步，对基于b r e w 的3 d 手 机游戏，目前还没有公开的学术成果。探索3 d 手机游戏的开发思路，对于缩 短与国际水平的差距，推动国产游戏在引擎或专利技术的突破，增强国产手机 游戏的自主研发能力，具有重大的理论和现实意义。 1 3 研究内容和目标 如前所述，手机游戏具有广阔的市场前景，必将向着3 d 化的方向发展， b r e w 和o p e n g le s 正是在这样的背景下出现的新技术。怎样在这样的技术 平台下，结合手机自身的软硬件特点，整合游戏领域的最新技术，是本文研究 的重点。具体来讲，研究内容主要集中在以下几个方面： 1基于b r e w 的软件开发技术。 2 基于o p e n g le s 的手机三维图形渲染技术。 33 d 手机游戏的总体方案设计。 4基于b r e w 的3 d 手机游戏的详细设计和实现 本文将通过对上述的几个方面的深入分析，提出套完整的解决方案，并 最终实现一个完整的基于b r e w 的3 d 手机游戏。 1 4 论文的内容以及组织 本论文一共分六章，主要内容如下： 第一章绪论，主要介绍了本论文的研究背景、 n g l - 手机游戏的发展现状、 论文的主要研究内容和目标以及论文的组织工作。 第二章研究了基于无线开发平台b r e w 的软件开发技术，对b r e w 的应用程 序架构、特点，b r e w 的模块结构，b r e w 的应用开发过程做了深入研究。 第三章研究了手机上的三维图形渲染技术，介绍了当前流行的几种3 1 ) a p i ， 并对基于o p e n g l e s 的图形渲染技术做了深入研究。 第四章运用前面的研究成果进行三维游戏的总体设计。包括软硬件平台、 关键技术的选取、游戏流程设计以及游戏的功能和总体结构设计。 第五章进行游戏的详细设计和实现，包括游戏中的交互设计，游戏中的数 据结构设计和类的设计和关键技术的实现，并给出了游戏的性能分析和效果 图。 第六章总结及展望，总结本文的工作，并提出进一步的研究方向。 4 第二辈基于b r e w 的开发技术研究 2 1b r 酬概述 b r e w ( b i n a r yr u n t i m ee n v i r o n m e n tf o rw i r e l e s s ，无线二进制运行环境) 是高通公司面向e d 凇网络无线互联网发射平台上增值业务开发运行的基本平 台”。它提供了一个离效、低成本、可扩展和熟悉的应用程序执行环境( a e e ) ， 着重开发可无缝植入任何实际手持设备的应用程序。与建立在对内存空闻、处 理器速度和相关硬件有较高要求的操作系统之上的高端产品不同，b r e w 可在现 有的设备类型上运行。b r e w 提供的功能环境就好像p c 机上的操作系统一样，可 以通过服务提供商下载指定类型的应用程序或游戏来使用。同时，通过b r e w 接口 功能，供应商可以提供成套的完整的资讯、商务、娱乐功能。b r e w 是专门为无线 设备设计的一个瘦薄而高效的应用程序执行环境。b r e w 可充分扩展、面向对象 的应用程序执行环境允许使用c 或c 十+ 开发小程序和共享模块。此外，b r e w 的 设计还十分注重效率和节约移动设备的r a m 。b r e w 支持应用程序( 小程序) 和共 享模块。小程序和模块开发成独立的d l l ，并在运行时加载到e m u l a t o r 。共享模 块可提供各种功能，如可供若干小程序使用的增强型游戏a p i 。b r e w 小程序和模 块都在w i n d o w s 的模拟环境下开发，它提供了一套成熟的对象技术，开发者可以 从中获益，如：应用程序服务，支持简单的、基于事件的a e e ；内核服务，支持对文 件、网络服务、内存和屏幕的访问：增强型服务，例如增强图形性能、多媒体播 放器和录制器、g p s 和语音服务：集成服务，使应用程序开发者可以利用诸如浏 览器所支持的服务。 2 2b r e w 应用程序框架的特点 完整的b r e w 系统始于无线设备上开放、标准并可扩展的应用程序执行框 架。具有以下特点”1 ： b r e w 体积小。b r e w 远不只是为p c 或p d a 开发的产品的一个小版本，它比 其它的应用程序框架或成熟的操作系统要小很多倍。q u a l c o h b i 过去曾是手机制 造商，悉知无线领域的需求，所以能够从芯片开始设计出b r e w 框架。 b r e w 速度较快。