（计算机软件与理论专业论文）数字多媒体综合信息制播系统中矢量动画技术的研究与实现.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 数字多媒体综合信息制播系统中矢量动画技术 的研究与实现 摘要 伴随全球信息技术的迅猛发展，整个广播电视行业正在经历一场数字 化浪潮的洗礼。作为电视节目的源头，电视节目制作播出系统在这场数字 化浪潮中受到了巨大的影响。这种影响不仅体现在节目的来源和制作完全 实现了数字化，更主要的是体现在电视节目的内容和形式的改变。这些改 变直接促成了数字多媒体综合信息制播系统的提出。除了传统的视频和音 频之外，电视节目还可以同时包括图片、文字和动画等多种形式的信息。 其中，动画作为一种“新颖”的媒体形式，受到越来越多的人的关注和喜 爱。人们希望不仅在电脑上，而且在电视上也能欣赏到这种生动活泼的媒 体形式。因此，如何在数字多媒体综合信息制播系统上实现动画的播放成 为摆在相关技术人员面前的一个亟待解决的问题。 本文作者经过大量调研了解到，对于动画在电视上的实现，国内许多 相关产品都有相应的处理方法，但是这些处理方法都存在着某些缺陷。本 文在研究、总结现有动画处理技术的基础上，以目前最为流行的f l a s h 动 画为研究重点，通过对文件格式规范的研究，结合大量计算机图形学基本 算法，提出了一种具有普遍性的矢量图形光栅化的处理方法。同时根据 w i n d o w s 平台特点，结合d i r e c t x 技术，实现了矢量动画在数字多媒体综 合信息制播系统的播出，并取得了令人满意的效果。 本文作者参与了东软信息电视系统的研发工作。该系统目前己得到应 用，其中动画处理就是其中的关键技术之一。本文对东软信息电视系统以 及动画在该系统的实现情况作了简要介绍。最后，总结了所做的工作，指 出了工作中存在的不足，并给出了一些建议。 关键词矢量动画数字多媒体综合信息制播系统f l a s h 动画计算机 图形学东软信息电视系统 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y a n d i m p l e m e n t a t i o n o fv e c t o ra n i m a t i o n t e c h n o l o g y o n d i g i t a lm u l t i m e d i as y n t h e t i c a l i n f o r m a t i o n a u t h o r i n g a n d b r o a d c a s t i n gs y s t e m a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h e g l o b a l i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h ew h o l e i n d u s t r yo f b r o a d c a s ti sf a c i n gaw a v ef r o md i g l t a lr e v o l u t i o n a st h es o u r c eo ft h et v p r o g r a m ，t h es y s t e mo f t h et v a u t h o r i n ga n db r o a d c a s t i n gg a i n st h eb i ga f f e c ti nt h e d i g i t a l r e v o l u t i o n n o to n l yd o s ei tr e v e a lt h ea f f e c tt h a tt h ep r o g r a me x e c u t i o na n d s o u l er e a l i z ed i g i t a l b u tm o r ea f f e c ti sr e v e a l e db yt h ec h a n g eo ft h et vp r o g r a m c o n t e n t sa n d f o r m e x c e p t t r a d i t i o n a lv i d e oa n da u d i o ，t h et v p r o g r a m c a na l s oi n c l u d e t h ei n f o r m a t i o no fa l ls o r t so f f o r m s ，s u c h 蹈p i c t u r e s ，c h a r a c t e r sa n da n i m a t i o n s a s a b r a n d - n e wm e d i af o r m , a n i m a t i o n g a i n sa t t e n t i o n sa n d f a v o rb ym o r ea n dm o l l p e o p l e p e o p l eh o p e t h a tt h e yc a na p p r e c i a t et h ev i v i dm e d i