b r e w 框架直接运行于芯片系统软件上层，启用了快速c c + + 本地应用程序、测览器简单集成、j a y a t m 技术的虚拟机和扩展( 如3 d 游戏引擎、j ( m l 解析程序和视频播放器) 。 b r e w 是开放的。b r e w 除了支持基本的c c + + 以外，也支持其它执行环 境，例如j a v 8 和可扩展标记语言( 捌l ) 。并且因为b r e w 可以在使用任意移 动操作系统( 0 s ) 的手机上运行，例如p a l m ，所以为此类操作系统编写的应 用程序可像b r e w 应用程序一样，通过b r e w 发布系统( b d s ) 无线下载和收 取费用。 b r e w 有可扩展性。因为设备用户界面位于b r e w 上层，所以制造商可以通 过b r e w 扩展向已应用手持设备添加新功能，他们还可通过无线方式修正缺陷， 从而避兔昂贵的召回费用。第三方也可为b r e w 框架编写扩展，从而向应用程 序提供额外功能。q u a l c o 啪通过发布扩展并提供给开发人员使用，确保b r e w 始终保持其开放性。 b r e w 的性价比较高。b r e w 降低了设备制造商的开发成本并缩短设备的面 市时间。他们在开发和集成用于不同型号的各种应用程序时花费较少的时间， 而在设计产品上花费较多的时间。 b r e w 有较好安全性。b r e w 对基本的电话和无线网络运行提供保护。除了 其它措施之外，b r e w 刚还支持不同设备验证服务以验证请求者是否为已授权的 运营商设备。b r e w 还应用了数字签名校验来验证下载和其它无线揉作。 q u a l c 0 将继续努力使安全性更高，功能更强。 灵活且可扩展，b r e w 移植包简化了将b r e w 框架集成到无线设备的工作。 该环境提供了套标准的a p t ，适用于所有的b r e w 手机，使发行商和开发者在 从一种手机移植到另一种手祝时无需进行大量重复工作，便可提供精彩的应用 程序和内容。并且由于它们可以直接在b r e w 上层移植手机的用户界面，手持 设备制造商和( 或) 运营商可使用无线方式更新用户界面。b r e w 执行环境和 b r e w 发布系统紧密集成，允许用户通过q u a l c o n 提供的m 0 b il e s h o p ( 移动商 店) 和应用程序管理器或手机上的测览器进行购买。黜a l c o 黜提供m o b i l e s h o p 的源代码，并与运营商一起定制购物体验。 6 2 3 b r e w 环境下的软件开发 b r e w 允许程序员可以用几乎任何所选语言进行编程，但是用c c + + 开发的 本地b r e w 应用程序运行速度更快，因为它们使用直接处理，而不是字节代码翻 译。b r e w 还将支持为j a v a 平台编写的应用程序( 假定设备上有虚拟机) 以及几 乎各类微型浏览器( 毗p 、f h t m l 等) 的集成。b r e ws d k 开发包提供基于c c 十+ 、 j a v a 等编译环境的运行库和面向对象的类结构。包含了各种有效的系统调用、 用户接口、多媒体集成和网络套接字等类对象资源，开发者对b r e w 的开发就好像 在w i n d o w s 平台上编程，有种类繁多、功能强大的库函数调用一样，开发者不必 关心低级平台数据结构和设备驱动程序，因为应用程序和设备平台可以完全通 过适当定义的类对象进行交互。 b r e w 模块结构 b r e wa e e 提供了多种类型服务，包括若干a e e 接口，如i s h e l l 和i d j s p l a y 。 每个接口都封装了组资源和允许管理这些资源的方法。b r e w 模块可以包含一 个或多个小程序或类。模块在运行时显示这些类，并根据需要加载或卸载。接口 由一个3 2 位接口i d ( 也称作c l a s s l d ) 标识。公共接口必须通过o u a l c o m mb r e w 接口注册来保留。接口注册不限制接；d i d 的分配：它是为b r e w 开发者提供的服 务，可避免接口i d 发生冲突。每个b r e w 接口均由充当基类的i b a s e 接口派生。 在使用接口之前，必须通过调用l s h e l l 接口的i s h e l l - c r e a t e l n s t a n c e 0 方法 创建一个实例。将i s h e l l 作为其中一个参数传入每个应用程序中的入口点函数 a e e c l s c r e a t e l n s t a n c e 0 。对应于接口的唯一全局性标识符将被传递给 i s b e l l - c r e a t e l n s t a n c e 函数，以获取一个该接口的指针( 在小程序中保存该接 口实例以备将来使用) 设备模拟器 b r e we m u l a t o r 用于模拟所选的手持设备，使开发者可以下载并测试在b r e w 环境下开发的类和小程序。模拟的设备可以使用屏幕，键盘，也可以通过设备 配置工具( b r e wd e v i c ec o n f i g u r a t o r ) 设置内存大小、支持的语言和屏幕 尺寸。这样可以在p c 机上模拟在真实设备上的运行效果，方便程序调试，提高 开发效率。 资源编辑器 用于创建一个包含图像、字符串和对话的资源文件。可以为这些资源分配 i o ，并创建包含这些i d 的头文件，经过编译和链接并最终生成b r e w 中使用的后 缀名为h 的头文件和后缀名为b r i 的资源文件。 m i f 文件 在将小程序加载至o e m u l a t o r 之前，必须在m i f 编辑器中创建模块的1 f i f 。因 此作为小程序捆绑的一部分，必须要加载m i f 。在设备或e m u l a t o r 上启动系统以 后，应用程序管理器将处理每个m i f 以获取m f 中提供的所有应用程序的列表。 利用m i f 提供的信息，应用程序管理器将在设备屏幕上显示应用程序的列表( 包 括图标和标题) 。从m i f 枚举收集的信息由b r e w 保存，以便在请求类时使用： 这些信息支持各种1 s h e l1 函数，如可以枚举支持的小程序的函数。 b r e i r 应用程序开发过程 b r e w 编程基于g r e w 开发环境，以事件驱动模式调用各对象类，具体开发过 程如下： ( i ) 为b r e w 小程序( a p p l e t ) 类获取唯一标志( 1 0 ) ； ( 2 ) 使用b r e w 应用画板创建b r e w 应用，根据应用需求和应用模型进行编程。 ( 3 ) m f f 编辑器创建模块信息文件m 1 f 文件，任何b r e w 应用都必须使用该文 件，名称与k p p l e t 目录名必须保持一致。 ( 4 ) 编译b r e w 应用程序，创建动态连接库和可执行文件。 ( 5 ) 在b r e w 模拟器环境下调试应用程序，直到符合要求。 ( 6 ) 上传到设备运行，查看实际运行效果，然后根据情况调整和修改程序。 第三章手机三维图形渲染技术研究 3 1 手机3 d 图形技术概述 随着手机游戏产业的蓬勃发展，手机也引入了3 d 图形功能。早期的3 d 功 能是通过软件来实现的，现在部分高端手机已经配置了独立的3 d 图形芯片， 具备了硬件加速功能。与桌面p c 的显卡技术一样，手机3 d 图形技术也同样需 要一个标准的手机3 da p i 。a p i 作为连接硬件与应用程序的接口，为广大的软 件开发人员提供了一个统一的标准，在这个统一的3 0a p i 标准下，不同厂家 的硬件、软件达到最大范围的兼容。但是，在不同的手机上实现3 d 功能，要 比在台式机中实现3 d 功能时面临的情况要复杂得多，这是因为不同的手机技 术平台之间存在着巨大的差异性，而且也不可能像在p c 上做的那样对手机的 底层硬件进行编码，同时，手机上有太多种器件使用各种不同的处理器和操作 系统。 3 2 常见的3 d a p i 介绍 o p e n g le s 手机3 da p i 标准的制定，吸取了p c 游戏市场的教训，当时各种专用a p i 引起了不必要的竞争及冲突。主要手机制造商、芯片供应商、图形引擎及软件 提供商、游戏开发商以及基础设备开发企业等，都很快便看出这一潜在的问题， 并进行广泛的合作协作来共同保证从一开始便采用一致的a p i 。 作为移动3 d 图形行业标准的o p e n g le s 的出现，避免了手机制造商由于互不 兼容的游戏软件格式而导致无谓的市场竞争。o p e n g le s 源自p c 市场，是一个从 o p e n g l 淬取出来的低阶、低容量的先进绘图用a p i 。在应用软件与软硬件之间， 它提供了低阶应用可用程序化接口( a p i ) 。这份3 d 针对嵌入式系统所制定的绘 图a p i ，能够使3 d 绘图与游戏，在不同的行动装置或是嵌人式系统间，应用非常 便利。因为o o e n g le s ( o p e n g lf o re m b e d d e ds y s t e m s ) 是基于o p e n g l 所发展出 来的，因此o p e n g le s 能够运用o p e n f l 的资源。