af o r mn o to n l yo nt h ec o m p u t e r , b u ta l s oo nt v s oh o wt or e a l i z et h ep l a yo ft h ea n i m a t i o no nt h ed i g l t a lm u l t i m e d i a s y n t h e t i c a li n f o r m a t i o na n t h o r i n ga n db r o a d c a s t i n gs y s t e mi ss t a r v i n gf o rr e s o l v i n g p r o b l e m w h i c ht h er e s e a r c h e r si sf a c i n gt o w i t ht h el a r g er l u m b e r so fr e s e a i l l ：l ，t h ea u t h o rf o u n do u tt h a ti n t e r i o r l ym a n y i n t e r r e l a t e d p r o d u c t sc a nb ed i s p o s e dt h e i r o w nc o r r e s p o n d i n gm e t h o d sa b o u tt h e s y s t e mw h i c h t h ea n i m a t i o nc a nb ep l a y e do nt v b u tt h e r ea r es o m em o i lo b v i o u s f l a w s e x i s t i n gi nt h e s em a n a g i n g m e t h o d s i nt h i sa r t i c l e ，o nt h eb a s eo f r e s e a r c h i n ga n d s u m m a r i z i n gt h ee x i s t i n gt e c h n o l o g yo f a n i m a t i o n , l o o k i n g o nt h em o s t p r e v a l e n t f l a s h a n i m a t i o na t p r e s e n t a st h er e s e a r c h i m p o r t a n e e w i t h t h e s t u d y o ff i l ef o r m a t s p e c i f i c a t i o n ，c o m b i n i n gp l e n t y o fe l e m e n t a r yc o m p u t e rg r a p l l i c sm e t h o d s ，a u t h o r c o n c l u d eam a n a g i n gm e t h o dw i t l lu n i v e r s a lv e c t o r g r a p hd i s c r e t e n e s s a tt h es a m et i m e ， a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fw i n d o w sp l a t f o r m ，c o m b i n i n gc o r r e s p o n d i n g d i r e c t x t e c h n o l o g y , r e a l i z i n g v e c t o ra n i m a t i o no nd i g i t a lm u l t i m e d i as y n t h e t i c a l i n f o r m a t i o n a u t h o r i n ga n db r o a d c a s t i n gs y s t e m ，a n dg a i n i n gs a i l s f y i n g e f f e c t s t h ea u t h o rt a k e sp a r t yi nt h er e s e a r c ho fn e u s o f ti n f b t vs y s t e m t h i ss y s t e mi s i i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t u s e da tp r e s e n t ，a n di nt h i ss y s t e m ，a n i m a t i o nm a n a g i n gi so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e s t h ea r t i c l eh a sb r i e fi n t r o d u c t i o n sa b o u tn e u s o f th f 0 t vs y s t e ma n dt h et h i n g so f a n i m a t i o ni nt h i ss y s t e m f i n a l l y , t h et o t a lw o r ka n dt h ef a u l ta r ec o n c l u d e d ，a n ds o m e s u g g e s t i o n sg i v e n k e yw o r d s v e c t o ra n i m a t i o n , d i g i t a lm u l t i m e d i as y n t h e t i c a li n f o r m a t i o na u t h o r i n g a n db r o a d c a s t i n gs y s t e m ，f l a s ha n i m a t i o n ，c o m p u t e rg r a p h i c s ，n e u s o f l k f o t v i v 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 本人签名： 日期：碑加 东北大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 数字多媒体综合信息制播系统概述 伴随着全球信息技术的迅猛发展，整个广播电视行业正在经历一场数字化浪 潮的洗礼。数字技术为广播电视带来的是一场革命性的变化，这场革命将会对现 有的电视技术体系结构形成直接的挑战与冲击“。 1 1 1 数字多媒体综合信息制播系统的提出 作为一个全新的概念，数字多媒体综合信息制播系统的提出是伴随着接个电 视行业的数字化革命应运而生的。作为电视节目的源头，电视节目的制作播出过 程在整个电视系统中占有举足轻重的地位。它在这场数字化革命中受到的冲击也 是最为巨大的。一方面，节目的来源和制作完全实现了数字化。另一方面，电视 节目的内容和表现形式发生了极大的变化。而这种内容和表现形式的改变对于广 大电视节目的受众来说，是最直接的，也是最为重要的。 对电视节目的要求，人们早己不再满足于单纯的视音频形式，尽管它们仍然 是最主要的形式，而且将来也仍然会是电视吸引观众的核心。人们对信息的需求 十分迫切，特别是希望能够在一定的时间内，欣赏到更丰富的节目，获取更大量 的信息。为了能使电视展现各种媒体形式，专家在技术上从空间的角度对电视进 行了分割。在平面区域上，我们看到了多种多样的区域组合方式，每个区域都可 以展现不同的媒体，视频、图片、动画、文字等等，在深度区域上，一个电视画 面由多层图文叠加而成，层与层之间表现了重叠、透明、过渡等绚烂多彩的效果。 以上的诸多因素，促成了数字多媒体综合信息制播系统的出现和发展。 数字多媒体综合信息制播系统在带给人们更丰富的信息的同时，也表现出自 身独特的优点。电视画面具有多区域、多媒体的组合表现形式：系统的接收端， 可以实时接收更新的数据，及时插播各种信息，因此，对于通过其他方式交互的 反馈数据可以及时地播放出去，从而实现形式多样的电视节目；指定区域之间联 动的多媒体表现形式，为包括广告、互动游戏等更广泛的应用提供了广阔的发展 东北大学硕士学位论文第一章绪论 空间。 1 1 2 数字多媒体综合信息制播系统的发展及应用 数字多媒体综合信息制播系统的基本应用包括在以电视作为传播载体的基 础上，在实现各种高品质音像的同时，还加入各种各样增值的多媒体数据服务信 息。如：电子节目指南、新闻、天气预报、日常生活情报、股票信息等等。此外， 用户可以通过人机对话的方式来收看这些数据服务信息，而且还能进行投票、电 子邮件、回答调查表、远程购物、游戏、远程教育、远程医疗等具有双方向通讯 功能的操作j 。 更重要的是，数字多媒体综合信息制播系统的应用范围不仅限于电视台，更 属于公共场所。中国的若干公共场所的信息传播手段需要更新换代，需要采用这 种动态的媒体传播更加及时丰富的信息。各种各样的多媒体信息通过制播系统在 城市中的网络，可以经过电视台到家庭，也可以通过地面播出到机场、路牌、车 站、公交车、商场等等。作为多种多样的引导和宣传手段，它在补充公共电视， 平面媒体的市场方面都将起到重要作用。利用系统的伸缩性，可以创建从简单的 单频道系统到包含几十个甚至上百个频道的广泛的广播网络系统。 1 2 计算机动画技术概述 计算机技术的发展带动了一系列相关学科的发展，计算机图形学是其中一个 很重要的学科分支。在计算机图形学的发展和应用过程中，尤为引人注目的是计 算机动画( c o m p u t e ra n i m a t i o n ) 技术的发展。 1 2 1 计算机动画的原理 计算机动画是利用人类视觉残留的特性。通过在屏幕上显示图形或者其中的 一部分，并按照一定的规则及要求在屏幕上移动或变幻，从而实现由计算机显示 图形的动态变换 3 】。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 常见的动画格式 下面介绍几种常见的动画格式。 1 2 。2 1a v i 格式 a v i ( a u d i o v i d e oi n t e r l e a v e d ) 文件是m s w i n d o w s 的视频文件格式，其文件 扩展名为“a v i ”。