o p e ng l e s 已经获得了广泛的 行业支持，不仅得到了手机制造商及器件与内核提供商的支持，同时也获得了 图形引擎、游戏开发商以及操作系统供应商的支持。采用o p e n g le s 作为手机游 9 戏的3 d 接口在研发上具有以下优势”： 夺产业标准和免权利金 任何人都可以生产制作并贩售兼容于o p e n g le s 的产品。在多数产业里， o p e n g le s 是一个真正开放、中立与跟平台无关的绘图标准。具体而畜，o d e n g l e s 让开发人员能够更专注在产品内容里，而不需要花太多心力在适应各个平台 上。 小容量与低耗电量 由于手机硬件规格有非常大的不同，从4 0 0 m h z 、6 4 m br a m 到5 0 z 、1 临r a m 的手机都有。面对这些不同的平台，o p e n g le s 仅需要非常小的储存容量、晟 低的频宽。因此使用者可以轻易的将它放入系统里。 软硬件问连续绘图 所定义的绘图标准能够在不同平台下使用，其中包含纯硬件的绘图芯片、 运用c p u 功能的纯软件或是c p u 与硬件之间混合平台。这表示软件开发者今天 只要开发了一个3 d 引擎后。就可以和下一个世代的标准达到完全兼容。 夺延伸和未来发展 o p e n g le s 允许采用各种延伸指令的使用。透过a p i 中的延伸指令集，你可以 将硬件的特殊应用与o p e n g le s 整合，或是在特殊平台上使用您特制的功能。 当这些功能广泛被使用后，将有可能成为下一代的标准。 夺简单使用 根据o p e n g l ，o p e n g le s 具有直觉性运用与逻辑性命令的架构。 夺充份的文件支持 因为o p e n g le s 是基于o p e n g l 所发展，所以他有大量的教学书藉与无数的程 序范列可供参考，这使得o p e n g le s 可以很容易被使用。 m 3 g ( m o b i l e3 dg r a p h i c s ) m o b i l e3 1 ) g r a p h i c sa p i 简称m 3 6 , 他属于由j c p 组织制定的工业标准， 是为j 2 m e 环境下制定的三维图形标准，是基于o p e n g le s 但比o p e n g le s 更 高级的3 1 ) a p i 。m 3 g 只是一个j a v a 接口，具体的底层3 d 引擎一般由e 代码实 现。m 3 g 被设计为非常轻量级的，整个a p i 的完整实现不超过1 5 0 k b 。该a p i 1 0 是第一个基于j a v a 标准开发的移动设备上的三维图形软件包。m 3 6 支持两种 3 d 模式：立即模式( i m m e d i a t em o d e ) 和保留模式( r e t a i n e dm o d e ) 。在立即 模式下，开发者必须手动渲染每一帧，从而获得较快的速度，但代码较繁琐： 在保留模式下，开发者只需设置好关键帧，剩下的动画由m 3 g 完成，代码较简 单，但速度较馒。m 3 g 也允许混合使用这两种模式。 m a s c o tc a p s u l em c r 0 3 d m a s c o tc a p s u l em i c r 0 3 d 是由日本h r 公司歼发的针对移动设备的图形渲染 接口，已经被大量的手机生产商、网络运营商所采用，在日本的3 d 手机市场占 有率为1 0 0 。它由十个类构成，它为开发一些大型的3 d 游戏和应用程序提供了 充分的支持。m a s c o tc a p s u l ev 3 提供了一些非常实用的工具如模型导出工具和 文件格式转换工具等，可以帮助你创建资源像由3 兹妻模( 3 d 凇x ，舾y a 、 l i g h t w a v e 3 d ) 和图像编辑的权威应用程序产生的m b a c 、m t r a 和b m p 文件，并 且支持不同的开发语言如j a v a 和c c + + 。 综上所述，目前有3 种官方的三维a p i 标准，o p e n g le s 是一种较为低级的 a p i 。丽m 3 g 和s c o tc a p s u l em i c r 0 3 0 是更商级的a p ! ，因此o p e n g le s 的效率 更高。 