在a v i 文件中，运动图像和伴音数据是以交织的方式存储， 并独立于硬件设备。 a v i 文件包含三部分；文件头、数据块和索引块。文件头包括文件的通用信 息，定义数据格式，所用的压缩算法等参数。数据块包含数据流头部和数据流。 数据流存储的就是实际的图像和声音数据。索引块包括数据块列表和它们在文件 中的位置，以提供文件内数据随机存取能力【4 l 。 1 2 2 2g i f 格式 g i f ( g r a p h i c s i n t e r c h a n g e f o r m a t ) 即“图形交换格式”，是由著名的美国在 线信息服务机构c o m p u s e r v e 开发而成的。g i f 格式采用l z w 算法实现数据压缩。 一个g i f 文件的结构可分为文件头、g i f 数据流和文件终结器三个部分。图 1 1 显示了一个g i f 文件的组成结构【5 1 。 lg i f 署名 l版本号 文件头 逻辑屏幕标识符 全局颜色列表 g i f 数据流 图像标识符 图像局部颜色列表圈 图像块 基于颜色列表的图像数据 g i f 结尾文件结尾 图1 1g i f 文件结构 f i 9 1 is t r u c t u r eo f g i f f i l e g i f 格式文件的优点是压缩比高，文件体积小。同时g i f 格式图像还具有渐 东北大学硕士学位论文第一章绪论 显方式，用户可以先看到图像的大致轮廓，然后随着传输过程的继续而逐步看清 图像中的细节部分，从而适应了用户的“从朦胧到清楚”的观赏心理。g i f 格式 动画的缺点是缺乏交互性。 1 2 2 3f l i c 格式 f l i c 是a u t o d e s k 公司在其出品的a u t o d e s ka n i m a t o r a n i m a t o rp r o 3 d s t u d i o 等2 d 3 d 动画制作软件中采用的彩色动画文件格式，f l i c 是f l c 和f l i 的统称，其中，f l i 是最初的基于3 2 0 x 2 0 0 像素的动画文件格式，而f l c 则是 f l i 的扩展格式，采用了更高效的数据压缩技术，其分辨率也不再局限于3 2 0 2 0 0 像素。f l i c 文件采用r l e ( 行程编码) 算法和d e l t a 算法进行无损数据压缩。 1 2 2 4m o v 、q t 格式 m o v 、q t 都是q u i e k t i m e 的文件格式。该格式支持2 5 6 位色彩，支持r l e 、 j p e g 等领先的集成压缩技术，提供了1 5 0 多种视频效果和2 0 0 多种m i d i 兼容音 响和设备的声音效果，能够通过i n t e m e t 提供实时的数字化信息流、工作流与文 件回放，国际标准化组织0 s o ) 尸经选择q u i e k t i m e 文件格式作为开发m p e g 4 规 范的统一数字媒体存储格式。 1 2 2 5s w f 格式 f l a s h 是m a c r o m e d i a 公司推出的一个重要的动画( 电影) 编辑软件。它制作 出的动画文件后缀名为s w f 。同其它格式的动画相比，f l a s h 制作出来的动画具 有如下优点： ( 1 ) f l a s h 动画是一种矢量格式的动画。它可以根据的浏览窗口的大小自动缩 放，仍能保持原貌，而不会发生失真。 ( 2 ) f l a s h 提供的透明技术和物体变形技术使创建复杂的动画更加容易，为动 画设计者提供了丰富的想象空间。 ( 3 ) f l a s h 动画文件体积小( 同样的动画内容和时间长度，其文件量只有对应 的a v i 动画文件的几百分之一) ，非常适合网上传输。 ( 4 ) f l a s h 动画是种“准”流式媒体，可以随时下载随时观看。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 5 ) f l a s h 动画还具有制作方便迅速、内容丰富、交互功能简单灵活、生成动 画效果直观、支持声音、文本嵌入等特点。 随着网络多媒体技术的飞速发展，f l a s h 动画受到越来越多人的喜爱和重视， 在电视、广告、多媒体教学等领域得到更广泛的应用。可以况，f l a s h 动画是目前 二维动画领域的主流。 1 3 动画在电视节目制作播出系统的应用现状和存在的问题 动画在电视上出现已经不是新鲜事，在电视广告、m t v 、节日片头等方面， 都得到了广泛应用。那么，这是怎么实现的呢? 本文作者在2 0 0 3 年3 月在某电视台数字频道进行了两周调研。在调研过程 中了解到，目前电视台制作动画采用的主机有图形工作站和普通p c 机两种。利 用图形工作站生成的动画速度快，画面质量高。但是图形工作站价格昂贵，不利 于在各级电视台的普及。因此，图形工作站在国内电视台的应用非常少。与之相 比，利用普通p c 机再辅以专业的动画制作软件进行动画制作的方式在电视台则 非常流行。只是动画制作完成后，还需要将得到的动画文件输出到录像带或电影 胶片上才能在电视上播放。 作为电视台的数字频道，节目的制作播出过程完全采用数字化。因此，动画 在制作完成后，不需要再转换为录像带或胶片，而是直接上载到播出服务器，由 播出服务器实现动画的播放。 但是，在当前电视节目的动画播放方面仍然存在两个亟待解决的问题。首先， 目前国内电视台普遍采用的是s w f 格式的动画，而当前国内外各厂商的电视节 目制作播出系统都是基于m a t r o x 公司的d i g i s u i t e 系列采集卡进行开发的。该采 集卡可以处理以m o t i o n - - j p e g 方式压缩的a v i 视频文件和生产厂家自定义的文件 格式，而不直接支持s w f 格式的动画。这就造成了动画在播出之前，必须进行 格式转换。转换的途径有两种： 一是转换成m o t i o n - - j p e g 格式的a v i 文件。 二是把s w f 文件转换成t g a 图片串，再由制播系统的应用程序把图片串转 换成系统自定义的文件格式。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 剖：葛辈譬露l l制播系统i 显然，上面的处理过程存在许多缺点： ( 1 ) 转换过程复杂，需要大量的人为操作，不利于实现电视节目制作播出的自 动化。 ( 2 ) 转换过程耗费时间，不利于电视台实时播出的要求。要把一个播放时间不 足4 分钟的f l a s h 动画转换成同样内容的d i g i s u i t ea v i 文件，整个过程需要近3 0 分钟。而作为电视台一天需要播放许多动画形式的片头和广告，其间花费的时间 可想而知。 ( 3 ) 转换生成的中间结果及最终结果需要占用大量的存储空间。一个不足i m 的f l a s h 动画只有同样内容的w i n d o w s a v i 文件体积的百分之一。而把f l a s h 动画 转换成图片的情况则更糟。 动画播放要解决的另一个问题是带宽的利用率。目前数字电视的传输过程普 遍采用的是多路复用技术。国内电视台一般是把五路视频复用为一路视频，再以 t s 流的形式发送出去，传输率是8 m s 。而动画在复用前需要单独占用一路视频， 经过复用后它所占用的带宽不到i o k 。显然，大量宝贵的带宽资源没有得到充分 利用【6 1 。 本论文正是从电视节目制作播出过程中在动画播放上存在的实际问题出发， 利用软件实现动画在电视上的播出，力求达到最佳的实现效果。 1 4 本文主要内容和组织结构 本文共分六章。第一章为“绪论”。内容包括数字多媒体综合信息制播系统 的提出和应用，计算机动画的原理，常见动画格式，动画在电视制作播出系统的 一6 东北大学硕士学位论文第一章绪论 应用现状和存在的问题。 第二章为“f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现”。介绍了f l a s h 动画文件 格式规范的基本概念，图像、文字、声音和其它相关对象的定义，结合规范实现 了文件的解析，并给出了动画处理的具体实现过程。 第三章为“矢量图形离散化的研究与实现”。本章从计算机图形学基本算法 出发，讨论了区域填充、直线离散化、宜线和多边形的裁剪、图像反走样、b e z i e r 曲线递推细分、文字的实现等诸多问题，并给出了具体实现过程及实现中需要注 意的问题。 第四章为“基于w i n d o w s 平台的动画实现技术的研究”。本章从逻辑图形设 备和逻辑声音设备的设计出发，介绍了动画显示技术，并结合w i n d o w s 平台的特 点，采用d i r e e t x 技术，实现了动画的图像和声音的显示和播放。同时，重点讨 论了效率问题和实现时需要注意的问题。 第五章为“动画在东软信息电视上的应用”。介绍了东软信息电视系统某电 视台数字频道具体应用的工作流程和特点以及动画在该系统中的应用情况。 第六章为“结束语”。总结了全文，并对实现过程中存在的问题进行了说明。 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实 现 本章从f l a s h 动画文件格式规范入手，对文件的结构、基本概念、图像、文 字和声音的定义作了详细介绍，并在本章的结尾给出了动画播放的具体实现过程。 具体内容可以参照参考文献 7 。 2 1s w f 文件概况 这部分对s w f 文件的结构、文件的头部和文件的数据块进行了全面而系统 的介绍。 2 1 1s w f 文件结构简介 s w f 文件是由一个头部和若干个带标签的数据块组成的。 2 1 2 文件头部 图2 1s w f 文件结构 f i 9 2 is t r u c t u r eo fs w f f i l e s w f 文件的头部是由2 1 个字节组成的。它定义了包括文件签名、文件版本、 文件大小、帧数、每帧的大小和每秒播放的帧数等一些关于文件属性的信息。 一8 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 表2 is w f 文件头部结构 t 曲l e 2 1s t r u c t u r eo f s w ff i l eh e a d e l 区域类型注释 签名u 1 8签名字节始终为“f ” 签名u 1 8 签名字节始终为“w ” 签名字节： 签名 u 1 8 “s ”表示束压缩、“c ”表示压缩 版本u 1 8 文件长度u 1 3 2整个文件字节数 帧大小 髓c t 帧大小以t w i p s 为单位 帧速率 u 1 1 6 每秒播放帧数 帧数u 1 1 6文件总帧数 2 1 3 文件数据块 文件头部之后是一系列带标签的数据块。