3 3 基于o p e n g le s 的渲染技术研究 3 3 1b r e i v 平台下o p e n 6 le s 渲染技术概述 b r e w 作为优秀的无线应用开发平台，提供了对o p e n g le s 的良好支持。 0 p e n g le s 作为手机3 d 图形的标准，来自于o p e n g l 但又不同子o p e n g l ，基于b r e w 的o p e n g le s 渲染引擎的架构图如图3 1 所示，使用o p e n g le sa f 通常经过如下 几步： ( 1 ) 包含头文件 # i n c l u d e “i g l h ” # i n c l u d e “a e e g l h ” ( 2 ) 创建接口的实例 i f ( i s h e l lc r e a t e l n s t a n c e ( p g a m e mp l s h e l l ，a e e c l s i d _ g l ，( v o i d * * ) & m a a l g l ) = ：s u c c e s s ) i g li n i t ( mp i g l ) ： ) e i s o r e t u r nf a l s e ： l i f ( i s h e l l _ c r e a t e i n s t a n c e ( p g a m e 一 m _ p i s h e l ，a e e c l s i de g l ，。( v o i d * * ) & md i e g l ) ：= s u c c e s s ) i e g l _ l n i t ( mp l e g l ) ： e l s e r e t u r nf a l s e ： ( 3 ) 程序结束时，必须释放相应的接口 i f ( mp l e g l ) i e g l _ _ r e l e a s e ( m _ d i e g l i f ( mp g l ) i g lr e l e a s e ( mp i c l 图3 1 基于o p e n g te s 渲染引鼙的架构图 3 3 2o p e n g le s 中的渲染上下文 正如在w i n d o w s 中使用g d 绘图时必须指定在骝s 个设备上下文( d e v i c e c o n t e x t ，又称设备描述表) 中绘制，同样地，在使用o p e n g le s 函数时也必须指 定一个所谓的渲染上下文。正如设备上下文d c 要存储6 d 的绘豪0 环境信息如笔、 刷和字体等，渲染上下文r c 也必须存储o p e n o le s 所需渲染信息。渲染上下文 主要由以下几个e g l 函数来管理，下面分别对其介绍。 g l _ a p ie g l c o n t e x tg l p i e n t r ye g l c r e a t e c o n t e x t ( e g l d i s p l a yd p y ， e g l c o n f i gc o n f i g ，e g l c o n t e x ts h a r e1 i s t ，c o n s te g l i n t * a t t r i b - j s t ) 该函数用来创建一个o p e n g le s 可用的渲染上下文，在调用之前，必须指定设备 缓冲区e g l d i s p l a y 。在e g l c o n f i g 设置好相关参数。 g l _ a p ie g l b o o l e a ng la p i e n t r ye 9 1 d e s t r o y c o n t e x t ( e g l d i s p l a yd p y ， e g l c o n t e x tc t x ) 该函数删除一个r c ，一般应用程序在删除r c 之前，应使它成为非现行r c 。 g la p ie g l c o n t e x tg la p i e n t r ye g l g e t c u r r e n t c o n t e x t ( v o i d ) 该函数返回线程现行的r c ，如果无则返回n u l l 。 g l _ a p ie ( ；l b o o t e a ng u p i e n t r ye 9 1 m a k e c u r r e n t s g l d i s p l a yd p y ，e g l s u r f a c e d r a w 。