所有数据块都共享一种共同的格 式。文件的数据块由标签和数据区组成的。标签部分定义了当前数据块的类型和 长度。标签分长标签和短标签两种。短标签定义数据区小于或等于6 2 个字节的数 据块。 表2 2 短标签数据块头部结构 t a b l e 2 2s t r u c t u r eo fs l l o f tt a gb l o e k 区域类型注释 高1 0 位：t a g 类型 t a g c o d e a n d l e n g t h u 1 1 6 低6 位；t a g 长度 长标签定义数据区小于4 g b 的数据块。 表2 3 长标签数据块头部结构 t a b l e 2 3s t n c t u m o f l o n g 协g b l o c k r e c o i t i ) e 蹦e a d e r ( 长) 区域类型注释 t a g c o d e a n d l e n g t h u i l 6始终为o x 3 f l e n g t h u 1 3 2 t a g 长度 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 根据数据区内容的不同，数据块可以分为定义数据块和控制数据块。定义数 据块定义了s w f 动画的内容，如形状、文本、位图和声音等。每个定义数据块 为它所定义的内容赋予了一个唯一的d ，称为字符i d 。这些数据块被存入字典 中。定义数据块没有产生任何动作。控制数据块建立并操纵字典中的定义数据块， 同时控制动画的动作。 2 1 4 文件数据块的顺序 总的来说，文件的数据块可以以任意顺序出现，但必须遵守如下规则： ( 1 ) 一个数据块只能依赖于在它之前出现的数据块，而决不能依赖在它后面出 现的数据块。 ( 2 ) 定义数据块必须出现在与之有关的控制数据块之前。 ( 3 ) 流式声音的数据块必须是有序的。 ( 4 _ ) e n d 数据块永远是s 、f 文件的最后一个数据块。 2 2 基本概念 s i v f 文件的基本概念包括字典、显示列表、二维几何变换和颜色变换等，下 面详细了解一下这些内容。 2 2 1 字典 每个s w f 文件都对应唯一的字典。文件的所有定义数据块都被存入字典中， 并被赋予唯一的i d ，以便控制数据块进行存取。 建立和使用字典的过程： ( 1 ) 利用定义数据块定义些内容，例如，形状，字体，位图或者声音。 ( 2 ) 为每个定义数据块指定一个唯一的i d 。 ( 3 ) 按照i d 的顺序把定义数据块存入字典。 ( 4 ) 控制数据块根据i d 从字典中取出定义数据块，并对这些数据块实施某种 动作。 必须为每个定义数据块指定一个唯一的i d 。不允许复制i d 号。通常i d 从l 一1 0 东北大学硕士擘位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 开始顺序排列。i d 为0 的数据块是空数据块。 除了控制数据块之外，定义数据块还可以利用字典中的内容来定义更复杂的 数据块。 s w f 文件的t a g 字典 图2 2 定义数据块、控制数据块和字典的交互作用 f i 9 2 2i n t e r a c t i o nb e t w e e nd e f i n i t i o nt a g s ，c o n t r o lt a g sa n dt h ed i c t i o n a r y 2 2 2 显示列表 在播放每帧图像之前，先要将该帧图像所对应的定义数据块由字典中取出， 并放入一个被称为显示列表的结构中。当得到一个s h o w f r a m e 数据块时，显示列 表中的内容便会被释放出来，我们就能看到一帧完整的图像。 显示列表中的每个数据块都有一个深度值。深度值决定了取得数据块的顺 序。在显示列表中，深度值是由下向上递增的。最先取得的数据块在显示列表的 底部，它的深度值为l ，随后取得的数据块的深度值逐次递增。深度值小的数据 块总是在深度值大的数据块之后显示。一个数据块可以在显示列表中出现多次， 但是每次的深度值都是不同的。一个指定的深度只能有一个数据块。 显示列表支持一类特殊的对象。叫剪辑层。位于该层的数据块不能被显示出 来，同时它还可以屏蔽上层的内容。 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 定义字典 显示列表 2 2 3 二维几何变换 图2 3 显示列表 f i 9 2 3d i s p l a yl i s t 计算机图形学在很大程度上依靠几何变换来产生二维成像，并进行动画显 示。所谓几何变换是指通过对图像的坐标点进行数学运算，实现一个图像到另一 个图像的转化。最常用的几何交换有三种：平移、缩放和旋转。 2 2 3 1 平移交换 平移变换是指通过给定义图形对象的每个坐标点添加一个常量值，使这个对 象移动到一个新位置。这个运算需要给每个平面中的所有坐标添加一个常量，但 是对应每个平面的常量可以不同。 2 2 3 2 缩放 缩放变换是指通过给定义图像对象的每个坐标点乘以一个标量，从而把这个 对象转化为另一个对象。这个操作需要每个平面中的所有坐标都乘以这个缩放因 子。每个平面的缩放因子可以不同。如果对象的x 坐标和y 坐标分别乘以不问的 缩放因子，则这个缩放操作是不对称的。反之，这个操作就是对称的。 2 2 3 3 旋转 旋转变换是通过将定义原始图形对象的所有坐标点沿同心的圆弧移动同样 w 1 2 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动哆墨堡整叁垫堇塑堡壅墨窒墨 的角度值而把该对象转化为另一个对象。这个角度值称为旋转的角度，所有弧公 用的固定点称为旋转中心。 2 2 3 4 二维几何变换矩阵 在f l a s h 动画中，通过定义一个m a t r i x 结构来实现图形的几何变换。这个 结构描述的是一个在二维图形中常用的标准的2 x 3 变换矩阵。 m a t r i x 结构对应的变换矩阵如下： s c a l e xr o t a t e s k e w o r o t a t e s k e w ls e a l e y t r a n s l a t e xt r a n s l a t e y 图2 4 变换矩阵 二= = = ， 2 2 4 颜色变换 系 规范定义了两种类型的颜色变换：乘法变换和加法变换。 对于任意颜色( g b ，a ) 和经过乘法法变换后的颜色( r ，g ，b ，a ) 存在如下关 rr = ( r + r e d m u l t t e r m ) 2 5 6 lg = ( g 4g r e e n m u l t t e r m ) 2 5 6 ( 2 2 ) lb = ( b + b l u e m u l t t e r m ) 2 5 6 、a = f a + a l p h a m u l t t e r m ) 2 5 6 1 3 - 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 r e d m u l t t e r m 、g r e e n m u l t t e r m 、b l u e m u l t t e r r n 、a l p h a m u l t t e r m 分别为乘法 运算因子。 对于任意颜色( r g ，b ，a ) 和经过乘法法变换后的颜色( r ，g ，b ，a ) 存在如下关 系： 莲 = m a x ，m i n ( r + r e d a d d t e r m ，2 5 5 ) ) = m a x ( 0 ，m i n ( g + g r e e n a d d t e r m ，2 5 5 ) ) ( 2 3 ) = m a x ( o ，m i n ( b + b l u e a d d t e r m ，2 5 5 ) ) = m a x ( 0 ，m i n ( a + a l p h a a d d t e r m ，2 5 5 ) ) r e d a d d t e r m 、g r e e n a d d t e r m 、b l u e a d d t e r m 和a l p h a a d d t e r m ，分别为加法 运算因子。 加法运算和乘法运算合成运算按照( 2 4 ) 计算。 2 2 5 坐标系和坐标单位 s w f 文件的坐标单位称为r w i p 。每t w i p 等于1 2 0 的逻辑像素。 s w f 文件的坐标系是这样定义的：x 轴是水平的，坐标值由左向右增加；y 轴是垂直的，坐标值由上向下增加。 2 3 控制数据块 作。 控制数据块的作用是建立并操纵字典中的定义数据块，同时控制动画的动 1 4 - 蟠 哂 l s 毗 删 一 一墓 一一一 | | = + 1 j ； 敝 郴 岬 喇 一 一 一 一 戏 峨 呱 一 啡嗍 一 东北大学硕士学位论丈第二章f l a s h 动画文件格式提整塑竺塞墨塞墨 2 3 1 显示列表数据块 显示列表数据块是控制数据块的一种。它主要用来将定义数据块移入或移出 显示列表。 2 3 2 动作数据块 动作数据块是另一种类型的控制数据块。它是实现动画交互功能的重要部 分。由于动作数据块的存在，动画能对鼠标点击和鼠标移动等事件做出反应。一 个动作数据块不是马上执行的。它先被加入一个动作数据块列表，等到出现 s h o w f r a m e 数据块，或者按钮状态发生改变后，才开始执行。 2 4 图像 f l a s h 动画的图像是由形状数据块、梯度数据块、位图数据块和变体数据块共 同实现的。其中，形状数据块作为一种最重要的定义数据块，对它的研究是显示 f l a s h 动画时需要重点解决的问题。 2 4 1 形状数据块 同许多向量格式相似，这里提到的形状，是由一系列路径定义的a 路径可以 是封闭的，也可以是开放的。一条路径可以是由直边和曲边混合而成的。一个形 状数据块可以描述许多不相连的图形。形状数据块定义的填充风格定义了路径包 围区域的表面属性。区域内部可以用颜色、梯度和位图来填充。线条风格定义了 路径轮廓的属性。线条风格描述了线条的宽度和颜色。 2 4 2 填充风格 s w f 文件区域填充的内容包括固定颜色、梯度和位图。 - 1 5 - 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及卖现 2 4 2 1 固定颜色 用r g b 值或者r g b a 值填充区域。