e g l s u r f a c er e a d ，e g l c o n t e x tc t x ) 将设备缓冲区如y 和渲染缓冲区d r a w 关联起来，并使e t x 成为现行r c g l a p ie g l s u r f a c eg la p t e n t r ye g l c r e a t e w i n d o w s u r f a c e ( e g l d i s p l a yd py e g l c o n f i gc o n f i g ，n a t i v e w i n d o w t y p ew i n d o w ，c o n s te g l i n t * a t t r i b j is t ) 创建渲染上下文的缓冲区，在执行0 p e n g le s 绘图命令时，先在往该缓冲区上画， 执行完所有的绘图命令后，再执行e g l s w a p b u f f e r s ( m _ d i s p l a g ，ms u r f a c e ：1 将 渲染缓冲区的内容拷贝到显示缓冲区，采用双缓冲区技术不仅可以提高渲染效 率，更可以有效防止抖动现象。 3 3 3o p e n g le s 颜色机制 在i o p e n g l 中，颜色的模式有两种，即r ( b a 模式和颜色索引( c o l o ri n d e x 模 式。在r g b a 模式下，所有的颜色定义都使用r 、g 、b 、a ( a t p h a , 与透明度有关) ； 在颜色索引【：c o l o ri n d e x ) 模式下，每一个像素的颜色是用颜色索引表中的某个 颜色值来表示，而这个索引值指向了相应的r g b 照。这样的一个表称为颜色映射 _ ( ：c o l o rm a p ) 。 而在! o p e n g le s 中，不支持颜色索引方式，只支持r g b a 模式，利用下面两条 语句分别定义当前的颜色和指定清除缓冲区的使用的颜色。因为o p e n g le s 不 支持浮点数，因此参数只能是定点数。 g l c o l o r 4 x ( g l f i x e dr e d ，g l f i x e dg r e e n ，g l f i x e db l u e ，c l f i x e da l p h a g l c l e a r c o l o r xi ( g l c t a m p xr e d ，g l c l a m p xg r e e n , g l c l a m p xb l u e ，g l c l a m p x a l p h a l 3 3 4o p e n g le s 中的纹理映射技术 在三维游戏中，纹理映射( t e x t u r em a p p i n g ) 的方法运用得很广，尤其描述具 有真实感的物体，因而在提高游戏的真实性方面异常重要。比如绘制一面砖墙， 1 4 就可以用一幅真实的砖墙图像或照片作为纹理贴到一个矩形上，这样，一面逼 真的砖墙就画好了。如果不用纹理映射的方法，则墙上的每一块砖都必须作为 一个独立的多边形来画。另外，纹理映射能够保证在变换多边形时，多边形上 的纹理图案也随之变化。例如，以透视投影方式观察墙面时，离视点远的砖块 的尺寸就会缩小，而离视点较近的就会大些。下面详细介绍o p e n g le s 纹理映 射有关的内容：纹理定义、纹理控制、映射方式和纹理坐标。 纹理定义 g l _ a p i v o i d g la p i e n t r y g l t e x l m a g e 2 d ( g l e n u m t a r g e t ，g l i n t l e v e l ，g l i n t i n t e r n a l f o r m a t , g l s i z e iw i d t h ，g l s i z e ih e i g h t , g l i n lb o r d e r , g l e n u m f o r m a t , g l e n u m t y p e ，c o n s t g l v o i d + p i x e l s ) 定义一个二维纹理映射。其中参数t a r g e t 是常数g lt e x t u r e _ 2 d 。参数l e v e l 表示多级分辨率的纹理图像的级数，若只有一种分辨率，$ f j l e v e l 设为0 。 参数i n t e m a l f o r m a t 是一个从i n 4 的整数，指出选择了r 、g 、b 、a 中的哪些分 量用于调整和混合，l