a l p h a 值为2 5 5 表示完全不透明。a 1 p h a 值为0 表示完全透明。a l p h a 介于0 到2 5 5 之间表示部分透明。 2 4 2 2 梯度 梯度是指在两种或多种固定颜色之间插入的颜色“斜坡”。它是f l a s h 动画 的图像中的种特殊的区域填充风格。梯度分为线形梯度和辐射梯度。每类梯度 都有各自的变换矩阵。一个梯度最多有8 个控制点。颜色“斜坡”是通过在控制 点之间插入颜色来实现的。 图2 5 梯度的例子 f j 9 2 5e x a m p l e so f g r a d i e n t s 上图由左至右分别是： “w h i t e - t o b l a c k ”线性梯度。 “w h i t e t o b l a c k ”辐射梯度。 包括七个控制点“彩虹”梯度。 三个控制的点的梯度，中间透明，两端不透明。 梯度变换：所有梯度都定义在一个标准的空间称为梯度正方形。梯度正方形 的中心在( o ，0 ) ，坐标范围是从( 一1 6 3 8 4 ，一1 6 3 8 4 ) 至( 1 6 3 8 4 ，1 6 3 8 4 ) 。 每个梯度是用一个标准的变换矩阵由梯度矩形映射到显示表面的。 梯度控制点是由比率值和r g b a 颜色值来定义的。比率值决定了控制点在梯 度中的位置。它是由一个介于0 到2 5 5 之间的整数值。对于线性梯度，比率值0 对应梯度正方形的最左边，比率值2 5 5 对应梯度正方形的最右边。对于放射梯度， 比率值0 对应梯度正方形的中心，比率值2 5 5 对应梯度正方形内的最大内切圆。 1 6 东北大学硕士学住论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 r g b a 值决定了一个控制点的颜色值。 2 4 2 3 位图 f l a s h 动画支持多种位图格式。这些位图是采用j p e g 标准的有损压缩算法和 “紧缩”压缩算法进行压缩的。区域内部有两种位图填充方式：片断和平铺。片 断方式是指当区域大于位图时，重复位图边缘的颜色将区域填满；而平铺方式是 指当区域大于位图时，重复位图将区域填满。 2 4 3 边缘 边缘有直线和曲线两种。它的属性有位置、颜色和宽度等。 2 4 3 1 直线 直线分为普通直线、水平线和垂直线。 2 4 3 2 曲线 出于对存储容量和执行效率的考虑，s w f 文件采用的是二次b e z i e r 曲线。 2 4 4 变形 变形是指随着时间的推移物体形状发生变化。在变形期间，形状的许多属性， 诸如边缘位置、宽度和颜色以及区域风格，都可以发生变化。s w f 只定义了变形 的开始和结束状态。播放工具负责在结束点之前插入中间状态。 下图描述了一个蓝色的矩形变化成一个红色四边形的过程，其间经历了五 帧。绿色轮廓线描述了变形过程的中间状态。 1 7 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文件格式规范的研究及实现 2 5 文字 图2 6 蓝色矩形到红色四边形的变形过程 f j 9 2 6m o r p hp r o c e s sf r o mab l u er e c t a n g l et oar e dq u a d r i l a t s w f 文件采用轮廓字形法描述文字。轮廓字形法一般采用直线、二次b e z i e r 曲线或三次b e z i e r 曲线的集合来描述一个字符的轮廓线。在s w f 文件采用的是 直线和二次b e z i e r 曲线描述字符的轮廓线。 文字被定义在一个标准的坐标空间，该空间被称为e m 正方形。e m 正方形 是一个虚拟的正方形，它用于估计和对齐字体。e m 正方形的大小是1 0 2 4 乘以1 0 2 4 单位。 同样的文本对不同的字体采用不同的点数来表示。轮廓文字要保持清楚最少 需要1 2 个点。低于这个点数，轮廓文本将变得模糊，不可辨认。 2 6 声音 s w f 文件定义了一种小巧而有效的声音模式。它支持采样率分别是5 5 、1 i 、 2 2 和4 4 k h z 的立体声和单声道。 s w f 文件定义了两种类型的声音：事件声音和流式声音。当点击鼠标或者动 画播放到某一特定帧时，则会触发事件声音。事件声音在使用前必须被定义( 下 载) 。s w f 文件支持流式声音模式。流式声音是作为文件的背景声播放的。在这 种模式下，声音数据播放和下载与时间限保持同步。声音包储存在每一帧当中。 在s w f 文件中，声音数据采用了如下四种存储方式： 1 8 东北大学硕士学位论文第二章f l a s h 动画文堡鳖壅垫鎏竺塑壅垦壅里 ( i ) 末压缩的原始采样。 ( 2 ) 采用a d p c m 算法压缩的采样。 ( 3 ) 采用m p 3 算法压缩的采样。 ( 4 ) 采用n e l l y m o s e r 算法压缩的采样。 2 6 1m p 3 压缩算法 m p e g 1 音频压缩标准( i s o f l e c1 1 1 7 2 3 ) 是第一个高保真音频数据压缩国 际标准。它是数字视频和音频信号压缩的i s o i e c 国际标准1 11 7 2 的一部分。 1 1 1 7 2 3 标准描述了3 层编码。其中第层就是我们